JP4526879B2 - DC power supply - Google Patents

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Description

この発明は、例えばプラズマ発生装置等の負荷に使用される直流電源装置に関する。   The present invention relates to a DC power supply device used for a load such as a plasma generator.

一般に、スパッタリング装置に使用されるプラズマ発生用電源には、アーク発生時に過大な電流を流さないような特性が要求される。また、アークが発生した場合に高速にアークを消弧する必要がある。   In general, a power source for plasma generation used in a sputtering apparatus is required to have characteristics such that an excessive current does not flow when an arc is generated. Moreover, when an arc occurs, it is necessary to extinguish the arc at high speed.

このような電源に電圧型電源を使用した場合は、出力に大きなコンデンサが接続されることが多く、出力にアークが発生すると、このコンデンサからの放電電流が流れる。   When a voltage type power supply is used for such a power supply, a large capacitor is often connected to the output, and when an arc occurs in the output, a discharge current flows from the capacitor.

また、アークの発生により出力電圧が低下した場合は、電圧を一定の値に維持しようとし、さらに出力を出すように動作する。このため、アーク発生時に過電流が流れたり、アークが長時間続いたりして負荷に悪影響を及ぼす虞がある。   Further, when the output voltage decreases due to the occurrence of an arc, the operation is performed so as to maintain the voltage at a constant value and further output. For this reason, when an arc occurs, an overcurrent may flow or the arc may continue for a long time, which may adversely affect the load.

以上の問題点を解消するため、電源として動作し、出力過度時の電流制御のし易いインバータ回路を用いた直流電源装置が知られている(特許文献1参照)。   In order to solve the above problems, a DC power supply device using an inverter circuit that operates as a power supply and easily controls current when output is excessive is known (see Patent Document 1).

かかる直流電源装置は、通常、入力平滑回路(入力平滑部)、インバータ回路(インバータ部)、トランス、出力整流平滑回路(出力整流平滑部)を備えている。このインバータ回路は、4つの第1〜第4スイッチング素子からなるフルブリッジ回路を形成するとともに、第1,第4スイッチング素子と第2,第3スイッチング素子とを交互にON・OFFすることにより直流電圧を交流電圧に変換する。この交流電圧はトランスで昇圧され、この昇圧された交流電圧は整流回路により整流されて直流電圧として出力される。
特開2004−40962号公報
Such a DC power supply device normally includes an input smoothing circuit (input smoothing unit), an inverter circuit (inverter unit), a transformer, and an output rectifying and smoothing circuit (output rectifying and smoothing unit). This inverter circuit forms a full bridge circuit composed of four first to fourth switching elements, and turns on / off alternately the first, fourth switching element, and the second and third switching elements. Converts voltage to AC voltage. The AC voltage is boosted by a transformer, and the boosted AC voltage is rectified by a rectifier circuit and output as a DC voltage.
JP 2004-40962 A

ところで、上述した直流電源装置においては、インバータ部のスイッチング素子駆動パルスの幅を可変とすることにより出力を所定の値に制御している。一方、この直流電源装置においては、出力電圧範囲は数Vから数百V(プラズマ起動時には1000V以上)が必要であることから、制御範囲が広く前記駆動パルスの幅を大きく可変する必要があり、負荷状態により出力リプルが大きく変化することになる。   By the way, in the DC power supply described above, the output is controlled to a predetermined value by making the width of the switching element drive pulse of the inverter unit variable. On the other hand, in this DC power supply device, since the output voltage range needs several V to several hundred V (1000 V or more at the time of plasma activation), the control range is wide and the width of the drive pulse needs to be varied widely. The output ripple varies greatly depending on the load state.

また、この直流電源装置は電流型であるために、起動・停止時に低電流用リアクトルに蓄えられた(または蓄えるべき)エネルギーを適切に処理するための特別な動作が必要である。   Further, since this DC power supply device is of a current type, a special operation is required for appropriately processing the energy stored (or to be stored) in the low current reactor at the time of start / stop.

この直流電源装置の負荷をプラズマ発生装置とした場合、負荷でのアークが頻繁に発生することから、上記の起動・停止の動作も頻繁に発生し、高速な起動・停止が困難であったり動作が不安定になったりすることがある。   When the load of this DC power supply is a plasma generator, arcs are frequently generated at the load, so the above start / stop operations frequently occur, making it difficult to start or stop at high speed. May become unstable.

そこで、この発明の目的は、起動時の動作が安定な直流電源装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a DC power supply device that is stable in operation at startup.

また、この発明の他の目的は、負荷の高速な起動・停止を行うことができる直流電源装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a direct current power supply device capable of starting and stopping a load at high speed.

この目的を達成するため、請求項1の発明は、主スイッチ素子の断続により得られる直流電圧パルスをインダクタに印加させると共に前記主スイッチ素子のOFF時にインダクタ電流をダイオードで環流させるチョッパ回路と、4つの第1〜第4スイッチング素子からなるフルブリッジ回路を有し且つ前記チョッパ回路の前記インダクタから出力される直流電圧パルスを交流電圧に変換して出力するインバータと、前記インバータから出力される交流電圧を直流電圧に変換して負荷に印加する電圧変換回路を備える直流電源装置であって、起動時には前記インバータを作動させた後に前記チョッパ回路の前記主スイッチ素子から出力される前記直流電圧パルスのパルス幅を徐々に広げる制御回路を設けたことを特徴とする。 In order to achieve this object, the invention of claim 1 is directed to a chopper circuit for applying a DC voltage pulse obtained by intermittent switching of a main switch element to an inductor and circulating the inductor current with a diode when the main switch element is OFF. An inverter having a full bridge circuit composed of two first to fourth switching elements and converting a DC voltage pulse output from the inductor of the chopper circuit into an AC voltage, and an AC voltage output from the inverter A DC power supply device comprising a voltage conversion circuit that converts a DC voltage into a DC voltage and applies the voltage to a load, wherein the DC voltage pulse pulse output from the main switch element of the chopper circuit after the inverter is activated at startup A control circuit for gradually increasing the width is provided.

また、請求項2の発明の直流電源装置の前記制御回路は、停止時に前記チョッパ回路の動作を停止させることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the control circuit of the DC power supply device stops the operation of the chopper circuit when stopped.

更に、請求項3の発明の直流電源装置の前記制御回路は、停止時に前記4つの第1〜第4スイッチング素子の全てをONさせることを特徴とする。   Furthermore, the control circuit of the DC power supply device according to the invention of claim 3 is characterized in that all of the four first to fourth switching elements are turned on when the DC power supply device is stopped.

また、請求項4の発明の直流電源装置の前記制御回路は、起動時には前記インバータを作動させた後に前記チョッパ回路の前記主スイッチ素子から出力される前記直流電圧パルスのパルス幅を徐々に広げる一方、停止時に前記チョッパ回路の動作を停止させると共に前記4つの第1〜第4スイッチング素子の全てをONさせることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the control circuit of the DC power supply device gradually increases the pulse width of the DC voltage pulse output from the main switch element of the chopper circuit after the inverter is operated at the time of startup. The operation of the chopper circuit is stopped at the time of stop, and all the four first to fourth switching elements are turned on.

請求項1の発明によれば、起動時の直流電源装置及び負荷の動作を安定させることができる。また、請求項2〜4の発明によれば、負荷の高速な起動・停止を行うことができる   According to the first aspect of the present invention, it is possible to stabilize the operation of the DC power supply device and the load at the time of startup. Moreover, according to invention of Claims 2-4, a load can be started and stopped at high speed.

以下、この発明に係る直流電源装置の実施例を図面に基づいて説明する。   Embodiments of a DC power supply apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1実施例]
図1はプラズマ発生装置1に使用される直流電源装置10の構成を示した回路図である。この直流電源装置10は、整流回路11,チョッパ(チョッパ回路)10A,インバータ20,電圧変換回路10Bを有する。この電圧変換回路10Bはトランス15,整流回路30を有する。
[First embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC power supply device 10 used in the plasma generator 1. The DC power supply device 10 includes a rectifier circuit 11, a chopper (chopper circuit) 10A, an inverter 20, and a voltage conversion circuit 10B. The voltage conversion circuit 10B includes a transformer 15 and a rectifier circuit 30.

図1において、整流回路11は、三相交流の交流電圧を全波整流して平滑するようになっている。この整流回路11は6つのダイオードD1〜D6とコンデンサC1とから構成されている。   In FIG. 1, the rectifier circuit 11 is configured to perform full-wave rectification and smoothing of a three-phase AC voltage. The rectifier circuit 11 includes six diodes D1 to D6 and a capacitor C1.

また、チョッパ(チョッパ回路)10Aは、主スイッチ素子12,チョークコイル(インダクタ)13,ダイオード14を備えていて、電流源として機能する電流型降圧チョッパを構成している。   Further, the chopper (chopper circuit) 10A includes a main switch element 12, a choke coil (inductor) 13, and a diode 14, and constitutes a current type step-down chopper that functions as a current source.

そして、スイッチ素子12は、整流回路11の出力電圧(直流電圧)を断続することにより、直流電圧パルスを出力する。チョークコイル13は、主スイッチ素子12からの断続した直流電圧パルスを受けて電流源として動作する。また、ダイオード14は、主スイッチ素子12のOFF時にチョークコイル13へ電流(インダクタ電流)を流すことにより、電流を還流させるようになっている。   The switch element 12 outputs a DC voltage pulse by interrupting the output voltage (DC voltage) of the rectifier circuit 11. The choke coil 13 receives an intermittent DC voltage pulse from the main switch element 12 and operates as a current source. Further, the diode 14 circulates the current by flowing a current (inductor current) to the choke coil 13 when the main switch element 12 is OFF.

なお、ここではチョッパ10Aは、電流型降圧チョッパを構成しているが、必ずしもこれに限るものではなく、昇圧チョッパ(昇圧チョッパ回路)や昇降圧チョッパ(昇降圧チョッパ回路)を構成するものでもよい。   Here, the chopper 10A constitutes a current type step-down chopper, but is not necessarily limited to this, and may constitute a step-up chopper (step-up chopper circuit) or a step-up / step-down chopper (step-up / step-down chopper circuit). .

20は主スイッチ素子12から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータであり、このインバータ20は4つの第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4からなるフルブリッジ回路を形成している。すなわち、直列接続された第1,第2スイッチング素子Q1,Q2と、直列接続された第3,第4スイッチング素子Q3,Q4とが並列接続されている。   Reference numeral 20 denotes an inverter that converts a DC voltage output from the main switch element 12 into an AC voltage. The inverter 20 forms a full bridge circuit including four first to fourth switching elements Q1 to Q4. That is, the first and second switching elements Q1 and Q2 connected in series and the third and fourth switching elements Q3 and Q4 connected in series are connected in parallel.

15はトランスであり、このトランス15の一次側にはインバータ20から出力される交流電圧が入力される。トランス15の二次側には整流回路30が接続されている。   Reference numeral 15 denotes a transformer. An alternating voltage output from the inverter 20 is input to the primary side of the transformer 15. A rectifier circuit 30 is connected to the secondary side of the transformer 15.

整流回路30は、トランス15の二次側から出力される交流電圧を整流する4つのダイオードD7〜D10と、整流された電圧を平滑する平滑コンデンサ31と、チョークコイル32とから構成されている。   The rectifier circuit 30 includes four diodes D7 to D10 that rectify an AC voltage output from the secondary side of the transformer 15, a smoothing capacitor 31 that smoothes the rectified voltage, and a choke coil 32.

40は主スイッチ素子12の断続とインバータ20の第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4のON・OFFを制御するコントローラであり、このコントローラ40は図示しない操作部の入力に応じて主スイッチ素子12および第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4のON・OFFタイミングを制御する。
[動 作]
次に、上記のように構成される直流電源装置10の動作を図2に示すタイムチャートを参照しながら説明する。
(1)起動時
コントローラ40は、先ず直流電源装置10の起動時にインバータ部20を制御して、スイッチング素子Q1,Q4とスイッチング素子Q2,Q3は交互にON・OFF制御する。
Reference numeral 40 denotes a controller for controlling the on / off of the main switch element 12 and the ON / OFF of the first to fourth switching elements Q1 to Q4 of the inverter 20. The controller 40 is in accordance with an input of an operation unit (not shown). And the ON / OFF timing of the first to fourth switching elements Q1 to Q4 is controlled.
[Operation]
Next, the operation of the DC power supply device 10 configured as described above will be described with reference to the time chart shown in FIG.
(1) At start-up The controller 40 first controls the inverter unit 20 at the start-up of the DC power supply device 10, and the switching elements Q1, Q4 and the switching elements Q2, Q3 are alternately turned ON / OFF.

この後、コントローラ40は、チョッパ10Aの主スイッチ素子12から出力される直流電圧パルスの幅を徐々に広げ、インバータ部20へ大電流が流れないように制御する。
(2)出力電圧が低い場合のコントローラ40による制御動作
また、コントローラ40は、図示しない操作部を操作して例えば出力電圧を「低」に設定すると、図2(A)に示すように主スイッチ素子12をT1周期毎にT2期間だけONさせる。
Thereafter, the controller 40 gradually increases the width of the DC voltage pulse output from the main switch element 12 of the chopper 10 </ b> A so as to prevent a large current from flowing to the inverter unit 20.
(2) Control operation by the controller 40 when the output voltage is low When the controller 40 operates an operation unit (not shown) to set the output voltage to “low”, for example, the main switch as shown in FIG. The element 12 is turned on for a period T2 every T1 period.

このようにすることで、スイッチ素子12がON・OFFし、このON・OFFによりチョークコイル13へ断続した直流電圧パルスが印加される。また、これに伴い、ダイオード14は、主スイッチ素子12のOFF時にチョークコイル13へ電流(インダクタ電流)を流すことにより、電流を還流させるようになっている。この結果、チョッパ10Aの出力電圧は、図2(A)に示すようにVaとなって、インバータ20に印加される。   By doing so, the switching element 12 is turned ON / OFF, and a DC voltage pulse intermittently applied to the choke coil 13 by the ON / OFF is applied. Along with this, the diode 14 circulates the current by flowing a current (inductor current) to the choke coil 13 when the main switch element 12 is OFF. As a result, the output voltage of the chopper 10A becomes Va as shown in FIG.

他方、インバータ20のスイッチング素子Q1,Q4とスイッチング素子Q2,Q3はコントローラ40により交互にON・OFFが繰り返されていき、スイッチング素子Q1,Q4とスイッチング素子Q2,Q3はコントローラ40によりそれぞれTa周期毎にTb期間だけONされていく。   On the other hand, the switching elements Q1, Q4 and switching elements Q2, Q3 of the inverter 20 are alternately turned on and off by the controller 40, and the switching elements Q1, Q4 and switching elements Q2, Q3 are respectively switched by the controller 40 for each Ta cycle. It is turned ON only for Tb period.

しかも、スイッチング素子Q1,Q4とスイッチング素子Q2,Q3とが同時にONしている期間、すなわちオーバラップしている期間Tcに設定されている。このオーバラップしている期間Tcは非常に短く設定されている。   In addition, the period is set to a period in which the switching elements Q1, Q4 and the switching elements Q2, Q3 are simultaneously ON, that is, an overlapping period Tc. This overlapping period Tc is set very short.

なお、降圧チョッパは電流型で動作するので、インバータ20は常に電流経路が形成されるように制御される。   Since the step-down chopper operates in a current type, the inverter 20 is controlled so that a current path is always formed.

また、インバータ20のスイッチング素子Q1,Q4とスイッチング素子Q2,Q3とが交互にON・OFFされることにより、インバータ20から周期Tsの交流電圧が出力されてトランス15の一次側に入力される。そして、トランス15の二次側に交流電圧が出力される。   Further, the switching elements Q1 and Q4 and the switching elements Q2 and Q3 of the inverter 20 are alternately turned ON / OFF, whereby an AC voltage having a period Ts is output from the inverter 20 and input to the primary side of the transformer 15. Then, an AC voltage is output to the secondary side of the transformer 15.

ところで、主スイッチ素子12がONしている期間T2が短いことにより、インバータ20に入力される直流電圧は低いものとなる。すなわち、降圧チョッパにより、整流回路11から出力される直流電圧は低い電圧に降圧される。   By the way, since the period T2 during which the main switch element 12 is ON is short, the DC voltage input to the inverter 20 is low. That is, the DC voltage output from the rectifier circuit 11 is stepped down to a lower voltage by the step-down chopper.

このため、トランス15の一次側に入力される交流電圧は低く、トランス15の二次側に出力される交流電圧は低い。この結果、整流回路30から出力される直流の出力電圧は低いものとなる。
(3)出力電圧が高い場合のコントローラ40による制御動作
コントローラ40は、出力電圧が「高」に設定されると、図2(B)に示すように主スイッチ素子12がT1周期毎にT3(T3>>T2)期間だけONされように制御する。この際も、チョッパ10Aの主スイッチ素子12から出力される直流電圧パルスの幅を徐々に広げて、最終的に主スイッチ素子12がT1周期毎にT3期間だけONされように制御すると良い。
For this reason, the AC voltage input to the primary side of the transformer 15 is low, and the AC voltage output to the secondary side of the transformer 15 is low. As a result, the DC output voltage output from the rectifier circuit 30 is low.
(3) Control operation by the controller 40 when the output voltage is high When the output voltage is set to “high”, the controller 40 causes the main switch element 12 to switch to T3 (every T3 period) as shown in FIG. T3 >> T2) Control is performed so as to be ON only for the period. Also in this case, it is preferable that the width of the DC voltage pulse output from the main switch element 12 of the chopper 10A is gradually increased so that the main switch element 12 is finally turned on only for the period T3 every T1 period.

このようにすることで、スイッチ素子12がON・OFFし、このON・OFFによりチョークコイル13へ断続した直流電圧パルスが印加される。   By doing so, the switching element 12 is turned ON / OFF, and a DC voltage pulse intermittently applied to the choke coil 13 by the ON / OFF is applied.

また、これに伴い、ダイオード14は、主スイッチ素子12のOFF時にチョークコイル13へ電流(インダクタ電流)を流すことにより、電流を還流させるようになっている。この結果、チョッパ10Aの出力電圧は、図2(B)に示すようにVb(Vb>>Va)となって、インバータ20に印加される。   Along with this, the diode 14 circulates the current by flowing a current (inductor current) to the choke coil 13 when the main switch element 12 is OFF. As a result, the output voltage of the chopper 10A becomes Vb (Vb >> Va) as shown in FIG.

そして、図2(B)に示すように、インバータ20のスイッチング素子Q1,Q4とスイッチング素子Q2,Q3は、コントローラ40によりそれぞれTa周期毎にTb期間だけONされていく。   Then, as shown in FIG. 2B, the switching elements Q1 and Q4 and the switching elements Q2 and Q3 of the inverter 20 are turned on by the controller 40 for a period of Tb every Ta period.

しかも、スイッチング素子Q1,Q4とスイッチング素子Q2,Q3とが同時にONしている期間、すなわちオーバラップしている期間がTcとなるように各スイッチング素子Q1〜Q4のON・OFFがコントローラ40により制御される。   Moreover, the controller 40 controls ON / OFF of the switching elements Q1 to Q4 so that the period when the switching elements Q1, Q4 and the switching elements Q2, Q3 are simultaneously ON, that is, the overlapping period is Tc. Is done.

そして、このようにインバータ20のスイッチング素子Q1,Q4とスイッチング素子Q2,Q3とが交互にON・OFFされることにより、インバータ20から周期Tsの交流電圧が出力されてトランス15の一次側に入力される。そして、トランス15の二次側に交流電圧が出力される。   Then, the switching elements Q1 and Q4 and the switching elements Q2 and Q3 of the inverter 20 are alternately turned ON / OFF in this way, whereby an AC voltage having a period Ts is output from the inverter 20 and input to the primary side of the transformer 15. Is done. Then, an AC voltage is output to the secondary side of the transformer 15.

ここで、スイッチング素子Q1〜Q4の制御条件は出力電圧の大小に拘わらず常に一定であると共に、主スイッチ素子12のONしている期間T3は上述した出力電圧が低いの場合の期間T2よりも充分に大きく、チョッパ10Aの出力電圧Vbも出力電圧が低いの場合の出力電圧Vaよりも充分に大きいので、インバータ20からトランス15の一次側に入力される周期Tsの交流電圧も大きくなる。   Here, the control conditions of the switching elements Q1 to Q4 are always constant regardless of the magnitude of the output voltage, and the period T3 during which the main switch element 12 is ON is longer than the period T2 when the output voltage is low. Since the output voltage Vb of the chopper 10A is sufficiently larger than the output voltage Va when the output voltage is low, the AC voltage of the cycle Ts input from the inverter 20 to the primary side of the transformer 15 also increases.

この結果、トランス15の二次側から出力される交流電圧は、図2(A)の場合に比較して大きくなり、整流回路30から出力される直流の出力電圧は図2(A)より高くなる。すなわち、整流回路30の出力電圧は「高」となる。   As a result, the AC voltage output from the secondary side of the transformer 15 becomes larger than that in FIG. 2A, and the DC output voltage output from the rectifier circuit 30 is higher than that in FIG. Become. That is, the output voltage of the rectifier circuit 30 becomes “high”.

このようにチョッパ10Aのスイッチ素子12から出力される直流電圧パルスの幅を広げるだけで、インバータ部20に大電流を流すことなく、直流電源装置10はスムーズな動作をすることができる。   In this way, the DC power supply device 10 can operate smoothly without causing a large current to flow through the inverter unit 20 simply by widening the width of the DC voltage pulse output from the switching element 12 of the chopper 10A.

また、インバータ20のスイッチング素子Q1,Q4とスイッチング素子Q2,Q3とが同時にONしているオーバラップ期間を制御して、トランス15の昇圧量を変えるようにしたものであるから、トランス15の巻数比を大きくしなくても、トランス15の二次側の出力電圧を大きくすることができる。このため、トランス15の巻数比を小さく、すなわち最適なものにすることができ、直流電源装置10の低電圧出力時にトランス15の一次側に流れる電流を小さくすることができる。   In addition, since the boosting amount of the transformer 15 is changed by controlling the overlap period in which the switching elements Q1, Q4 and the switching elements Q2, Q3 of the inverter 20 are simultaneously ON, the number of turns of the transformer 15 Even if the ratio is not increased, the output voltage on the secondary side of the transformer 15 can be increased. For this reason, the turns ratio of the transformer 15 can be reduced, that is, optimized, and the current flowing to the primary side of the transformer 15 when the DC power supply 10 outputs a low voltage can be reduced.

このため、トランス15の一次側に接続されるスイッチング素子Q1〜Q4等の素子の容量は小さくて済み、安価な直流電源装置10を提供することができる。   For this reason, the capacity | capacitance of elements, such as switching element Q1-Q4 connected to the primary side of the transformer 15, may be small, and the inexpensive DC power supply device 10 can be provided.

なお、図2(A),(B)でも、オーバラップ期間が発生してインバータ20は昇圧型として動作するが、そのオーバラップ期間が短いことにより、その影響は僅かである。
(4)直流電源装置10の停止操作1
また、コントローラ40は、図示しない操作部の操作でOFFされると、チョッパ10の主スイッチ素子12の直流電圧パルスの出力を停止させる。この場合、インバータ部20は動作したままである。尚、チョークコイル13に蓄積されたエネルギーが放出されるまでは負荷に電力が出力されるが、非常に短いので、動作の安定性には問題が生ぜず、プラズマ発生装置(スパッタリング装置)1の動作を直ちに停止させることができる。
2A and 2B, an overlap period occurs and the inverter 20 operates as a boost type. However, the influence is slight because the overlap period is short.
(4) Stop operation 1 of DC power supply device 10
Further, when the controller 40 is turned off by an operation of an operation unit (not shown), the controller 40 stops the output of the DC voltage pulse of the main switch element 12 of the chopper 10. In this case, the inverter unit 20 remains operating. It should be noted that power is output to the load until the energy accumulated in the choke coil 13 is released, but since it is very short, there is no problem in the stability of the operation, and the plasma generator (sputtering device) 1 The operation can be stopped immediately.

この場合、インバータ部20が動作しているので、チョッパ10Aの主スイッチ素子12の直流電圧パルスの出力を開始させれば、迅速にプラズマ発生装置1を動作制御することができる。
(5)直流電源装置10の停止操作2
しかし、直流電源装置10は、アーク発生時に負荷であるプラズマ発生装置1への影響を極力小さくするために急速に停止させる必要がある。これを行うためには、チョッパ10Aが動作した状態で、インバータ部20のトランジスタQ1〜Q4を全てONさせればよい。このときチョッパ(降圧チョッパ)10Aは定電流動作をしているためインバータ部20へ過電流が流れることはない。
In this case, since the inverter unit 20 is operating, the operation of the plasma generator 1 can be quickly controlled if the output of the DC voltage pulse of the main switch element 12 of the chopper 10A is started.
(5) Stop operation 2 of DC power supply device 10
However, the DC power supply 10 needs to be stopped rapidly in order to minimize the influence on the plasma generator 1 that is a load when an arc is generated. In order to do this, all the transistors Q1 to Q4 of the inverter unit 20 may be turned on while the chopper 10A is operating. At this time, since the chopper (step-down chopper) 10A operates at a constant current, no overcurrent flows to the inverter unit 20.

また、チョッパ10Aが動作しているので、インバータ部20の制御を開始することで、プラズマ発生装置1の再起動も迅速且つ安定した状態で実行できる。
(6)直流電源装置10の停止操作3
このようにチョッパ(降圧チョッパ)10AをOFFにするか、又はインバータ部20のトランジスタQ1〜Q4を全てONにするかによって、プラズマ発生装置1の高速な動作制御が可能となる。
Since the chopper 10A is operating, the plasma generator 1 can be restarted quickly and stably by starting the control of the inverter unit 20.
(6) Stop operation 3 of the DC power supply device 10
Thus, high-speed operation control of the plasma generator 1 can be performed by turning off the chopper (step-down chopper) 10A or turning on all the transistors Q1 to Q4 of the inverter unit 20.

しかし、チョッパ(降圧チョッパ)10AをOFFにすると共に、インバータ部20のトランジスタQ1〜Q4を全てONにするようにしても、プラズマ発生装置(スパッタリング装置)1の動作を直ちに停止させることができる。   However, even if the chopper (step-down chopper) 10A is turned off and all the transistors Q1 to Q4 of the inverter unit 20 are turned on, the operation of the plasma generator (sputtering device) 1 can be stopped immediately.

また、インバータ部20の制御を開始させた後、チョッパ10Aを動作制御することで、プラズマ発生装置1の再起動も迅速且つ安定した状態で実行できる。   Moreover, after the control of the inverter unit 20 is started, the operation of the chopper 10A is controlled so that the plasma generator 1 can be restarted quickly and stably.

これにより、高速な動作が可能となりプラズマ発生装置(スパッタリング装置)1に使用されるプラズマ発生用電源として最適なものが実現できる。
[変形例1]
以上説明した実施例では、チョッパ10Aを電流型降圧チョッパとした例を示したが、チョッパ10Aを図3に示したような反転チョッパ10A1とすることもできる。
As a result, a high-speed operation is possible, and an optimum power source for plasma generation used in the plasma generator (sputtering apparatus) 1 can be realized.
[Modification 1]
In the embodiment described above, an example in which the chopper 10A is a current type step-down chopper has been shown, but the chopper 10A may be an inversion chopper 10A1 as shown in FIG.

この反転チョッパ10A1は、スイッチ素子12と、スイッチ素子12の出力側とダイオード14の入力側との間に介装されたダイオード14Aと、スイッチ素子12の出力側とダイオード14の出力側及びチョークコイル13に接続されたチョークコイル13Aを有する。   The inverting chopper 10A1 includes a switch element 12, a diode 14A interposed between the output side of the switch element 12 and the input side of the diode 14, the output side of the switch element 12, the output side of the diode 14, and the choke coil. 13 has a choke coil 13A connected thereto.

この構成ではスイッチ素子12の出力に対してインバータ部20の出力が上述した実施例と逆になるのみで、作用は上述した実施例と実質的に同じである。従って、この構成でもコントローラ40は上述した実施例と同様な制御を行うように設定できる。
[変形例2]
また、チョッパ10Aは電流型降圧チョッパを構成しているが、必ずしもこれに限るものではなく、図4に示したような昇圧チョッパ(昇圧チョッパ回路)10A2としても良い。
In this configuration, only the output of the inverter unit 20 is opposite to that of the above-described embodiment with respect to the output of the switch element 12, and the operation is substantially the same as that of the above-described embodiment. Therefore, even in this configuration, the controller 40 can be set to perform the same control as in the above-described embodiment.
[Modification 2]
Further, although the chopper 10A constitutes a current type step-down chopper, it is not necessarily limited to this, and may be a step-up chopper (step-up chopper circuit) 10A2 as shown in FIG.

この昇圧チョッパ10A2は、整流回路11の出力側とインバータ部20の入力側との間に直列に接続されたスイッチ素子12,チョークコイル13B,ダイオード14B,チョークコイル13を有すると共に、チョークコイル13Bとダイオード14の入力側の間に接続されたスイッチ素子12Aを有する。   The step-up chopper 10A2 includes a switch element 12, a choke coil 13B, a diode 14B, and a choke coil 13 connected in series between the output side of the rectifier circuit 11 and the input side of the inverter unit 20, and the choke coil 13B. The switching element 12A is connected between the input sides of the diode 14.

この構成でもコントローラ40は上述した実施例と同様な制御を行うように設定できる。   Even in this configuration, the controller 40 can be set to perform the same control as in the above-described embodiment.

以上説明したように、この発明の実施の形態の直流電源装置10は、主スイッチ素子12の断続により得られる直流電圧パルスをインダクタ(チョークコイル13)に印加させると共に前記主スイッチ素子12のOFF時にインダクタ(チョークコイル13)電流をダイオード14で環流させるチョッパ回路(10A,10A1,10A2)と、4つの第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4からなるフルブリッジ回路を有し且つ前記チョッパ回路(10A,10A1,10A2)の前記インダクタ(チョークコイル13)から出力される直流電圧パルスを交流電圧に変換して出力するインバータ(インバータ部20)と、前記インバータ(インバータ部20)から出力される交流電圧を直流電圧に変換して負荷(プラズマ発生装置1)に印加する電圧変換回路10Bを備えている。   As described above, the DC power supply device 10 according to the embodiment of the present invention applies a DC voltage pulse obtained by intermittent connection of the main switch element 12 to the inductor (choke coil 13), and when the main switch element 12 is OFF. A chopper circuit (10A, 10A1, 10A2) for circulating an inductor (choke coil 13) current through a diode 14 and a full bridge circuit including four first to fourth switching elements Q1 to Q4, and the chopper circuit (10A , 10A1, 10A2) an inverter (inverter unit 20) that converts a DC voltage pulse output from the inductor (choke coil 13) into an AC voltage and outputs the AC voltage, and an AC voltage output from the inverter (inverter unit 20) Is converted into DC voltage and marked on the load (plasma generator 1) And a voltage conversion circuit 10B for.

しかも、起動時には前記インバータ(インバータ部20)を作動させた後に前記チョッパ回路(10A,10A1,10A2)から出力される前記直流電圧パルスのパルス幅を徐々に広げる制御回路(コントローラ40)を設けている。   In addition, a control circuit (controller 40) is provided that gradually increases the pulse width of the DC voltage pulse output from the chopper circuit (10A, 10A1, 10A2) after operating the inverter (inverter unit 20) at the time of startup. Yes.

この構成によれば、起動時における直流電源装置10及び負荷の動作を安定させることができる。   According to this configuration, it is possible to stabilize the operations of the DC power supply device 10 and the load during startup.

また、起動時には前記インバータ(インバータ部20)を作動させた後に前記チョッパ回路(10A,10A1,10A2)から出力される前記直流電圧パルスのパルス幅を徐々に広げる一方、停止時に前記チョッパ回路(10A,10A1,10A2)の動作を停止させる制御回路(コントローラ40)を設けている。   Further, the pulse width of the DC voltage pulse output from the chopper circuit (10A, 10A1, 10A2) is gradually increased after the inverter (inverter unit 20) is operated at start-up, while the chopper circuit (10A , 10A1, 10A2) is provided with a control circuit (controller 40) for stopping the operation.

この構成によれば、チョッパ回路(10A,10A1,10A2)の動作制御により負荷の高速な起動・停止を行うことができると共に、起動時における直流電源装置10及び負荷の動作を安定させることができる。   According to this configuration, it is possible to start and stop the load at high speed by controlling the operation of the chopper circuit (10A, 10A1, 10A2), and to stabilize the operation of the DC power supply device 10 and the load at the time of startup. .

また、この発明の実施の形態の直流電源装置10は、起動時には前記インバータ(インバータ部20)を作動させた後に前記チョッパ回路(10A,10A1,10A2)から出力される前記直流電圧パルスのパルス幅を徐々に広げる一方、停止時に前記チョッパ回路(10A,10A1,10A2)の動作を停止させると共に前記4つの第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4の全てをONさせる制御回路(コントローラ40)を設けている。   The DC power supply device 10 according to the embodiment of the present invention has a pulse width of the DC voltage pulse output from the chopper circuit (10A, 10A1, 10A2) after operating the inverter (inverter unit 20) at the time of start-up. A control circuit (controller 40) is provided that gradually stops the operation of the chopper circuit (10A, 10A1, 10A2) and stops all of the four first to fourth switching elements Q1 to Q4 when stopped. ing.

この構成によれば、第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4の制御により負荷の高速な起動・停止を行うことができると共に、起動時における直流電源装置10及び負荷の動作を安定させることができる。   According to this configuration, it is possible to start and stop the load at high speed by controlling the first to fourth switching elements Q1 to Q4, and to stabilize the operation of the DC power supply device 10 and the load at the time of startup. .

更に、この発明の実施の形態の直流電源装置10は、起動時には前記インバータ(インバータ部20)を作動させた後に前記チョッパ回路(10A,10A1,10A2)から出力される前記直流電圧パルスのパルス幅を徐々に広げる一方、停止時に前記チョッパ回路(10A,10A1,10A2)の動作を停止させると共に前記4つの第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4の全てをONさせる制御回路(コントローラ40)を設けている。   Furthermore, in the DC power supply device 10 according to the embodiment of the present invention, the pulse width of the DC voltage pulse output from the chopper circuit (10A, 10A1, 10A2) after operating the inverter (inverter unit 20) at the time of startup. A control circuit (controller 40) is provided that gradually stops the operation of the chopper circuit (10A, 10A1, 10A2) and stops all of the four first to fourth switching elements Q1 to Q4 when stopped. ing.

この構成によれば、チョッパ回路(10A,10A1,10A2)の動作制御及び第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4の動作制御により負荷の高速な起動・停止を行うことができると共に、起動時における直流電源装置10及び負荷の動作を安定させることができる。   According to this configuration, the load can be quickly started and stopped by the operation control of the chopper circuit (10A, 10A1, 10A2) and the operation control of the first to fourth switching elements Q1 to Q4. The operations of the DC power supply device 10 and the load can be stabilized.

この発明に係る直流電源装置の構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the structure of the direct-current power supply device which concerns on this invention. 直流電源装置の動作を示したタイムチャートである。It is the time chart which showed the operation | movement of a DC power supply device. この発明の直流電源装置の変形例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the modification of the DC power supply device of this invention. この発明の直流電源装置の更に他の変形例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the further modification of the DC power supply device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…プラズマ発生装置(負荷)
10…直流電源装置
12…主スイッチ素子
13…チョークコイル(インダクタ)
14…ダイオード
10A…チョッパ回路
10A1…チョッパ回路
10A2…チョッパ回路
Q1〜Q4…スイッチング素子
20…インバータ部(インバータ)
10B…電圧変換回路
40…コントローラ(制御回路)
1 ... Plasma generator (load)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... DC power supply device 12 ... Main switch element 13 ... Choke coil (inductor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Diode 10A ... Chopper circuit 10A1 ... Chopper circuit 10A2 ... Chopper circuit Q1-Q4 ... Switching element 20 ... Inverter part (inverter)
10B ... Voltage conversion circuit 40 ... Controller (control circuit)

Claims (4)

主スイッチ素子の断続により得られる直流電圧パルスをインダクタに印加させると共に前記主スイッチ素子のOFF時にインダクタ電流をダイオードで環流させるチョッパ回路と、4つの第1〜第4スイッチング素子からなるフルブリッジ回路を有し且つ前記チョッパ回路の前記インダクタから出力される直流電圧パルスを交流電圧に変換して出力するインバータと、前記インバータから出力される交流電圧を直流電圧に変換して負荷に印加する電圧変換回路を備える直流電源装置であって、
起動時には前記インバータを作動させた後に前記チョッパ回路の前記主スイッチ素子から出力される前記直流電圧パルスのパルス幅を徐々に広げる制御回路を設けたことを特徴とする直流電源装置。
A chopper circuit for applying a DC voltage pulse obtained by intermittent switching of the main switch element to the inductor and circulating the inductor current with a diode when the main switch element is OFF, and a full bridge circuit composed of four first to fourth switching elements And an inverter that converts a DC voltage pulse output from the inductor of the chopper circuit into an AC voltage and outputs the AC voltage, and a voltage conversion circuit that converts the AC voltage output from the inverter into a DC voltage and applies it to a load. A DC power supply device comprising:
A DC power supply apparatus comprising: a control circuit that gradually increases a pulse width of the DC voltage pulse output from the main switch element of the chopper circuit after the inverter is operated at the time of startup.
前記制御回路は停止時に前記チョッパ回路の動作を停止させることを特徴とする直流電源装置。   The DC power supply device, wherein the control circuit stops the operation of the chopper circuit when stopped. 前記制御回路は停止時に前記4つの第1〜第4スイッチング素子の全てをONさせることを特徴とする直流電源装置。   The DC power supply device, wherein the control circuit turns on all of the four first to fourth switching elements when stopped. 前記制御回路は起動時には前記インバータを作動させた後に前記チョッパ回路の前記主スイッチ素子から出力される前記直流電圧パルスのパルス幅を徐々に広げる一方、停止時に前記チョッパ回路の動作を停止させると共に前記4つの第1〜第4スイッチング素子の全てをONさせることを特徴とする直流電源装置。 The control circuit gradually increases the pulse width of the DC voltage pulse output from the main switch element of the chopper circuit after operating the inverter at start-up, and stops the operation of the chopper circuit at the time of stop and All the four 1st-4th switching elements are turned ON, The direct-current power supply device characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101519319B1 (en) 2012-09-05 2015-05-11 가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼 Dc power supply device, and control method for dc power supply device
KR101579416B1 (en) * 2012-09-07 2015-12-21 가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼 Dc power supply device, and control method for dc power supply device
JP5729732B2 (en) 2013-09-27 2015-06-03 株式会社京三製作所 DC power supply and control method of DC power supply
JP5679241B1 (en) 2013-09-27 2015-03-04 株式会社京三製作所 Voltage source DC power supply and control method for voltage source DC power supply
CN104451579B (en) * 2014-11-17 2017-02-22 中国科学院力学研究所 High-low voltage conversion device for magnetron sputtering
JP7018030B2 (en) 2019-01-24 2022-02-09 株式会社京三製作所 DC pulse power supply
JP7051727B2 (en) 2019-01-24 2022-04-11 株式会社京三製作所 DC pulse power supply
JP7051726B2 (en) 2019-01-24 2022-04-11 株式会社京三製作所 DC pulse power supply
JP6835901B2 (en) 2019-04-11 2021-02-24 株式会社京三製作所 Duty control method for DC pulse power supply and DC pulse power supply
JP6835900B2 (en) 2019-04-11 2021-02-24 株式会社京三製作所 DC pulse power supply device and magnetic saturation reset method for DC pulse power supply device
JP6858805B2 (en) 2019-04-11 2021-04-14 株式会社京三製作所 Frequency control method for DC pulse power supply and DC pulse power supply

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0279776A (en) * 1988-09-13 1990-03-20 Fuji Electric Co Ltd Control apparatus for current type inverter
JPH06189562A (en) * 1992-12-16 1994-07-08 Fuji Electric Co Ltd Control method for inverter
JPH07147780A (en) * 1993-11-25 1995-06-06 Matsushita Electric Works Ltd Power unit
JPH11178333A (en) * 1997-12-15 1999-07-02 Sansha Electric Mfg Co Ltd Dc power device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0279776A (en) * 1988-09-13 1990-03-20 Fuji Electric Co Ltd Control apparatus for current type inverter
JPH06189562A (en) * 1992-12-16 1994-07-08 Fuji Electric Co Ltd Control method for inverter
JPH07147780A (en) * 1993-11-25 1995-06-06 Matsushita Electric Works Ltd Power unit
JPH11178333A (en) * 1997-12-15 1999-07-02 Sansha Electric Mfg Co Ltd Dc power device

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