JP6748547B2 - High frequency power supply - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ負荷などの負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置に関するものである。 The present invention relates to a high frequency power supply device that supplies high frequency power to a load such as a plasma load.

プラズマ負荷などに高周波電力を供給する高周波電源装置として、特許文献1に示されているように、直流出力を調整する機能を有する可変DC電源部と、この可変DC電源部から出力される直流出力をスイッチ素子のオンオフ動作により高周波交流出力に変換するDC/RF変換部(直流/高周波交流変換部)とを備えて、可変DC電源部を制御することにより、DC/RF変換部から設定値に保たれた高周波電力を出力するようにしたものが用いられている。 As a high-frequency power supply device that supplies high-frequency power to a plasma load or the like, as shown in Patent Document 1, a variable DC power supply unit having a function of adjusting a DC output, and a DC output output from the variable DC power supply unit. And a DC/RF conversion unit (DC/RF conversion unit) for converting the switching element into a high frequency AC output by turning the switch element ON/OFF, and controlling the variable DC power supply unit to change the DC/RF conversion unit to a set value. The one that outputs the retained high-frequency power is used.

図16は、従来のこの種の高周波電源装置1′を負荷2とともに示したものである。図16に示された高周波電源装置1′は、負荷2に供給する高周波電力を発生する高周波電力発生部3′と、高周波電力発生部3′の出力インピーダンスと高周波電力発生部3′の出力端から負荷側を見たインピーダンスである負荷インピーダンスとを整合させるインピーダンス整合器4とを備えている。 FIG. 16 shows a conventional high frequency power supply device 1 ′ of this type together with a load 2. The high frequency power supply device 1'shown in FIG. 16 includes a high frequency power generator 3'which generates high frequency power supplied to the load 2, an output impedance of the high frequency power generator 3', and an output terminal of the high frequency power generator 3'. And an impedance matching device 4 for matching the load impedance, which is the impedance seen from the load side.

高周波電力発生部3′は、出力制御信号Sdcに応じて、出力する直流電力の大きさを調整する機能を有する可変DC電源部(可変直流電源部)5′と、可変DC電源部5′から出力される直流電力を高周波電力に変換するDC/RF変換部(直流/高周波変換部)6と、DC/RF変換部6の出力から高調波成分を除去するローパスフィルタ(LPF)7と、ローパスフィルタ7の出力側で負荷2に供給される進行波電力と負荷2で反射して戻ってくる反射波電力とをそれぞれ検出して進行波電力検出信号Pfと反射波電力検出信号Prとを出力するパワー検出部8と、可変DC電源部5′及びDC/RF変換部6を制御する制御部9′とを備えている。 The high frequency power generation unit 3'includes a variable DC power supply unit (variable DC power supply unit) 5'having a function of adjusting the magnitude of DC power to be output according to the output control signal Sdc, and a variable DC power supply unit 5'. A DC/RF converter (DC/high frequency converter) 6 for converting the output DC power into high frequency power, a low pass filter (LPF) 7 for removing harmonic components from the output of the DC/RF converter 6, and a low pass. The traveling wave power supplied to the load 2 on the output side of the filter 7 and the reflected wave power reflected by the load 2 and returned are detected, and a traveling wave power detection signal Pf and a reflected wave power detection signal Pr are output. The power detection unit 8 and the control unit 9'for controlling the variable DC power supply unit 5'and the DC/RF conversion unit 6 are provided.

可変DC電源部5′は、例えば、商用電源の出力を整流して直流出力に変換するAC−DC変換部と、このAC−DC変換部の出力を、大きさが調整された直流電圧に変換するDC−DC変換部とにより構成される。制御部9′は、負荷に与える高周波電力の目標値と、パワー検出部8により検出されている進行波電力との偏差を零にするようにDC−DC変換部の出力を制御することにより、負荷に与えられる高周波出力を目標値に一致させるように制御する。 The variable DC power supply unit 5 ′ is, for example, an AC-DC conversion unit that rectifies the output of the commercial power supply and converts it into a DC output, and converts the output of this AC-DC conversion unit into a DC voltage whose size is adjusted. And a DC-DC conversion unit that operates. The control unit 9′ controls the output of the DC-DC conversion unit so that the deviation between the target value of the high frequency power applied to the load and the traveling wave power detected by the power detection unit 8 becomes zero. The high frequency output applied to the load is controlled to match the target value.

インピーダンス整合器4は、負荷2のインピーダンスの如何に関わりなく、高周波電力発生部3′の出力端から負荷側を見たインピーダンス(負荷インピーダンス)を、高周波電力発生部3′の出力インピーダンスに一致させる(整合させる)ように調節する働きをする機器である。インピーダンス整合器4により、高周波電力発生部3′の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが整合状態に調整されているときに、高周波電力発生部3′が発生する高周波電力(進行波電力)が負荷2に効率よく吸収される。 The impedance matching device 4 matches the impedance (load impedance) viewed from the output end of the high frequency power generation unit 3′ with the load side regardless of the impedance of the load 2 to the output impedance of the high frequency power generation unit 3′. It is a device that functions to adjust (match). When the impedance matching device 4 adjusts the output impedance and the load impedance of the high frequency power generator 3'to a matching state, the high frequency power (traveling wave power) generated by the high frequency power generator 3'is applied to the load 2. It is absorbed efficiently.

図16に示された高周波電源装置1′においては、負荷に与える高周波電力を制御するために、電源部として、AC−DC変換部とDC−DC変換部とにより構成される複雑な構成を有する可変DC電源部5′を用いる必要があるため、コストが高くなるのを避けられない。 The high-frequency power supply device 1'shown in FIG. 16 has a complicated configuration including an AC-DC conversion unit and a DC-DC conversion unit as a power supply unit in order to control the high-frequency power applied to the load. Since it is necessary to use the variable DC power supply unit 5', the cost is inevitably high.

そこで、特許文献2に示されているように、一定の直流出力を発生するDC電源部と、このDC電源部の出力を高周波電力に変換するDC−RF変換部とにより高周波電力発生部を構成して、DC−RF変換部に出力を調整する機能を持たせることにより、負荷に供給する高周波電力を制御する構成をとることが考えられる。 Therefore, as shown in Patent Document 2, a high frequency power generation unit is configured by a DC power supply unit that generates a constant DC output and a DC-RF conversion unit that converts the output of this DC power supply unit into high frequency power. Then, it is conceivable that the DC-RF converter has a function of adjusting the output to control the high-frequency power supplied to the load.

図17は、このような構成を有する高周波電力発生部の構成を示したものである。図17において、5は一定の直流電圧Vdcを出力するDC電源部、6はDC電源部5の出力を高周波出力に変換するDC/RF変換部である。 FIG. 17 shows a structure of a high frequency power generator having such a structure. In FIG. 17, 5 is a DC power supply unit that outputs a constant DC voltage Vdc, and 6 is a DC/RF conversion unit that converts the output of the DC power supply unit 5 into a high frequency output.

図17に示した例では、ハイサイドスイッチQ1とローサイドスイッチQ2との直列回路からなる基準相のレグと、ハイサイドスイッチQ3とローサイドスイッチQ4との直列回路からなる制御相のレグとが並列に接続されることにより、フルブリッジ型のスイッチング回路(インバータ回路)6Aが構成されている。このスイッチング回路においては、基準相のレグのハイサイドスイッチQ1と制御相のレグのハイサイドスイッチQ3との接続点a及び基準相のレグのローサイドスイッチQ2と制御相のレグのローサイドスイッチQ4との接続点bがスイッチング回路6Aの入力端子となっていて、これらの入力端子間にDC電源部5の出力電圧Vdcが入力されている。またハイサイドスイッチQ1とローサイドスイッチQ2からなる基準相のレグの中点(スイッチQ1とQ2の接続点)cと、ハイサイドスイッチQ3とローサイドスイッチQ4とからなる制御相のレグの中点(スイッチQ3とQ4の接続点)dとがスイッチング回路6Aの出力端子となっていて、これらの出力端子c,d間に、リアクトルLrとコンデンサCrとの直列回路からなる直列共振回路6Bを通してトランス6Cの一次巻線W1が接続されている。スイッチQ1〜Q4は、しきい値以上の駆動信号が与えられている間オン状態を保持し、駆動信号がしきい値未満になったときにオフ状態になる半導体スイッチにより構成される。以下の説明では、スイッチQ1〜Q4がMOSFETにより構成されるものとする。 In the example shown in FIG. 17, the leg of the reference phase including the series circuit of the high-side switch Q1 and the low-side switch Q2 and the leg of the control phase including the series circuit of the high-side switch Q3 and the low-side switch Q4 are connected in parallel. By being connected, a full bridge type switching circuit (inverter circuit) 6A is configured. In this switching circuit, the connection point a between the high side switch Q1 of the leg of the reference phase and the high side switch Q3 of the leg of the control phase, and the low side switch Q2 of the leg of the reference phase and the low side switch Q4 of the leg of the control phase. The connection point b serves as an input terminal of the switching circuit 6A, and the output voltage Vdc of the DC power supply unit 5 is input between these input terminals. In addition, the midpoint of the leg of the reference phase (connection point of the switches Q1 and Q2) consisting of the high-side switch Q1 and the low-side switch Q2, and the midpoint of the leg of the control phase consisting of the high-side switch Q3 and the low-side switch Q4 (switch A connection point d of Q3 and Q4 is an output terminal of the switching circuit 6A, and a series resonance circuit 6B composed of a series circuit of a reactor Lr and a capacitor Cr is inserted between the output terminals c and d to connect the transformer 6C. The primary winding W1 is connected. The switches Q1 to Q4 are configured by semiconductor switches that maintain an on state while a drive signal equal to or higher than a threshold value is applied and that turn off when the drive signal becomes lower than the threshold value. In the following description, the switches Q1 to Q4 are assumed to be composed of MOSFETs.

図17において、C1ないしC4はそれぞれスイッチQ1ないしQ4の両端に並列に設けられた出力静電容量であり、D1ないしD4はそれぞれスイッチQ1ないしQ4の両端に逆並列接続された帰還ダイオードである。図17に示したスイッチング回路においては,出力静電容量C1ないしC4及びダイオードD1ないしD4を利用してスイッチQ1〜Q4のソフトスイッチングを実現する。MOSFETのように寄生静電容量及び寄生ダイオードを内在する半導体スイッチング素子によりスイッチQ1ないしQ4を構成する場合には、当該寄生静電容量及び寄生ダイオードを上記出力静電容量C1〜C4及び帰還ダイオードD1〜D4として利用することができる。 In FIG. 17, C1 to C4 are output capacitances provided in parallel at both ends of the switches Q1 to Q4, and D1 to D4 are feedback diodes connected in antiparallel to both ends of the switches Q1 to Q4. In the switching circuit shown in FIG. 17, the output capacitors C1 to C4 and the diodes D1 to D4 are used to realize soft switching of the switches Q1 to Q4. When the switches Q1 to Q4 are composed of semiconductor switching elements having a parasitic capacitance and a parasitic diode therein such as MOSFET, the parasitic capacitance and the parasitic diode are connected to the output capacitances C1 to C4 and the feedback diode D1. ~D4.

トランス6Cの二次巻線W2の両端には、リアクトルLzとコンデンサCzとからなるローパスフィルタ7を通して負荷2が接続されている。実際にはローパスフィルタ7と負荷との間にパワー検出部やインピーダンス整合器が挿入されるが、図17においてはこれらの図示が省略されている。 The load 2 is connected to both ends of the secondary winding W2 of the transformer 6C through a low-pass filter 7 including a reactor Lz and a capacitor Cz. Actually, a power detector and an impedance matching device are inserted between the low-pass filter 7 and the load, but they are not shown in FIG.

スイッチング回路6Aの基準相のレグのハイサイドスイッチQ1を構成するMOSFETのゲート・ソース間及びローサイドスイッチQ2を構成するMOSFETのゲート・ソース間にはそれぞれ、図示しない制御部に設けられたスイッチ駆動部から所定レベル以上の駆動信号S1及びS2が交互に与えられる。駆動信号S1及びS2は、理想的には、図18(A)に模式的に示したような矩形波状の信号であって、これらの駆動信号S1及びS2のレベルがしきい値以上になっている期間ハイサイドスイッチQ1及びローサイドスイッチQ2をそれぞれ構成するMOSFETがオン状態になり、駆動信号S1及びS2のレベルがしきい値未満になったとき(駆動信号S1及びS2が消滅したとき)にハイサイドスイッチQ1及びローサイドスイッチQ2をそれぞれ構成するMOSFETがオフ状態になる。 A switch driving unit provided in a control unit (not shown) between the gate and source of the MOSFET forming the high side switch Q1 of the leg of the reference phase of the switching circuit 6A and between the gate and source of the MOSFET forming the low side switch Q2. Are alternately applied with drive signals S1 and S2 of a predetermined level or higher. Ideally, the drive signals S1 and S2 are rectangular wave signals as schematically shown in FIG. 18A, and the levels of the drive signals S1 and S2 are equal to or higher than the threshold value. The high-side switch Q1 and the low-side switch Q2 are turned on when the MOSFETs are turned on and the levels of the drive signals S1 and S2 are below the threshold value (when the drive signals S1 and S2 disappear). The MOSFETs forming the side switch Q1 and the low side switch Q2 are turned off.

同様に、スイッチング回路6Aの制御相のレグのハイサイドスイッチQ3及びローサイドスイッチQ4を構成するMOSFETのゲート・ソース間にはそれぞれ図18(B)に模式的に示した矩形波状の駆動信号S3及びS4が与えられる。駆動信号S3及びS4のレベルがしきい値以上になっている期間ハイサイドスイッチQ3及びローサイドスイッチQ4をそれぞれ構成するMOSFETがオン状態になり、駆動信号S3及びS4のレベルがしきい値未満になったときにハイサイドスイッチQ3及びローサイドスイッチQ4をそれぞれ構成するMOSFETがオフ状態になる。 Similarly, between the gate and source of the MOSFET forming the high-side switch Q3 and the low-side switch Q4 of the leg of the control phase of the switching circuit 6A, the rectangular drive signal S3 and the rectangular-wave drive signal schematically shown in FIG. S4 is given. While the levels of the drive signals S3 and S4 are above the threshold, the MOSFETs configuring the high-side switch Q3 and the low-side switch Q4 are turned on, and the levels of the drive signals S3 and S4 are below the threshold. At this time, the MOSFETs forming the high-side switch Q3 and the low-side switch Q4 are turned off.

MOSFETは、導通状態にあるときにそのドレイン・ソース間を流れる通電電流の自乗と、ドレイン・ソース間のオン抵抗(オン時の抵抗)との積により決まる導通損失を生じる。MOSFETをスイッチング素子として用いる場合には、その導通損失を極力減らすために、MOSFETを導通時に飽和領域で動作させる必要がある。したがって、スイッチング回路6AのスイッチQ1〜Q4を構成するMOSFETに与える駆動信号S1〜S4の波高値は、MOSFETを飽和状態にするのに必要な値以上に設定される。 When the MOSFET is in a conductive state, a conduction loss is generated which is determined by the product of the square of the conduction current flowing between the drain and the source of the MOSFET and the ON resistance between the drain and the source (resistance at the time of ON). When the MOSFET is used as a switching element, it is necessary to operate the MOSFET in the saturation region when conducting to reduce the conduction loss as much as possible. Therefore, the crest values of the drive signals S1 to S4 given to the MOSFETs forming the switches Q1 to Q4 of the switching circuit 6A are set to be equal to or higher than the value required to bring the MOSFETs into the saturated state.

図17に示したスイッチング回路6Aにおいては、ハイサイドスイッチQ1とローサイドスイッチQ2との直列回路からなる基準相のレグ及びハイサイドスイッチQ3とローサイドスイッチQ4との直列回路からなる制御相のレグがDC電源部5の出力端子間に並列に接続されているため、各レグを構成するスイッチが同時にオン状態になる期間が生じると、DC電源部5の出力が短絡されて大電流が流れ、各スイッチを構成するMOSFETが破損する。したがって、基準相のレグのハイサイドスイッQ1に与えていた駆動信号S1を消滅させるタイミングとローサイドスイッチQ2に駆動信号S2を与えるタイミングとの間及びローサイドスイッチQ2に与えていた駆動信号S2を消滅させるタイミングとハイサイドスイッチQ1に所定レベル以上の駆動信号を与えるタイミングとの間にデッドタイムtdを設けて、これらのデッドタイムの期間、両スイッチQ1,Q2への駆動信号S1,S2の供給を停止する必要がある。同様に、制御相のレグのハイサイドスイッQ3に与えていた駆動信号S3を消滅させるタイミングとローサイドスイッチQ4に駆動信号S4を与えるタイミングとの間及びローサイドスイッチQ4に与えていた駆動信号S4を消滅させるタイミングとハイサイドスイッチQ3に駆動信号を与えるタイミングとの間にデッドタイムtdを設ける必要がある。 In the switching circuit 6A shown in FIG. 17, the leg of the reference phase including the series circuit of the high side switch Q1 and the low side switch Q2 and the leg of the control phase including the series circuit of the high side switch Q3 and the low side switch Q4 are DC. Since the output terminals of the power supply unit 5 are connected in parallel, if a period in which the switches forming each leg are simultaneously turned on occurs, the output of the DC power supply unit 5 is short-circuited, causing a large current to flow, and each switch Damages the MOSFETs that compose the. Therefore, the drive signal S2 applied to the low-side switch Q2 is extinguished between the timing of extinguishing the drive signal S1 applied to the high-side switch Q1 of the leg of the reference phase and the timing of applying the drive signal S2 to the low-side switch Q2. A dead time td is provided between the timing and the timing at which the drive signal of a predetermined level or higher is supplied to the high side switch Q1, and the supply of the drive signals S1 and S2 to both switches Q1 and Q2 is stopped during the dead time. There is a need to. Similarly, between the timing of extinguishing the drive signal S3 applied to the high side switch Q3 of the leg of the control phase and the timing of applying the drive signal S4 to the low side switch Q4, and extinguishing the drive signal S4 applied to the low side switch Q4. It is necessary to provide the dead time td between the timing of making it and the timing of giving the drive signal to the high side switch Q3.

図17に示したDC/RF変換部6においては、スイッチング回路6Aの各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、基準相のレグのハイサイドスイッチQ1をオン状態にした後、制御相のレグのローサイドスイッチQ4をオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチQ2をオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチQ3をオン状態にする動作とを交互に行わせるように、スイッチQ1〜Q4を制御することにより、DC/RF変換部6から高周波電力を出力させる。 In the DC/RF conversion unit 6 shown in FIG. 17, the dead phase, which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch that configures each leg of the switching circuit 6A is suspended, After turning on the high side switch Q1 of the leg of the control leg, turning on the low side switch Q4 of the control phase leg, and turning on the low side switch Q2 of the reference phase leg, the control phase leg high By controlling the switches Q1 to Q4 so as to alternately perform the operation of turning on the side switch Q3, high frequency power is output from the DC/RF conversion unit 6.

図17に示された高周波電源装置は、複雑な構造を有する可変DC電源部を用いずに、一定の直流出力を発生するDC電源部5と、このDC電源部の直流出力を高周波電力に変換するDC/RF変換部6とにより構成されるため、装置の構成を簡単にすることができる。本発明においては、このような構成を有する高周波電源装置を対象とする。 The high frequency power supply device shown in FIG. 17 does not use a variable DC power supply unit having a complicated structure, but converts the DC power supply unit 5 that generates a constant DC output and the DC output of this DC power supply unit into high frequency power. Since the DC/RF conversion unit 6 is configured to operate, the device configuration can be simplified. The present invention is directed to a high frequency power supply device having such a configuration.

図17に示したDC/RF変換部において、スイッチQ1をターンオンした後、当該スイッチQ1を再びターンオンさせるまでの一連の動作は下記の通りである。
(1) 基準相のレグのハイサイドスイッチQ1をターンオンした後、制御相のレグのローサイドスイッチQ4をターンオンする。
(2) 制御相のレグのローサイドスイッチQ4がオンしている間に基準相のレグのハイサイドスイッチQ1をターンオフし、次いでデッドタイムが経過した時に基準相のレグのローサイドスイッチQ2をターンオンする。
(3) 基準相のレグのローサイドスイッチQ2をターンオンした後制御相のレグのローサイドスイッチQ4をターンオフし、次いでデッドタイムが経過した時に制御相のレグのハイサイドスイッチQ3をターンオンする。
(4) 制御相のハイサイドスイッチQ3がオン状態にある間に基準相のレグのローサイドスイッチQ2をターンオフし、次いでデッドタイムが経過した時に基準相のレグのハイサイドスイッチQ1をターンオンさせる。
In the DC/RF conversion unit shown in FIG. 17, a series of operations from turning on the switch Q1 to turning on the switch Q1 again are as follows.
(1) After turning on the high side switch Q1 of the reference phase leg, turn on the low side switch Q4 of the control phase leg.
(2) While the control phase leg low side switch Q4 is on, the reference phase leg high side switch Q1 is turned off, and when the dead time has elapsed, the reference phase leg low side switch Q2 is turned on.
(3) After turning on the low side switch Q2 of the reference phase leg, turn off the low side switch Q4 of the control phase leg, and then turn on the high side switch Q3 of the control phase leg when the dead time elapses.
(4) Turn off the low side switch Q2 of the leg of the reference phase while the high side switch Q3 of the control phase is in the ON state, and turn on the high side switch Q1 of the leg of the reference phase when the dead time has passed.

図17に示したDC/RF変換部6においては、スイッチング回路の各レグの各スイッチの出力静電容量と、DC/RF変換部6内に存在するインダクタ(インダクタンスを有する回路要素)とを通して電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されていて、上記の一連の動作を行わせる過程で、各レグの各スイッチに対して構成される充放電回路を通して各スイッチの出力静電容量の充放電を行わせて、各スイッチのソフトスイッチングを行わせる。各レグのスイッチに対して構成される充放電回路においては、各スイッチの出力静電容量とDC/RF変換部6内に存在するインダクタとが直列に接続されることにより直列共振回路が構成されているため、各スイッチの出力静電容量の充放電を行う際に各スイッチに対して構成される充放電回路を通して流れる電流は、直流共振電流の一部をなす波形の電流(この電流を部分共振電流と呼ぶ。)である。これらの動作は公知であるが、本発明が解決しようとする課題の理解を容易にするために、以下にその動作の概要を説明しておく。 In the DC/RF conversion unit 6 shown in FIG. 17, the current is passed through the output capacitance of each switch of each leg of the switching circuit and the inductor (circuit element having an inductance) existing in the DC/RF conversion unit 6. A charging/discharging circuit for charging and discharging the output capacitance of the switch of each leg is configured for each switch, and for each switch of each leg in the process of performing the above series of operations. The output capacitance of each switch is charged and discharged through a charging and discharging circuit configured as described above, and soft switching of each switch is performed. In the charging/discharging circuit configured for the switches of each leg, the output capacitance of each switch and the inductor existing in the DC/RF converter 6 are connected in series to form a series resonance circuit. Therefore, when charging/discharging the output capacitance of each switch, the current flowing through the charging/discharging circuit configured for each switch is the waveform current that forms a part of the DC resonance current (this current is It is called a resonance current). Although these operations are known, in order to facilitate understanding of the problems to be solved by the present invention, the outline of the operations will be described below.

基準相のレグのハイサイドスイッチQ1及び制御相のレグのローサイドスイッチQ4にそれぞれ駆動信号S1及びS4が与えられると、これらのスイッチQ1及びQ4がオン状態になる。このときDC/RF変換部6内に存在するインダクタに電流が流れるため、当該インダクタにエネルギが蓄積される。図17に示した高周波電源装置において、DC/RF変換部6内に存在するインダクタは、直列共振回路6Bを構成しているインダクタLrとトランス6Cとである。 When the drive signals S1 and S4 are applied to the high side switch Q1 of the leg of the reference phase and the low side switch Q4 of the leg of the control phase, these switches Q1 and Q4 are turned on. At this time, since a current flows through the inductor existing inside the DC/RF conversion unit 6, energy is accumulated in the inductor. In the high frequency power supply device shown in FIG. 17, the inductors existing in the DC/RF conversion unit 6 are the inductor Lr and the transformer 6C that form the series resonance circuit 6B.

制御相のレグのローサイドスイッチQ4に駆動信号S4を与えた後、基準相のレグのハイサイドスイッチQ1に与えていた駆動信号S1を消滅させて、当該スイッチQ1をターンオフする。スイッチQ1のターンオフ過程の進行に伴って、DC/RF変換部6内に存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより、部分共振電流を流してスイッチQ1の出力静電容量C1を充電し、スイッチQ1の両端の電圧を直線的に上昇させる。これにより、スイッチQ1の両端電圧の上昇を緩和して、スイッチQ1をソフトスイッチングによりターンオフさせる。またスイッチQ1の出力静電容量C1を充電することにより、スイッチQ1の両端に逆並列接続されているダイオードD1を逆バイアスして、ダイオードD1を通して電流が流れないようにする。 After the drive signal S4 is applied to the low side switch Q4 of the leg of the control phase, the drive signal S1 applied to the high side switch Q1 of the leg of the reference phase is extinguished, and the switch Q1 is turned off. As the turn-off process of the switch Q1 progresses, the energy stored in the inductor existing in the DC/RF conversion unit 6 causes a partial resonance current to flow to charge the output capacitance C1 of the switch Q1. Increase the voltage across both ends linearly. As a result, the rise in the voltage across the switch Q1 is alleviated, and the switch Q1 is turned off by soft switching. Further, by charging the output capacitance C1 of the switch Q1, the diode D1 connected in anti-parallel to both ends of the switch Q1 is reverse biased so that no current flows through the diode D1.

基準相のレグのハイサイドスイッチQ1の出力静電容量C1を充電する過程で、基準相のレグのローサイドスイッチQ2の出力静電容量C2に蓄積されている電荷を、直列共振回路6Bと、トランス6Cの一次コイルW1と、オン状態にある制御相のレグのローサイドスイッチQ4とにより構成される充放電回路を通して放電させて、部分共振電流を流す。これにより、次にターンオンさせる基準相のレグのローサイドスイッチQ2の両端電圧をゼロにし、スイッチQ2に逆並列接続されているダイオードD2の逆バイアスを解除する。 In the process of charging the output capacitance C1 of the high side switch Q1 of the leg of the reference phase, the charge accumulated in the output capacitance C2 of the low side switch Q2 of the leg of the reference phase is transferred to the series resonance circuit 6B and the transformer. The partial resonance current is caused to flow through the charge/discharge circuit configured by the primary coil W1 of 6C and the low side switch Q4 of the leg of the control phase in the ON state. As a result, the voltage across the low-side switch Q2 of the leg of the reference phase to be turned on next is made zero, and the reverse bias of the diode D2 connected in antiparallel with the switch Q2 is released.

ダイオードD2の逆バイアスが解除されると、回路のインダクタンスに蓄積されているエネルギにより、オン状態にある制御相のレグのローサイドスイッチQ4と基準相のレグのローサイドスイッチに逆並列接続されたダイオードD2と、直列共振回路6Bとトランス6Cの一次コイルW1とにより構成される充放電回路を通してダイオードD2に順方向電流が流れる。これにより、スイッチQ2をターンオンさせる過程で、その両端の電圧をほぼゼロ(ダイオードD2の順方向電圧)に保つ。 When the reverse bias of the diode D2 is released, the energy accumulated in the inductance of the circuit causes the diode D2 anti-parallel connected to the low side switch Q4 of the leg of the control phase and the leg low side switch of the reference phase in the ON state. Then, a forward current flows through the diode D2 through the charging/discharging circuit constituted by the series resonance circuit 6B and the primary coil W1 of the transformer 6C. Thereby, in the process of turning on the switch Q2, the voltage across the switch Q2 is maintained at substantially zero (the forward voltage of the diode D2).

上記のように、基準相のレグのローサイドスイッチQ2をターンオンする際には、当該スイッチQ2の出力静電容量C2を放電させるとともに、その両端に逆並列接続されているダイオードD2に順方向電流を流すことにより、スイッチQ2の両端電圧をほぼゼロにした状態で、スイッチQ2に駆動信号を与える。これにより、基準相のレグのローサイドスイッチQ2をZVS(ゼロ電圧スイッチング)及びZCS(ゼロ電流スイッチング)でターンオンさせる。 As described above, when the low side switch Q2 of the leg of the reference phase is turned on, the output capacitance C2 of the switch Q2 is discharged, and a forward current is applied to the diode D2 connected in anti-parallel to both ends thereof. By causing the voltage to flow, the drive signal is given to the switch Q2 in a state where the voltage across the switch Q2 is substantially zero. As a result, the low side switch Q2 of the leg of the reference phase is turned on by ZVS (zero voltage switching) and ZCS (zero current switching).

基準相のレグのローサイドスイッチQ2をターンオンさせた後、制御相のレグのローサイドスイッチQ4に与えていた駆動信号を消滅させて、スイッチQ4のターンオフ動作を開始させる。スイッチQ4のターンオフ動作を開始させると、トランス6Cの一次電流によりダイオードD2及びスイッチQ2とインダクタLsとを通してスイッチQ4の出力静電容量C4が充電される。これによりスイッチQ4の両端の電圧が直線的に上昇し、スイッチQ4がソフトスイッチングによりターンオフする。トランス6Cの二次側では、二次コイルW2−インダクタLz−負荷2及びキャパシタCz−二次コイルW2の閉回路を流れる負荷電流が減少していく。制御相のレグのローサイドスイッチQ4がターンオフする過程で、制御相のレグのハイサイドスイッチQ3の出力静電容量C3が放電するため、スイッチQ3の両端電圧が低下していく。 After turning on the low side switch Q2 of the leg of the reference phase, the drive signal applied to the low side switch Q4 of the leg of the control phase is extinguished, and the turn-off operation of the switch Q4 is started. When the turn-off operation of the switch Q4 is started, the output capacitance C4 of the switch Q4 is charged by the primary current of the transformer 6C through the diode D2 and the switch Q2 and the inductor Ls. As a result, the voltage across the switch Q4 increases linearly, and the switch Q4 is turned off by soft switching. On the secondary side of the transformer 6C, the load current flowing through the closed circuit of the secondary coil W2-the inductor Lz-the load 2 and the capacitor Cz-the secondary coil W2 decreases. In the process of turning off the low side switch Q4 of the leg of the control phase, the output capacitance C3 of the high side switch Q3 of the leg of the control phase is discharged, so that the voltage across the switch Q3 decreases.

制御相のレグのハイサイドスイッチQ3の出力静電容量C3の放電が完了すると、ダイオードD3の逆バイアスが解除されるため、インダクタLrとトランスの一次コイルW1とに蓄積されているエネルギにより、インダクタLr−一次コイルW1−ダイオードD3−DC電源5−ダイオードD2及びスイッチQ2−インダクタLrの経路でダイオードD3に順方向電流(部分共振電流)が流れる。この順方向電流は、トランス6Cの二次コイルを流れている負荷電流によりトランスの一次コイルに誘起する電流にトランスの励磁電流が重畳された電流(トランスの一次電流)である。ダイオードD3に順方向電流が流れることにより、スイッチQ3の両端電圧がほほ零にされる。 When discharging of the output capacitance C3 of the high side switch Q3 of the leg of the control phase is completed, the reverse bias of the diode D3 is released, so that the energy accumulated in the inductor Lr and the primary coil W1 of the transformer causes the inductor A forward current (partial resonance current) flows through the diode D3 in the path of Lr-primary coil W1-diode D3-DC power supply 5-diode D2 and switch Q2-inductor Lr. This forward current is a current (primary current of the transformer) in which the exciting current of the transformer is superimposed on the current induced in the primary coil of the transformer by the load current flowing in the secondary coil of the transformer 6C. The forward current flowing through the diode D3 causes the voltage across the switch Q3 to be almost zero.

制御相のレグのローサイドスイッチQ4の充電及びハイサイドスイッチQ3の出力静電容量C3の放電は、負荷電流が流れたときにインダクタLrとトランスの励磁インダクタンスとに蓄積されたエネルギのみにより共振モードで行われる。デッドタイムの期間に出力静電容量C4の充電及び出力静電容量C3の放電が完全に行われるか否かは、共振モードの開始時点でインダクタLr及びトランスの一次コイルW1に蓄積されているエネルギにより決まる。インダクタLr及びトランス6Cの励磁インダクタンスに蓄積されていたエネルギがスイッチQ3の出力静電容量C3に蓄積されていたエネルギよりも大きい場合に、スイッチQ4の出力静電容量の完全な充電及びスイッチQ3の出力静電容量C3の完全な放電が可能になる。スイッチQ3の出力静電容量C3の放電が完全に行われた場合にのみ、スイッチQ3のZVS及びZVCでのターンオンが可能になる。共振モードの開始時点でインダクタLr及びトランスの一次コイルW1に蓄積されているエネルギは、その時点までの間にインダクタLr及びトランスの一次コイルW1に流れていた電流により決まる。 The low side switch Q4 of the control phase leg is charged and the output capacitance C3 of the high side switch Q3 is discharged in the resonance mode only by the energy stored in the inductor Lr and the exciting inductance of the transformer when the load current flows. Done. Whether or not the output capacitance C4 is completely charged and the output capacitance C3 is completely discharged during the dead time period depends on the energy stored in the inductor Lr and the primary coil W1 of the transformer at the start of the resonance mode. Determined by When the energy stored in the inductor Lr and the exciting inductance of the transformer 6C is larger than the energy stored in the output capacitance C3 of the switch Q3, the output capacitance of the switch Q4 is fully charged and the switch Q3 is charged. A complete discharge of the output capacitance C3 is possible. Only when the output capacitance C3 of the switch Q3 is completely discharged, the switch Q3 can be turned on at ZVS and ZVC. The energy stored in the inductor Lr and the primary coil W1 of the transformer at the start of the resonance mode is determined by the current flowing in the inductor Lr and the primary coil W1 of the transformer until that time.

スイッチQ2及びQ3がオン状態を保っている間トランスの一次電流が流れ、トランスの二次側でインダクタLzと負荷2とを通して電流が流れて、負荷2に電力が供給される。この間にトランスの一次側のインダクタLr,トランスの励磁インダクタンス及びフィルタ回路のインダクタLz にエネルギが蓄積される。 While the switches Q2 and Q3 are maintained in the ON state, the primary current of the transformer flows, the current flows through the inductor Lz and the load 2 on the secondary side of the transformer, and the power is supplied to the load 2. During this time, energy is accumulated in the inductor Lr on the primary side of the transformer, the exciting inductance of the transformer, and the inductor Lz of the filter circuit.

DC/RF変換部6は、半周期毎に上記と同様の動作を行い、フルブリッジ型スイッチング回路(インバータ)6AによりDC電源5の出力を高周波電力に変換して負荷2に与える。負荷2に与えられる電力は、基準相のレグのスイッチQ1,Q2をターンオンするタイミングと、基準相のレグの各スイッチの対角位置にある制御相のレグのスイッチQ4,Q3をターンオンするタイミングとの間の位相角φを制御位相角として、該制御位相角φを0°ないし180°の範囲で変化させることにより制御される。 The DC/RF conversion unit 6 performs the same operation as above every half cycle, converts the output of the DC power supply 5 into high frequency power by the full bridge type switching circuit (inverter) 6A, and supplies it to the load 2. The power applied to the load 2 is the timing of turning on the switches Q1 and Q2 of the leg of the reference phase and the timing of turning on the switches Q4 and Q3 of the leg of the control phase diagonally located between the switches of the leg of the reference phase. The control is performed by changing the control phase angle φ in the range of 0° to 180° with the phase angle φ between them as the control phase angle.

本発明は、図17に示されたような構成を有する高周波電源装置の効率を高めることを課題とする。図17に示された高周波電源装置の効率を高めるためには、高周波電力発生部6で生じる損失を極力小さくする必要がある。高周波電力発生部6で生じる損失の内、スイッチング回路6Aで生じる損失は、導通損失とスイッチング損失とに分けられる。スイッチQ1,Q2,Q3及びQ4で生じる導通損失は、前述のように、それぞれのスイッチを構成している半導体スイッチ(上記の例ではMOSFET)のオン抵抗と、当該スイッチを通して流れる電流の自乗との積により決まる損失である。 An object of the present invention is to improve the efficiency of a high frequency power supply device having the configuration shown in FIG. In order to improve the efficiency of the high frequency power supply device shown in FIG. 17, it is necessary to minimize the loss generated in the high frequency power generation unit 6. Of the losses that occur in the high frequency power generator 6, the losses that occur in the switching circuit 6A are divided into conduction losses and switching losses. The conduction loss generated in the switches Q1, Q2, Q3, and Q4 is, as described above, between the ON resistance of the semiconductor switch (MOSFET in the above example) that constitutes each switch and the square of the current flowing through the switch. It is a loss determined by the product.

MOSFET等の半導体スイッチのオン抵抗は、その制御端子に与える駆動信号の電圧値に依存し、駆動信号の電圧値を飽和電圧値以上とすることにより最小にすることができる。従って、スイッチQ1〜Q4で生じる導通損失は、それぞれを構成する半導体スイッチに与える駆動信号の電圧値を飽和電圧値以上として、半導体スイッチを飽和領域で動作させることにより低減することができる。 The ON resistance of a semiconductor switch such as a MOSFET depends on the voltage value of a drive signal applied to its control terminal, and can be minimized by setting the voltage value of the drive signal to a saturation voltage value or higher. Therefore, the conduction loss generated in the switches Q1 to Q4 can be reduced by operating the semiconductor switches in the saturation region with the voltage value of the drive signal given to the respective semiconductor switches being equal to or higher than the saturation voltage value.

またスイッチQ1〜Q4を構成する半導体スイッチで生じるスイッチング損失は、当該半導体スイッチがターンオフする際及びターンオンする際に生じる損失であり、当該半導体スイッチがターンオフする際及びターンオンする際にその両端間に生じている電圧(MOSFETの場合はドレイン・ソース間の電圧)と当該スイッチを通して流れる電流(MOSFETの場合はドレインソース間を流れる電流)との積により決まる損失である。このスイッチング損失は、スイッチQ1〜Q4をそれぞれ構成する半導体スイッチがターンオフする際及びターンオンする際にそれぞれの出力静電容量(半導体スイッチの寄生静電容量又は半導体スイッチの両端に接続されたキャパシタの静電容量)C1〜C4にどれだけの電荷が溜まっているかによって決まる。 The switching loss that occurs in the semiconductor switches that form the switches Q1 to Q4 is a loss that occurs when the semiconductor switch turns off and when it turns on, and occurs between both ends when the semiconductor switch turns off and when it turns on. The loss is determined by the product of the voltage (voltage between drain and source in the case of MOSFET) and the current flowing through the switch (current flowing between the drain and source in the case of MOSFET). This switching loss is due to the output capacitance (parasitic capacitance of the semiconductor switch or static capacitance of the capacitors connected to both ends of the semiconductor switch) when the semiconductor switches respectively configuring the switches Q1 to Q4 are turned off and turned on. (Capacitance) C1 to C4 is determined by how much charge is accumulated.

DC/RF変換部を構成するイッチング回路の各スイッチで生じるスイッチング損失を最小にするためには、ターンオフさせるスイッチの出力静電容量の充電と、次にターンオンさせるスイッチの出力静電容量の放電とをデッドタイムの期間に完全に行わせることが必要である。そのためには、デッドタイムの期間に、ターンオフさせるスイッチの出力静電容量の充電を行わせるための部分共振電流と、次にターンオンさせるスイッチの出力静電容量の放電を行わせるための部分共振電流とを十分に流すことが必要である。基準相のレグのハイサイドスイッチQ1及びローサイドスイッチQ2のそれぞれの出力静電容量C1及びC2の充放電を行わせる部分共振電流は負荷電流でもあるため、負荷に十分な電流が供給されているときには、デッドタイムの期間にこれらの出力静電容量C1,C2の充放電を完全に行わせることができ、ターンオンさせるスイッチQ1,Q2の出力静電容量に残留している電荷を零とした状態で、スイッチQ1,Q2に駆動信号を与えて、これらのスイッチをソフトスイッチングでターンオンさせることができる。 In order to minimize the switching loss that occurs in each switch of the switching circuit that constitutes the DC/RF conversion unit, the output capacitance of the switch that is turned off is charged and the output capacitance of the switch that is turned on next is discharged. Must be completed during the dead time. For that purpose, during the dead time, the partial resonance current for charging the output capacitance of the switch to be turned off and the partial resonance current for discharging the output capacitance of the switch to be turned on next. It is necessary to flush and. Since the partial resonance current for charging/discharging the output capacitances C1 and C2 of the high side switch Q1 and the low side switch Q2 of the leg of the reference phase is also the load current, when a sufficient current is supplied to the load. In the state where the output capacitances C1 and C2 can be completely charged and discharged during the dead time, and the electric charges remaining in the output capacitances of the switches Q1 and Q2 that are turned on are zero. , Switches can be turned on by soft switching by applying a drive signal to the switches Q1 and Q2.

これに対し、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行わせる部分共振電流は、負荷電流により回路に存在するインダクタに蓄積されたエネルギによって制御相のレグと基準相のレグとの間を流れる循環電流であるため、負荷電流が十分に流れていて、回路に存在するインダクタに十分なエネルギが蓄積されているときには十分な大きさを有するが、負荷電流が小さい場合には不足がちになるのを避けられない。そのため、基準相のレグの各スイッチをターンオンするタイミングと、基準相のレグの各スイッチの対角位置にある制御相のレグのスイッチをターンオンするタイミングとの間の位相角φが大きく、負荷電流が小さく制限されている時には、デッドタイムの期間に制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を完全に行わせることができなくなり、これらのスイッチをデッドタイムの期間の終了時にターンオンさせる際のスイッチング動作がハードスイッチングとなって、これらのスイッチで大きなスイッチ損失が生じるという問題が生じる。 On the other hand, the partial resonance current for charging/discharging the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the control phase leg is controlled by the energy accumulated in the inductor existing in the circuit by the load current. Since it is a circulating current that flows between the leg of the reference phase and the leg of the reference phase, it has a sufficient size when the load current is flowing sufficiently and enough energy is stored in the inductor existing in the circuit. When is small, it is unavoidable that there is a shortage. Therefore, the phase angle φ between the timing of turning on each switch of the leg of the reference phase and the timing of turning on the switch of the leg of the control phase at the diagonal position of each switch of the leg of the reference phase is large, and the load current Is limited to a small value, it becomes impossible to completely charge and discharge the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase during the dead time. The switching operation at the time of turning on at the end of the period becomes hard switching, which causes a problem that a large switch loss occurs in these switches.

なお各スイッチの出力静電容量とDC/RF変換部内に存在するインダクタとを含む回路に各スイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を流すことができるのは、スイッチング回路のレグの中点から(スイッチング回路の出力端子c,dから)負荷側を見た回路のインピーダンスが誘導性を呈する場合のみであり、当該インピーダンスが容量性を呈する場合には、各スイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を流すことができない。そのため、スイッチング回路の出力端子c,dから負荷側を見た回路のインピーダンスが容量性を呈する場合には、デッドタイムの期間にスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行わせることができず、スイッチQ3,Q4をターンオンさせる際にこれらのスイッチの出力静電容量に大量の電荷が残留していることになって、大きなスイッチング損失が生じる。従って、この種のDC/RF変換部を用いる高周波電源装置においては、通常は、DC/RF変換部のスイッチング回路のレグの中点から負荷側を見たインピーダンスZLが誘導性を呈するように回路が設計される。 It should be noted that the partial resonance current for charging/discharging the output capacitance of each switch can be passed through the circuit including the output capacitance of each switch and the inductor existing in the DC/RF conversion unit. Only when the impedance of the circuit viewed from the midpoint of the leg of the circuit (from the output terminals c and d of the switching circuit) to the load side is inductive, and when the impedance is capacitive, the A partial resonance current for charging/discharging the output capacitance cannot be passed. Therefore, when the impedance of the circuit viewed from the output terminals c and d of the switching circuit as viewed from the load side is capacitive, the output capacitances C3 and C4 of the switches Q3 and Q4 are charged and discharged during the dead time. Therefore, when the switches Q3 and Q4 are turned on, a large amount of electric charge remains in the output capacitance of these switches, resulting in a large switching loss. Therefore, in a high-frequency power supply device using this type of DC/RF conversion unit, the impedance ZL viewed from the midpoint of the leg of the switching circuit of the DC/RF conversion unit to the load side is usually inductive. Is designed.

特開2003−143861号公報JP, 2003-143861, A 国際公開WO2011/013297号公報International publication WO2011/013297

一般に、高周波電源装置の高周波電力発生部と負荷との間に設けられるインピーダンス整合器は、インピーダンス可変素子である可変コンデンサ又は可変インダクタをモータで制御して、該インピーダンス整合器の入力端から負荷側を見たインピーダンスを調整することにより整合動作を行うように構成されているため、瞬時にインピーダンスの整合を図ることはできず、インピーダンスの整合には通常100msecないし数secの時間を要する。インピーダンスの整合がとれるまでの間は負荷で反射が生じるため、負荷2からDC/RF変換部6に戻ってくる反射波電力が多くなる。DC/RF変換部6に戻ってくる反射波電力が多くなると、DC/RF変換部6のスイッチング回路を構成するスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を十分に流すことができなくなるため、各スイッチの出力静電容量の充放電を十分に行わせることができず、各スイッチをターンオンさせる際に大きなスイッチング損失が生じる。 Generally, an impedance matching device provided between a high frequency power generating unit of a high frequency power supply device and a load controls a variable capacitor or a variable inductor, which is an impedance variable element, with a motor so that the impedance matching device has an input end and a load side. Since it is configured to perform the matching operation by adjusting the impedance, the impedance matching cannot be achieved instantaneously, and the impedance matching usually requires 100 msec to several seconds. Since reflection occurs at the load until impedance matching is achieved, the reflected wave power returning from the load 2 to the DC/RF conversion unit 6 increases. When the reflected wave power returning to the DC/RF conversion unit 6 increases, a partial resonance current for causing charging/discharging of the output capacitance of the switch forming the switching circuit of the DC/RF conversion unit 6 flows sufficiently. Therefore, the output capacitance of each switch cannot be sufficiently charged and discharged, and a large switching loss occurs when each switch is turned on.

特に、高周波電力を供給する負荷2がプラズマ負荷である場合には、負荷2のインピーダンスが不安定で、印加電力、チャンバ内のガスの圧力、チャンバ内に供給されるガスの流量、処理時間などの条件により負荷インピーダンスが細かく変化するため、インピーダンスの不整合状態が頻繁に生じる。 In particular, when the load 2 that supplies high-frequency power is a plasma load, the impedance of the load 2 is unstable, and the applied power, the pressure of the gas in the chamber, the flow rate of the gas supplied to the chamber, the processing time, etc. Since the load impedance changes minutely depending on the condition (1), impedance mismatching frequently occurs.

図17に示したようなDC/RF変換部6を備えた高周波電源装置においては、高周波電力発生部3の出力インピーダンスと、高周波電力発生部3の出力端から負荷側を見たインピーダンス(負荷インピーダンス)とが整合状態にあるときに、デッドタイムtdの期間にスイッチング素子Q1,Q2の出力静電容量C1,C2及びスイッチング素子Q3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を完全に行わせて、スイッチQ1〜Q4で生じるスイッチング損失を最小にするように、直列共振回路6B以降の回路定数が設定される。そのため、高周波電力発生部の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが不整合の状態にある場合には、デッドタイムtdの期間にスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2及びスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を完全に行わせることができない状態が生じて、スイッチQ1〜Q4で生じるスイッチング損失が増加する。 In the high frequency power supply device including the DC/RF conversion unit 6 as shown in FIG. 17, the output impedance of the high frequency power generation unit 3 and the impedance when the load side is viewed from the output end of the high frequency power generation unit 3 (load impedance ) Is in a matching state with the output capacitances C1 and C2 of the switching elements Q1 and Q2 and the output capacitances C3 and C4 of the switching elements Q3 and Q4 during the dead time td. In addition, the circuit constants after the series resonance circuit 6B are set so as to minimize the switching loss generated in the switches Q1 to Q4. Therefore, when the output impedance of the high frequency power generator and the load impedance are in a mismatched state, the output capacitances C1 and C2 of the switches Q1 and Q2 and the output capacitances of the switches Q3 and Q4 during the dead time td. A state in which the charging and discharging of the capacitances C3 and C4 cannot be performed completely occurs, and the switching loss generated in the switches Q1 to Q4 increases.

また、高周波電力発生部3の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが整合状態にある場合でも、高周波電力発生部3の出力が低く抑えられていて、DC/RF変換部6を構成する回路内のインダクタに十分なエネルギが蓄積されない状態にある場合には、デッドタイムの期間に各スイッチの出力静電容量の充放電を完全に行わせることができなくなって、スイッチング損失が増大することがある。 Further, even when the output impedance of the high-frequency power generation unit 3 and the load impedance are in a matched state, the output of the high-frequency power generation unit 3 is suppressed to a low level, and the inductor in the circuit that constitutes the DC/RF conversion unit 6 is controlled. If sufficient energy is not stored, the output capacitance of each switch cannot be completely charged and discharged during the dead time, and switching loss may increase.

上記のように、一定の直流出力を発生するDC電源部と、DC電源部から一定の直流電圧が入力されるフルブリッジ型のスイッチング回路を有するDC/RF変換部と、DC/RF変換部のスイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力をDC/RF変換部から出力させるべく、スイッチング回路のスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部とを備えた従来の高周波電源装置においては、負荷インピーダンスの変動や、負荷電流の減少などに起因して、DC/RF変換部のスイッチング回路を構成する各スイッチで生じるスイッチング損失が増大し、装置の効率が低下することがあった。 As described above, a DC power supply unit that generates a constant DC output, a DC/RF conversion unit that has a full bridge type switching circuit to which a constant DC voltage is input from the DC power supply unit, and a DC/RF conversion unit In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing the dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg of the switching circuit is stopped, In a conventional high-frequency power supply device including a high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch of a switching circuit, a DC/RF conversion unit of a DC/RF conversion unit is caused by a change in load impedance or a decrease in load current. The switching loss that occurs in each switch that constitutes the switching circuit may increase, and the efficiency of the device may decrease.

特に制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行わせる際に流れる部分共振電流は、負荷電流が流れる際に回路内のインダクタに蓄積されたエネルギにより制御相のレグと基準相のレグとの間を流れる循環電流であって、負荷電流が小さい時に不足しがちになるため、これらのスイッチをデッドタイムの期間の終了時にターンオンさせる際のスイッチング動作がハードスイッチングとなる状態がしばしば生じて、これらのスイッチで大きなスイッチング損失が生じ、装置の効率が低下するという問題があった。 Particularly, the partial resonance current that flows when the output capacitances C3 and C4 of the switches Q3 and Q4 of the control phase leg are charged and discharged is due to the energy accumulated in the inductor in the circuit when the load current flows. It is a circulating current that flows between the leg of the switch and the leg of the reference phase, and tends to run short when the load current is small.Therefore, the switching operation when turning on these switches at the end of the dead time period is hard switching. There is a problem that such a situation often occurs, a large switching loss occurs in these switches, and the efficiency of the device decreases.

また前述のように、図17に示した高周波電源装置は、負荷の状況によって、スイッチング回路のレグの中点から負荷側を見た回路のインピーダンスが容量性を示す状態になったときに、スイッチング回路の各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を流すことができないが、そのような状態になった場合でも、各スイッチをターンオンさせる際のスイッチング損失を極力低減させるために、各スイッチの出力静電容量の充放電を少しでも行わせるようにしておくことが望ましい。 Further, as described above, the high frequency power supply device shown in FIG. 17 performs switching when the impedance of the circuit seen from the midpoint of the leg of the switching circuit to the load side becomes capacitive depending on the load condition. The partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of the switch of each leg of the circuit cannot be passed, but even in such a state, the switching loss when turning on each switch is minimized. In order to reduce the output capacitance, it is desirable to charge and discharge the output capacitance of each switch as much as possible.

本発明の目的は、一定の直流出力を発生するDC電源部と、該DC電源部の直流出力を高周波出力に変換するDC/RF変換部とにより高周波電力発生部の要部が構成される高周波電源装置において、DC/RF変換部のスイッチング回路の各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に極力行わせることができるようにして、スイッチング回路の各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図り、装置の効率を従来よりも更に向上させることにある。 An object of the present invention is to provide a high-frequency power generation unit that includes a DC power supply unit that generates a constant DC output and a DC/RF conversion unit that converts the DC output of the DC power supply unit into a high-frequency output. In the power supply device, charging/discharging of the output capacitance of each switch of the switching circuit of the DC/RF conversion unit can be performed as much as possible during the dead time to reduce the switching loss occurring in each switch of the switching circuit. To improve the efficiency of the apparatus further than ever before.

本発明は、一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力をDC/RF変換部から出力させるべく、基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるようにスイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備えて、各レグの各スイッチの出力静電容量とDC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置を対象とする。 The present invention is provided with a DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs in which a high-side switch and a low-side switch are connected in series to each other and the connection point of both switches is a middle point. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which one leg and the other leg are used as a reference phase leg and a control phase leg, and both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power source unit; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing the dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg of the switching circuit is stopped, Operation of turning on the low side switch of the control phase leg after turning on the high side switch of the reference phase leg and turning on the low side switch of the reference phase leg after turning on the high side switch of the control phase leg And a high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures a switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on the power supply, and an impedance matching device inserted between the high-frequency power generation unit and the load. And a charging/discharging for causing a partial resonance current to flow through the output capacitance of each switch of each leg and the inductor existing in the DC/RF converter to charge and discharge the output capacitance of the switch of each leg. Intended for high frequency power supplies, where a circuit is configured for each switch.

本願明細書には、上記のような構成を有する高周波電源装置において、前記の目的を達成するために、少なくとも以下に示す第1の発明ないし第19の発明が開示される。
以下に示す第1の発明ないし第9の発明は、出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流が特に不足しがちなスイッチング回路の制御相のレグの各スイッチのスイッチング動作がハードスイッチング動作となるのを抑制して、スイッチング損失の低減を図ることを目的としている。
また第10の発明ないし第19の発明は、制御相のレグのスイッチだけでなく、基準相のレグのスイッチのスイッチング動作がハードスイッチング動作となるのをも抑制して、スイッチング損失の更なる低減を図ることを目的としている。以下これらの課題を解決するために第1の発明ないし第19の発明が備えている構成について、それぞれの作用と共に説明する。
The present specification discloses at least the following first to nineteenth inventions in order to achieve the above object in the high-frequency power supply device having the above-described configuration.
1st to 9th aspects of the present invention are described below, in which the switching operation of each switch in the leg of the control phase of the switching circuit in which the partial resonance current for charging and discharging the output capacitance tends to be particularly insufficient is hard. The purpose is to suppress the switching operation and reduce the switching loss.
Further, the tenth invention to the nineteenth invention suppresses not only the switching of the control phase leg switch but also the switching operation of the reference phase leg switch to be a hard switching operation, thereby further reducing the switching loss. Is aimed at. Hereinafter, configurations provided in the first invention to the nineteenth invention for solving these problems will be described together with their respective functions.

<第1の発明>
第1の発明においては、上記の目的を達成するために、DC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路と、コンデンサ分圧回路の分圧点とスイッチング回路の制御相のレグの中点との間に補助回路用スイッチを通して接続された補助リアクトルとを備えて、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流をDC電源部からコンデンサ分圧回路と補助リアクトルと補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、前記補充電流の重畳を行わなくても制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を前記デッドタイムの期間に完了させることができるときに前記補助回路用スイッチをオフ状態に保持し、前記補充電流の重畳を行わなくては制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を前記デッドタイムの期間に完了させることができないときに前記補助回路用スイッチをオン状態にするように前記補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部とを設けた。
<First invention>
In the first invention, in order to achieve the above object, a capacitor voltage dividing circuit in which an output voltage of a DC power supply unit is applied to both ends, a voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit, and a leg of a control phase of a switching circuit are provided. And an auxiliary reactor connected through a switch for an auxiliary circuit between the center point and the auxiliary circuit, and a supplementary current, which is superimposed on a partial resonance current flowing through a charge/discharge circuit configured for each switch of the control phase leg, is DC. The resonance auxiliary circuit that outputs from the power supply unit through the capacitor voltage dividing circuit, the auxiliary reactor, and the auxiliary circuit switch, and the charging and discharging of the output capacitance of the switch of the leg of the control phase without superimposing the supplementary current When the auxiliary circuit switch is held in the OFF state when it can be completed during the dead time, and the charging and discharging of the output capacitance of the switch of the leg of the control phase is performed without superimposing the supplementary current. An auxiliary circuit switch control unit is provided to control ON/OFF of the auxiliary circuit switch so that the auxiliary circuit switch is turned on when the auxiliary circuit switch cannot be completed during the dead time.

上記補助リアクトルは、DC/RF変換部内に本来存在するインダクタ(インダクタンスを有する回路要素)に蓄積されたエネルギにより、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通して部分共振電流を流しただけでは、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができない場合に、各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳するために設けられたものであり、DC/RF変換部内に本来存在するインダクタとは別個に設けられるものである。 The auxiliary reactor causes partial resonance current to flow through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase by the energy stored in the inductor (circuit element having an inductance) originally existing in the DC/RF converter. If the charging and discharging of the output capacitance of the switch on the leg of the control phase cannot be completed within the dead time period, the partial resonance current that flows through the charging and discharging circuit configured for each switch will be It is provided for superimposing the supplementary current, and is provided separately from the inductor originally present in the DC/RF conversion unit.

上記第1の発明のように構成すると、DC/RF変換部内に存在するインダクタに蓄積されるエネルギが少ないために、当該エネルギにより流れる部分共振電流だけではデッドタイムの期間に制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を完了させることができない場合に、補助回路用スイッチをオン状態にすることにより、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に、DC電源部側から補助リアクトルを通して流れる補充電流を重畳させることができるため、各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることが可能になる。従って、出力静電容量の充放電が不完全になりがちな(スイッチング損失が大きくなりがちな)制御相のレグの各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図って、装置の効率を高めることができる。 According to the first aspect of the invention, since the energy stored in the inductor existing in the DC/RF converter is small, only the partial resonance current flowing due to the energy causes the switch of the leg of the control phase during the dead time. When the charging and discharging of the output capacitance of can not be completed, by turning on the auxiliary circuit switch, the partial resonance current flowing through the charging and discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase. Since the replenishment current flowing from the DC power supply unit side through the auxiliary reactor can be superposed on, the charging and discharging of the output capacitance of each switch can be completed in the dead time period. Therefore, it is possible to increase the efficiency of the device by reducing the switching loss that occurs in each switch of the leg of the control phase in which the charging and discharging of the output capacitance tend to be incomplete (the switching loss tends to increase). ..

また本発明では、補助回路用スイッチを必要時にのみオン状態にし、不要時にはオフ状態にするため、共振補助回路で無用な導通損失が生じるのを防ぎつつ、スイッチング回路で生じるスイッチング損失の低減を効果的に図って、高周波電源装置の効率を高めることができる。 Further, in the present invention, the auxiliary circuit switch is turned on only when necessary and turned off when it is not necessary. Therefore, it is possible to prevent unnecessary conduction loss in the resonance auxiliary circuit and reduce switching loss caused in the switching circuit. The efficiency of the high-frequency power supply device can be improved.

<第2の発明>
本願に開示された第2の発明は、上記第1の発明に適用されるものである。本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけでは制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができない状態にあるときに補助回路用スイッチをオン状態にし、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけで制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができる状態にあるときに補助回路用スイッチをオフ状態にするように構成される。
<Second invention>
The second invention disclosed in the present application is applied to the first invention. In the present invention, the auxiliary circuit switch control section causes the partial resonance current to be generated by the energy stored in the inductor originally present in the DC/RF conversion section through the charge/discharge circuit configured for each switch of the control phase leg. When the charge and discharge of the output capacitance of the control phase leg switch cannot be completed during the dead time by simply flowing it, the auxiliary circuit switch is turned on, and each switch of the control phase leg is turned on. The charge/discharge of the output capacitance of the switch of the leg of the control phase can be performed in a dead time only by causing a partial resonance current to flow by the energy originally stored in the inductor originally existing in the DC/RF conversion unit through the charge/discharge circuit configured in the opposite direction. It is configured to turn off the auxiliary circuit switch when it is ready to be completed during the period.

<第3の発明>
第3の発明は、第1の発明に適用されるもので、本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されたときに補助回路用スイッチをオン状態にし、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されたときに前記補助回路用スイッチをオフ状態にするように前記補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Third invention>
A third aspect of the present invention is applied to the first aspect of the present invention, in which the auxiliary circuit switch control unit determines whether or not impedance matching is achieved by an impedance matching device. And the auxiliary circuit switch is turned on when the matching state determining unit determines that the impedance is not matched, and the auxiliary circuit is turned on when the matching state determining unit determines that the impedance is matched. Switch control means for controlling the auxiliary circuit switch so as to turn off the auxiliary switch.

本発明によると、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれていない状態にあって、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流が不足しがちなときに、補助回路用スイッチをオン状態にすることにより、共振補助回路をスイッチング回路のレグの中点に接続して、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流に、DC電源部側からコンデンサ分圧回路と補助リアクトルとを通して補充電流を重畳することができるため、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させて、各スイッチをソフトスイッチングでオンオフさせることができ、各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。 According to the present invention, when the impedance matching by the impedance matching device is not achieved and the partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of the switch of the leg of the control phase tends to be insufficient, By turning on the auxiliary circuit switch, the resonance auxiliary circuit is connected to the middle point of the leg of the switching circuit, and the partial resonance for charging and discharging the output capacitance of the switch of the control phase leg is performed. Since the supplementary current can be superimposed on the current from the DC power supply side through the capacitor voltage dividing circuit and the auxiliary reactor, the charging and discharging of the output capacitance of the switch of the leg of the control phase can be completed during the dead time. The switches can be turned on and off by soft switching, and the switching loss generated in each switch can be reduced.

<第4の発明>
第4の発明も第1の発明に適用される。本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、高周波電力発生部から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値未満であるときに補助回路用スイッチをオン状態にし、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値以上であるときに補助回路用スイッチをオフ状態にするように補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Fourth invention>
The fourth invention is also applied to the first invention. In the present invention, the auxiliary circuit switch control unit sets the load current detection unit that detects the current supplied to the load from the high frequency power generation unit, and the average value or the effective value of the current detected by the load current detection unit. When it is less than the value, the auxiliary circuit switch is turned on, and when the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means is equal to or more than the set value, the auxiliary circuit switch is turned off. And a switch control means for controlling the circuit switch.

上記のように構成すると、DC/RF変換部内に存在するインダクタに蓄積されているエネルギにより、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるか否かを適確に判定して、補助回路用スイッチのオンオフ制御を適確に行うことができる。 With the above-mentioned configuration, is it possible to complete the charging/discharging of the output capacitance of the switch of the leg of the control phase in the dead time period by the energy stored in the inductor existing in the DC/RF conversion unit? Whether or not the auxiliary circuit switch is turned on/off can be appropriately determined by accurately determining whether or not the auxiliary circuit switch is turned on/off.

<第5の発明>
第5の発明も第1の発明に適用される。本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる回路電流を検出する回路電流検出手段と、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値未満であるときに補助回路用スイッチをオン状態にし、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値以上であるときに補助回路用スイッチをオフ状態にするように補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Fifth Invention>
The fifth invention is also applied to the first invention. In the present invention, the auxiliary circuit switch control unit detects the circuit current flowing through the circuit between the midpoint of the leg of the reference phase and the midpoint of the leg of the control phase of the switching circuit, and circuit current detection means, When the average value or effective value of the current detected by the current detection means is less than the set value, the auxiliary circuit switch is turned on, and the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is equal to or greater than the set value. And a switch control means for controlling the auxiliary circuit switch so that the auxiliary circuit switch is turned off.

上記のように、スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる回路電流を検出すると、DC/RF変換部内に存在するインダクタを通して流れる電流を検出できるため、DC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる際に十分な部分共振電流を流すことができる状態にあるか否かを適確に判定して、補助回路用スイッチの制御を適確に行わせることができる。 As described above, when the circuit current flowing through the circuit between the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit and the midpoint of the leg of the control phase is detected, the current flowing through the inductor existing in the DC/RF conversion unit is detected. Therefore, a sufficient partial resonance current can flow when the output capacitance of the switch of the control phase leg is charged and discharged by the energy stored in the inductor originally existing in the DC/RF conversion unit. It is possible to accurately determine whether or not there is, and to appropriately control the auxiliary circuit switch.

<第6の発明>
第6の発明も第1の発明に適用される。本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、高周波電力発生部から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに補助回路用スイッチをオフ状態にし、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値未満であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値未満であるときに補助回路用スイッチをオン状態にするように補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Sixth invention>
The sixth invention is also applied to the first invention. In the present invention, the auxiliary circuit switch control unit includes a matching state determination unit that determines whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching unit, and a load that detects a current supplied from the high frequency power generation unit to the load. When the impedance matching is determined by the current detecting means and the matching state determining means, and the average value or the effective value of the current detected by the load current detecting means is equal to or more than the first set value, and the matching is performed. Although it is determined by the state determination means that the impedances are not matched, the auxiliary circuit switch is turned off when the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means is equal to or more than the second set value. When it is determined that the impedance is matched by the matching state determination unit, but the average value or the effective value of the current detected by the load current detection unit is less than the first set value, and the matching is performed. The auxiliary circuit switch is turned on when it is determined by the state determination means that the impedance is not matched and the average value or effective value of the current detected by the load current detection means is less than the second set value. Switch control means for controlling the auxiliary circuit switch.

上記のように構成すると、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれていない状態にあって、DC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギが不足するために、制御相のレグの各スイッチの出力静電容量の充放電を行う部分共振電流が不足する場合だけでなく、インピーダンスが整合状態にあるが、高周波電力発生部の出力を制限する制御が行われているために、制御相のレグの各スイッチの出力静電容量の充放電を行う部分共振電流が不足する場合にも、DC電源部側からコンデンサ分圧回路と補助リアクトルとを通して出力される補充電流を、制御相の各スイッチの出力静電容量の充放電を行う際に流す部分共振電流に重畳させることにより、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させて、制御相の各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。 With the above-described configuration, the energy stored in the inductor originally present in the DC/RF conversion unit is insufficient when the impedance is not matched by the impedance matching device, so that each leg of the control phase is Not only when the partial resonance current that charges and discharges the output capacitance of the switch is insufficient, but the impedance is in a matched state, but because the control that limits the output of the high-frequency power generator is performed, the control phase Even when the partial resonance current for charging/discharging the output capacitance of each switch of the leg is insufficient, the replenishment current output from the DC power source side through the capacitor voltage dividing circuit and the auxiliary reactor is supplied to each control phase. By superimposing on the partial resonance current that flows when charging/discharging the output capacitance of the switch, the charging/discharging of the output capacitance of the switch on the leg of the control phase is completed during the dead time, and It is possible to reduce the switching loss generated in each switch.

<第7の発明>
第7の発明も第1の発明に適用される。本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流を検出する回路電流検出手段と、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに補助回路用スイッチをオフ状態にし、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値未満であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値未満であるときに補助回路用スイッチをオン状態にするように補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Seventh invention>
The seventh invention is also applied to the first invention. In the present invention, the auxiliary circuit switch control unit determines the matching state determining means for determining whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching device, the midpoint of the reference phase leg of the switching circuit, and the control phase leg. The circuit current detection means for detecting the current flowing through the circuit between the center point and the middle point, and the average value of the currents detected by the circuit current detection means, which is determined by the matching state determination means to have impedance matching, or When the effective value is equal to or greater than the first set value and the matching state determination means determines that the impedance is not matched, the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is the first value. When it is equal to or more than the set value of 2, the auxiliary circuit switch is turned off, and the matching state determination means determines that the impedance is matched. However, the average value of the currents detected by the circuit current detection means or When the effective value is less than the first set value, and when the matching state determination means determines that the impedance is not matched, and the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is the second value. And a switch control means for controlling the auxiliary circuit switch so that the auxiliary circuit switch is turned on when the value is less than the set value.

上記のように構成すると、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合状態と、各スイッチに対して構成された充放電回路を通して流れる電流の大小との双方に基づいて、補助回路用スイッチをオン状態にするかオフ状態にするかを決定して、補助回路用スイッチの制御を行うことができる。 With the above configuration, whether the auxiliary circuit switch is turned on based on both the impedance matching state by the impedance matching device and the magnitude of the current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch. The switch for the auxiliary circuit can be controlled by determining whether to turn it off.

<第8の発明>
第8の発明も第1の発明に適用される。本発明においては、第1の発明の構成要素に加えて、スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流が反映されたパラメータを検出するパラメータ検出手段を更に備え、補助回路用スイッチ制御部は、パラメータ検出手段により検出されるパラメータと補助回路用スイッチがとるべき状態との関係を与える補助回路用スイッチ制御用テーブルを記憶した制御用テーブル記憶手段と、パラメータ検出手段により検出されるパラメータに対して制御用テーブルを検索することにより補助回路用スイッチがとるべき状態がオン状態であるかオフ状態であるかを判定して、補助回路用スイッチを判定された状態とするように制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Eighth invention>
The eighth invention is also applied to the first invention. In the present invention, in addition to the constituent elements of the first invention, a parameter reflecting the current flowing through the circuit between the midpoint of the leg of the reference phase and the midpoint of the leg of the control phase of the switching circuit is detected. The auxiliary circuit switch control unit further includes a parameter detection unit, and the auxiliary circuit switch control unit stores an auxiliary circuit switch control table that gives a relationship between a parameter detected by the parameter detection unit and a state to be taken by the auxiliary circuit switch. By searching the control table for the storage means and the parameter detected by the parameter detection means, it is determined whether the state of the auxiliary circuit switch to be taken is the on state or the off state. And a switch control means for controlling the switch to be in a determined state.

上記のように構成した場合も、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う際に流す部分共振電流が不足する場合に、その不足を補うように補助回路用スイッチのオンオフを制御することができるため、制御相のレグの各スイッチの出力静電容量の充放電を極力デッドタイムの期間に完了させて、制御相のレグの各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。 Even in the case of the above configuration, when the partial resonance current flowing when charging/discharging the output capacitance of the switch of the control phase leg is insufficient, the auxiliary circuit switch is turned on/off to compensate for the insufficiency. Since it can be controlled, the charging and discharging of the output capacitance of each switch of the control phase leg can be completed during the dead time as much as possible to reduce the switching loss that occurs in each switch of the control phase leg. it can.

<第9の発明>
第9の発明は、第1の発明ないし第8の発明の何れかに適用される。本発明においては、スイッチング回路の基準相のレグの中点及び制御相のレグの中点から負荷側を見たインピーダンスの状態を判定する負荷状態判定手段を更に備え、補助回路用スイッチ制御部のスイッチ制御手段は、前記負荷状態判定手段により前記スイッチング回路の基準相のレグの中点及び制御相のレグの中点から負荷側を見たインピーダンスが容量性であると判定されているときに前記補助回路用スイッチをオン状態に保つように構成される。
<Ninth Invention>
The ninth invention is applied to any one of the first to eighth inventions. In the present invention, the auxiliary circuit switch control unit of the auxiliary circuit switch control unit, further comprising load state determination means for determining the state of impedance viewed from the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit and the midpoint of the leg of the control phase. The switch control means, when the load state determination means determines that the impedance seen from the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit and the midpoint of the leg of the control phase to the load side is capacitive, It is configured to keep the auxiliary circuit switch on.

上記のように構成すると、DC/RF変換部のスイッチング回路の基準相のレグの中点及び制御相の中点から負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態が生じた場合でも、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を多少なりとも行わせることができるため、高周波電力発生部から負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態になったときに生じるスイッチング損失を従来よりも低減させることができる。 With the above-described configuration, even when the impedance when the load side is viewed from the midpoint of the leg of the reference phase and the midpoint of the control phase of the switching circuit of the DC/RF conversion unit is capacitive, a control phase is generated. Since the output capacitance of the leg switch can be charged and discharged to some extent, the switching loss that occurs when the impedance seen from the high frequency power generator to the load side becomes capacitive is Can be further reduced.

<第10の発明>
第10の発明は、第1の発明が対象とする高周波電源装置と同様の構成を有する高周波電源装置を対象とする。
本発明においては、DC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路と、コンデンサ分圧回路の分圧点とスイッチング回路の制御相のレグの中点との間に第1の補助回路用スイッチを通して接続された第1の補助リアクトルと、コンデンサ分圧回路の分圧点とスイッチング回路の基準相のレグの中点との間に第2の補助回路用スイッチを通して接続された第2の補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記コンデンサ分圧回路と前記第1の補助リアクトルと前記第1の補助回路用スイッチとを通して出力し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部からコンデンサ分圧回路と第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに第1の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに第1の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように第2の補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部とが設けられる。
<Tenth Invention>
A tenth invention is directed to a high-frequency power supply device having the same configuration as the high-frequency power supply device targeted by the first invention.
In the present invention, the first auxiliary is provided between the capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power supply unit is applied to both ends, and the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. A second auxiliary circuit switch connected between the first auxiliary reactor connected through the circuit switch and the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit. And a supplementary current superposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase, from the DC power supply unit to the capacitor voltage dividing circuit and the first auxiliary reactor. From the DC power supply unit, a supplementary current that is output through the auxiliary reactor and the first auxiliary circuit switch, and that is superimposed on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. A partial resonance current flowing through the resonance auxiliary circuit that outputs through the capacitor voltage dividing circuit, the second auxiliary reactor, and the second auxiliary circuit switch, and the charge/discharge circuit that is configured for each switch of the leg of the control phase. The first auxiliary circuit switch is turned off when charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the control phase can be completed during the dead time without superimposing the supplementary current, If the supplemental current is not superimposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase, the charging/discharging of the output capacitance of each switch that configures the leg of the control phase is performed with a dead time. ON/OFF of the first auxiliary circuit switch is controlled so as to turn on the first auxiliary circuit switch when it cannot be completed in a period, and is configured for each switch of the reference phase leg. When the charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the reference phase can be completed during the dead time without superimposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit. Output of each switch forming the leg of the reference phase unless the supplementary current is superposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. Auxiliary circuit switch control for controlling on/off of the second auxiliary circuit switch so that the second auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the electrostatic capacitance cannot be completed during the dead time And a section are provided.

上記のように構成すると、DC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより流れる部分共振電流だけではデッドタイムの期間に制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を完了できない状態が生じている場合に、DC電源部側からコンデンサ分圧回路と第1の補助リアクトルとを通して流れる補充電流を制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う際に流す部分共振電流に重畳して、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるだけでなく、負荷電流の減少などにより、デッドタイムの期間に基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を完了させることができない状態が生じたときに、DC電源部側からコンデンサ分圧回路と第2の補助リアクトルとを通して流れる補充電流を、基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う際に流す部分共振電流に重畳して、基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるため、制御相のレグのスイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができるだけでなく、基準相のレグのスイッチで生じるスイッチング損失の低減をも図って、装置の効率のさらなる向上を図ることができる。 With the above configuration, the charge/discharge of the output capacitance of the switch of the leg of the control phase is completed during the dead time only with the partial resonance current flowing by the energy stored in the inductor originally existing in the DC/RF converter. A portion in which a replenishment current flowing from the DC power supply side through the capacitor voltage dividing circuit and the first auxiliary reactor is flowed when charging/discharging the output capacitance of the switch of the control phase leg when the state in which it is not possible occurs By superimposing on the resonance current, charging and discharging of the output capacitance of the switch of the control phase leg can be completed during the dead time, and due to the decrease of the load current, etc. When a state in which charging/discharging of the output capacitance of the leg switch cannot be completed occurs, the replenishment current flowing from the DC power source side through the capacitor voltage dividing circuit and the second auxiliary reactor is changed to the reference phase leg. By superimposing on the partial resonance current flowing when charging/discharging the output capacitance of the switch, the charging/discharging of the output capacitance of the switch of the reference phase leg can be completed in the dead time period. It is possible not only to reduce the switching loss that occurs in the control phase leg switch, but also to reduce the switching loss that occurs in the reference phase leg switch and further improve the efficiency of the device.

<第11の発明>
第11の発明も第1の発明が対象とする高周波電源装置と同様の構成を有する高周波電源装置を対象とする。
本発明においては、DC電源部の出力電圧が両端に印加された第1のコンデンサ分圧回路及び第1のコンデンサ分圧回路の分圧点とスイッチング回路の制御相のレグの中点との間に第1の補助回路用スイッチを通して接続された第1の補助リアクトルと、DC電源部の出力電圧が両端に印加された第2のコンデンサ分圧回路及び第2のコンデンサ分圧回路の分圧点とスイッチング回路の基準相のレグの中点との間に第2の補助回路用スイッチを通して接続された第2の補助リアクトルとを備えて、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流をDC電源部から第1のコンデンサ分圧回路と第1の補助リアクトルと第1の補助回路用スイッチとを通して出力し、基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流をDC電源部から第2のコンデンサ分圧回路と第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに第1の補助回路用スイッチをオフ状態にし、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに第1の補助回路用スイッチをオン状態にするように第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように第2の補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部とを設けた。
<Eleventh Invention>
The eleventh invention is also directed to a high frequency power supply device having the same configuration as the high frequency power supply device targeted by the first invention.
In the present invention, between the first capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power source unit is applied and the voltage dividing point of the first capacitor voltage dividing circuit and the middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. A first auxiliary reactor connected through the first auxiliary circuit switch to the second auxiliary voltage divider circuit, and a voltage dividing point of the second capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power supply unit is applied to both ends. And a second auxiliary reactor connected through a second auxiliary circuit switch between the switching circuit and the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit. The supplemental current superimposed on the partial resonance current flowing through the discharge circuit is output from the DC power supply unit through the first capacitor voltage dividing circuit, the first auxiliary reactor and the first auxiliary circuit switch, and each switch of the leg of the reference phase. Resonance for outputting a supplemental current superposed on a partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit configured for the DC power supply unit through the second capacitor voltage dividing circuit, the second auxiliary reactor and the second auxiliary circuit switch. Even if the supplemental current is not superimposed on the partial resonance current flowing through the auxiliary circuit and the charging/discharging circuit configured for each switch of the control phase leg, the output capacitance of each switch configuring the leg of the control phase is charged. When the discharge can be completed during the dead time, the first auxiliary circuit switch is turned off, and the supplemental current is supplied to the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the control phase leg. The first auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the control phase cannot be completed during the dead time unless Each switch that controls the ON/OFF of the auxiliary circuit switch and that configures the leg of the reference phase without superposing the supplementary current on the partial resonance current that flows through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. The second auxiliary circuit switch is turned off when the charging/discharging of the output capacitance can be completed during the dead time, and the charging/discharging circuit configured for each switch of the reference phase leg is The second auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the reference phase cannot be completed during the dead time unless the supplemental current is superimposed on the flowing partial resonance current. And an auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the second auxiliary circuit switch so that the second auxiliary circuit switch is brought into the state.

第11の発明の構成は、DC電源部の出力電圧が印加される第1のコンデンサ分圧回路と第2の分圧回路とを設けて、DC電源部と第1のコンデンサ分圧回路とにより、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う部分共振電流に重畳する補充電流を出力する電流源を構成し、DC電源部と第2のコンデンサ分圧回路とにより、基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う部分共振電流に重畳する補充電流を出力する電流源を構成する点を除き、第10の発明の構成と同様であり、第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチの制御の仕方及び作用効果は第10の発明と同様である。 According to an eleventh aspect of the invention, a first capacitor voltage dividing circuit and a second voltage dividing circuit to which an output voltage of the DC power source unit is applied are provided, and the DC power source unit and the first capacitor voltage dividing circuit are used. , A current source that outputs a supplemental current that is superimposed on a partial resonance current that charges and discharges the output capacitance of the switch of the control phase leg, and is configured by the DC power supply unit and the second capacitor voltage dividing circuit The configuration is the same as that of the tenth aspect of the invention, except that a current source that outputs a supplemental current that is superimposed on a partial resonance current that charges and discharges the output capacitance of the leg switch is configured. The control method and the function and effect of the power switch and the second auxiliary circuit switch are similar to those of the tenth invention.

<第12の発明>
第12の発明は、第10の発明又は第11の発明に適用される。本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけでは制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができない状態にあるときに第1の補助回路用スイッチをオン状態にし、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけで制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができる状態にあるときに第1の補助回路用スイッチをオフ状態にし、基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけでは基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができない状態にあるときに第2の補助回路用スイッチをオン状態にし、基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけで基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができる状態にあるときに第2の補助回路用スイッチをオフ状態にするように構成される。
<Twelfth Invention>
The twelfth invention is applied to the tenth invention or the eleventh invention. In the present invention, the auxiliary circuit switch control section causes the partial resonance current to be generated by the energy stored in the inductor originally present in the DC/RF conversion section through the charge/discharge circuit configured for each switch of the control phase leg. When the charging/discharging of the output capacitance of the switch of the control phase leg cannot be completed during the dead time by only flowing the current, the first auxiliary circuit switch is turned on to change the control phase leg The charge and discharge of the output capacitance of the switch of the leg of the control phase can be performed only by causing a partial resonance current to flow by the energy stored in the inductor originally existing in the DC/RF converter through the charge/discharge circuit configured for each switch. The switch for the first auxiliary circuit is turned off when the switch can be completed during the dead time, and the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase is used to enter the DC/RF converter. When the charging and discharging of the output capacitance of the switch of the leg of the reference phase cannot be completed in the dead time period only by causing the partial resonance current to flow due to the energy accumulated in the originally existing inductor, the second The auxiliary circuit switch is turned on and the partial resonance current is caused to flow by the energy stored in the inductor originally present in the DC/RF converter through the charge/discharge circuit configured for each switch of the reference phase leg. It is configured to turn off the second auxiliary circuit switch when the charging and discharging of the output capacitance of the phase leg switch can be completed during the dead time.

上記のように構成すると、スイッチング回路の制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了できない状態が生じているときにDC電源部から第1の補助リアクトルと第1の補助回路用スイッチとを通して制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を補充することができ、スイッチング回路の基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了できない状態が生じているときにDC電源部から第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を補充することができるため、制御相のレグのスイッチ及び基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を十分に行わせて、各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。また制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を十分に流すことができるとき及び基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を十分に流すことができるときには、共振補助回路をスイッチング回路から切り離すことができるので、共振補助回路で生じる損失によりDC/RF変換部で生じるトータルの損失が増大するのを防ぐことができる。 According to the above configuration, when the charging and discharging of the output capacitance of each switch that configures the leg of the control phase of the switching circuit cannot be completed during the dead time, the DC power supply unit outputs the first auxiliary signal. A partial resonance current for charging/discharging the output capacitance of the switch of the control phase leg can be supplemented through the reactor and the first auxiliary circuit switch, and constitutes the leg of the reference phase of the switching circuit. When a state in which charging/discharging of the output capacitance of each switch cannot be completed during the dead time period occurs, the DC power supply unit switches the leg of the reference phase through the second auxiliary reactor and the second auxiliary circuit switch. Since the partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of can be supplemented, the output capacitance of the control phase leg switch and the reference phase leg switch must be fully charged and discharged. Thus, it is possible to reduce the switching loss that occurs in each switch. In addition, when the partial resonance current for charging/discharging the output capacitance of the leg switch of the control phase can be sufficiently flown and for charging/discharging the output capacitance of the leg switch of the reference phase. When the partial resonance current of 1 can be sufficiently flown, the resonance auxiliary circuit can be separated from the switching circuit, so that the total loss generated in the DC/RF converter is prevented from increasing due to the loss generated in the resonance auxiliary circuit. You can

<第13の発明>
第13の発明も第10の発明又は第11の発明に適用される。本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されたときに前記第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されたときに前記第1及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にするように前記第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Thirteenth invention>
The thirteenth invention is also applied to the tenth invention or the eleventh invention. In the present invention, the auxiliary circuit switch control unit determines that the impedance matching unit determines whether the impedance is matched, and the matching state determination unit determines that the impedance is not matched. The first and second auxiliary circuit switches are turned on, and when the matching state determining means determines that impedance matching is achieved, the first and second auxiliary circuit switches are turned on. Switch control means for controlling the first and second auxiliary circuit switches so as to be turned off.

上記のように構成しておくと、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれていない状態にあって、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流が不足しがちなときに、DC電源部から第1の補助リアクトルと第1の補助回路用スイッチとを通して、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を補充することができ、基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流が不足しがちなときに、DC電源部から第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して、基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を補充することができるため、デッドタイムの期間に制御相のレグのスイッチ及び基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を十分に行わせて、各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。またインピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれている状態にあって、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を十分に流すことができるとき及び基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を十分に流すことができるときには、共振補助回路をスイッチング回路から切り離すことができるので、共振補助回路で生じる損失によりDC/RF変換部で生じるトータルの損失が増大するのを防ぐことができる。 With the above configuration, the partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of the control phase leg switch is insufficient when the impedance matching device does not match the impedance. When it tends to occur, the partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of the switch of the leg of the control phase is replenished from the DC power supply through the first auxiliary reactor and the first auxiliary circuit switch. When the partial resonance current for charging/discharging the output capacitance of the switch of the leg of the reference phase tends to be insufficient, the DC power supply unit can be connected to the second auxiliary reactor and the second auxiliary circuit. , The partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of the reference phase leg switch can be replenished, so that the control phase leg switch and the reference phase By sufficiently charging and discharging the output capacitance of the leg switch, it is possible to reduce the switching loss that occurs in each switch. Also, when the impedance matching by impedance matcher is achieved, when the partial resonance current for charging/discharging the output capacitance of the leg switch of the control phase can be sufficiently flowed and the reference phase When the partial resonance current for charging/discharging the output capacitance of the leg switch can be sufficiently flown, the resonance auxiliary circuit can be separated from the switching circuit, so that the loss caused in the resonance auxiliary circuit causes DC. It is possible to prevent the total loss generated in the /RF converter from increasing.

<第14の発明>
第14の発明は、第10の発明又は第11の発明に適用される。本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、高周波電力発生部から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値未満であるときに前記第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にし、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値以上であるときに前記第1及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にするように前記第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Fourteenth Invention>
The fourteenth invention is applied to the tenth invention or the eleventh invention. In the present invention, the auxiliary circuit switch control unit sets the load current detection unit that detects the current supplied to the load from the high frequency power generation unit, and the average value or the effective value of the current detected by the load current detection unit. When it is less than the value, the first and second auxiliary circuit switches are turned on, and when the average value or the effective value of the current detected by the load current detecting means is equal to or more than the set value, the first and the second Switch control means for controlling the first and second auxiliary circuit switches so as to turn off the second auxiliary circuit switch.

上記のように構成すると、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる際に十分な部分共振電流を流すことができる状態にあるか否かの判定、及び基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる際に十分な部分共振電流を流すことができる状態にあるか否かの判定をより適確に行うことができ、第1及び第2の補助回路用スイッチの制御を適確に行わせることができる。 With the above configuration, it is determined whether or not a sufficient partial resonance current can flow when charging/discharging the output capacitance of the switch of the control phase leg, and the leg of the reference phase. It is possible to more accurately determine whether or not it is in a state in which a sufficient partial resonance current can flow when the output capacitance of the switch is charged and discharged, and the first and second auxiliary The circuit switches can be controlled appropriately.

<第15の発明>
第15の発明も第10の発明又は第11の発明に適用されるもので、本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流を検出する回路電流検出手段と、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値未満であるときに第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にし、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値以上であるときに第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にするように第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Fifteenth Invention>
The fifteenth invention is also applied to the tenth invention or the eleventh invention, and in the invention, the auxiliary circuit switch control unit controls the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit and the leg of the control phase. Circuit current detecting means for detecting a current flowing through the circuit between the midpoint and a first auxiliary circuit switch when an average value or an effective value of the current detected by the circuit current detecting means is less than a set value. The first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are turned on when the second auxiliary circuit switch is turned on and the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is equal to or more than the set value. Switch control means for controlling the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch so as to turn off the switch.

上記のように構成すると、DC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる際に十分な部分共振電流を流すことができる状態にあるか否かの判定を適確に行って、補助回路用スイッチの制御を適確に行わせることができる。 With the above configuration, the energy stored in the inductor originally existing in the DC/RF converter allows a sufficient partial resonance current to flow when the output capacitance of the switch of the leg of the control phase is charged and discharged. It is possible to accurately determine whether or not it is in a ready state, and to appropriately control the auxiliary circuit switch.

<第16の発明>
第16の発明も、第10の発明又は第11の発明に適用されるもので、本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、高周波電力発生部から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値未満であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値未満であるときに第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Sixteenth Invention>
The sixteenth invention is also applied to the tenth invention or the eleventh invention, and in the present invention, the auxiliary circuit switch control unit determines whether or not impedance matching is achieved by an impedance matching device. Matching state determining means, load current detecting means for detecting the current supplied from the high frequency power generator to the load, and matching state determining means determine that the impedance is matched, and the load current detecting means detects the impedance. When the average value or the effective value of the measured current is equal to or higher than the first set value, and the matching state determination means determines that the impedance is not matched, the current detected by the load current detection means When the average value or the effective value is equal to or more than the second set value, the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are turned off, and the matching state determination means determines that the impedance is matched. However, when the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means is less than the first set value, and the matching state determination means determines that the impedance is not matched, and the load The first and second auxiliary circuit switches are turned on when the average value or the effective value of the current detected by the current detection means is less than the second set value. And a switch control means for controlling the second auxiliary circuit switch.

上記のように構成すると、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれていないために高周波電力発生部から負荷に所定の進行波電力を供給できない状態にあって、DC/RF変換部内に存在するインダクタに蓄積されたエネルギが不足し、制御相のレグのスイッチの出力静電容量及び基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う際に部分共振電流を十分に流すことができない場合だけでなく、インピーダンスが整合状態にあるが、高周波電力発生部の出力を制限する制御が行われているために、DC/RF変換部内に存在するインダクタに蓄積されたエネルギが不足して、制御相のレグのスイッチの出力静電容量及び基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う際に流す部分共振電流が不足する場合にも、第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にして、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電及び基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させるべく、制御相のレグ及び基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う部分共振電流に補充電流を重畳して、各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができ、制御相及び基準相の各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。本発明によった場合には、インピーダンスが整合しているか否かを判定するだけで第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするか否かを決定する場合に比べて、よりきめの細かい制御を行わせることができる。 According to the above-described configuration, the impedance existing in the DC/RF converter cannot be supplied to the load from the high-frequency power generator due to the impedance matching by the impedance matching device not being supplied to the load. Only when the stored energy is insufficient and the partial resonance current cannot flow sufficiently when charging and discharging the output capacitance of the control phase leg switch and the output capacitance of the reference phase leg switch. However, the impedance is in a matched state, but since the control for limiting the output of the high frequency power generation unit is performed, the energy accumulated in the inductor existing in the DC/RF conversion unit is insufficient, and the control phase Even when the partial resonance current that flows when charging and discharging the output capacitance of the leg switch and the output capacitance of the reference phase leg switch is insufficient, the first and second auxiliary circuit switches are used. In order to complete the charging/discharging of the output capacitance of the control phase leg switch and the charging/discharging of the output capacitance of the reference phase leg switch in the dead time period by turning it on, the control phase leg and reference The supplemental current is superimposed on the partial resonance current that charges and discharges the output capacitance of the phase leg switch, and the charge and discharge of the output capacitance of each switch can be completed during the dead time. Also, it is possible to reduce the switching loss that occurs in each switch of the reference phase. According to the present invention, compared to the case where it is determined whether or not the first and second auxiliary circuit switches are turned on only by determining whether or not the impedances match, it is possible to further improve the texture. It is possible to make fine control of.

<第17の発明>
第17の発明も、第10の発明又は第11の発明に適用される。本発明においては、補助回路用スイッチ制御部が、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流を検出する回路電流検出手段と、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第1の設定値未満であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第2の設定値未満であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<17th invention>
The seventeenth invention is also applied to the tenth invention or the eleventh invention. In the present invention, the auxiliary circuit switch control unit determines the matching state determining means for determining whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching device, the midpoint of the reference phase leg of the switching circuit, and the control phase leg. The circuit current detection means for detecting the current flowing through the circuit between the center point and the middle point, and the average value of the currents detected by the circuit current detection means, which is determined by the matching state determination means to have impedance matching, or When the effective value is equal to or greater than the first set value and the matching state determination means determines that the impedance is not matched, the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is the first value. When it is equal to or more than the set value of 2, the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are turned off, and it is determined by the matching state determination unit that the impedance is matched, When the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is less than the first set value, and the matching state determination means determines that the impedance is not matched, and the circuit current When the average value or the effective value of the current detected by the detection means is less than the second set value, the auxiliary is provided so as to turn on the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch. And a switch control means for controlling the circuit switch.

上記のように構成すると、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合状態と、各スイッチに対して構成された充放電回路を通して流れる電流の大小との双方に基づいて、第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするかオフ状態にするかが決められるので、第1及び第2の補助回路用スイッチの制御をよりきめ細かく行うことができ、第1及び第2の補助回路用スイッチがむやみに投入されて制御相のレグのスイッチ及び基準相のレグのスイッチで発生する導通損失が増大するのを防ぐことができる。 With the above configuration, the first and second auxiliary circuit switches are based on both the impedance matching state by the impedance matching device and the magnitude of the current flowing through the charging/discharging circuit configured for each switch. Since it is determined whether to turn on or off the switch, the first and second auxiliary circuit switches can be controlled more finely, and the first and second auxiliary circuit switches are unnecessarily turned on. Therefore, it is possible to prevent the conduction loss generated in the control phase leg switch and the reference phase leg switch from increasing.

<第18の発明>
第18の発明も、第10の発明又は第11の発明に適用される。本発明においては、スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流が反映されたパラメータを検出するパラメータ検出手段が更に設けられ、補助回路用スイッチ制御部は、パラメータ検出手段により検出されるパラメータと第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチがとるべき状態との関係を与える補助回路用スイッチ制御用テーブルを記憶した制御用テーブル記憶手段と、パラメータ検出手段により検出されるパラメータに対して制御用テーブルを検索することにより第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチがとるべき状態がオン状態であるかオフ状態であるかを判定して、第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチを判定された状態とするように制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Eighteenth invention>
The eighteenth invention is also applied to the tenth invention or the eleventh invention. In the present invention, there is further provided a parameter detecting means for detecting a parameter reflecting the current flowing through the circuit between the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit and the midpoint of the leg of the control phase, and for the auxiliary circuit. The switch control unit stores the auxiliary circuit switch control table that stores the relationship between the parameters detected by the parameter detection unit and the states that the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch should take. By searching the control table for the parameters detected by the table storage means and the parameter detection means, the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are in the ON state or the OFF state. Switch control means for determining whether the state is the state and controlling the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch to be in the determined state.

上記のように構成した場合も、第1及び第2の補助回路用スイッチのオンオフの制御を適確に行わせて、制御相のレグのスイッチ及び基準相のレグのスイッチで生じるスイッチング損失の低減をはかることができる。 Even in the case of the above configuration, the ON/OFF control of the first and second auxiliary circuit switches is appropriately performed to reduce the switching loss that occurs in the control phase leg switch and the reference phase leg switch. Can be measured.

<第19の発明>
第19の発明は、第10の発明ないし第18の発明の何れかに適用される。本発明においては、スイッチング回路の基準相のレグの中点及び制御相のレグの中点から負荷側を見たインピーダンスの状態を判定する負荷状態判定手段が更に設けられ、補助回路用スイッチ制御部のスイッチ制御手段が、負荷状態判定手段によりスイッチング回路の基準相のレグの中点及び制御相のレグの中点から負荷側を見たインピーダンスが容量性であると判定されているときに補助回路用スイッチをオン状態に保つように構成される。
<19th invention>
The nineteenth invention is applied to any of the tenth invention to the eighteenth invention. In the present invention, load state determination means for determining the state of impedance seen from the midpoint of the leg of the reference phase and the midpoint of the leg of the control phase of the switching circuit is further provided, and the auxiliary circuit switch control unit is provided. The switch control means of the auxiliary circuit when the load state determination means determines that the impedance seen from the midpoint of the leg of the reference phase and the midpoint of the leg of the control phase of the switching circuit to the load side is capacitive. Is configured to keep the power switch on.

上記のように構成すると、DC/RF変換部のスイッチング回路のレグの中点から負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態が起った場合に、第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にして、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電及び基準相のレグの出力静電容量の充放電を多少なりとも行わせることができるため、高周波電力発生部から負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態が起った場合に生じるスイッチング損失を従来よりも低減させることができる。 With the above configuration, the first and second auxiliary circuit switches are activated when the impedance seen from the midpoint of the leg of the switching circuit of the DC/RF conversion unit to the load side shows capacitive. Can be turned on and off to charge and discharge the output capacitance of the control phase leg switch and charge and discharge of the reference phase leg output capacitance to some extent. It is possible to reduce the switching loss that occurs when the impedance looking at the side exhibits a state of being capacitive as compared with the conventional case.

本発明によれば、一定の直流出力を発生するDC電源部と、基準相のレグと制御相のレグとを有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えてDC電源部から一定の直流電圧が入力されるDC/RF変換部と、DC/RF変換部のスイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力をDC/RF変換部から出力させるべく、スイッチング回路を構成するDC/RF変換部のスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部とを備えた高周波電源装置において、DC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路と、このコンデンサ分圧回路の分圧点とスイッチング回路の制御相のレグの中点との間に補助回路用スイッチを通して接続された補助リアクトルとを備えた共振補助回路を設けて、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う部分共振電流に、DC電源部からコンデンサ分圧回路と補助リアクトルとを通して出力させた補充電流を重畳することができるようにしたので、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を極力デッドタイムの期間に完了させて、制御相のレグのスイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができ、負荷電流の減少時などに制御相のレグのスイッチのスイッチング損失が増大して装置の効率が低下するのを防ぐことができる。 According to the present invention, a DC power supply unit that generates a constant DC output and a full-bridge type switching circuit having a reference phase leg and a control phase leg are provided, and a constant DC voltage is input from the DC power supply unit. Supply to the load while providing a dead time that is a period in which supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch that configures each leg of the DC/RF conversion unit and the switching circuit of the DC/RF conversion unit is stopped. A high-frequency power supply unit having a control unit for controlling the switches of the DC/RF conversion unit that configures a switching circuit so that the high-frequency power to be output from the DC/RF conversion unit is provided. The output voltage of the capacitor is applied across the capacitor voltage divider circuit, and the auxiliary reactor connected through the auxiliary circuit switch between the voltage dividing point of this capacitor voltage divider circuit and the midpoint of the leg of the control phase of the switching circuit. By providing a resonance auxiliary circuit equipped with, the partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of the switch of the control phase leg, the replenishment current output from the DC power supply section through the capacitor voltage dividing circuit and the auxiliary reactor Since they can be superimposed, the charge and discharge of the output capacitance of the control phase leg switch is completed in the dead time as much as possible to reduce the switching loss that occurs in the control phase leg switch. Therefore, it is possible to prevent the switching loss of the switch of the leg of the control phase from increasing and the efficiency of the device from decreasing when the load current decreases.

また本発明によれば、スイッチング回路の制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う部分共振電流が不足するおそれがないときには、補助回路用スイッチをオフ状態にして、共振補助回路で無用な導通損失が生じるのを防ぐことができるようにしたので、スイッチング回路で生じる損失の低減を効果的に図って、高周波電源装置の効率を高めることができる。 Further, according to the present invention, when there is no fear that the partial resonance current for charging/discharging the output capacitance of the switch of the leg of the control phase of the switching circuit will run short, the auxiliary circuit switch is turned off to set the resonance auxiliary circuit. Since it is possible to prevent unnecessary conduction loss from occurring, it is possible to effectively reduce the loss that occurs in the switching circuit and improve the efficiency of the high frequency power supply device.

特に、本願に開示された第10ないし第18の発明によれば、DC/RF変換部のスイッチング回路の制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う際に流れる部分共振電流が不足するときに該部分共振電流に補充電流を重畳することができるだけでなく、基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う際に流れる部分共振電流が不足するときに該部分共振電流に補充電流を重畳することができるようにしたので、負荷電流の減少などに起因して基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行う際に流れる部分共振電流が不足する状態になったときに、スイッチング損失が増加して装置の効率が低下するのを防ぐことができる。 In particular, according to the tenth to eighteenth inventions disclosed in the present application, the partial resonance current flowing when the output capacitance of the switch of the leg of the control phase of the switching circuit of the DC/RF conversion unit is charged/discharged. Not only can supplement current be superimposed on the partial resonance current when the partial resonance current is insufficient, but the partial resonance current that flows when charging and discharging the output capacitance of the switch of the reference phase leg is insufficient Since the supplementary current can be superimposed on the current, the partial resonance current that flows when charging and discharging the output capacitance of the switch of the leg of the reference phase is insufficient due to a decrease in the load current. Then, it is possible to prevent the switching efficiency from increasing and the efficiency of the device from decreasing.

また第9の発明又は第19の発明によれば、DC/RF変換部のスイッチング回路のレグの中点から負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態が生じた場合に、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を多少なりとも行わせることができるようにしたため、高周波電力発生部から負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態が生じた場合に生じるスイッチング損失を従来よりも低減させることができる。 Further, according to the ninth invention or the nineteenth invention, when the impedance seen from the midpoint of the leg of the switching circuit of the DC/RF conversion unit to the load side shows a capacitive state, the leg of the control phase is Since the output capacitance of the switch can be charged and discharged to some extent, switching loss that occurs when the impedance when the load side is seen from the high-frequency power generator shows a capacitive state Can be further reduced.

本発明の一実施形態の構成を示したブロック図である。It is a block diagram showing the composition of one embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態の構成を示したブロック図であるIt is the block diagram which showed the structure of other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態の構成を示したブロック図であるIt is the block diagram which showed the structure of other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態の構成を示したブロック図であるIt is the block diagram which showed the structure of other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態の構成を示したブロック図であるIt is the block diagram which showed the structure of other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態の構成を示したブロック図であるIt is the block diagram which showed the structure of other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態の構成を示したブロック図であるIt is the block diagram which showed the structure of other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態の構成を示したブロック図であるIt is the block diagram which showed the structure of other embodiment of this invention. 本発明の各実施形態で用いることができるDC電源部とDC/RF変換部の構成例を示した回路図である。It is a circuit diagram showing an example of composition of a DC power supply section and a DC/RF conversion section which can be used in each embodiment of the present invention. 図10に示した回路において制御相のレグの各スイッチに与えられる駆動信号の波形と補助リアクトルに流れる電流の波形とを模式的に示した波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram schematically showing a waveform of a drive signal applied to each switch of the leg of the control phase and a waveform of a current flowing through the auxiliary reactor in the circuit shown in FIG. 10. 本発明の各実施形態で用いることができるDC電源部とDC/RF変換部の他の構成例を示した回路図であるFIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of a DC power supply unit and a DC/RF conversion unit that can be used in each embodiment of the present invention. 本発明の各実施形態で用いることができるDC電源部とDC/RF変換部の更に他の構成例を示した回路図である。It is a circuit diagram showing another example of composition of a DC power supply section and a DC/RF conversion section which can be used in each embodiment of the present invention. (A)ないし(D)は、本発明の各実施形態で用いることができる補助回路用スイッチの種々の構成例を示した回路図である。(A) thru|or (D) are the circuit diagrams which showed the various structural examples of the switch for auxiliary circuits which can be used in each embodiment of this invention. (A)及び(B)は、本発明の各実施形態で用いることができる補助回路用スイッチの他の構成例を示した回路図である。(A) And (B) is a circuit diagram showing another example of composition of a switch for auxiliary circuits which can be used in each embodiment of the present invention. 可変DC電源部と該可変DC電源部の直流出力を高周波出力に変換するDC/RF変換部とを備えた従来の高周波電源装置の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the conventional high frequency power supply device provided with the variable DC power supply part and the DC/RF conversion part which converts the direct current output of this variable DC power supply part into a high frequency output. 一定の直流電圧を出力するDC電源部と、該DC電源部の直流出力を高周波出力に変換するDC/RF変換部とを備えた従来の高周波電源装置の要部の構成例を示した回路図である。A circuit diagram showing a configuration example of a main part of a conventional high-frequency power supply device including a DC power supply unit that outputs a constant DC voltage and a DC/RF conversion unit that converts the DC output of the DC power supply unit into a high-frequency output. Is. (A)及び(B)は本発明が対象とする高周波電源装置のDC/RF変換部を構成するスイッチング回路の基準相のレグのスイッチ及び制御相のレグのスイッチにそれぞれ与えられる駆動信号の波形を模式的に示した波形図である。(A) and (B) are waveforms of drive signals respectively applied to the leg switch of the reference phase and the leg switch of the control phase of the switching circuit constituting the DC/RF converter of the high frequency power supply device to which the present invention is applied. FIG. 3 is a waveform diagram schematically showing

以下に本発明の第1の実施形態ないし第19の実施形態を開示する。これらの実施形態のうち、第1ないし第9の実施形態は、それぞれ前記第1の発明ないし第9の発明に対応するもので、出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流が特に不足しがちなスイッチング回路の制御相のレグの各スイッチのスイッチング動作がハードスイッチング動作となるのを抑制して、スイッチング損失の低減を図ることを目的としている。
また第10の実施形態ないし第19の実施形態は、それぞれ前記第10の発明ないし第19の発明に対応するもので、制御相のレグのスイッチだけでなく、基準相のレグのスイッチのスイッチング動作がハードスイッチング動作となるのをも抑制して、スイッチング損失の更なる低減を図ることを目的としている。以下各実施形態について詳細に説明する。
The first to nineteenth embodiments of the present invention will be disclosed below. Of these embodiments, the first to ninth embodiments correspond to the first to ninth inventions, respectively, and a partial resonance current for charging and discharging the output capacitance is reduced. In particular, the purpose is to suppress the switching operation of each switch of the leg of the control phase of the switching circuit, which tends to be insufficient, to become a hard switching operation, and to reduce the switching loss.
Further, the tenth to nineteenth embodiments correspond to the tenth to nineteenth inventions, respectively. The switching operation of not only the control phase leg switch but also the reference phase leg switch is performed. The purpose is to further suppress the switching loss by suppressing the hard switching operation. Each embodiment will be described in detail below.

<第1の実施形態>
図1を参照すると、本発明の第1の実施形態の構成がブロック図で示されている。またこの実施形態の要部の回路構成が図10に示されている。図1に示した高周波電源装置1は、負荷2に供給する高周波電力を発生する高周波電力発生部3と、高周波電力発生部3の出力インピーダンスと高周波電力発生部3の出力端から負荷側を見たインピーダンスである負荷インピーダンスとの整合を図るインピーダンス整合器4と、一定の直流出力を発生するDC電源部5とを備えている。以下、各部の構成を説明する。
<First Embodiment>
Referring to FIG. 1, the configuration of a first embodiment of the present invention is shown in a block diagram. The circuit configuration of the main part of this embodiment is shown in FIG. The high frequency power supply device 1 shown in FIG. And an impedance matching device 4 for matching with a load impedance, which is an impedance, and a DC power supply unit 5 for generating a constant DC output. The configuration of each part will be described below.

本実施形態では、負荷2がプラズマ負荷であるとする。プラズマ負荷は、高周波電源装置1から与えられる高周波電力によりプラズマを発生する負荷で、半導体等の被処理物にプラズマを照射することによりエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置等である。プラズマ負荷は通常チャンバ内にプラズマ発生用の電極を備えていて、該電極に高周波電力が与えられた際にプラズマを発生する。プラズマ負荷のインピーダンスは、電極間に与えられる電力の大きさ、チャンバ内のガスの圧力、チャンバ内に供給されるガスの流量、プラズマを発生させる時間などの種々の条件により細かく変化する。 In this embodiment, it is assumed that the load 2 is a plasma load. The plasma load is a load that generates plasma by high-frequency power supplied from the high-frequency power supply device 1, and is a plasma processing device or the like that performs processing such as etching by irradiating an object to be processed such as a semiconductor with plasma. The plasma load usually has an electrode for plasma generation inside the chamber and generates plasma when high frequency power is applied to the electrode. The impedance of the plasma load finely changes according to various conditions such as the magnitude of the electric power applied between the electrodes, the pressure of the gas in the chamber, the flow rate of the gas supplied into the chamber, and the time for generating plasma.

インピーダンス整合器4は、インピーダンス可変素子である可変コンデンサ又は可変インダクタと、モータを駆動源としてインピーダンス可変素子を操作する操作機構と、高周波電力発生部から負荷側を見たインピーダンスを検出するための手段とを備えていて、負荷2で消費される高周波電力を最大にするために、高周波電源装置1の高周波電力発生部3の出力インピーダンスと、高周波電力発生部3から負荷側を見たインピーダンスとを整合させる(共役関係にする)ように調整する。一般に高周波電力発生部3の出力インピーダンスは50Ωに設計されているため、インピーダンス整合器3は、高周波電力発生部3から負荷側を見たインピーダンスを50Ωに等しくするように動作する。 The impedance matching device 4 includes a variable capacitor or a variable inductor that is an impedance variable element, an operation mechanism that operates the impedance variable element using a motor as a driving source, and a means for detecting the impedance when the load side is viewed from the high frequency power generator. In order to maximize the high frequency power consumed by the load 2, the output impedance of the high frequency power generation unit 3 of the high frequency power supply device 1 and the impedance seen from the high frequency power generation unit 3 to the load side are provided. Adjust to match (conjugate). In general, the output impedance of the high-frequency power generator 3 is designed to be 50Ω, so the impedance matching device 3 operates so that the impedance seen from the high-frequency power generator 3 to the load side is equal to 50Ω.

DC電源部5は、一定の直流出力を発生する電源部で、商用の交流電力を直流電力に変換する整流器や、商用電源の出力で整流回路を通して充電されるバッテリなどにより構成される。 The DC power supply unit 5 is a power supply unit that generates a constant DC output, and includes a rectifier that converts commercial AC power into DC power, a battery that is charged by a rectifier circuit with the output of the commercial power supply, and the like.

高周波電力発生部3は、DC電源部5の直流出力を高周波出力に変換するDC/RF変換部6と、DC/RF変換部6の出力から高調波成分を除去するローパスフィルタ(LPF)7と、ローパスフィルタ7の出力側で、負荷に供給される進行波電力と負荷から戻ってくる反射波電力とを検出するパワー検出部8と、DC/RF変換部6を制御する制御部9とを備えている。高周波電力発生部3がこれらの構成を備えていることは従来の高周波電源装置と同様であるが、本実施形態では、高周波電力発生部3に新たに共振補助回路10と、補助回路用スイッチ制御部11とが設けられている。以下、本実施形態で用いる高周波電力発生部3の各部の構成を詳細に説明する。 The high frequency power generation unit 3 includes a DC/RF conversion unit 6 that converts the DC output of the DC power supply unit 5 into a high frequency output, and a low-pass filter (LPF) 7 that removes harmonic components from the output of the DC/RF conversion unit 6. On the output side of the low-pass filter 7, a power detection unit 8 that detects the traveling wave power supplied to the load and the reflected wave power that returns from the load, and a control unit 9 that controls the DC/RF conversion unit 6 are provided. I have it. Although the high-frequency power generation unit 3 has these configurations as in the conventional high-frequency power supply device, in the present embodiment, the high-frequency power generation unit 3 additionally includes the resonance auxiliary circuit 10 and the auxiliary circuit switch control. And a section 11 are provided. Hereinafter, the configuration of each part of the high-frequency power generator 3 used in this embodiment will be described in detail.

DC/RF変換部6は、DC電源部5の直流出力を高周波出力に変換するためのスイッチング動作を行うスイッチング回路6Aと、スイッチング回路の一方の出力端子に一端が接続された直列共振回路6Bと、スイッチング回路6Aの出力が直列共振回路6Bを通して一次コイルW1に入力されたトランス6Cとからなっている。スイッチング回路6Aは、互いに直列に接続されたハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを有して両スイッチの接続点を中点とした基準相のレグと、同じく互いに直列に接続されたハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを有して両スイッチの接続点を中点とした制御相のレグとを備えて、両レグをDC電源部5の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型の回路からなっている。DC/RF変換部6は、DC電源部5の直流出力をスイッチング回路6Bのスイッチング動作により高周波出力に変換して、変換した高周波出力を直列共振回路6Bとトランス6Cとを通して出力する。 The DC/RF conversion unit 6 includes a switching circuit 6A that performs a switching operation for converting the DC output of the DC power supply unit 5 into a high-frequency output, and a series resonance circuit 6B whose one end is connected to one output terminal of the switching circuit. The output of the switching circuit 6A includes a transformer 6C which is input to the primary coil W1 through the series resonance circuit 6B. The switching circuit 6A has a high-side switch and a low-side switch connected in series with each other, and a leg of a reference phase with the connection point of both switches as a middle point, and a high-side switch and a low-side switch also connected in series with each other. And a leg of a control phase having a connection point of both switches as a middle point and having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit 5 There is. The DC/RF conversion unit 6 converts the DC output of the DC power supply unit 5 into a high frequency output by the switching operation of the switching circuit 6B, and outputs the converted high frequency output through the series resonance circuit 6B and the transformer 6C.

本実施形態で用いるスイッチング回路6Aは、例えば図10に示されているように構成される。図10に示されたスイッチング回路6Aは、ハイサイドスイッチQ1と該ハイサイドスイッチに対して直列に接続されたローサイドスイッチQ2とからなる基準相のレグと、ハイサイドスイッチQ3と該ハイサイドスイッチに対して直列に接続されたローサイドスイッチQ4とからなる制御相のレグとを備えて、両レグがDC電源部5の出力端子間に並列に接続されたフルブリッジ型の構成を有している。 The switching circuit 6A used in this embodiment is configured, for example, as shown in FIG. The switching circuit 6A shown in FIG. 10 includes a high-side switch Q1, a low-side switch Q2 connected in series to the high-side switch, and a reference phase leg, a high-side switch Q3, and the high-side switch. A control phase leg composed of a low-side switch Q4 connected in series to the leg and both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit 5 have a full-bridge type configuration.

ハイサイドスイッチQ1,Q3及びローサイドスイッチQ2,Q4は、半導体スイッチにより構成される。スイッチQ1〜Q4をそれぞれ構成する半導体スイッチとしては、それぞれの制御端子間に所定レベル以上の駆動信号が与えられたときにターンオンして該駆動信号が与えられている間オン状態を保持し、駆動信号の供給が停止されたときにターンオフする特性を有するものを用いる。本実施形態では、各スイッチとしてMOSFETが用いられている。 The high side switches Q1 and Q3 and the low side switches Q2 and Q4 are semiconductor switches. A semiconductor switch that constitutes each of the switches Q1 to Q4 is a semiconductor switch that is turned on when a drive signal of a predetermined level or more is applied between its control terminals and maintains an on state while the drive signal is applied to drive it. The one having the characteristic of turning off when the supply of the signal is stopped is used. In this embodiment, MOSFETs are used as the switches.

図示のスイッチング回路6Aにおいては、基準相のレグのハイサイドスイッチQ1を構成するMOSFETのドレインと、制御相のレグのハイサイドスイッチQ3を構成するMOSFETのドレインとの接続点aと、基準相のレグのローサイドスイッチQ2を構成するMOSFETのソースと制御相のレグのローサイドスイッチQ4を構成するMOSFETのソースとの接続点bとがスイッチング回路6Aの入力端子となっていて、これらの入力端子a,b間にDC電源部5の出力電圧Vdcが入力されている。 In the illustrated switching circuit 6A, the connection point a between the drain of the MOSFET forming the high side switch Q1 of the leg of the reference phase and the drain of the MOSFET forming the high side switch Q3 of the leg of the control phase, and the reference phase A connection point b between the source of the MOSFET forming the low side switch Q2 of the leg and the source of the MOSFET forming the low side switch Q4 of the control phase serves as an input terminal of the switching circuit 6A, and these input terminals a, The output voltage Vdc of the DC power supply unit 5 is input between b.

また基準相のレグのハイサイドスイッチQ1を構成するMOSFETのソースと、基準相のレグのローサイドスイッチQ2を構成するMOSFETのドレインとの接続点(基準相のレグの中点)cと、制御相のレグのハイサイドスイッチQ3を構成するMOSFETのソースと制御相のレグのローサイドスイッチQ4を構成するMOSFETのドレインとの接続点(制御相のレグの中点)dとがスイッチング回路6Aの出力端子となっていて、基準相のレグの中点となっている一方の出力端子cがインダクタLrとコンデンサCrとの直列回路からなる直列共振回路6Bの一端に接続されている。 In addition, a connection point (the middle point of the leg of the reference phase) c between the source of the MOSFET that constitutes the high side switch Q1 of the leg of the reference phase and the drain of the MOSFET that constitutes the low side switch Q2 of the leg of the reference phase, and the control phase The connection point (the middle point of the leg of the control phase) between the source of the MOSFET forming the high side switch Q3 of the leg and the drain of the MOSFET forming the low side switch Q4 of the control phase leg is the output terminal of the switching circuit 6A. One output terminal c, which is the middle point of the leg of the reference phase, is connected to one end of a series resonance circuit 6B including a series circuit of an inductor Lr and a capacitor Cr.

直列共振回路6Bの他端は、トランス6Cの1次コイルW1の一端に接続され、トランス6Cの1次コイルW1の他端は、制御相のレグの中点となっているスイッチング回路の他方の出力端子dに接続されている。トランス6Cの二次コイルW2の一端e及び他端fがDC/RF変換部6の出力端子となっていて、これらの出力端子e,fから出力される高周波電力がローパスフィルタ7に入力されている。 The other end of the series resonance circuit 6B is connected to one end of the primary coil W1 of the transformer 6C, and the other end of the primary coil W1 of the transformer 6C is the other end of the switching circuit which is the midpoint of the leg of the control phase. It is connected to the output terminal d. One end e and the other end f of the secondary coil W2 of the transformer 6C are output terminals of the DC/RF conversion unit 6, and the high frequency power output from these output terminals e and f is input to the low pass filter 7. There is.

ローパスフィルタ7は、例えば図10に示されているように、DC/RF変換部6の一方の出力端子eに一端が接続されたリアクトルLzと、リアクトルLzの他端とDC/RF変換部6の他方の出力端子fとの間に接続されたキャパシタCzとからなっていて、DC/RF変換部6から出力される高周波電力から高調波成分を除去して得た所望の周波数の高周波電力を出力する。 As shown in FIG. 10, for example, the low-pass filter 7 includes a reactor Lz whose one end is connected to one output terminal e of the DC/RF conversion unit 6, the other end of the reactor Lz, and the DC/RF conversion unit 6. Of the capacitor Cz connected to the other output terminal f of the high frequency power of the desired frequency obtained by removing the harmonic component from the high frequency power output from the DC/RF conversion unit 6. Output.

基準相のレグのハイサイドスイッチQ1を構成するMOSFETのゲート・ソース間(制御端子間)及び基準相のレグのローサイドスイッチQ2を構成するMOSFETのゲート・ソース間にはそれぞれ、図1に示された制御部9内に設けられたスイッチ駆動部から駆動信号S1及びS2が交互に与えられる。これらの駆動信号は、図17に示した従来のDC/RF変換部の基準相のレグのスイッチQ1及びQ2に与えられていた駆動信号S1及びS2と同様であり、それぞれの波形を模式的に示すと図18(A)の通りである。 The gate-source (between control terminals) of the MOSFET forming the high-side switch Q1 of the reference phase leg and the gate-source of the MOSFET forming the low-side switch Q2 of the reference phase leg are respectively shown in FIG. The drive signals S1 and S2 are alternately applied from the switch drive unit provided in the control unit 9. These drive signals are similar to the drive signals S1 and S2 given to the switches Q1 and Q2 of the leg of the reference phase of the conventional DC/RF conversion unit shown in FIG. 17, and their respective waveforms are schematically shown. It is as shown in FIG.

スイッチQ1及びQ2が同時にオン状態になって、DC電源部5の出力を短絡するのを防ぐため、スイッチQ1及びQ2の一方に与えていた駆動信号を消滅させるタイミングと他方に駆動信号を与えるタイミングとの間及びスイッチQ1及びQ2の他方に与えていた駆動信号を消滅させるタイミングと一方に駆動信号を与えるタイミングとの間にデッドタイムtdが設けられ、これらのデッドタイムの期間、スイッチQ1,Q2への駆動信号の供給が停止させられる。 In order to prevent the switches Q1 and Q2 from being turned on at the same time and short-circuiting the output of the DC power supply unit 5, the timing of extinguishing the drive signal applied to one of the switches Q1 and Q2 and the timing of applying the drive signal to the other A dead time td between the timing of extinguishing the drive signal applied to the other of the switches Q1 and Q2 and the timing of applying the drive signal to one of the switches Q1 and Q2, and the switches Q1 and Q2 are provided during the dead time. The supply of the drive signal to the device is stopped.

同様に、制御相のレグのハイサイドスイッチQ3を構成するMOSFETのゲート・ソース間(制御端子間)及び制御相のレグのローサイドスイッチQ4を構成するMOSFETのゲート・ソース間にそれぞれ、図1に示された制御部9内に設けられたスイッチ駆動部から、図18(B)に示されているように駆動信号S3及びS4が交互に与えられる。制御相のレグのスイッチQ3及びQ4が同時にオン状態になってDC電源部5の出力を短絡するのを防ぐため、スイッチQ3及びQ4の一方に与えていた駆動信号を消滅させるタイミングと他方に駆動信号を与えるタイミングとの間、及びスイッチQ3及びQ4の他方に与えていた駆動信号を消滅させるタイミングと一方に駆動信号を与えるタイミングとの間にデッドタイムtdが設けられ、これらのデッドタイムの期間、スイッチQ3,Q4への駆動信号の供給が停止させられる。 Similarly, between the gate and source (between control terminals) of the MOSFET forming the high side switch Q3 of the control phase leg and between the gate and source of the MOSFET forming the low side switch Q4 of the control phase leg, respectively, as shown in FIG. The drive signals S3 and S4 are alternately applied from the switch drive unit provided in the control unit 9 shown, as shown in FIG. In order to prevent the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase from being turned on at the same time and short-circuiting the output of the DC power supply unit 5, the drive signal applied to one of the switches Q3 and Q4 is extinguished and the other is driven. A dead time td is provided between the timing of applying the signal and the timing of extinguishing the drive signal applied to the other of the switches Q3 and Q4 and the timing of applying the drive signal to one of the switches Q3 and Q4. The supply of the drive signal to the switches Q3 and Q4 is stopped.

なお図10においては、スイッチQ1〜Q4の出力静電容量C1〜C4の図示と、各スイッチの両端に逆並列に設けられている帰還ダイオードD1〜D4の図示とが省略されている。 Note that in FIG. 10, the output capacitances C1 to C4 of the switches Q1 to Q4 and the feedback diodes D1 to D4 provided in antiparallel to both ends of each switch are omitted.

図1に示されたパワー検出部8は、ローパスフィルタ7の出力側で、DC/RF変換部5からローパスフィルタ7を通して負荷に与えられる進行波電力と負荷で反射して戻ってくる反射波電力とを検出して、進行波電力及び反射波電力に関する情報を有する進行波電力検出信号Pf及び反射波電力検出信号Prを出力する。このようなパワー検出部の構成は周知であるのでその詳細な説明は省略する。 The power detection unit 8 shown in FIG. 1 is, on the output side of the low-pass filter 7, the traveling wave power applied to the load from the DC/RF conversion unit 5 through the low-pass filter 7 and the reflected wave power reflected and returned by the load. Is detected, and a traveling wave power detection signal Pf and a reflected wave power detection signal Pr having information on the traveling wave power and the reflected wave power are output. Since the structure of such a power detection unit is well known, its detailed description is omitted.

DC/RF変換部6のスイッチング回路6Aを制御するために制御部9が設けられている。制御部9は、パワー検出部8が出力する進行波電力検出信号Pf及び反射電力検出信号Prを入力として、スイッチング回路6Aの基準相のレグのハイサイドスイッチQ1及びローサイドスイッチQ2にそれぞれ駆動信号S1及びS2を与えるとともに、制御相のレグのハイサイドスイッチQ3及びローサイドスイッチQ4にそれぞれ駆動信号S3及びS4を与えて、高周波電力発生部から所定の大きさの高周波電力を出力させるべく、スイッチング回路6Aにスイッチング動作を行わせる。 A control unit 9 is provided to control the switching circuit 6A of the DC/RF conversion unit 6. The control unit 9 receives the traveling wave power detection signal Pf and the reflected power detection signal Pr output from the power detection unit 8 as input, and drives the drive signal S1 to the high side switch Q1 and the low side switch Q2 of the leg of the reference phase of the switching circuit 6A, respectively. And S2, and the drive signals S3 and S4 to the high-side switch Q3 and the low-side switch Q4 of the leg of the control phase, respectively, so that the high-frequency power generator outputs high-frequency power of a predetermined magnitude. Cause the switching operation.

制御部9は、スイッチング回路6Aに段落[0019]に示した動作を繰り返し行わせるようにスイッチQ1〜Q4に駆動信号S1〜S4を与えることにより、DC電源部5の直流出力を高周波出力に変換する動作をDC/RF変換部6に行わせる。DC/RF変換部6が出力する高周波電力は、ローパスフィルタ7により高調波成分が除去された後、パワー検出部8とインピーダンス整合器4とを通して負荷2に供給される。 The control unit 9 converts the DC output of the DC power supply unit 5 into a high frequency output by supplying the drive signals S1 to S4 to the switches Q1 to Q4 so as to cause the switching circuit 6A to repeatedly perform the operation described in paragraph [0019]. The DC/RF converter 6 is caused to perform the operation. The high frequency power output from the DC/RF conversion unit 6 is supplied to the load 2 through the power detection unit 8 and the impedance matching unit 4 after the harmonic components are removed by the low pass filter 7.

制御部9は、基準相のレグの各スイッチをターンオンするタイミングと、基準相のレグの各スイッチの対角位置にある制御相のレグの各スイッチをターンオンするタイミングとの間の位相角φ(図18参照)を制御位相角として、パワー検出部8から出力される検出信号に応じて、該制御位相角φを0°ないし180°の範囲で変化させることにより、負荷2に供給される高周波電力の進行波成分を設定値に保つ出力制御と、パワー検出部8で検出された反射波成分が設定された規定値を超えたときに、該反射波成分を規定値以下に抑えるようにDC/RF変換部6の出力を抑制する反射保護制御とを行う。 The control unit 9 turns on the phase angle φ (the timing of turning on each switch of the leg of the reference phase and the timing of turning on each switch of the leg of the control phase in the diagonal position of each switch of the leg of the reference phase. (See FIG. 18) as a control phase angle, and changing the control phase angle φ in the range of 0° to 180° according to the detection signal output from the power detection unit 8 to supply high frequency to the load 2. Output control for keeping the traveling wave component of electric power at a set value, and DC when the reflected wave component detected by the power detection unit 8 exceeds a set specified value, the DC is controlled so as to keep the reflected wave component below a specified value. The reflection protection control that suppresses the output of the /RF converter 6 is performed.

前述した背景技術についての説明の中で述べたように、この種のDC/RF変換部は、デッドタイムの開始時に駆動信号の供給が停止されるスイッチの出力静電容量の充電と、デッドタイムの終了時に駆動信号が供給されるスイッチの出力静電容量の放電とを、各スイッチの出力静電容量とDC/RF変換部6内に本来存在するインダクタとを含む充放電回路(直列共振回路)を通してデッドタイムの期間に行わせるように構成されている。 As described in the description of the background art described above, this type of DC/RF conversion unit charges the output capacitance of the switch in which the supply of the drive signal is stopped at the start of the dead time and the dead time. Discharge of the output capacitance of the switch to which the drive signal is supplied at the end of the charging/discharging circuit including the output capacitance of each switch and the inductor originally present in the DC/RF converter 6 (series resonance circuit). ) Through the dead time period.

なおここでいう「直列共振回路」は、各スイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を流す共振回路で、各スイッチの出力静電容量と、各スイッチの出力静電容量の充電電流又は放電電流が流れる経路に存在する静電容量及びインダクタンスとにより構成されるものであり、図1及び図10に示された直列共振回路6Bそのものを意味するものではない。 The "series resonance circuit" here is a resonance circuit that flows partial resonance current to charge and discharge the output capacitance of each switch.The output capacitance of each switch and the output capacitance of each switch are The series resonance circuit 6B shown in FIGS. 1 and 10 does not mean the series resonance circuit 6B itself, which is constituted by the capacitance and the inductance existing in the path through which the charging current or the discharging current of the capacitance flows.

図示の例では、各スイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための回路(充放電回路)を構成するためのインダクタを確保する目的と、直流分をカットする目的とで直列共振回路6Bを設けているが、直列共振回路6Bを省略して、トランス6Cのインダクタンスと各スイッチの出力静電容量とにより、各スイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を流す直列共振回路を構成するようにしても、DC/RF変換部を機能させることができる。また直流分のカットは、トランス6Cの二次側や、ローパスフィルタ内で行うこともできる。 In the illustrated example, the series resonance circuit 6B is used for the purpose of securing an inductor for forming a circuit (charging/discharging circuit) for charging/discharging the output capacitance of each switch and for cutting the DC component. Although the series resonance circuit 6B is omitted, a partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of each switch is supplied by the inductance of the transformer 6C and the output capacitance of each switch. Even if a series resonance circuit is configured, the DC/RF converter can function. Further, the cut of the direct current component can be performed in the secondary side of the transformer 6C or in the low pass filter.

スイッチング回路6Aの各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図るためには、各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させる必要があるが、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとられていない場合や、DC/RF変換部6の回路内に本来存在するインダクタに蓄積されているエネルギが不足している場合には、各スイッチの出力静電容量の充放電を行う際に流す部分共振電流が不足することがあるため、デッドタイムの期間に各スイッチの出力静電容量の充放電を完了させることができないことがある。このような事態が生じると、各スイッチのターンオフ及びターンオンをZVSやZCSで行わせることができなくなるため、スイッチング損失が増加してしまう。 In order to reduce the switching loss that occurs in each switch of the switching circuit 6A, it is necessary to complete the charging/discharging of the output capacitance of each switch during the dead time period. As described in the section, when the impedance matching device 4 does not match the impedance, or when the energy originally stored in the inductor of the circuit of the DC/RF converter 6 is insufficient. In some cases, the partial resonance current flowing when charging/discharging the output capacitance of each switch may be insufficient, so charging/discharging of the output capacitance of each switch cannot be completed during the dead time. Sometimes. When such a situation occurs, it is impossible to turn off and turn on each switch by ZVS or ZCS, so that switching loss increases.

特に、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行う際に流す部分共振電流は、負荷電流により回路に存在するインダクタに蓄積されたエネルギによって制御相のレグと基準相のレグとの間を流れる循環電流であるため、負荷電流が小さい場合に不足がちになるのを避けられない。従って、少なくとも制御相のレグのスイッチQ3及びQ4に対して、それぞれの出力静電容量の充放電を行わせる部分共振電流が不足することがないようにするための対策を講じておくことが好ましい。 In particular, the partial resonance current flowing when the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the control phase leg are charged and discharged is due to the energy accumulated in the inductor existing in the circuit due to the load current. Since this is a circulating current flowing between the leg of the reference phase and the leg of the reference phase, it tends to become insufficient when the load current is small. Therefore, it is preferable to take measures to prevent the partial resonance current for charging and discharging the output capacitances of each of the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase from becoming insufficient. ..

そこで本実施形態では、図1及び図10に示したように、第1の分圧コンデンサCaと該第1の分圧コンデンサに直列に接続された第2の分圧コンデンサCbとを有してDC電源部5の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路10Aと、コンデンサ分圧回路10Aの分圧点(分圧コンデンサCaとCbの接続点)10aとスイッチング回路6Aの制御相のレグの中点dとの間にオンオフ制御が可能な補助回路用スイッチ10Cを通して接続された補助リアクトル10Bとを備えて、制御相のレグのスイッチQ3,Q4に対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流をDC電源部5からコンデンサ分圧回路10Aと補助リアクトル10Bと補助回路用スイッチ10Cとを通して出力する共振補助回路10と、補助回路用スイッチ10Cのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部11とを設けた。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 10, the first voltage dividing capacitor Ca and the second voltage dividing capacitor Cb connected in series to the first voltage dividing capacitor are provided. A capacitor voltage dividing circuit 10A to which the output voltage of the DC power supply unit 5 is applied to both ends, a voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit 10A (connection point of the voltage dividing capacitors Ca and Cb) 10a, and a control phase leg of the switching circuit 6A. And the auxiliary reactor 10B connected through the auxiliary circuit switch 10C capable of ON/OFF control to the middle point d of the control phase leg, and flows through the charge/discharge circuit configured for the leg switches Q3 and Q4. A resonance auxiliary circuit 10 that outputs a supplementary current that is superimposed on the partial resonance current from the DC power supply unit 5 through the capacitor voltage dividing circuit 10A, the auxiliary reactor 10B, and the auxiliary circuit switch 10C, and an auxiliary device that controls ON/OFF of the auxiliary circuit switch 10C. The circuit switch controller 11 is provided.

上記補助回路用スイッチ制御部11は、制御相のレグのスイッチQ3,Q4に対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流の重畳を行わなくても制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムtdの期間に完了させることができるときに補助回路用スイッチ10Cをオフ状態に保持し、制御相のレグのスイッチQ3,Q4に対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流の重畳を行わなくては制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量の充放電をデッドタイムtdの期間に完了させることができないときに補助回路用スイッチ10Cをオン状態にするべく補助回路用スイッチ10Cのオンオフを制御するように構成される。 The auxiliary circuit switch controller 11 controls the leg switch of the control phase without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase. When the charging/discharging of the output capacitance can be completed during the dead time td, the auxiliary circuit switch 10C is held in the OFF state, and the charging/discharging configured for the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase. For the auxiliary circuit when charging/discharging of the output capacitance of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase cannot be completed during the dead time td without superimposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the circuit. It is configured to control ON/OFF of the auxiliary circuit switch 10C so as to turn on the switch 10C.

ここで共振補助回路10のコンデンサ分圧回路10Aを構成する第1及び第2の分圧コンデンサCa及びCbは、十分大きな静電容量を有するコンデンサであるとし、各分圧コンデンサが、DC電源部5の出力電圧Vdcの1/2の電圧Vdc/2を発生する電圧源と等価であるとする。 Here, the first and second voltage dividing capacitors Ca and Cb forming the capacitor voltage dividing circuit 10A of the resonance auxiliary circuit 10 are capacitors having a sufficiently large electrostatic capacitance, and each voltage dividing capacitor is a DC power supply unit. 5 is equivalent to a voltage source that generates a voltage Vdc/2 that is 1/2 the output voltage Vdc.

補助回路用スイッチ10Cがオン状態にあるときには、分圧回路のコンデンサCa又はCbの両端の電圧Vdc/2が補助リアクトル10Bの両端に印加されるが、補助リアクトル10Bの両端に印加される電圧Vdc/2の極性は、スイッチング回路10Aの制御相のレグのスイッチQ3,Q4のオンオフにより変化する。ハイサイドスイッチQ3がオン状態にあるときには、コンデンサ分圧回路の分圧点10a側が負の極性となるように、コンデンサCaの両端の電圧Vdc/2が補助リアクトル10Bの両端に印加され、ローサイドスイッチQ4がオン状態にあるときには、コンデンサ分圧回路の分圧点10a側が正の極性となるように、コンデンサCbの両端の電圧Vdc/2が補助リアクトル10Bの両端に印加される。そして、補助リアクトル10Bに第1の分圧コンデンサCaの両端の電圧Vdc/2が印加されたときには、スイッチング回路6Aの制御相のレグの中点dからコンデンサ分圧回路10Aの分圧点10a側に向かう極性の電流ILa(図11C参照)が流れ、第2の分圧コンデンサCbの両端の電圧Vdc/2が印加されたときには、分圧回路の分圧点10aからスイッチング回路6Aの制御相のレグの中点d側に向かう極性の電流ILb(図11C参照)が流れる。 When the auxiliary circuit switch 10C is in the ON state, the voltage Vdc/2 across the capacitor Ca or Cb of the voltage dividing circuit is applied across the auxiliary reactor 10B, but the voltage Vdc across the auxiliary reactor 10B. The polarity of /2 changes by turning on/off the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase of the switching circuit 10A. When the high side switch Q3 is in the ON state, the voltage Vdc/2 across the capacitor Ca is applied across the auxiliary reactor 10B so that the voltage dividing point 10a side of the capacitor voltage dividing circuit has a negative polarity, and the low side switch When Q4 is in the ON state, the voltage Vdc/2 across the capacitor Cb is applied across the auxiliary reactor 10B so that the voltage dividing point 10a side of the capacitor voltage dividing circuit has a positive polarity. When the voltage Vdc/2 across the first voltage dividing capacitor Ca is applied to the auxiliary reactor 10B, the voltage dividing point 10a side of the capacitor voltage dividing circuit 10A from the midpoint d of the leg of the control phase of the switching circuit 6A. When a voltage Idc (see FIG. 11C) having a polarity toward the flow direction and the voltage Vdc/2 across the second voltage dividing capacitor Cb is applied, the voltage of the voltage dividing point 10a of the voltage dividing circuit changes from the voltage dividing point 10a of the switching circuit 6A. A polar current ILb (see FIG. 11C) flows toward the midpoint d of the leg.

従って、補助回路用スイッチ10Cがオン状態にあるときに補助リアクトル10Bに流れる電流は、図11(C)に示すように、三角波形の電流となり、制御相のレグのハイサイドスイッチQ3への駆動信号S3の供給が停止してからローサイドスイッチQ4への駆動信号S4の供給が開始されるまでのデットタイムtd1の期間に補助リアクトル10Bを通して流れるILaが、デッドタイムtd1の開始時にターンオフ動作を開始するスイッチQ3の出力静電容量C3の充電と、デッドタイムtd1の終了時にターンオン動作を開始するスイッチQ4の出力静電容量C4の放電とを行わせる部分共振電流に補充電流として重畳される。 Therefore, when the auxiliary circuit switch 10C is in the ON state, the current flowing through the auxiliary reactor 10B becomes a triangular waveform current as shown in FIG. 11C, and the leg of the control phase is driven to the high side switch Q3. ILa flowing through the auxiliary reactor 10B during the dead time td1 from the stop of the supply of the signal S3 to the start of the supply of the drive signal S4 to the low side switch Q4 starts the turn-off operation at the start of the dead time td1. It is superimposed as a supplemental current on the partial resonance current that causes the output capacitance C3 of the switch Q3 to be charged and the output capacitance C4 of the switch Q4 that starts the turn-on operation at the end of the dead time td1 to be discharged.

そのため、DC/RF変換部6内の回路に存在するインダクタに蓄積されているエネルギが少ない場合でも、補助回路用スイッチ10Cをオン状態にすれば、ハイサイドスイッチQ3の出力静電容量C3の充電及びローサイドスイッチQ4の出力静電容量C4の放電をデッドタイムtd1の期間に完了させて、スイッチQ3及びQ4で生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。 Therefore, even if the energy stored in the inductor existing in the circuit in the DC/RF converter 6 is small, the output capacitance C3 of the high side switch Q3 is charged by turning on the auxiliary circuit switch 10C. The discharge of the output capacitance C4 of the low-side switch Q4 can be completed during the dead time td1 to reduce the switching loss generated in the switches Q3 and Q4.

また補助回路用スイッチ10Cがオン状態にあるときには、ローサイドスイッチQ4への駆動信号S4の供給が停止してからハイサイドスイッチQ3への駆動信号S3の供給が開始されるまでのデットタイムtd2の期間に補助リアクトル10Bを通して流れる電流ILbが、デッドタイムtd2の開始時にターンオフ動作を開始するローサイドスイッチQ4の出力静電容量C4の充電と、デッドタイムtd2の終了時にターンオン動作を開始するハイサイドスイッチQ3の出力静電容量C3の放電とを行う際に流れる部分共振電流に補充電流として重畳される。従って、DC/RF変換部6内の回路に存在するインダクタに蓄積されているエネルギが少ない場合でも、補助回路用スイッチ10Cをオン状態にしておけば、ローサイドスイッチQ4の出力静電容量C4の充電及びハイサイドスイッチQ3の出力静電容量C3の放電をデッドタイムtd2の期間に完了させて、スイッチQ3及びQ4で生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。 Further, when the auxiliary circuit switch 10C is in the ON state, the dead time td2 from the stop of the supply of the drive signal S4 to the low side switch Q4 to the start of the supply of the drive signal S3 to the high side switch Q3. The current ILb flowing through the auxiliary reactor 10B charges the output capacitance C4 of the low-side switch Q4 which starts the turn-off operation at the start of the dead time td2 and the high-side switch Q3 which starts the turn-on operation at the end of the dead time td2. It is superimposed as a supplementary current on the partial resonance current flowing when the output capacitance C3 is discharged. Therefore, even if the energy stored in the inductor existing in the circuit in the DC/RF conversion unit 6 is small, if the auxiliary circuit switch 10C is turned on, the output capacitance C4 of the low side switch Q4 is charged. The discharge of the output capacitance C3 of the high-side switch Q3 can be completed during the dead time td2, and the switching loss generated in the switches Q3 and Q4 can be reduced.

ただし、共振補助回路10により無用の導通損失が生じるのを防ぐためには、共振補助回路10の分圧回路10A及び補助リアクトル10Bを必要なときにのみスイッチング回路に接続するように補助回路用スイッチ10Cを制御する必要がある。 However, in order to prevent unnecessary conduction loss due to the resonance auxiliary circuit 10, the auxiliary circuit switch 10C is connected so that the voltage dividing circuit 10A and the auxiliary reactor 10B of the resonance auxiliary circuit 10 are connected to the switching circuit only when necessary. Need to control.

従って、装置の効率を高めるためには、何らかの原因で制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムに期間に完了させることができない状態にあるときに補助回路用スイッチ10Cをオン状態にし、補助回路用スイッチをオン状態にしなくても制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムに期間に完了させることができるときには補助回路用スイッチをオフ状態にするように補助回路用スイッチ10Cを制御する必要がある。 Therefore, in order to improve the efficiency of the device, when the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase cannot be completed in a dead time period for some reason. To turn on the auxiliary circuit switch 10C and complete charging and discharging of the output capacitances C3, C4 of the control phase leg switches Q3, Q4 in a dead time without turning on the auxiliary circuit switch. When it is possible, it is necessary to control the auxiliary circuit switch 10C so as to turn off the auxiliary circuit switch.

なおDC/RF変換部内に存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより流れる部分共振電流が不足するときに、補助リアクトル10Bを通して電流を補充してスイッチQ3,Q4の出力静電容量の充放電を確実に行わせるためには、補助リアクトル10Bを通して行う部分共振電流への補充電流の重畳を、デッドタイムが開始されるタイミングよりも前に開始する必要がある。従って、補助回路用スイッチ10Cは、各デッドタイムが開始されるタイミングよりも前にオン状態にしておく必要がある。 When the partial resonance current flowing due to the energy stored in the inductor existing in the DC/RF conversion unit is insufficient, the current is replenished through the auxiliary reactor 10B to ensure the charging/discharging of the output capacitance of the switches Q3, Q4. To do so, it is necessary to start superimposing the supplementary current on the partial resonance current through the auxiliary reactor 10B before the timing when the dead time starts. Therefore, the auxiliary circuit switch 10C needs to be turned on before the start of each dead time.

ただし、スイッチQ3がオン状態にある期間ts1の間及びスイッチQ4がオン状態にある期間ts2 の間補助回路用スイッチ10Cをオン状態に保持しておくと、スイッチQ3,Q4を通して電流ILa,ILbが流れ続けるため、スイッチQ3,Q4で生じる導通損失の増加を招く。従って、DC/RF変換部6を設計する際には、低減されるスイッチング損失と増加する導通損失とのバランスをとって、スイッチング回路6Aで生じるトータルの損失が少なくなるように、補助リアクトル10Bのインダクタンス値を設定する。 However, if the auxiliary circuit switch 10C is held in the ON state during the period ts1 in which the switch Q3 is in the ON state and during the period ts2 in which the switch Q4 is in the ON state, the currents ILa and ILb are passed through the switches Q3 and Q4. Since the flow continues, it causes an increase in conduction loss in the switches Q3 and Q4. Therefore, when designing the DC/RF conversion unit 6, the auxiliary reactor 10B is designed to balance the reduced switching loss and the increased conduction loss and reduce the total loss generated in the switching circuit 6A. Set the inductance value.

本実施形態による場合、補助回路用スイッチ制御部11は、DC/RF変換部6の状態や負荷の状態などから、部分共振電流への補充電流の重畳を行わなくても(補助リアクトル10Bを制御相のレグの中点から切り離しておいても)制御相のレグを構成するスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムtdの期間に完了させることができるか否かを判定する手段を備える必要があるが、この判定は、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合状態や、負荷電流の大きさ、あるいはDC/RF変換部内の回路を流れる回路電流などに基づいて行うことができる。 In the case of the present embodiment, the auxiliary circuit switch control unit 11 controls the auxiliary reactor 10B without superimposing the supplementary current on the partial resonance current based on the state of the DC/RF conversion unit 6, the state of the load, and the like. Whether or not the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 constituting the leg of the control phase can be completed during the dead time td (even if separated from the midpoint of the phase leg). It is necessary to provide a means for determining, but this determination should be performed based on the impedance matching state by the impedance matching device 4, the magnitude of the load current, the circuit current flowing through the circuit in the DC/RF converter, and the like. You can

本実施形態のように構成すると、DC/RF変換部6内に存在するインダクタに蓄積されるエネルギが少なく、当該エネルギにより流れる部分共振電流だけではデッドタイムの期間に制御相のレグのスイッチQ3、Q4の出力静電容量の充放電を完了させることができない場合に、補助回路用スイッチ10Cをオン状態にすることにより、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に、DC電源部5側からコンデンサ分圧回路10Aと、補助リアクトル10Bとを通して流れる補充電流を重畳させることができるため、スイッチQ3、Q4の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることが可能になる。従って、出力静電容量の充放電が不完全になりがちな(スイッチング損失が大きくなりがちな)制御相のレグの各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図って、装置の効率を高めることができる。 According to the configuration of the present embodiment, the energy stored in the inductor existing in the DC/RF conversion unit 6 is small, and only the partial resonance current flowing by the energy causes the switch Q3 of the leg of the control phase during the dead time. When charging/discharging of the output capacitance of Q4 cannot be completed, by turning on the auxiliary circuit switch 10C, a portion flowing through the charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase. Since the supplemental current flowing from the DC power supply unit 5 side through the capacitor voltage dividing circuit 10A and the auxiliary reactor 10B can be superimposed on the resonance current, charging and discharging of the output capacitance of the switches Q3 and Q4 is performed during the dead time. Can be completed. Therefore, it is possible to increase the efficiency of the device by reducing the switching loss that occurs in each switch of the leg of the control phase in which the charging and discharging of the output capacitance tend to be incomplete (the switching loss tends to increase). ..

DC/RF変換部内に存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより、各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させるために必要な部分共振電流を流すことができる状態にある場合に、共振補助回路を制御相のレグの中点に接続しておくと、共振補助回路を通して各スイッチに流れる電流により導通損失が増大するため、スイッチング回路で生じる損失がかえって増大してしまうという問題が生じ、スイッチング損失の低減を図ることの利点を活かすことができなくなる。本実施形態によれば、補助回路用スイッチを必要時にのみオン状態にし、不要時にはオフ状態にするため、上記のような問題が生じるのを防いで、スイッチング回路で生じる損失の低減を効果的に図り、高周波電源装置の効率を高めることができる。 When the energy stored in the inductor existing in the DC/RF converter is in a state in which the partial resonance current required to complete the charging/discharging of the output capacitance of each switch in the dead time period can flow. In addition, if the resonance auxiliary circuit is connected to the middle point of the leg of the control phase, the conduction loss increases due to the current flowing through each switch through the resonance auxiliary circuit, and the loss generated in the switching circuit rather increases. Occurs, and the advantage of reducing switching loss cannot be utilized. According to the present embodiment, the auxiliary circuit switch is turned on only when necessary and turned off when not needed, thus preventing the above problems from occurring and effectively reducing the loss occurring in the switching circuit. Therefore, the efficiency of the high frequency power supply device can be improved.

<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態においては、補助回路用スイッチ制御部11が、制御相のレグのスイッチQ3,Q4に対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけでは制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムtdの期間に完了させることができない状態にあるときに補助回路用スイッチ10Cをオン状態にし、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけで制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができる状態にあるときに補助回路用スイッチ10Cをオフ状態にするように構成される。
<Second Embodiment>
In the second embodiment of the present invention, the auxiliary circuit switch control unit 11 uses an inductor originally present in the DC/RF conversion unit through the charge/discharge circuit configured for the switches Q3 and Q4 of the control phase leg. It is assisted when the charging and discharging of the output capacitances C3 and C4 of the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase cannot be completed during the dead time td by just passing the partial resonance current by the stored energy. Control is performed only by turning on the circuit switch 10C and flowing a partial resonance current by the energy accumulated in the inductor originally present in the DC/RF conversion unit through the charge/discharge circuit configured for each switch of the control phase leg. The auxiliary circuit switch 10C is turned off when the charging and discharging of the output capacitances C3, C4 of the phase leg switches Q3, Q4 can be completed during the dead time. ..

制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内の回路に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけで制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができる状態にあるか否かの判定は、インダクタに蓄積されるエネルギと関連を持つ適宜のパラメータ、例えば、負荷インピーダンスや、負荷電流の大きさや、DC/RF変換部内の回路を流れる電流の大きさなどを設定値と比較することにより行うことができる。判定に用いる設定値は、実験的に決定することができる。 The output of the switch of the leg of the control phase by simply passing a partial resonance current by the energy stored in the inductor originally existing in the circuit in the DC/RF converter through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase Whether or not the charging and discharging of the capacitance can be completed during the dead time is determined by an appropriate parameter related to the energy stored in the inductor, such as load impedance or load current. This can be done by comparing the magnitude and the magnitude of the current flowing through the circuit in the DC/RF converter with the set value. The set value used for the determination can be experimentally determined.

上記補助回路用スイッチ制御部11は、種々の構成をとることができる。制御相のレグのスイッチQ3及びQ4の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることを可能にするべく、補助回路用スイッチ10Cを制御する補助回路用スイッチ制御部11の種々の構成例を、図2ないし図7に第3いし第8の実施形態として示した。なお図2ないし図7に示した各実施形態において、スイッチング回路6A、直列共振回路6B、トランス6C、ローパスフィルタ7及び共振補助回路10の回路構成は図10に示した例と同様である。 The auxiliary circuit switch control unit 11 can have various configurations. In order to make it possible to complete the charging/discharging of the output capacitances of the switches Q3 and Q4 of the control phase leg in the dead time period, various types of auxiliary circuit switch control section 11 for controlling the auxiliary circuit switch 10C are controlled. A configuration example is shown in FIGS. 2 to 7 as a third chair eighth embodiment. In each of the embodiments shown in FIGS. 2 to 7, the circuit configurations of the switching circuit 6A, the series resonance circuit 6B, the transformer 6C, the low pass filter 7 and the resonance auxiliary circuit 10 are the same as those in the example shown in FIG.

<第3の実施形態>
図2は、本発明の第3の実施形態の構成を示したものである。本実施形態においては、補助回路用スイッチ制御部11が、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合状態に応じて補助回路用スイッチ10Cを制御するように構成されている。
<Third Embodiment>
FIG. 2 shows the configuration of the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the auxiliary circuit switch control unit 11 is configured to control the auxiliary circuit switch 10C according to the impedance matching state of the impedance matching device 4.

図2に示した例では、補助回路用スイッチ制御部11が、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段11Aと、整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていないと判定されたときに補助回路用スイッチ10Cをオン状態にし、整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていると判定されたときに補助回路用スイッチ10Cをオフ状態にするように補助回路用スイッチ10Cを制御するスイッチ制御手段11Bとにより構成されている。その他の構成は、第1の実施形態の構成と同様である。 In the example shown in FIG. 2, the auxiliary circuit switch control unit 11 determines whether the impedance matching device 4 has matched the impedance, and the matching state determination unit 11A matches the impedance. The auxiliary circuit switch 10C is turned on when it is determined that the impedance is not taken, and the auxiliary circuit switch 10C is turned off when the impedance matching is determined by the matching state determination unit 11A. And a switch control means 11B for controlling the auxiliary circuit switch 10C. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

図2に示した整合状態判定手段11Aは、パワー検出部8が出力する進行波電力検出信号Pf及び反射波電力検出信号Prを用いてインピーダンスの整合がとれているか否かの判定を行うように構成されている。パワー検出部8が進行波電力及び反射波電力の絶対値を検出するように構成されている場合には、例えば、進行波電力の検出値と反射波電力の検出値とから求めた反射係数|Γ|が設定値以下であるときにインピーダンスの整合がとれていると判定し、反射係数|Γ|が設定値を超えているときにインピーダンスの整合がとれていないと判定するように整合状態判定手段11Aを構成することができる。 The matching state determination unit 11A shown in FIG. 2 uses the traveling wave power detection signal Pf and the reflected wave power detection signal Pr output from the power detection unit 8 to determine whether or not impedance matching is achieved. It is configured. When the power detector 8 is configured to detect the absolute values of the traveling wave power and the reflected wave power, for example, the reflection coefficient | found from the detected value of the traveling wave power and the detected value of the reflected wave power | Matching status is determined so that impedance matching is determined when Γ| is less than or equal to the set value, and impedance matching is determined when reflection coefficient |Γ| exceeds the set value. Means 11A can be configured.

またパワー検出部8が、進行波及び反射波のベクトル値を検出して進行波電力及び反射波電力を検出するように構成されている場合には、進行波及び反射波の絶対値と位相とから高周波電力発生部から負荷側を見たインピーダンスである負荷側インピーダンスを求めて、該負荷側インピーダンスからインピーダンスの整合がとれているか否かを判定するように整合状態判定手段を構成することができる。 When the power detection unit 8 is configured to detect the vector values of the traveling wave and the reflected wave to detect the traveling wave power and the reflected wave power, the absolute value and the phase of the traveling wave and the reflected wave are detected. The matching state determination means can be configured to determine the load-side impedance, which is the impedance seen from the high-frequency power generator from the high-frequency power generation unit, and determine whether the impedance matching is achieved from the load-side impedance. ..

またパワー検出部8で検出点における電圧及び電流を検出し、検出した電圧と電流との間の位相差を演算した後、検出した電圧及び電流と演算した位相差(電圧と電流との位相差)とに基づいて負荷側インピーダンスを求めて、該負荷側インピーダンスからインピーダンスの整合がとれているか否かを判定するように整合状態判定手段11Aを構成することもできる。 Further, the power detection unit 8 detects the voltage and current at the detection point, calculates the phase difference between the detected voltage and current, and then calculates the detected voltage and current and the calculated phase difference (phase difference between voltage and current). It is also possible to configure the matching state determination means 11A so as to obtain the load side impedance based on the above) and to determine whether or not the impedance is matched from the load side impedance.

一般に高周波電源装置においては、高周波電力発生部の出力端に高周波電力の進行波成分と反射波成分とを検出するパワー検出部8を常備しているので、本実施形態のように構成すると、特別のセンサを付加することなく、補助回路用スイッチ10Cの制御に用いる制御情報(補助回路用スイッチをオン状態にするかオフ状態にするかを決定するために用いる情報)を得ることができる。 Generally, in a high frequency power supply device, a power detection unit 8 for detecting a traveling wave component and a reflected wave component of the high frequency power is always provided at the output end of the high frequency power generation unit. It is possible to obtain the control information (information used to determine whether the auxiliary circuit switch is turned on or off) used for controlling the auxiliary circuit switch 10C without adding the sensor.

図2に示した例では、パワー検出部8の出力信号を用いてインピーダンスの整合がとれているか否かの判定を行うように整合状態判定手段11Aを構成しているが、インピーダンスの整合がとれているか否かの判定は、インピーダンス整合器4から得た負荷側インピーダンスの情報に基づいて行うこともできる。図2に示した例では、整合状態判定手段11Aを補助回路用スイッチ制御部11内に設けているが、インピーダンス整合器4から得た負荷側インピーダンスの情報に基づいてインピーダンスの整合がとれているか否かの判定を行う場合には、整合状態判定手段をインピーダンス整合器4内に設けることもできる。 In the example shown in FIG. 2, the matching state determination unit 11A is configured to determine whether or not impedance matching is achieved using the output signal of the power detection unit 8. However, impedance matching is achieved. It can also be determined whether or not the load side impedance is obtained from the impedance matching device 4. In the example shown in FIG. 2, the matching state determination unit 11A is provided in the auxiliary circuit switch control unit 11, but whether impedance matching is achieved based on the load side impedance information obtained from the impedance matching unit 4. When determining whether or not it is possible to provide the matching state determination means in the impedance matching device 4.

上記のような整合状態判定手段11Aが設けられる場合、スイッチ制御手段11Bは、整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていないと判定されたときにスイッチング回路6Aの制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムの期間に完了できない状態が生じていると見做して補助回路用スイッチ10Cをオン状態にし、整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていると判定されたときにスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムの期間に完了できる状態にあると見做して補助回路用スイッチ10Cをオフ状態にするように構成することができる。 When the matching state determination unit 11A as described above is provided, the switch control unit 11B switches the leg Q3 of the control phase leg of the switching circuit 6A when the matching state determination unit 11A determines that the impedances are not matched. , Q4, the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 is considered to be impossible to complete during the dead time, the auxiliary circuit switch 10C is turned on, and the matching state determination means 11A matches the impedance. When it is determined that the charge is discharged, it is considered that the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 can be completed in the dead time period, and the auxiliary circuit switch 10C is turned off. Can be configured to.

インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれていない場合には、スイッチング回路6Aの各スイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流が不足することが多く、各スイッチをターンオンさせる際に多くのスイッチング損失が生じることが多い。本実施形態のように構成しておくと、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれていない状態にあって、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行わせるための部分共振電流が不足しがちなときに、補助回路用スイッチ10Cをオン状態にすることにより、補助リアクトル10Bを分圧回路10Aの分圧点とスイッチング回路の制御相のレグの中点との間に接続して、DC電源部5側からコンデンサ分圧回路10Aと補助リアクトル10Bとを通して流れる電流を、スイッチング回路6Aの制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行わせるための部分共振電流に重畳することができるため、制御相のレグのスイッチQ3、Q4の出力静電容量C3、C4の充放電をデッドタイムの期間に完了させて、各スイッチをソフトスイッチングでオンオフさせることができ、各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。 When the impedance matching by the impedance matching device 4 is not achieved, the partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of each switch of the switching circuit 6A is often insufficient, and each switch is turned on. In this case, many switching losses often occur. According to the configuration of the present embodiment, when the impedance matching device 4 does not match the impedance, the output capacitances C3 and C4 of the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase are charged and discharged. By turning on the auxiliary circuit switch 10C when the partial resonance current for performing the operation tends to be insufficient, the auxiliary reactor 10B is placed in the leg of the voltage dividing point of the voltage dividing circuit 10A and the control phase of the switching circuit. A current flowing from the DC power supply unit 5 side through the capacitor voltage dividing circuit 10A and the auxiliary reactor 10B is connected to the point and the output capacitance C3 of the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase of the switching circuit 6A. Since it can be superimposed on the partial resonance current for charging/discharging C4, the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the control phase leg is completed during the dead time, Each switch can be turned on and off by soft switching, and the switching loss generated in each switch can be reduced.

またインピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれている状態にあって、DC/RF変換部6内に存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより、制御相の各スイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流を十分に流すことができるときには、補助回路用スイッチ10Cを開くことにより共振補助回路10をスイッチング回路6Aから切り離すことができるため、共振補助回路10で生じる導通損失によりDC/RF変換部6で生じるトータルの損失が増大するのを防ぐことができる。 Further, in a state where impedance matching is achieved by the impedance matching device 4, the output electrostatic capacitance of each switch in the control phase is charged/discharged by the energy stored in the inductor existing in the DC/RF conversion unit 6. When the partial resonance current to be performed can be sufficiently flown, the auxiliary resonance circuit 10C can be separated from the switching circuit 6A by opening the auxiliary circuit switch 10C, so that the conduction loss generated in the auxiliary resonance circuit 10 causes a DC loss. It is possible to prevent the total loss generated in the /RF converter 6 from increasing.

<第4の実施形態>
図3は、本発明の第4の実施形態を示したものである。本実施形態においては、補助回路用スイッチ制御部11が、高周波電力発生部3から負荷2に供給される電流を検出する負荷電流検出手段11Cと、負荷電流検出手段11Cにより検出された電流の平均値又は実効値が設定値未満であるときに補助回路用スイッチ10Cをオン状態にし、負荷電流検出手段11Cにより検出された電流の平均値又は実効値が設定値以上であるときに補助回路用スイッチ10Cをオフ状態にするように補助回路用スイッチ10Cを制御するスイッチ制御手段11Bとを備えている。その他の構成は第1の実施形態の構成と同様である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 3 shows a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the auxiliary circuit switch control unit 11 detects the current supplied from the high frequency power generation unit 3 to the load 2 and the average of the currents detected by the load current detection unit 11C. When the value or the effective value is less than the set value, the auxiliary circuit switch 10C is turned on, and when the average value or the effective value of the current detected by the load current detecting means 11C is the set value or more, the auxiliary circuit switch is turned on. The switch control means 11B for controlling the auxiliary circuit switch 10C so as to turn off the switch 10C is provided. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

図3に示された負荷電流検出手段11Cは、高周波電力発生部3から負荷2に供給される電流の情報を含む検出信号を得るように設ければよいが、図示の例では、ローパスフィルタ7とパワー検出部8との間を接続する回路を流れる電流を検出する電流センサ12を設けて、この電流センサの出力から負荷2に供給される電流を検出するように負荷電流検出手段11Cが構成されている。 The load current detection means 11C shown in FIG. 3 may be provided so as to obtain a detection signal including information on the current supplied to the load 2 from the high frequency power generator 3, but in the illustrated example, the low pass filter 7 is used. The load current detecting means 11C is provided so as to detect the current supplied to the load 2 from the output of the current sensor 12, which is provided with the current sensor 12 that detects the current flowing through the circuit that connects between the power detector 8 and the power detector 8. Has been done.

制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる際に流れる部分共振電流の大きさは、DC/RF変換部内の回路を流れる電流により、当該回路に含まれるインダクタに蓄積されるエネルギの大きさにより決まる。高周波電力発生部内の回路を流れる電流の大小は、高周波電力発生部から負荷に供給される電流の平均値又は実効値の大小に対応している。従って、上記のように構成すると、DC/RF変換部6内に存在するインダクタに蓄積されているエネルギにより、制御相のレグのスイッチQ3、Q4の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるか否かを適確に判定して、その判定結果に基づいて補助回路用スイッチのオンオフを制御することができる。制御相のレグのスイッチQ3、Q4の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるか否かを判定するために、負荷電流検出手段11Cにより検出された電流の平均値又は実効値と比較する設定値は、実験的に決定することができる。 The magnitude of the partial resonance current flowing when the output capacitance of the switch of the leg of the control phase is charged/discharged is accumulated in the inductor included in the circuit due to the current flowing in the circuit in the DC/RF conversion unit. It depends on the amount of energy. The magnitude of the current flowing through the circuit in the high-frequency power generator corresponds to the average or effective value of the current supplied from the high-frequency power generator to the load. Therefore, with the above configuration, the energy stored in the inductor existing in the DC/RF conversion unit 6 charges and discharges the output capacitances of the switches Q3 and Q4 of the control phase leg during the dead time. It is possible to accurately determine whether or not it can be completed, and to control ON/OFF of the auxiliary circuit switch based on the determination result. The average value of the currents detected by the load current detection means 11C in order to determine whether the charging/discharging of the output capacitances of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase can be completed during the dead time period. Alternatively, the set value to be compared with the effective value can be experimentally determined.

<第5の実施形態>
図4は、本発明の第5の実施形態の構成を示している。本実施形態においては、補助回路用スイッチ制御部11が、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点cと制御相のレグの中点dとの間の回路を流れる回路電流を検出する回路電流検出手段11Dと、回路電流検出手段11Dにより検出された電流の平均値又は実効値が設定値未満であるときに補助回路用スイッチ10Cをオン状態にし、回路電流検出手段11Dにより検出された電流の平均値又は実効値が設定値以上であるときに補助回路用スイッチ10Cをオフ状態にするように補助回路用スイッチ11Cを制御するスイッチ制御手段11Bとを備えている。その他の構成は第1の実施形態の構成と同様である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 4 shows the configuration of the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the auxiliary circuit switch control unit 11 detects the circuit current flowing through the circuit between the midpoint c of the leg of the reference phase and the midpoint d of the leg of the control phase of the switching circuit 6A. When the average value or the effective value of the current detected by the detection means 11D and the circuit current detection means 11D is less than the set value, the auxiliary circuit switch 10C is turned on to detect the current detected by the circuit current detection means 11D. There is provided switch control means 11B for controlling the auxiliary circuit switch 11C so as to turn off the auxiliary circuit switch 10C when the average value or the effective value is equal to or more than the set value. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

DC/RF変換部6内に本来存在するインダクタに蓄積されるエネルギの大きさは、当該インダクタを流れる電流の大きさにより決る。本実施形態のように、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流を検出すると、DC/RF変換部6内に存在するインダクタを通して流れる電流を検出することができるため、DC/RF変換部6内の回路に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行わせる際に十分な部分共振電流を流すことができる状態にあるか否かを適確に判定することができ、補助回路用スイッチの制御を適確に行わせることができる。回路電流検出手段11Dにより検出された電流の平均値又は実効値と比較する設定値は実験的に決めることができる。 The amount of energy stored in the inductor originally present in the DC/RF converter 6 is determined by the amount of current flowing through the inductor. As in this embodiment, when the current flowing through the circuit between the midpoint of the leg of the reference phase and the midpoint of the leg of the control phase of the switching circuit 6A is detected, the current is detected through the inductor existing in the DC/RF conversion unit 6. Since the flowing current can be detected, the energy stored in the inductor originally existing in the circuit in the DC/RF conversion unit 6 charges the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase. It is possible to appropriately determine whether or not a sufficient partial resonance current can flow when discharging is performed, and it is possible to appropriately control the auxiliary circuit switch. The set value to be compared with the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detecting means 11D can be experimentally determined.

<第6の実施形態>
図5は、本発明の第6の実施形態の構成を示している。本実施形態では、補助回路用スイッチ制御部11が、パワー検出部8から得られる進行波電力検出信号Pf及び反射波電力検出信号Prに基づいてインピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段11Aと、高周波電力発生部から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段11Cと、整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ負荷電流検出手段11Cにより検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、負荷電流検出手段11Cにより検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに補助回路用スイッチ10Cをオフ状態にし、整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、負荷電流検出手段11Cにより検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値未満であるとき、及び整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ負荷電流検出手段11Cにより検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値未満であるときに補助回路用スイッチ10Cをオン状態にするように補助回路用スイッチ10Cを制御するスイッチ制御手段11Bとを備えている。
<Sixth Embodiment>
FIG. 5 shows the configuration of the sixth embodiment of the present invention. In the present embodiment, whether or not the auxiliary circuit switch control unit 11 has achieved impedance matching by the impedance matching unit 4 based on the traveling wave power detection signal Pf and the reflected wave power detection signal Pr obtained from the power detection unit 8. It is determined by the matching state determination unit 11A that determines whether the impedance is matched, the load current detection unit 11C that detects the current supplied to the load from the high frequency power generation unit, and the matching state determination unit 11A that the impedance is matched. When the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means 11C is equal to or higher than the first set value, and the matching state determination means 11A determines that the impedance is not matched, the load current When the average value or the effective value of the current detected by the detection means 11C is equal to or more than the second set value, the auxiliary circuit switch 10C is turned off, and the matching state determination means 11A determines that the impedance is matched. However, when the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means 11C is less than the first set value, and the matching state determination means 11A determines that the impedance is not matched, Further, switch control for controlling the auxiliary circuit switch 10C so as to turn on the auxiliary circuit switch 10C when the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means 11C is less than the second set value. And means 11B.

上記第1の設定値及び第2の設定値は等しくてもよく、異なっていてもよい。これらの設定値は、実験結果に基づいて、スイッチング回路6Aの各スイッチで生じるスイッチング損失を最小にするように決定する。その他の構成は第1の実施形態の構成と同様である。 The first set value and the second set value may be the same or different. These set values are determined based on experimental results so as to minimize the switching loss generated in each switch of the switching circuit 6A. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

本実施形態のように構成すると、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれていない状態にあって、高周波電力発生部3から負荷2に所定の進行波電力を供給できない状態にあるために、DC/RF変換部6内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通して部分共振電流を流すだけでは、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができない場合だけでなく、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれているが、負荷2に供給する高周波電力を抑えるべく高周波電力発生部3から出力される電力を制限する制御が行われているために、DC/RF変換部6内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより各スイッチに対して構成された充放電回路を通して部分共振電流を流すだけでは制御相のレグを構成するスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときにも、補助回路用スイッチ10Cをオン状態にすることにより、制御相のレグのスイッチの充放電を行わせるための部分共振電流に補充電流を重畳して制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができる。 With the configuration according to the present embodiment, the impedance matching by the impedance matching device 4 is not achieved, and the predetermined traveling-wave power cannot be supplied from the high-frequency power generator 3 to the load 2. Due to the energy stored in the inductor originally present in the /RF converter 6, it is only necessary to cause a partial resonance current to flow through the charging/discharging circuit configured for each switch of the control phase leg. , Q4 output capacitances C3, C4 cannot be charged and discharged in the dead time period, and impedance matching is achieved by the impedance matching device 4, but high frequency power supplied to the load 2 Since the control for limiting the electric power output from the high-frequency electric power generation unit 3 is performed in order to suppress the above, it is configured for each switch by the energy stored in the inductor originally existing in the DC/RF conversion unit 6. Even when it is not possible to complete the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 forming the leg of the control phase by the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit during the dead time, By turning on the circuit switch 10C, the supplemental current is superimposed on the partial resonance current for charging/discharging the switch of the control phase leg, and the output capacitance of the control phase leg switches Q3 and Q4. Charging/discharging of C3 and C4 can be completed during the dead time.

また本実施形態のように構成すると、インピーダンス整合器4によりインピーダンスの整合がとれていて、高周波電力発生部3から十分な進行波電力が出力されているために、補助リアクトル10Bを通して電流を補充しなくても制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路に、各スイッチの出力静電容量の充電又は放電をデッドタイムの期間に完了するために必要な部分共振電流を流すことができる状態にあるときだけでなく、インピーダンスの整合がとれていないが、高周波電力発生部が大きな進行波電力を出力しているために、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了するために必要な部分共振電流を流すことができる状態にあるときにも、補助回路用スイッチ10Cをオフ状態にして共振補助回路10をスイッチング回路6Aから切り離すことができる。従って、本実施形態によった場合には、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定するだけで補助回路用スイッチ10Cをオン状態にするか否かを決定する場合に比べて、よりきめの細かい制御を行わせることができる。 Further, when configured as in the present embodiment, impedance matching is achieved by the impedance matching device 4 and sufficient traveling wave power is output from the high frequency power generator 3, so current is replenished through the auxiliary reactor 10B. Even if it does not, the partial resonance current necessary to complete the charging or discharging of the output capacitance of each switch during the dead time is passed through the charge/discharge circuit configured for each switch of the control phase leg. Not only when the impedance is not matched, but because the high-frequency power generator outputs a large amount of traveling wave power, the charging and discharging of the output capacitance of the switch of the leg of the control phase is performed. Even when the partial resonance current required for completing the resonance auxiliary circuit 10 in the dead time period can be flown, the auxiliary circuit switch 10C can be turned off to disconnect the resonance auxiliary circuit 10 from the switching circuit 6A. .. Therefore, according to the present embodiment, compared with the case where it is determined whether or not the auxiliary circuit switch 10C is turned on only by determining whether or not impedance matching by the impedance matching device 4 is achieved. Therefore, finer control can be performed.

<第7の実施形態>
図6は、本発明の第7の実施形態の構成を示している。本実施形態においては、補助回路用スイッチ制御部11が、パワー検出部8から得られる進行波検出信号Pf 及び反射波検出信号Pr に基づいてインピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段11Aと、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点cと制御相のレグの中点dとの間の回路を流れる電流を検出する回路電流検出手段11Dと、整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ回路電流検出手段11Dにより検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、回路電流検出手段11Dにより検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに補助回路用スイッチをオフ状態にし、整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、回路電流検出手段11Dにより検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値未満であるとき、及び整合状態判定手段11Aによりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ回路電流検出手段11Dにより検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値未満であるときに補助回路用スイッチをオン状態にするように補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段11Bとを備えている。
<Seventh Embodiment>
FIG. 6 shows the configuration of the seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, whether or not the auxiliary circuit switch control unit 11 has achieved impedance matching by the impedance matching unit 4 based on the traveling wave detection signal Pf and the reflected wave detection signal Pr obtained from the power detection unit 8 A matching state determining means 11A, a circuit current detecting means 11D for detecting a current flowing through the circuit between the midpoint c of the leg of the reference phase of the switching circuit 6A and the midpoint d of the leg of the control phase, and the matching When the state determination means 11A determines that impedance matching is achieved, and the average value or effective value of the current detected by the circuit current detection means 11D is equal to or higher than the first set value, and the matching state determination means 11A. Although it is determined that the impedance is not matched, the auxiliary circuit switch is turned off when the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means 11D is equal to or more than the second set value. When the matching state determination unit 11A determines that the impedance is matched, but the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection unit 11D is less than the first set value, and the matching When the state determination means 11A determines that the impedances are not matched and the average value or effective value of the current detected by the circuit current detection means 11D is less than the second set value, the auxiliary circuit switch is turned on. Switch control means 11B for controlling the auxiliary circuit switch so as to bring the switch into the state.

図示の回路電流検出手段11Dは、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点cと直列共振回路6Bとの間を流れる電流を検出する電流センサ13の出力を用いてスイッチング回路6Aの基準相のレグの中点cと制御相のレグの中点dとの間の回路を流れる電流を検出するように構成されている。上記第1の設定値及び第2の設定値は等しくてもよく、異なっていてもよい。これらの設定値は、実験結果に基づいて、スイッチング回路6Aの各スイッチで生じるスイッチング損失を最小にするように決定する。その他の構成は第1の実施形態と同様である。 The illustrated circuit current detection means 11D uses the output of the current sensor 13 that detects the current flowing between the midpoint c of the leg of the reference phase of the switching circuit 6A and the series resonance circuit 6B to determine the reference phase of the switching circuit 6A. It is configured to detect the current flowing in the circuit between the midpoint c of the leg and the midpoint d of the leg of the control phase. The first set value and the second set value may be the same or different. These set values are determined based on experimental results so as to minimize the switching loss generated in each switch of the switching circuit 6A. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

本実施形態のように構成すると、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合状態と、各スイッチに対して構成された充放電回路を通して流れる電流の大小との双方に基づいて、補助回路用スイッチ10Cをオン状態にするかオフ状態にするか否かが決められるので、補助回路用スイッチ10Cの制御をよりきめ細かく行うことができ、補助回路用スイッチ11Cがむやみに投入されて制御相のレグのスイッチで発生する導通損失が増大するのを防ぐことができる。 With the configuration according to the present embodiment, the auxiliary circuit switch 10C is turned on based on both the impedance matching state of the impedance matching device 4 and the magnitude of the current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch. Since it is determined whether to make the state or the off state, the control of the auxiliary circuit switch 10C can be performed more finely, and the auxiliary circuit switch 11C is unnecessarily turned on and generated by the leg switch of the control phase. It is possible to prevent the conduction loss from increasing.

<第8の実施形態>
図7は、本発明の第7の実施形態を示している。本実施形態においては、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流が反映されたパラメータを検出するパラメータ検出手段14が設けられ、補助回路用スイッチ制御部11は、パラメータ検出手段14により検出されるパラメータと補助回路用スイッチ10Cがとるべき状態との関係を与える補助回路用スイッチ制御用テーブルを記憶した制御用テーブル記憶手段11Eと、パラメータ検出手段14により検出されるパラメータに対して制御用テーブル記憶手段11Eに記憶された制御用テーブルを検索することにより補助回路用スイッチ10Cがとるべき状態がオン状態であるかオフ状態であるかを判定して、補助回路用スイッチ10Cを判定された状態とするように制御するスイッチ制御手段11Bとを備えている。
<Eighth Embodiment>
FIG. 7 shows a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, the parameter detection means 14 for detecting the parameter reflecting the current flowing through the circuit between the midpoint of the leg of the reference phase and the midpoint of the leg of the control phase of the switching circuit 6A is provided, and the auxiliary The circuit switch control unit 11 includes a control table storage unit 11E that stores an auxiliary circuit switch control table that gives a relationship between a parameter detected by the parameter detection unit 14 and a state that the auxiliary circuit switch 10C should take. Whether the auxiliary circuit switch 10C should be in the on state or the off state by searching the control table stored in the control table storage means 11E for the parameter detected by the parameter detection means 14. And a switch control means 11B for controlling the auxiliary circuit switch 10C so as to bring the auxiliary circuit switch 10C into the determined state.

スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流が反映されたパラメータとしては、パワー検出部8が出力する進行波電力検出信号Pfや、DC電源部5の出力電圧Vdcが反映されたパラメータを用いることができる。その他の構成は第1の実施形態と同様である。 As a parameter reflecting the current flowing through the circuit between the midpoint of the leg of the reference phase and the midpoint of the leg of the control phase of the switching circuit 6A, the traveling wave power detection signal Pf output by the power detection unit 8 and A parameter that reflects the output voltage Vdc of the DC power supply unit 5 can be used. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

本実施形態によれば、実験結果に基づいて、適確な補助回路用スイッチ制御用テーブルを作成しておくことにより、補助回路用スイッチのオンオフの制御を適確に行わせることができる。 According to the present embodiment, it is possible to accurately control ON/OFF of the auxiliary circuit switch by creating an appropriate auxiliary circuit switch control table based on the experimental result.

図7に示した実施形態において、制御用テーブル記憶手段11Eに記憶させておく補助回路用スイッチ制御用テーブルは、パワー検出部8の出力から検出される負荷の状態と補助回路用スイッチ10Cがとるべき状態との関係を与えるように作成することもできる。パワー検出部8の出力から検出される負荷の状態を示すパラメータとしては、例えば反射係数と負荷インピーダンスとを用いることができる。 In the embodiment shown in FIG. 7, the auxiliary circuit switch control table stored in the control table storage means 11E is taken by the auxiliary circuit switch 10C and the load state detected from the output of the power detection unit 8. It can also be created to give a relationship with the power state. As the parameter indicating the state of the load detected from the output of the power detection unit 8, for example, the reflection coefficient and the load impedance can be used.

<第9の実施形態>
上記第1ないし第7の実施形態において、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点c及び制御相のレグの中点dから負荷側を見たインピーダンスが何らかの原因で容量性を呈する状態が生じた場合には、スイッチング回路の制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電回路に部分共振電流を流すことができないため、これらのスイッチのスイッチング動作がハードスイッチング動作となり、スイッチング損失が増大する。
<Ninth Embodiment>
In the above-described first to seventh embodiments, a state in which the impedance viewed from the midpoint c of the leg of the reference phase of the switching circuit 6A and the midpoint d of the leg of the control phase to the load side becomes capacitive for some reason occurs. In such a case, a partial resonance current cannot flow in the charge/discharge circuit of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the control phase leg of the switching circuit, so that the switching operation of these switches is hard switching operation. Therefore, switching loss increases.

本発明の第9の実施形態においては、上記のスイッチング損失の軽減を図るために、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点c及び制御相のレグの中点dから負荷側を見たインピーダンス(負荷側インピーダンス)の状態を判定する負荷状態判定手段を更に設けて、この負荷状態検出手段により負荷側インピーダンスが容量性であることが検出されているときに補助回路用スイッチ10Cをオン状態に保つように補助回路用スイッチ制御部11のスイッチ制御手段11Bを構成する。本実施形態の構成は、補助回路用スイッチ制御部が、第1の実施形態ないし第8の実施形態に示した構成のうちの何れの構成をとる場合にも適用することができる。 In the ninth embodiment of the present invention, in order to reduce the above switching loss, the impedance seen from the midpoint c of the leg of the reference phase of the switching circuit 6A and the midpoint d of the leg of the control phase to the load side. A load state determination means for determining the state of (load side impedance) is further provided, and when the load state detection means detects that the load side impedance is capacitive, the auxiliary circuit switch 10C is turned on. The switch control means 11B of the auxiliary circuit switch control unit 11 is configured so as to keep the above. The configuration of this embodiment can be applied to the case where the auxiliary circuit switch control unit has any of the configurations shown in the first to eighth embodiments.

図10に示した回路において、補助リアクトル10Bを流れる電流ILa及びILb(図11参照)は、スイッチング回路6Aの制御相のレグの中点dから先の(負荷側の)インピーダンス(負荷側インピーダンス)には依存せず、DC電源部5の出力電圧Vdcと、補助リアクトル10Bのインダクタンスとによって決まる。従って、負荷側インピーダンスが容量性であって、スイッチング回路6Aの動作モードが、本来スイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電が行われない動作モードである場合でも、補助回路用スイッチ10Cをオン状態にして共振補助回路10をスイッチング回路6Aの制御相のレグの中点dに接続することにより、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をある程度行うことが可能になる。 In the circuit shown in FIG. 10, the currents ILa and ILb (see FIG. 11) flowing through the auxiliary reactor 10B are impedances (load side impedance) ahead of the midpoint d of the leg of the control phase of the switching circuit 6A (load side impedance). Output voltage Vdc of the DC power supply unit 5 and the inductance of the auxiliary reactor 10B. Therefore, even if the load side impedance is capacitive and the operation mode of the switching circuit 6A is originally the operation mode in which the output capacitances C3 and C4 of the switches Q3 and Q4 are not charged and discharged, the auxiliary circuit By turning on the switch 10C and connecting the resonance auxiliary circuit 10 to the midpoint d of the leg of the control phase of the switching circuit 6A, charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the control phase leg. Can be done to some extent.

上記のように構成しておくと、DC/RF変換部6のスイッチング回路6Aの基準相のレグの中点c及び制御相のレグの中点cから負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態が生じた場合でも、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を多少なりとも行わせることができるため、高周波電力発生部から負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態になったときに生じるスイッチング損失を従来よりも低減させることができる。 With the above-described configuration, the impedance when the load side is viewed from the midpoint c of the leg of the reference phase and the midpoint c of the leg of the control phase of the switching circuit 6A of the DC/RF converter 6 is capacitive. Even if a state occurs, the output capacitance of the switch of the control phase leg can be charged and discharged to some extent, so that the impedance seen from the high-frequency power generator to the load side shows a capacitive state. It is possible to reduce the switching loss that occurs when the current level becomes lower than before.

以上説明した第1ないし第9の実施形態においては、出力静電容量C3,C4の充放電を行わせるための部分共振電流が不足しがちなスイッチング回路の制御相のレグのスイッチQ3,Q4のスイッチング動作がハードスイッチング動作となるのを抑制して、スイッチング損失の低減を図ったが、以下に示す第10ないし第19の実施形態では、制御相のレグのスイッチだけでなく、基準相のレグのスイッチQ1,Q2のスイッチング動作がハードスイッチング動作となるのをも抑制して、スイッチング損失の更なる低減を図る。 In the first to ninth embodiments described above, the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase of the switching circuit, which tends to lack the partial resonance current for charging/discharging the output capacitances C3 and C4. The switching operation is suppressed from being a hard switching operation to reduce the switching loss. However, in the tenth to nineteenth embodiments described below, not only the switch of the control phase leg but also the reference phase leg is switched. The switching operation of the switches Q1 and Q2 is also suppressed from becoming a hard switching operation to further reduce the switching loss.

<第10の実施形態>
本発明の第10の実施形態の構成を示すブロック図を図8に示し、要部の回路構成を示す回路図を図12に示した。図8及び図12に示された実施形態においては、コンデンサCa及びCbの直列回路からなっていてDC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路10Aと、コンデンサ分圧回路10Aの分圧点10aとスイッチング回路6Aの制御相のレグの中点dとの間に第1の補助回路用スイッチ10C1を通して接続された第1の補助リアクトル10B1と、コンデンサ分圧回路10Aの分圧点10aとスイッチング回路6Aの基準相のレグの中点cとの間に第2の補助回路用スイッチ10C2を通して接続された第2の補助リアクトル10B2とを備えた共振補助回路10と、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムtdの期間に完了させるべく第1の補助回路用スイッチ10C1のオンオフを制御し、基準相のレグを構成するスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電をデッドタイムの期間に完了させるべく第2の補助回路用スイッチ10C2のオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部11とを設けた。
<Tenth Embodiment>
A block diagram showing the configuration of the tenth embodiment of the present invention is shown in FIG. 8, and a circuit diagram showing the circuit configuration of the main part is shown in FIG. In the embodiment shown in FIGS. 8 and 12, the capacitor voltage dividing circuit 10A is composed of a series circuit of capacitors Ca and Cb, and the output voltage of the DC power supply unit is applied to both ends of the capacitor voltage dividing circuit 10A and the capacitor voltage dividing circuit 10A. The first auxiliary reactor 10B1 connected through the first auxiliary circuit switch 10C1 between the voltage dividing point 10a and the midpoint d of the leg of the control phase of the switching circuit 6A, and the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit 10A. Resonance auxiliary circuit 10 including a second auxiliary reactor 10B2 connected through a second auxiliary circuit switch 10C2 between 10a and the midpoint c of the reference phase leg of the switching circuit 6A, and the control phase leg. Switch Q1, which controls the ON/OFF of the first auxiliary circuit switch 10C1 in order to complete the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 during the dead time td, and which constitutes the leg of the reference phase. An auxiliary circuit switch control section 11 for controlling ON/OFF of the second auxiliary circuit switch 10C2 is provided in order to complete the charging/discharging of the output capacitances C1, C2 of Q2 during the dead time.

この場合補助回路用スイッチ制御部11は、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成するスイッチQ3,Q4の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに第1の補助回路用スイッチ10C1をオフ状態にし、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成するスイッチQ3,Q4の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに第1の補助回路用スイッチ10C1をオン状態にするように第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成するスイッチQ1,Q2の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに第2の補助回路用スイッチ10C2をオフ状態にし、基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成するスイッチQ1,Q2の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに第2の補助回路用スイッチ10C2をオン状態にするように第2の補助回路用スイッチ10C2のオンオフを制御する。その他の構成は第1の実施形態の構成と同様である。 In this case, the auxiliary circuit switch control unit 11 configures the switch Q3 that configures the leg of the control phase without superimposing the supplemental current on the partial resonance current that flows through the charge/discharge circuit that is configured for each switch of the leg of the control phase. , Q4, when the charging/discharging of the output capacitance of Q4 can be completed during the dead time, the first auxiliary circuit switch 10C1 is turned off, and the charging/discharging configured for each switch of the leg of the control phase. The first auxiliary when the charging/discharging of the output capacitance of the switches Q3, Q4 forming the leg of the control phase cannot be completed during the dead time unless the supplemental current is superimposed on the partial resonance current flowing through the discharge circuit. ON/OFF of the first auxiliary circuit switch is controlled so as to turn on the circuit switch 10C1, and the supplementary current is superimposed on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. If the output capacitances of the switches Q1 and Q2 forming the leg of the reference phase can be completed during the dead time without doing so, the second auxiliary circuit switch 10C2 is turned off to set the reference If the supplemental current is not superimposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit configured for each switch of the phase leg, the charging/discharging of the output capacitance of the switches Q1, Q2 configuring the leg of the reference phase is performed in the dead time. The ON/OFF of the second auxiliary circuit switch 10C2 is controlled so that the second auxiliary circuit switch 10C2 is turned on when it cannot be completed within the period. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

本実施形態のように構成すると、高周波電源装置1から負荷2に供給される電流(負荷電流)が小さく、DC/RF変換部6の回路内のインダクタに蓄積されるエネルギが少ない等の理由により、DC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより流れる部分共振電流だけではデッドタイムの期間に制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量の充放電を完了できない状態が生じている場合でも、第1の補助回路用スイッチ10C1をオン状態にすることにより、DC電源部5側からコンデンサ分圧回路10と第1の補助リアクトル10B1とを通して流れる電流を、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量の充放電を行わせる部分共振電流に重畳して、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムtdの期間に完了させることができるだけでなく、負荷2のインピーダンスが著しく大きくなる等の原因により、負荷電流が殆ど流れなくなる状態が生じて、DC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより流れる部分共振電流だけではデッドタイムの期間に基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を完了させることができない状態が生じたときに、DC電源部5側からコンデンサ分圧回路10と第2の補助リアクトル10B2とを通して流れる電流を、基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を行う部分共振電流に重畳させることができるため、負荷電流が抑制された際に基準相のレグのスイッチで大きなスイッチング損失が生じるのを防ぐことができる。 According to the configuration of the present embodiment, the current (load current) supplied from the high frequency power supply device 1 to the load 2 is small, and the energy stored in the inductor in the circuit of the DC/RF conversion unit 6 is small. , The state where the charge/discharge of the output capacitances of the switches Q3 and Q4 of the leg of the control phase cannot be completed only by the partial resonance current flowing due to the energy accumulated in the inductor originally existing in the DC/RF converter. Even if it occurs, by turning on the first auxiliary circuit switch 10C1, the current flowing from the DC power supply unit 5 side through the capacitor voltage dividing circuit 10 and the first auxiliary reactor 10B1 is controlled to the leg of the control phase. Of the output capacitances of the switches Q3 and Q4 are superposed on the partial resonance current to charge and discharge the output capacitances of the control phase leg switches Q3 and Q4 to charge and discharge the output capacitances C3 and C4 of the dead time td. In addition to the above, the load current almost stops flowing due to the reason that the impedance of the load 2 becomes extremely large, and the energy stored in the inductor originally present in the DC/RF converter flows. When a state in which the charging and discharging of the output capacitances C1 and C2 of the switches Q1 and Q2 of the legs of the reference phase cannot be completed by the partial resonance current alone during the dead time, the capacitor is connected from the DC power supply unit 5 side. Since the current flowing through the voltage dividing circuit 10 and the second auxiliary reactor 10B2 can be superimposed on the partial resonance current for charging/discharging the output capacitances C1, C2 of the switches Q1, Q2 of the legs of the reference phase, It is possible to prevent a large switching loss from occurring in the switch of the leg of the reference phase when the load current is suppressed.

<第11の実施形態>
本発明の第11の実施形態の構成を示すブロック図を図9に示し、要部の回路構成を図13に示した。本実施形態においては、互いに直列に接続されたコンデンサCa1,Cb1からなっていて、DC電源部5の出力電圧が両端に印加された第1のコンデンサ分圧回路10A1及びこの第1のコンデンサ分圧回路10A1の分圧点10a1とスイッチング回路6Aの制御相のレグの中点dとの間に第1の補助回路用スイッチ10C1を通して接続された第1の補助リアクトル10B1を備えた第1の補助共振回路構成部10-1と、互いに直列に接続されたコンデンサCa2,Cb2からなっていてDC電源部5の出力電圧が両端に印加された第2のコンデンサ分圧回路10A2及びこの第2のコンデンサ分圧回路10A2の分圧点10a2とスイッチング回路6Aの基準相のレグの中点cとの間に第2の補助回路用スイッチ10C2を通して接続された第2の補助リアクトル10B2を備えた第2の補助共振回路構成部10-2 とにより構成された共振補助回路10と、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムtdの期間に完了させるべく第1の補助回路用スイッチ10C1のオンオフを制御し、基準相のレグを構成するスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電をデッドタイムの期間に完了させるべく第2の補助回路用スイッチ10C2のオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部11とを設けた。
<Eleventh Embodiment>
A block diagram showing a configuration of the eleventh embodiment of the present invention is shown in FIG. 9, and a circuit configuration of a main part is shown in FIG. In the present embodiment, a first capacitor voltage dividing circuit 10A1 having capacitors Ca1 and Cb1 connected in series with each other and having the output voltage of the DC power supply unit 5 applied to both ends, and the first capacitor voltage dividing circuit 10A1. A first auxiliary resonance equipped with a first auxiliary reactor 10B1 connected through a first auxiliary circuit switch 10C1 between the voltage dividing point 10a1 of the circuit 10A1 and the midpoint d of the leg of the control phase of the switching circuit 6A. A second capacitor voltage dividing circuit 10A2 and a second capacitor voltage dividing circuit 10A2, which is composed of a circuit configuration unit 10-1 and capacitors Ca2 and Cb2 connected in series with each other, to which the output voltage of the DC power supply unit 5 is applied. A second auxiliary equipped with a second auxiliary reactor 10B2 connected through a second auxiliary circuit switch 10C2 between the voltage dividing point 10a2 of the pressure circuit 10A2 and the midpoint c of the leg of the reference phase of the switching circuit 6A. The resonance auxiliary circuit 10 constituted by the resonance circuit forming section 10-2 and the charge/discharge of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase are completed in the dead time td. Second auxiliary circuit switch for controlling the ON/OFF of the auxiliary circuit switch 10C1 and completing the charging/discharging of the output capacitances C1, C2 of the switches Q1, Q2 forming the leg of the reference phase in the dead time period. An auxiliary circuit switch controller 11 for controlling ON/OFF of 10C2 is provided.

この場合も補助回路用スイッチ制御部11は、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成するスイッチQ3,Q4の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに第1の補助回路用スイッチ10C1をオフ状態にし、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成するスイッチQ3,Q4の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに第1の補助回路用スイッチ10C1をオン状態にするように第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成するスイッチQ1,Q2の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに第2の補助回路用スイッチ10C2をオフ状態にし、基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成するスイッチQ1,Q2の出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに第2の補助回路用スイッチ10C2をオン状態にするように第2の補助回路用スイッチ10C2のオンオフを制御する。その他の構成は第1の実施形態の構成と同様である。 Also in this case, the auxiliary circuit switch control unit 11 configures the switch forming the leg of the control phase without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit formed for each switch of the leg of the control phase. When the charging/discharging of the output capacitances of Q3 and Q4 can be completed during the dead time, the first auxiliary circuit switch 10C1 is turned off, and each switch of the leg of the control phase is configured. When the charging/discharging of the output capacitances of the switches Q3, Q4 forming the leg of the control phase cannot be completed during the dead time unless the supplemental current is superimposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit, the first ON/OFF of the first auxiliary circuit switch is controlled so that the auxiliary circuit switch 10C1 is turned on, and a supplemental current is supplied to the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. The second auxiliary circuit switch 10C2 is turned off when charging/discharging of the output capacitances of the switches Q1 and Q2 forming the leg of the reference phase can be completed during the dead time without superimposing. Dead time for charging/discharging the output capacitance of the switches Q1 and Q2 forming the leg of the reference phase unless the supplemental current is superimposed on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit formed for each switch of the leg of the reference phase. The ON/OFF of the second auxiliary circuit switch 10C2 is controlled so that the second auxiliary circuit switch 10C2 is turned on when the second auxiliary circuit switch 10C2 cannot be completed during the period. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

本実施形態の構成は、DC電源部5の出力電圧が印加される第1のコンデンサ分圧回路10A1と第2の分圧回路10A2とを設けて、DC電源部5と第1のコンデンサ分圧回路10A1とにより、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行う部分共振電流に重畳する電流を出力する電流源を構成し、DC電源部5と第2のコンデンサ分圧回路10A2とにより、基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を行う部分共振電流に重畳する電流を出力する電流源を構成する点を除き、第8の実施形態と同様であり、第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2の制御のしかたは第8の実施形態と同様である。 The configuration of the present embodiment is provided with the first capacitor voltage dividing circuit 10A1 and the second voltage dividing circuit 10A2 to which the output voltage of the DC power supply unit 5 is applied, and the DC power supply unit 5 and the first capacitor voltage dividing circuit 10A2 are provided. The circuit 10A1 constitutes a current source for outputting a current superimposed on the partial resonance current for charging/discharging the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the control phase leg, and the DC power supply unit 5 and the second power source. With the exception of the point that a current source that outputs a current superimposed on a partial resonance current that charges and discharges the output capacitances C1 and C2 of the switches Q1 and Q2 of the legs of the reference phase is configured by the capacitor voltage dividing circuit 10A2 of Similar to the eighth embodiment, the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are controlled in the same manner as in the eighth embodiment.

図8又は図9に示したように、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行う部分共振電流に重畳する電流を得るために第1の補助リアクトル10B1と第1の補助回路用スイッチ10C1とを設ける場合、及び基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を行う部分共振電流に重畳する電流を得るために第2の補助リアクトル10B2と第2の補助回路用スイッチ10C2とを設ける場合のいずれの場合にも、第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2を制御する補助回路用スイッチ制御部11は、第1の実施形態ないし第9の実施形態にそれぞれ示した構成と同様の構成をとることができる。 As shown in FIG. 8 or FIG. 9, the first auxiliary reactor 10B1 is used to obtain a current superimposed on a partial resonance current for charging/discharging the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase. And the first auxiliary circuit switch 10C1 are provided, and in order to obtain a current superimposed on the partial resonance current for charging and discharging the output capacitances C1 and C2 of the switches Q1 and Q2 of the legs of the reference phase, the second In any case where the auxiliary reactor 10B2 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are provided, an auxiliary circuit switch control unit for controlling the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 11 can have the same configuration as that shown in each of the first to ninth embodiments.

以下、図8に示した第10の実施形態及び図9に示した第11の実施形態のように、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行う部分共振電流に重畳する電流を得るために第1の補助リアクトル10B1と第1の補助回路用スイッチ10C1とを設け、基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を行う部分共振電流に重畳する電流を得るために第2の補助リアクトル10B2と第2の補助回路用スイッチ10C2とを設ける構成をとる場合に用いる補助回路用スイッチ制御部11の種々の構成例を示す実施形態を、第12の実施形態ないし第19の実施形態として、それぞれの構成を以下に示す。 Hereinafter, like the tenth embodiment shown in FIG. 8 and the eleventh embodiment shown in FIG. 9, a portion for charging/discharging the output electrostatic capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase. A first auxiliary reactor 10B1 and a first auxiliary circuit switch 10C1 are provided in order to obtain a current superimposed on the resonance current, and charge and discharge of the output capacitances C1 and C2 of the reference phase leg switches Q1 and Q2 are performed. Various configuration examples of the auxiliary circuit switch control unit 11 used when the second auxiliary reactor 10B2 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are provided in order to obtain the current superposed on the partial resonance current are shown. The respective configurations are shown below as the twelfth to nineteenth embodiments.

<第12の実施形態>
本実施形態においては、図8又は図9に示された補助回路用スイッチ制御部11が、制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけでは制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができない状態にあるときに第1の補助回路用スイッチ10C1をオン状態にし、制御相のレグのスイッチQ3,Q4に対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部6内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけで制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量の充放電をデッドタイムtdの期間に完了させることができる状態にあるときに第1の補助回路用スイッチ10C1をオフ状態にし、基準相のレグのスイッチQ1,Q2に対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部6内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけでは基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができない状態にあるときに第2の補助回路用スイッチ10C2をオン状態にし、基準相のレグのスイッチQ1,Q2に対して構成された充放電回路を通してDC/RF変換部6内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより部分共振電流を流すだけで基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができる状態にあるときに第2の補助回路用スイッチ10C2をオフ状態にするように構成される。その他の構成は、第10の実施形態又は第11の実施形態と同様である。
<Twelfth Embodiment>
In the present embodiment, the auxiliary circuit switch control unit 11 shown in FIG. 8 or 9 originally exists in the DC/RF conversion unit through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. When the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase cannot be completed in the dead time period only by causing the partial resonance current to flow by the energy stored in the inductor. The first auxiliary circuit switch 10C1 is turned on, and the energy stored in the inductor originally present in the DC/RF converter 6 is passed through the charge/discharge circuit configured for the control phase leg switches Q3 and Q4. When the charge/discharge of the output capacitance of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase can be completed within the dead time td by simply passing the partial resonance current, the first auxiliary circuit switch 10C1 is switched on. If only the partial resonance current is caused to flow by the energy stored in the inductor originally present in the DC/RF conversion unit 6 through the charge/discharge circuit configured for the switches Q1 and Q2 of the legs of the reference phase in the off state. When the charging and discharging of the output capacitances C1 and C2 of the leg switches Q1 and Q2 cannot be completed in the dead time period, the second auxiliary circuit switch 10C2 is turned on to set the reference phase The partial resonance current is caused to flow by the energy stored in the inductor originally existing in the DC/RF converter 6 through the charge/discharge circuit configured for the leg switches Q1 and Q2, and the leg phase switches Q1 and Q2 of the reference phase. The second auxiliary circuit switch 10C2 is turned off when the charging and discharging of the output electrostatic capacitances C1 and C2 can be completed during the dead time. Other configurations are similar to those of the tenth embodiment or the eleventh embodiment.

本実施形態のように構成すると、スイッチング回路6Aの制御相のレグを構成するスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムtdの期間に完了できない状態が生じているときに、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行わせるための部分共振電流に、DC電源部5から第1の補助リアクトル10B1と第1の補助回路用スイッチ10C1とを通してを補充電流を重畳することができ、スイッチング回路6Aの基準相のレグを構成するスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電をデッドタイムの期間に完了できない状態が生じているときに、基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を行う部分共振電流にDC電源部5から第2の補助リアクトル10B2と第2の補助回路用スイッチ10C2とを通して補充電流を重畳することができるため、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4及び基準相のレグのスイッQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電をデッドタイムの期間に完了させて、制御相のレグのスイッチQ3,Q4及び基準相のレグのスイッチQ1,Q2で生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。 According to the configuration of the present embodiment, when the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 forming the leg of the control phase of the switching circuit 6A cannot be completed during the dead time td. The partial resonance current for charging/discharging the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the control phase leg from the DC power supply unit 5 to the first auxiliary reactor 10B1 and the first auxiliary circuit. The supplementary current can be superposed through the switch 10C1 and the charging and discharging of the output capacitances C1 and C2 of the switches Q1 and Q2 forming the leg of the reference phase of the switching circuit 6A cannot be completed in the dead time period. When it occurs, the DC power supply unit 5 supplies the second auxiliary reactor 10B2 and the second auxiliary circuit to the partial resonance current for charging and discharging the output capacitances C1 and C2 of the reference phase leg switches Q1 and Q2. Since the replenishment current can be superimposed through the switch 10C2, the output capacitances C3 and C4 of the control phase leg switches Q3 and Q4 and the output capacitances C1 and C2 of the reference phase leg switches Q1 and Q2. The charge/discharge can be completed in the dead time period to reduce the switching loss that occurs in the control phase leg switches Q3 and Q4 and the reference phase leg switches Q1 and Q2.

また制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行う部分共振電流を十分に流すことができるとき及び基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を行う部分共振電流を十分に流すことができるときには、共振補助回路10をスイッチング回路から切り離すことができるので、共振補助回路10で生じる損失によりDC/RF変換部6で生じるトータルの損失が増大するのを防ぐことができる。 Further, when the partial resonance current for charging/discharging the output capacitances C3, C4 of the control phase leg switches Q3, Q4 can be sufficiently flown, and the output capacitance C1 of the reference phase leg switches Q1, Q2. , C2, the resonance auxiliary circuit 10 can be separated from the switching circuit when the partial resonance current for charging/discharging the C2 can be sufficiently supplied. Therefore, the total loss generated in the DC/RF converter 6 due to the loss generated in the resonance auxiliary circuit 10 is caused. Can be prevented from increasing.

<第13の実施形態>
本発明の第13の実施形態においては、図8又は図9に示された補助回路用スイッチ制御部11が、図2に示した実施形態と同様に、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されたときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオン状態にし、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されたときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオフ状態にするように第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。その他の構成は、第10の実施形態又は第11の実施形態と同様である。
<Thirteenth Embodiment>
In the thirteenth embodiment of the present invention, the auxiliary circuit switch control section 11 shown in FIG. 8 or 9 can achieve impedance matching by the impedance matching device 4 as in the embodiment shown in FIG. The matching state determining means for determining whether or not the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are turned on when the matching state determining means determines that the impedance is not matched. The first and second auxiliary circuit switches 10C1 and 10C2 are turned off when the matching state determining means determines that the impedances are matched. And switch control means for controlling the auxiliary circuit switch. Other configurations are similar to those of the tenth embodiment or the eleventh embodiment.

本実施形態のように構成すると、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれていない状態にあって、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流が不足しがちなときに、DC電源部5から第1の補助リアクトル10B1と第1の補助回路用スイッチ10C1とを通して流れる電流を、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行う部分共振電流に補充電流として重畳することができ、基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせるための部分共振電流が不足しがちなときに、DC電源部から第2の補助リアクトル10B2と第2の補助回路用スイッチ10C2とを通して流れる電流を、基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を行う部分共振電流に補充電流として重畳することができるため、デッドタイムの期間に制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電及び基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を完了させて、各スイッチで生じるスイッチング損失の低減を図ることができる。 With the configuration of the present embodiment, the partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of the switch of the leg of the control phase is insufficient when the impedance matching by the impedance matching device 4 is not achieved. When it tends to occur, the current flowing from the DC power supply unit 5 through the first auxiliary reactor 10B1 and the first auxiliary circuit switch 10C1 is supplied to the output capacitances C3 and C4 of the control phase leg switches Q3 and Q4. When the partial resonance current for charging and discharging the output capacitance of the switch of the leg of the reference phase is likely to be insufficient, it can be superposed on the partial resonance current for charging and discharging, and the DC power supply unit From the second auxiliary reactor 10B2 and the second auxiliary circuit switch 10C2 to a partial resonance current for charging and discharging the output capacitances C1 and C2 of the switches Q1 and Q2 of the leg of the reference phase. Therefore, during the dead time, the output capacitances C3 and C4 of the leg switches Q3 and Q4 of the control phase and the output capacitance C1 of the leg switches Q1 and Q2 of the reference phase are By completing the charging/discharging of C2, it is possible to reduce the switching loss occurring in each switch.

またインピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれている状態にあって、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を行う部分共振電流を十分に流すことができるとき及び基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を行う部分共振電流を十分に流すことができるときには、共振補助回路10をスイッチング回路6Aから切り離すことができるため、共振補助回路10で生じる導通損失によりDC/RF変換部で生じるトータルの損失が増大するのを防ぐことができる。 Further, when the impedance matching is achieved by the impedance matching device 4, the partial resonance current for charging/discharging the output electrostatic capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase can be sufficiently flown. At this time and when the partial resonance current for charging/discharging the output capacitances C1, C2 of the switches Q1, Q2 of the reference phase leg can be sufficiently flown, the resonance auxiliary circuit 10 can be disconnected from the switching circuit 6A. It is possible to prevent the total loss caused in the DC/RF converter from increasing due to the conduction loss caused in the resonance auxiliary circuit 10.

<第14の実施形態>
本実施形態においては、図8又は図9に示された補助回路用スイッチ制御部11が、図3に示した実施形態と同様に、高周波電力発生部から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、この負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値未満であるときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオン状態にし、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値以上であるときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオフ状態にするように、第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。その他の構成は、第10の実施形態又は第11の実施形態と同様である。
<Fourteenth Embodiment>
In the present embodiment, as in the embodiment shown in FIG. 3, the auxiliary circuit switch control unit 11 shown in FIG. 8 or 9 is a load detecting the current supplied from the high frequency power generation unit to the load. The current detecting means and the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are turned on when the average value or the effective value of the current detected by the load current detecting means is less than the set value. A first auxiliary circuit switch 10C1 and a second auxiliary circuit switch 10C2 are turned off when the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means is equal to or more than a set value. Switch control means for controlling the first and second auxiliary circuit switches. Other configurations are similar to those of the tenth embodiment or the eleventh embodiment.

本実施形態のように構成すると、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電をデッドタイムの期間に完了させるために十分な部分共振電流を流すことができる状態にあるか否かの判定、及び基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電を行わせる際に十分な部分共振電流を流すことができる状態にあるか否かの判定をより適確に行うことができ、第1及び第2の補助回路用スイッチの制御を適確に行わせることができる。 With the configuration of the present embodiment, a state in which a sufficient partial resonance current can be flowed to complete charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the control phase leg in the dead time period. And whether or not a sufficient partial resonance current can flow when charging and discharging the output capacitances C1 and C2 of the switches Q1 and Q2 of the leg of the reference phase. Can be determined more accurately, and the first and second auxiliary circuit switches can be controlled more accurately.

<第15の実施形態>
本実施形態においては、図8又は図9に示された補助回路用スイッチ制御部11が、図4に示した実施形態と同様に、スイッチング回路の基準相のレグの中点cと制御相のレグの中点dとの間の回路を流れる電流を検出する回路電流検出手段と、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値未満であるときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオン状態にし、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が設定値以上であるときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオフ状態にするように第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2を制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Fifteenth Embodiment>
In the present embodiment, the auxiliary circuit switch control unit 11 shown in FIG. 8 or 9 is similar to the embodiment shown in FIG. 4 in that the middle point c and the control phase of the leg of the reference phase of the switching circuit are controlled. Circuit current detection means for detecting a current flowing through the circuit between the middle point d of the leg, and the first auxiliary circuit when the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is less than the set value. The first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are turned on, and the first auxiliary circuit switch 10C1 and the first auxiliary circuit switch 10C1 The switch control means controls the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 so that the second auxiliary circuit switch 10C2 is turned off.

本実施形態のように構成すると、DC/RF変換部6内の回路に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより、制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる際に十分な部分共振電流を流すことができる状態にあるか否かの判定、基準相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる際に十分な部分共振電流を流すことができる状態にあるか否かの判定及びを適確に行って、第1及び第2の補助回路用スイッチの制御を適確に行わせることができる。 The configuration of the present embodiment is sufficient for charging and discharging the output capacitance of the leg switch of the control phase by the energy stored in the inductor originally present in the circuit in the DC/RF conversion unit 6. It is determined whether or not a partial resonance current can be flowed, and a sufficient partial resonance current can be flowed when charging and discharging the output capacitance of the switch of the leg of the reference phase. It is possible to accurately determine whether or not it is possible to properly control the first and second auxiliary circuit switches.

<第16の実施形態>
本実施形態においては、図8又は図9に示された補助回路用スイッチ制御部11が、図5に示した実施形態と同様に、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、高周波電力発生部3から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオフ状態にし、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値未満であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値未満であるときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオン状態にするように第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Sixteenth Embodiment>
In the present embodiment, the auxiliary circuit switch control section 11 shown in FIG. 8 or 9 determines whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching device 4 as in the embodiment shown in FIG. Matching state judging means for judging, load current detecting means for detecting a current supplied to the load from the high-frequency power generating section 3, and matching state judging means for judging that impedances are matched, and load current detecting means When the average value or the effective value of the current detected by is equal to or more than the first set value, and the matching state determination unit determines that the impedance is not matched, the load current detection unit detects the impedance. When the average value or the effective value of the current is equal to or more than the second set value, the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are turned off, and the impedance is matched by the matching state determination means. However, when the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means is less than the first set value, and the matching state determination means determines that the impedance is not matched. And the average value or effective value of the current detected by the load current detecting means is less than the second set value, the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are turned on. Switch control means for controlling the first and second auxiliary circuit switches.

本実施形態のように構成すると、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれていない状態にあって、高周波電力発生部3から負荷に所定の進行波電力を供給できない状態にあるために、DC/RF変換部6内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより、各スイッチに対して構成された充放電回路を通して部分共振電流を流すだけでは制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電及び基準相のレグのスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができない場合だけでなく、インピーダンスが整合状態にあるが、負荷に供給する高周波電力を抑えるべく高周波電力発生部から出力される電力を制限する制御が行われているために、DC/RF変換部内に本来存在するインダクタに蓄積されたエネルギにより充放電回路を通して部分共振電流を流すだけでは制御相のレグを構成するスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電及び基準相のレグを構成するスイッチQ1,Q2の出力静電容量C1,C2の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときにも第1及び第2の補助回路用スイッチ10C1及び10C2をオン状態にして、制御相の各スイッチの充放電及び基準相の各スイッチの充放電を行わせるための部分共振電流を補充することができる。 According to the configuration of the present embodiment, the impedance matching device does not match the impedance, and the high frequency power generator 3 cannot supply the predetermined traveling wave power to the load. Due to the energy stored in the inductor originally present in the conversion unit 6, it is only necessary to cause a partial resonance current to flow through the charge/discharge circuit configured for each switch, and the output capacitance C3 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase. , C4 and charging/discharging of the output capacitances C1, C2 of the switches Q1, Q2 of the leg of the reference phase cannot be completed during the dead time, but the impedance is in a matched state. Since the power output from the high-frequency power generator is controlled to suppress the high-frequency power supplied to the load, the energy stored in the inductor originally present in the DC/RF converter is passed through the charge/discharge circuit. Only by supplying a partial resonance current, the output capacitances C3 and C4 of the switches Q3 and Q4 that form the leg of the control phase and the output capacitances C1 and C2 of the switches Q1 and Q2 that form the leg of the reference phase are charged. Even when charging/discharging cannot be completed in the dead time period, the first and second auxiliary circuit switches 10C1 and 10C2 are turned on to charge/discharge each switch of the control phase and each switch of the reference phase. The partial resonance current for charging/discharging can be supplemented.

また本実施形態のように構成すると、インピーダンスの整合がとれていて、高周波電力発生部3から十分な進行波電力が出力されているために、補助リアクトルを通して部分共振電流を補充しなくても制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路に各スイッチの出力静電容量の充放電を完了するために必要な部分共振電流を流すことができる状態にあるとき、及びインピーダンスの整合がとれていないが、高周波電力発生部が大きな進行波電力を出力しているために、制御相のレグのスイッチQ3,Q4の出力静電容量C3,C4の充放電を完了するために必要な部分共振電流を流すことができる状態にあるときに、第1及び第2の補助回路用スイッチ10C1及び10C2をオフ状態にして共振補助回路10をスイッチング回路6Aから切り離すことができる。本実施形態によれば、インピーダンスが整合しているか否かを判定するだけで第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするか否かを決定する場合に比べて、よりきめの細かい制御を行わせることができる。 Further, with the configuration of the present embodiment, impedance matching is achieved and sufficient traveling wave power is output from the high frequency power generator 3, so control is performed without supplementing the partial resonance current through the auxiliary reactor. When the partial resonance current required to complete the charging/discharging of the output capacitance of each switch can be passed through the charging/discharging circuit configured for each switch of the phase leg, and impedance matching However, since the high-frequency power generator outputs a large amount of traveling wave power, it is necessary to complete the charging/discharging of the output capacitances C3, C4 of the switches Q3, Q4 of the leg of the control phase. When the partial resonance current can flow, the first and second auxiliary circuit switches 10C1 and 10C2 can be turned off to disconnect the resonance auxiliary circuit 10 from the switching circuit 6A. According to the present embodiment, compared to the case where it is determined whether to turn on the first and second auxiliary circuit switches only by determining whether the impedances match, it is more detailed. Control can be performed.

<第17の実施形態>
本実施形態においては、図8又は図9に示された補助回路用スイッチ制御部11が、図6に示した実施形態と同様に、インピーダンス整合器4によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点cと制御相のレグの中点dとの間の回路を流れる電流を検出する回路電流検出手段と、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオフ状態にし、整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第1の設定値未満であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第2の設定値未満であるときに第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2をオン状態にするように補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<17th Embodiment>
In the present embodiment, the auxiliary circuit switch control section 11 shown in FIG. 8 or 9 determines whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching device 4 as in the embodiment shown in FIG. Matching state judging means for judging, circuit current detecting means for detecting a current flowing through a circuit between the middle point c of the leg of the reference phase of the switching circuit 6A and the middle point d of the leg of the control phase, and the matching state judging means. When the impedance matching is determined by the circuit, and the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detecting means is equal to or more than the first set value, and the matching state determining means achieves the impedance matching. Although it is determined that it is not, the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit when the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is equal to or more than the second set value. The switch 10C2 is turned off, and the matching state determination unit determines that the impedance is matched, but the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection unit is less than the first set value. And when it is determined that the impedance is not matched by the matching state determination unit and the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection unit is less than the second set value. And a switch control means for controlling the auxiliary circuit switch so that the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are turned on.

本実施形態のように構成すると、インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合状態と、各スイッチに対して構成された充放電回路を通して流れる電流の大小との双方に基づいて、第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするかオフ状態にするかが決められるため、第1及び第2の補助回路用スイッチの制御をよりきめ細かく行うことができ、第1及び第2の補助回路用スイッチがむやみに投入されて制御相のレグのスイッチ及び基準相のレグのスイッチで発生する導通損失が増大するのを防ぐことができる。 According to the configuration of the present embodiment, the first and second auxiliary circuits are based on both the impedance matching state by the impedance matching device and the magnitude of the current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch. Since it is determined whether to turn the power supply switch on or off, the first and second auxiliary circuit switches can be controlled more finely, and the first and second auxiliary circuit switches are undesired. It is possible to prevent an increase in conduction loss that occurs when the control phase leg switch and the reference phase leg switch are turned on.

<第18の実施形態>
本実施形態においては、図7に示した実施形態と同様に、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点cと制御相のレグの中点dとの間の回路を流れる電流が反映されたパラメータを検出するパラメータ検出手段が更に設けられ、図8又は図9に示された補助回路用スイッチ制御部11は、パラメータ検出手段により検出されるパラメータと第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2がとるべき状態との関係を与える補助回路用スイッチ制御用テーブルを記憶した制御用テーブル記憶手段と、パラメータ検出手段により検出されるパラメータに対して制御用テーブルを検索することにより第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2がとるべき状態がオン状態であるかオフ状態であるかを判定して、第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2を判定された状態とするように制御するスイッチ制御手段とを備えている。
<Eighteenth embodiment>
In the present embodiment, similar to the embodiment shown in FIG. 7, the current flowing in the circuit between the midpoint c of the leg of the reference phase and the midpoint d of the leg of the control phase of the switching circuit 6A is reflected. Parameter detecting means for detecting a parameter is further provided, and the auxiliary circuit switch control section 11 shown in FIG. 8 or 9 has the parameters detected by the parameter detecting means, the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C1. And a control table storing means for storing an auxiliary circuit switch control table that gives a relationship with the state to be taken by the auxiliary circuit switch 10C2, and searching the control table for the parameter detected by the parameter detecting means. Is used to determine whether the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 are in the ON state or the OFF state, and the first auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C1 And a switch control means for controlling the auxiliary circuit switch 10C2 to be in a determined state.

上記第1及び第2の補助回路用スイッチ制御用テーブルは、実験により、制御相のレグのスイッチのスイッチング損失及び基準相のレグのスイッチのスイッチング損失を最小にするために、パラメータと第1の補助回路用スイッチ10C1及び第2の補助回路用スイッチ10C2がとるべき状態との関係を求めることにより、適切なものを作成することができる。本実施形態のように構成すると、適確な第1及び第2の補助回路用スイッチ制御用テーブルを作成しておくことにより、第1及び第2の補助回路用スイッチのオンオフの制御を適確に行わせることができる。 The first and second auxiliary circuit switch control tables have been experimentally tested to obtain the parameters and the first parameter in order to minimize the switching loss of the control phase leg switch and the reference phase leg switch. Appropriate ones can be created by determining the relationship between the states of the auxiliary circuit switch 10C1 and the second auxiliary circuit switch 10C2 to be taken. With the configuration of the present embodiment, it is possible to accurately control on/off of the first and second auxiliary circuit switches by creating appropriate first and second auxiliary circuit switch control tables. Can be done.

<第19の実施形態>
本実施形態においては、スイッチング回路6Aの基準相のレグの中点c及び制御相のレグの中点dから負荷側を見たインピーダンスの状態を判定する負荷状態判定手段が更に設けられ、図8又は図9に示された補助回路用スイッチ制御部に設けられるスイッチ制御手段が、負荷状態判定手段によりスイッチング回路の基準相のレグの中点及び制御相のレグの中点から負荷側を見たインピーダンスが容量性であると判定されているときに補助回路用スイッチをオン状態に保つように構成される。
<19th Embodiment>
In the present embodiment, load state determination means for determining the state of impedance when the load side is viewed from the midpoint c of the leg of the reference phase and the midpoint d of the leg of the control phase of the switching circuit 6A is further provided, and FIG. Alternatively, the switch control unit provided in the switch control unit for the auxiliary circuit shown in FIG. 9 looks at the load side from the midpoint of the leg of the reference phase and the midpoint of the leg of the control phase of the switching circuit by the load state determination unit. It is configured to keep the auxiliary circuit switch in the on state when the impedance is determined to be capacitive.

本実施形態のように構成すると、DC/RF変換部6のスイッチング回路6Aのレグの中点から負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態になった場合に、第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にして、制御相のレグの各スイッチの出力静電容量の充放電及び基準相のレグの出力静電容量の充放電を多少なりとも行わせることができるため、高周波電力発生部から負荷側を見たインピーダンスが容量性を示す状態になった場合に生じるスイッチング損失を従来よりも低減させることができる。 With the configuration of the present embodiment, when the impedance seen from the midpoint of the leg of the switching circuit 6A of the DC/RF conversion unit 6 to the load side becomes capacitive, the first and second auxiliary devices are provided. Since the circuit switch can be turned on to charge and discharge the output capacitance of each switch of the control phase leg and charge and discharge of the output capacitance of the reference phase leg, the high frequency power It is possible to reduce the switching loss that occurs when the impedance seen from the generating unit to the load side becomes capacitive, as compared with the related art.

上記の実施形態では、スイッチング回路6Aの各レグのハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを構成するスイッチング素子としてMOSFETを用いているが、これらのスイッチは、しきい値以上の駆動信号が与えられたときにオン状態になり、駆動信号がしきい値未満になったときにオフ状態になるスイッチング素子であればよく、バイポーラトランジスタや、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などの他のオンオフ制御が可能なスイッチング素子を用いて、各レグのハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを構成してもよいのはもちろんである。 In the above embodiment, MOSFETs are used as the switching elements that form the high-side switch and the low-side switch of each leg of the switching circuit 6A, but these switches are used when a drive signal equal to or higher than the threshold value is applied. Any switching element that is turned on and turned off when the drive signal becomes less than the threshold value may be used, and other switching such as bipolar transistor and IGBT (insulated gate bipolar transistor) capable of on/off control is possible. Of course, the elements may be used to configure the high-side switch and the low-side switch of each leg.

<補助回路用スイッチの構成について>
第1ないし第9の実施形態においては、補助リアクトル10BをDC/RF変換部6のスイッチ回路の制御相のレグの中点に接続したり、該中点から切り離したりするために補助回路用スイッチ10Cが設けられる。また第10ないし第19の実施形態においては、第1の補助リアクトル10B1を制御相のレグの中点に接続したり、該中点から切り離したりするために第1の補助回路用スイッチ10C1が設けられ、第2の補助リアクトル10B2を基準相のレグの中点に接続したり、該中点から切り離したりするために第2の補助回路用スイッチ10C2が設けられるが、これらの補助回路用スイッチとしてはオンオフ制御が可能な双方向スイッチを用いる。補助回路用スイッチとして用いるのに適した双方向スイッチのいくつかの例を図14及び図15に示した。
<Auxiliary circuit switch configuration>
In the first to ninth embodiments, the auxiliary reactor switch 10B is used for connecting the auxiliary reactor 10B to the midpoint of the leg of the control phase of the switch circuit of the DC/RF conversion unit 6 or for disconnecting it from the midpoint. 10C is provided. In addition, in the tenth to nineteenth embodiments, a first auxiliary circuit switch 10C1 is provided for connecting the first auxiliary reactor 10B1 to the midpoint of the leg of the control phase and disconnecting it from the midpoint. A second auxiliary circuit switch 10C2 is provided to connect the second auxiliary reactor 10B2 to the midpoint of the leg of the reference phase or to disconnect the second auxiliary reactor 10B2 from the midpoint. Uses a bidirectional switch that can be turned on and off. Some examples of bidirectional switches suitable for use as auxiliary circuit switches are shown in FIGS. 14 and 15.

図14(A)に示した双方向スイッチは、2つのMOSFET21及び22により構成されている。この双方向スイッチにおいては、2つのMOSFETのソースSの電位の共通化を図るため、MOSFET21及び22のソースSどうしが共通接続されている。このように、MOSFET21,22のソース電位の共通化を図っておくと、両MOSFETの駆動回路の共通化を図ることが可能である。MOSFETのドレインソース間のオン抵抗をRFETとすると、この双方スイッチのオン抵抗(オン時の抵抗)は、2×RFETで表すことができる。またMOSFETのオン時にドレインソース間を通して流れる電流をIonとすると、この双方向スイッチのオン時の導通損失Ponlossは、
Ponloss=2×RFET×Ion …(1)
で与えられる。なお各MOSFETに付された符号D、S及びGはそれぞれドレイン、ソース及びゲートを意味している。
The bidirectional switch shown in FIG. 14A is composed of two MOSFETs 21 and 22. In this bidirectional switch, the sources S of the MOSFETs 21 and 22 are commonly connected in order to share the potential of the sources S of the two MOSFETs. In this way, if the source potentials of the MOSFETs 21 and 22 are made common, the drive circuits of both MOSFETs can be made common. When the on-resistance between the drain and the source of the MOSFET is RFET, the on-resistance (resistance when the switch is on) of both switches can be expressed by 2×RFET. When the current flowing between the drain and source when the MOSFET is on is Ion, the conduction loss Ponloss when this bidirectional switch is on is
Ponloss=2×RFET×Ion 2 (1)
Given in. The symbols D, S, and G attached to each MOSFET mean a drain, a source, and a gate, respectively.

図14(B)に示した双方向スイッチは、MOSFET21のソースにダイオード23のアノードを接続して構成した単方向スイッチと、MOSFET22のソースにダイオード24のアノードを接続して構成した単方向スイッチとを逆並列接続した構成を有するものである。MOSFETのオン抵抗をRFET、ダイオードの順方向電圧降下をVDiode、オン時の通電電流をIonとすると、この双方向スイッチのオン時の導通損失Ponlossは、
Ponloss=Rfet×Ion+Vdiode×Ion …(2)
で与えられる。図14(A)に示した双方スイッチでは、オン動作を行わせる際に2つのMOSFETを同時にオン状態にする必要があるため、高速化を図るためには駆動回路のバラツキをなくす配慮が必要であるが、図14(B)の双方向スイッチでは2つのMOSFETを同時のオン状態にする必要がないため高速化が容易である。
The bidirectional switch shown in FIG. 14B is a unidirectional switch configured by connecting the anode of the diode 23 to the source of the MOSFET 21 and a unidirectional switch configured by connecting the anode of the diode 24 to the source of the MOSFET 22. Is connected in antiparallel. Assuming that the on-resistance of the MOSFET is RFET, the forward voltage drop of the diode is VDiode, and the energization current when it is on is Ion, the conduction loss Ponloss when this bidirectional switch is on is
Ponloss=Rfet×Ion 2 +Vdiode×Ion (2)
Given in. In the dual switch shown in FIG. 14A, it is necessary to turn on two MOSFETs at the same time when performing an on operation. Therefore, in order to achieve high speed, it is necessary to consider the variation of the drive circuit. However, in the bidirectional switch of FIG. 14B, it is not necessary to turn on the two MOSFETs at the same time, and thus it is easy to increase the speed.

図14(C)に示した双方向スイッチは、2つのIGBT25及び26のエミッタEどうしを共通接続して、2つのIGBTのエミッタ電位の共通化を図ったものである。D25及びD26はそれぞれIGBT25及び26のコレクタCとエミッタEとの間に形成された寄生の逆導通ダイオードである。 In the bidirectional switch shown in FIG. 14C, the emitters E of the two IGBTs 25 and 26 are commonly connected to each other so that the emitter potentials of the two IGBTs are made common. D25 and D26 are parasitic reverse conducting diodes formed between the collector C and the emitter E of the IGBTs 25 and 26, respectively.

図14(C)に示した双方スイッチにおいては、寄生逆導通ダイオードD25及びD26があるため、オン動作を行わせる際に2つのIGBTを同時にオン状態にする必要がないが、寄生逆導通ダイオードD25及びD26のオン電圧が高いという難点がある。IGBTのオン電圧をVonIGBT、IGBTの寄生逆導通ダイオードの順方向電圧をVIGBTdiode、通電電流をIonとすると、この双方スイッチのオン時の導通損失Ponlossは、
Ponloss=(VonIGBT +VIGBTdiode )×Ion …(3)
で与えられる。
In the dual switch shown in FIG. 14C, since there are parasitic reverse conducting diodes D25 and D26, it is not necessary to turn on the two IGBTs at the same time when performing the ON operation, but the parasitic reverse conducting diode D25 is required. Also, the on-voltage of D26 is high. Assuming that the ON voltage of the IGBT is VonIGBT, the forward voltage of the parasitic reverse conduction diode of the IGBT is VIGBTdiode, and the conduction current is Ion, the conduction loss Ponloss when both switches are ON is
Ponloss=(VonIGBT+VIGBTdiode)×Ion (3)
Given in.

図14(D)に示した双方向スイッチは、逆阻止寄生ダイオードD27を直列に有する逆阻止IGBT27と、逆阻止寄生ダイオードD28を直列に有する逆阻止IGBT28とを逆並列接続した構成を有するもので、外付けのダイオードを用いることなく図14(B)の双方スイッチと同様の双方スイッチを構成したものである。IGBTのオン電圧をVonIGBT、IGBTの寄生逆阻止ダイオードの順方向電圧をVIGBTdiode、通電電流をIonとすると、この双方スイッチのオン時の導通損失Ponlossも(3)式で与えられる。 The bidirectional switch shown in FIG. 14D has a configuration in which a reverse blocking IGBT 27 having a reverse blocking parasitic diode D27 in series and a reverse blocking IGBT 28 having a reverse blocking parasitic diode D28 in series are connected in antiparallel. , A double switch similar to the double switch of FIG. 14B is configured without using an external diode. Assuming that the ON voltage of the IGBT is VonIGBT, the forward voltage of the parasitic reverse blocking diode of the IGBT is VIGBTdiode, and the energization current is Ion, the conduction loss Ponloss when both switches are ON is also given by the equation (3).

図15(A)に示した双方向スイッチは、ダイオードDa 〜Dd により構成されたダイオードブリッジ整流回路の直流出力端子間に、寄生逆阻止ダイオード(図示せず。)を有するIGBT30を並列接続したものである。IGBTのオン時のコレクタエミッタ間電圧をVonIGBTとし、ダイオードの順方向電圧をVdiode、通電電流をIonとすると、図15(A)に示した双方スイッチのオン時の導通損失Ponlossは、
Ponloss=(VonIGBT+2×Vdiode)×Ion …(4)
で与えられる。
In the bidirectional switch shown in FIG. 15A, an IGBT 30 having a parasitic reverse blocking diode (not shown) is connected in parallel between DC output terminals of a diode bridge rectifying circuit composed of diodes Da to Dd. Is. If the collector-emitter voltage when the IGBT is on is VonIGBT, the forward voltage of the diode is Vdiode, and the conduction current is Ion, the conduction loss Ponloss of both switches shown in FIG.
Ponloss=(VonIGBT+2×Vdiode)×Ion (4)
Given in.

図15(B)は、ダイオードDa 〜Dd により構成されたダイオードブリッジ回路の両端に寄生逆導通ダイオードD30を有するIGBT30を並列接続したもので,オン時の導通損失は、上記(4)式により与えられる。 FIG. 15B shows an IGBT 30 having a parasitic reverse conduction diode D30 connected in parallel at both ends of a diode bridge circuit composed of diodes Da to Dd. The conduction loss at ON is given by the above equation (4). To be

図15(A),(B)に示した例のように、ダイオードブリッジ整流回路の直流出力端子間に半導体スイッチを接続する構成をとれば、オンオフ制御を行うスイッチ素子として一つの半導体スイッチ素子を用いるだけで、双方向性を有するスイッチを構成することができる。 If a semiconductor switch is connected between the DC output terminals of the diode bridge rectifier circuit as in the example shown in FIGS. 15A and 15B, one semiconductor switch element is used as a switch element for performing on/off control. A switch having bidirectionality can be configured only by using it.

以上、補助回路用スイッチの構成例を種々示したが、補助回路用スイッチは、オンオフ制御が可能で導通損失が少ないものであればよく、図14及び図15に示したものには限定されない。例えば、図14(C)において、IGBTに代えてMOSFETを用いることもできる。図14(C)に示したスイッチを構成するに当たり、IGBTに代えてMOSFETを用いる場合には,損失を少なくするために、ドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードで生じる導通損失(寄生ダイオードの順方向電圧降下と順方向電流との積により決まる損失)をできるだけ低くくするために、寄生ダイオードの順方向電圧降下ができるだけ低いMOSFETを用いることが好ましい。 Although various examples of the configuration of the auxiliary circuit switch have been shown above, the auxiliary circuit switch is not limited to the ones shown in FIGS. 14 and 15 as long as it can be turned on and off and has a small conduction loss. For example, in FIG. 14C, a MOSFET can be used instead of the IGBT. In forming the switch shown in FIG. 14C, when a MOSFET is used instead of the IGBT, in order to reduce the loss, a conduction loss (parasitic diode of the parasitic diode) formed between the drain and the source is generated. In order to reduce the loss (determined by the product of the forward voltage drop and the forward current) as low as possible, it is preferable to use a MOSFET in which the forward voltage drop of the parasitic diode is as low as possible.

また図15(A),(B)に示された例において、IGBTに代えてMOSFETを用いることもできる。図15(A),(B)に示されたように、ダイオードブリッジ整流回路の直流出力端子間に半導体スイッチを並列接続する構成をとる場合、整流回路の直流出力端子間に接続する半導体スイッチには一方向にしか電流が流れないため、当該半導体スイッチとしては、一方向にのみ電流が流れるもの及び双方向に電流が流れ得るものの何れを用いてもよい。 Further, in the example shown in FIGS. 15A and 15B, a MOSFET can be used instead of the IGBT. As shown in FIGS. 15A and 15B, when the semiconductor switch is connected in parallel between the DC output terminals of the diode bridge rectifier circuit, the semiconductor switch connected between the DC output terminals of the rectifier circuit is used. Since the current flows only in one direction, the semiconductor switch may be either one in which the current flows in only one direction or one in which the current can flow in both directions.

1 高周波電源装置
2 負荷
3 高周波電力発生部
4 インピーダンス整合器
5 DC電源部
6 DC/RF変換部
6A スイッチング回路
6B 直列共振回路
6C トランス
7 ローパスフィルタ
8 パワー検出部
9 制御部
10 共振補助回路
10A コンデンサ分圧回路
10A1 第1のコンデンサ分圧回路
10A2 第2のコンデンサ分圧回路
10B 補助リアクトル
10B1 第1の補助リアクトル
10B2 第2の補助リアクトル
10C 補助回路用スイッチ
10C1 第1の補助回路用スイッチ
10C2 第2の補助回路用スイッチ
11 補助回路用スイッチ制御部
11A 整合状態判定手段
11B スイッチ制御手段
11C 負荷電流検出手段
11D 回路電流検出手段
11E 制御用テーブル記憶手段
Q1 基準相のレグのハイサイドスイッチ
Q2 基準相のレグのローサイドスイッチ
Q3 制御相のレグのハイサイドスイッチ
Q4 制御相のレグのローサイドスイッチ
C1〜C4 スイッチQ1〜Q4の出力静電容量
D1〜D4 帰還ダイオード
1 high-frequency power supply device 2 load 3 high-frequency power generation unit 4 impedance matching unit 5 DC power supply unit 6 DC/RF conversion unit 6A switching circuit 6B series resonance circuit 6C transformer 7 low-pass filter 8 power detection unit 9 control unit 10 resonance auxiliary circuit 10A capacitor Voltage dividing circuit 10A1 First capacitor voltage dividing circuit 10A2 Second capacitor voltage dividing circuit 10B Auxiliary reactor 10B1 First auxiliary reactor 10B2 Second auxiliary reactor 10C Auxiliary circuit switch 10C1 First auxiliary circuit switch 10C2 Second Auxiliary circuit switch 11 Auxiliary circuit switch control unit 11A Matching state determination means 11B Switch control means 11C Load current detection means 11D Circuit current detection means 11E Control table storage means Q1 High side switch of reference phase leg Q2 Reference phase Low side switch of leg Q3 High side switch of leg of control phase Q4 Low side switch of leg of control phase C1 to C4 Output capacitance of switches Q1 to Q4 D1 to D4 Feedback diode

Claims (9)

一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、前記スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力を前記DC/RF変換部から出力させるべく、前記基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるように前記スイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、前記高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備え、各レグの各スイッチの出力静電容量と前記DC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置において、
前記DC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路と、前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の制御相のレグの中点との間に補助回路用スイッチを通して接続された補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記コンデンサ分圧回路と前記補助リアクトルと前記補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、
前記補充電流の重畳を行わなくても前記制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を前記デッドタイムの期間に完了させることができるときに前記補助回路用スイッチをオフ状態に保持し、前記補充電流の重畳を行わなくては前記制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を前記デッドタイムの期間に完了させることができないときに前記補助回路用スイッチをオン状態にするように前記補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部と、
を具備し、
前記補助回路用スイッチ制御部は、前記インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されたときに前記補助回路用スイッチをオン状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されたときに前記補助回路用スイッチをオフ状態にするように前記補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えていることを特徴とする高周波電源装置。
A DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs with a high-side switch and a low-side switch connected in series to each other with the connection point of both switches as a middle point are provided, and one and the other of the two legs are connected. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit as a leg for the reference phase and a leg for the control phase; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing a dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg is stopped, After turning on the high side switch of the phase leg, turn on the low side switch of the control phase leg, and after turning on the low side switch of the reference phase leg, turn on the high side switch of the control phase leg. A high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures the switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on, and an impedance matching inserted between the high-frequency power generation unit and a load. And a partial resonance current is caused to flow through the output capacitance of each switch of each leg and the inductor existing in the DC/RF converter to charge and discharge the output capacitance of the switch of each leg. In the high frequency power supply device in which the discharge circuit is configured for each switch,
A capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power source is applied to both ends, and an auxiliary circuit switch connected between the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. And a supplementary current superposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase, from the DC power supply unit to the capacitor voltage dividing circuit and the auxiliary. A resonance auxiliary circuit that outputs through a reactor and the auxiliary circuit switch,
The auxiliary circuit switch is held in the OFF state when charging/discharging of the output capacitance of the leg switch of the control phase can be completed in the dead time period without superimposing the supplementary current. , The auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of the leg switch of the control phase cannot be completed during the dead time without superimposing the supplementary current. An auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the auxiliary circuit switch ,
Equipped with,
When the auxiliary circuit switch control unit determines that the impedance matching by the impedance matching device is matched, and the matching state determination unit determines that the impedance is not matched. The auxiliary circuit switch is turned on, and the auxiliary circuit switch is controlled to be turned off when the matching state determination means determines that impedance matching is achieved. A high frequency power supply device comprising a switch control means .
一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、前記スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力を前記DC/RF変換部から出力させるべく、前記基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるように前記スイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、前記高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備え、各レグの各スイッチの出力静電容量と前記DC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置において、
前記DC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路と、前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の制御相のレグの中点との間に補助回路用スイッチを通して接続された補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記コンデンサ分圧回路と前記補助リアクトルと前記補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、
前記補充電流の重畳を行わなくても前記制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を前記デッドタイムの期間に完了させることができるときに前記補助回路用スイッチをオフ状態に保持し、前記補充電流の重畳を行わなくては前記制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を前記デッドタイムの期間に完了させることができないときに前記補助回路用スイッチをオン状態にするように前記補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部と、
を具備し、
前記補助回路用スイッチ制御部は、前記インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、前記高周波電力発生部から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに前記補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第1の設定値未満であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第2の設定値未満であるときに前記補助回路用スイッチをオン状態にするように前記補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えていることを特徴とする高周波電源装置。
A DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs with a high-side switch and a low-side switch connected in series to each other with the connection point of both switches as a middle point are provided, and one and the other of the two legs are connected. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit as a leg for the reference phase and a leg for the control phase; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing a dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg is stopped, After turning on the high side switch of the phase leg, turn on the low side switch of the control phase leg, and after turning on the low side switch of the reference phase leg, turn on the high side switch of the control phase leg. A high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures the switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on, and an impedance matching inserted between the high-frequency power generation unit and a load. And a partial resonance current is caused to flow through the output capacitance of each switch of each leg and the inductor existing in the DC/RF converter to charge and discharge the output capacitance of the switch of each leg. In the high frequency power supply device in which the discharge circuit is configured for each switch,
A capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power source is applied to both ends, and an auxiliary circuit switch connected between the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. And a supplementary current superposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase, from the DC power supply unit to the capacitor voltage dividing circuit and the auxiliary. A resonance auxiliary circuit that outputs through a reactor and the auxiliary circuit switch,
The auxiliary circuit switch is held in the OFF state when charging/discharging of the output capacitance of the leg switch of the control phase can be completed in the dead time period without superimposing the supplementary current. , The auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of the leg switch of the control phase cannot be completed during the dead time without superimposing the supplementary current. An auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the auxiliary circuit switch,
Equipped with,
The auxiliary circuit switch control unit includes a matching state determination unit that determines whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching unit, and a load current detection unit that detects a current supplied to the load from the high frequency power generation unit. Means and the matching state determination means determines that impedance matching is achieved, and the average value or effective value of the current detected by the load current detection means is equal to or greater than a first set value, and For the auxiliary circuit, when the matching state determination unit determines that the impedance is not matched, but the average value or the effective value of the current detected by the load current detection unit is equal to or greater than the second set value. The switch is turned off and the matching state determination means determines that impedance matching is achieved, but the average value or effective value of the current detected by the load current detection means is less than the first set value. And when the matching state determination unit determines that the impedance is not matched, and the average value or the effective value of the current detected by the load current detection unit is less than the second set value. And a switch control means for controlling the auxiliary circuit switch so as to turn on the auxiliary circuit switch .
一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、前記スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力を前記DC/RF変換部から出力させるべく、前記基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるように前記スイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、前記高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備え、各レグの各スイッチの出力静電容量と前記DC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置において、
前記DC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路と、前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の制御相のレグの中点との間に補助回路用スイッチを通して接続された補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記コンデンサ分圧回路と前記補助リアクトルと前記補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、
前記補充電流の重畳を行わなくても前記制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を前記デッドタイムの期間に完了させることができるときに前記補助回路用スイッチをオフ状態に保持し、前記補充電流の重畳を行わなくては前記制御相のレグのスイッチの出力静電容量の充放電を前記デッドタイムの期間に完了させることができないときに前記補助回路用スイッチをオン状態にするように前記補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部と、
を具備し、
前記補助回路用スイッチ制御部は、前記インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、前記スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流を検出する回路電流検出手段と、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに前記補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第1の設定値未満であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第2の設定値未満であるときに前記補助回路用スイッチをオン状態にするように前記補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えていることを特徴とする高周波電源装置。
A DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs with a high-side switch and a low-side switch connected in series to each other with the connection point of both switches as a middle point are provided, and one and the other of the two legs are connected. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit as a leg for the reference phase and a leg for the control phase; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing a dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg is stopped, After turning on the high side switch of the phase leg, turn on the low side switch of the control phase leg, and after turning on the low side switch of the reference phase leg, turn on the high side switch of the control phase leg. A high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures the switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on, and an impedance matching inserted between the high-frequency power generation unit and a load. And a partial resonance current is caused to flow through the output capacitance of each switch of each leg and the inductor existing in the DC/RF converter to charge and discharge the output capacitance of the switch of each leg. In the high frequency power supply device in which the discharge circuit is configured for each switch,
A capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power source is applied to both ends, and an auxiliary circuit switch connected between the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. And a supplementary current superposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase, from the DC power supply unit to the capacitor voltage dividing circuit and the auxiliary. A resonance auxiliary circuit that outputs through a reactor and the auxiliary circuit switch,
The auxiliary circuit switch is held in the OFF state when charging/discharging of the output capacitance of the leg switch of the control phase can be completed in the dead time period without superimposing the supplementary current. , The auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of the leg switch of the control phase cannot be completed during the dead time without superimposing the supplementary current. An auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the auxiliary circuit switch,
Equipped with,
The auxiliary circuit switch control unit includes a matching state determination unit that determines whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching unit, and a middle point of a leg of a reference phase and a leg of a control phase of the switching circuit. Circuit current detecting means for detecting the current flowing through the circuit between the point and the point, the matching state determining means determines that the impedance is matched, and the average value of the current detected by the circuit current detecting means or When the effective value is equal to or greater than the first set value, and the impedance is not matched by the matching state determination means, the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means. Is above the second set value, the auxiliary circuit switch is turned off, and the matching state determination means determines that impedance matching is achieved, but the circuit current detection means detects the impedance. When the average value or the effective value of the current is less than the first set value, and when the matching state determination means determines that the impedance is not matched, and the average current detected by the circuit current detection means And a switch control means for controlling the auxiliary circuit switch so that the auxiliary circuit switch is turned on when the value or the effective value is less than the second set value. Power supply.
一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、前記スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力を前記DC/RF変換部から出力させるべく、前記基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるように前記スイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、前記高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備え、各レグの各スイッチの出力静電容量と前記DC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置において、
前記DC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路と、前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の制御相のレグの中点との間に第1の補助回路用スイッチを通して接続された第1の補助リアクトルと、前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の基準相のレグの中点との間に第2の補助回路用スイッチを通して接続された第2の補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記コンデンサ分圧回路と前記第1の補助リアクトルと前記第1の補助回路用スイッチとを通して出力し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部からコンデンサ分圧回路と第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、
前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成するスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第1の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成するスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第1の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように第2の補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部と、
を具備し、
前記補助回路用スイッチ制御部は、前記インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されたときに前記第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されたときに前記第1及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にするように前記第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えていることを特徴とする高周波電源装置。
A DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs with a high-side switch and a low-side switch connected in series to each other with the connection point of both switches as a middle point are provided, and one and the other of the two legs are connected. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit as a leg for the reference phase and a leg for the control phase; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing a dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg is stopped, After turning on the high side switch of the phase leg, turn on the low side switch of the control phase leg, and after turning on the low side switch of the reference phase leg, turn on the high side switch of the control phase leg. A high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures the switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on, and an impedance matching inserted between the high-frequency power generation unit and a load. And a partial resonance current is caused to flow through the output capacitance of each switch of each leg and the inductor existing in the DC/RF converter to charge and discharge the output capacitance of the switch of each leg. In the high frequency power supply device in which the discharge circuit is configured for each switch,
For a first auxiliary circuit between a capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power supply unit is applied, and a voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. A first auxiliary reactor connected through a switch, and a second auxiliary circuit switch connected between the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit. And a supplementary current superposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase, from the DC power supply unit to the capacitor voltage dividing circuit and the first auxiliary reactor. From the DC power supply unit, a supplementary current that is output through the auxiliary reactor and the first auxiliary circuit switch, and that is superimposed on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. A resonance auxiliary circuit that outputs through a capacitor voltage dividing circuit, a second auxiliary reactor, and a second auxiliary circuit switch;
Dead time for charging/discharging the output capacitance of the switch forming the leg of the control phase without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit formed for each switch of the control phase leg. The first auxiliary circuit switch is turned off when it can be completed in the period of, and the supplementary current is superimposed on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. Otherwise, the first auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of the switch forming the leg of the control phase cannot be completed in the dead time period. Each switch that controls the ON/OFF of the auxiliary circuit switch and configures the leg of the reference phase without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. The second auxiliary circuit switch is turned off when the charging/discharging of the output capacitance can be completed during the dead time, and the charging/discharging configured for each switch of the leg of the reference phase. For the second auxiliary circuit when charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the reference phase cannot be completed during the dead time unless the supplemental current is superimposed on the partial resonance current flowing through the circuit. An auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the second auxiliary circuit switch so that the switch is turned on;
Equipped with,
When the auxiliary circuit switch control unit determines that the impedance is not matched by the impedance matching device, and the matching state determination unit determines that the impedance is not matched. The first and second auxiliary circuit switches are turned on, and the first and second auxiliary circuit switches are turned off when the matching state determination means determines that impedance matching is achieved. And a switch control means for controlling the first and second auxiliary circuit switches .
一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、前記スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力を前記DC/RF変換部から出力させるべく、前記基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるように前記スイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、前記高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備え、各レグのスイッチの出力静電容量と前記DC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置において、
前記DC電源部の出力電圧が両端に印加された第1のコンデンサ分圧回路及び前記第1のコンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の制御相のレグの中点との間に第1の補助回路用スイッチを通して接続された第1の補助リアクトルと、前記DC電源部の出力電圧が両端に印加された第2のコンデンサ分圧回路及び前記第2のコンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の基準相のレグの中点との間に第2の補助回路用スイッチを通して接続された第2の補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記第1のコンデンサ分圧回路と前記第1の補助リアクトルと前記第1の補助回路用スイッチとを通して出力し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記第2のコンデンサ分圧回路と第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、
前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第1の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第1の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように第2の補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部と
を具備し、
前記補助回路用スイッチ制御部は、前記インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されたときに前記第1及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されたときに前記第1及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にするように前記第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えていることを特徴とする高周波電源装置。
A DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs with a high-side switch and a low-side switch connected in series to each other with the connection point of both switches as a middle point are provided, and one and the other of the two legs are connected. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit as a leg for the reference phase and a leg for the control phase; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing a dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg is stopped, After turning on the high side switch of the phase leg, turn on the low side switch of the control phase leg, and after turning on the low side switch of the reference phase leg, turn on the high side switch of the control phase leg. A high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures the switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on, and an impedance matching inserted between the high-frequency power generation unit and a load. And a discharge device for charging and discharging the output capacitance of each leg switch by flowing a partial resonance current through the output capacitance of each leg switch and the inductor existing in the DC/RF converter. In a high frequency power supply where the circuit is configured for each switch,
A first capacitor voltage dividing circuit, to which the output voltage of the DC power source unit is applied, and a voltage dividing point of the first capacitor voltage dividing circuit and a middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. A first auxiliary reactor connected through one auxiliary circuit switch, a second capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power supply unit is applied to both ends, and a voltage dividing point of the second capacitor voltage dividing circuit. And a second auxiliary reactor connected through a second auxiliary circuit switch between the switching circuit and the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit, and configured for each switch of the leg of the control phase. A supplementary current superimposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit is output from the DC power supply unit through the first capacitor voltage dividing circuit, the first auxiliary reactor, and the first auxiliary circuit switch, and A replenishment current superimposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the reference phase is supplied from the DC power supply unit to the second capacitor voltage dividing circuit, the second auxiliary reactor, and the second auxiliary reactor. A resonance auxiliary circuit that outputs through an auxiliary circuit switch,
The charge/discharge of the output capacitance of each switch constituting the leg of the control phase is dead without superimposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. When it can be completed during the time period, the first auxiliary circuit switch is turned off, and the supplemental current is supplied to the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. The first auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of each switch constituting the leg of the control phase cannot be completed during the dead time unless superposed. The ON/OFF of the auxiliary circuit switch No. 1 is controlled, and the leg of the reference phase is configured without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. The second auxiliary circuit switch is turned off when charging/discharging of the output capacitance of each switch can be completed during the dead time, and each switch of the leg of the reference phase is configured. The second auxiliary when the charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the reference phase cannot be completed during the dead time unless the supplemental current is superposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit. An auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the second auxiliary circuit switch so as to turn on the circuit switch ,
Equipped with,
When the auxiliary circuit switch control unit determines that the impedance is not matched by the impedance matching device, and the matching state determination unit determines that the impedance is not matched. The first and second auxiliary circuit switches are turned on, and the first and second auxiliary circuit switches are turned off when the matching state determination means determines that impedance matching is achieved. And a switch control means for controlling the first and second auxiliary circuit switches .
一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、前記スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力を前記DC/RF変換部から出力させるべく、前記基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるように前記スイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、前記高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備え、各レグの各スイッチの出力静電容量と前記DC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置において、
前記DC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路と、前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の制御相のレグの中点との間に第1の補助回路用スイッチを通して接続された第1の補助リアクトルと、前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の基準相のレグの中点との間に第2の補助回路用スイッチを通して接続された第2の補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記コンデンサ分圧回路と前記第1の補助リアクトルと前記第1の補助回路用スイッチとを通して出力し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部からコンデンサ分圧回路と第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、
前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成するスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第1の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成するスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第1の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように第2の補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部と、
を具備し、
前記補助回路用スイッチ制御部は、前記インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、前記高周波電力発生部から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第1の設定値未満であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第2の設定値未満であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えていることを特徴とする高周波電源装置。
A DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs with a high-side switch and a low-side switch connected in series to each other with the connection point of both switches as a middle point are provided, and one and the other of the two legs are connected. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit as a leg for the reference phase and a leg for the control phase; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing a dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg is stopped, After turning on the high side switch of the phase leg, turn on the low side switch of the control phase leg, and after turning on the low side switch of the reference phase leg, turn on the high side switch of the control phase leg. A high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures the switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on, and an impedance matching inserted between the high-frequency power generation unit and a load. And a partial resonance current is caused to flow through the output capacitance of each switch of each leg and the inductor existing in the DC/RF converter to charge and discharge the output capacitance of the switch of each leg. In the high frequency power supply device in which the discharge circuit is configured for each switch,
For a first auxiliary circuit between a capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power supply unit is applied, and a voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. A first auxiliary reactor connected through a switch, and a second auxiliary circuit switch connected between the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit. And a supplementary current superposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase, from the DC power supply unit to the capacitor voltage dividing circuit and the first auxiliary reactor. From the DC power supply unit, a supplementary current that is output through the auxiliary reactor and the first auxiliary circuit switch, and that is superimposed on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. A resonance auxiliary circuit that outputs through a capacitor voltage dividing circuit, a second auxiliary reactor, and a second auxiliary circuit switch;
Dead time for charging/discharging the output capacitance of the switch forming the leg of the control phase without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit formed for each switch of the control phase leg. The first auxiliary circuit switch is turned off when it can be completed in the period of, and the supplementary current is superimposed on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. Otherwise, the first auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of the switch forming the leg of the control phase cannot be completed in the dead time period. Each switch that controls the ON/OFF of the auxiliary circuit switch and configures the leg of the reference phase without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. The second auxiliary circuit switch is turned off when the charging/discharging of the output capacitance can be completed during the dead time, and the charging/discharging configured for each switch of the leg of the reference phase. For the second auxiliary circuit when charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the reference phase cannot be completed during the dead time unless the supplemental current is superimposed on the partial resonance current flowing through the circuit. An auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the second auxiliary circuit switch so that the switch is turned on;
Equipped with,
The auxiliary circuit switch control unit includes a matching state determination unit that determines whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching unit, and a load current detection unit that detects a current supplied to the load from the high frequency power generation unit. Means and the matching state determination means determines that impedance matching is achieved, and the average value or effective value of the current detected by the load current detection means is equal to or greater than a first set value, and It is determined that the impedance is not matched by the matching state determination means, but when the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means is the second set value or more, the first The auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are turned off, and the matching state determination means determines that impedance matching has been achieved. However, the average value of the current detected by the load current detection means. Alternatively, when the effective value is less than the first set value, and when the matching state determination unit determines that impedance is not matched, and the average value or the effective value of the current detected by the load current detection unit. A switch for controlling the first and second auxiliary circuit switches so as to turn on the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch when is less than the second set value. A high-frequency power supply device comprising: a control unit .
一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、前記スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力を前記DC/RF変換部から出力させるべく、前記基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるように前記スイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、前記高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備え、各レグのスイッチの出力静電容量と前記DC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置において、
前記DC電源部の出力電圧が両端に印加された第1のコンデンサ分圧回路及び前記第1のコンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の制御相のレグの中点との間に第1の補助回路用スイッチを通して接続された第1の補助リアクトルと、前記DC電源部の出力電圧が両端に印加された第2のコンデンサ分圧回路及び前記第2のコンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の基準相のレグの中点との間に第2の補助回路用スイッチを通して接続された第2の補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記第1のコンデンサ分圧回路と前記第1の補助リアクトルと前記第1の補助回路用スイッチとを通して出力し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記第2のコンデンサ分圧回路と第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、
前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第1の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第1の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように第2の補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部と、
を具備し、
前記補助回路用スイッチ制御部は、前記インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、前記高周波電力発生部から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第1の設定値未満であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ前記負荷電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第2の設定値未満であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記第1及び第2の補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えていることを特徴とする高周波電源装置。
A DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs with a high-side switch and a low-side switch connected in series to each other with the connection point of both switches as a middle point are provided, and one and the other of the two legs are connected. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit as a leg for the reference phase and a leg for the control phase; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing a dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg is stopped, After turning on the high side switch of the phase leg, turn on the low side switch of the control phase leg, and after turning on the low side switch of the reference phase leg, turn on the high side switch of the control phase leg. A high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures the switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on, and an impedance matching inserted between the high-frequency power generation unit and a load. And a discharge device for charging and discharging the output capacitance of each leg switch by flowing a partial resonance current through the output capacitance of each leg switch and the inductor existing in the DC/RF converter. In a high frequency power supply where the circuit is configured for each switch,
A first capacitor voltage dividing circuit, to which the output voltage of the DC power source unit is applied, and a voltage dividing point of the first capacitor voltage dividing circuit and a middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. A first auxiliary reactor connected through one auxiliary circuit switch, a second capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power supply unit is applied to both ends, and a voltage dividing point of the second capacitor voltage dividing circuit. And a second auxiliary reactor connected through a second auxiliary circuit switch between the switching circuit and the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit, and configured for each switch of the leg of the control phase. A supplementary current superimposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit is output from the DC power supply unit through the first capacitor voltage dividing circuit, the first auxiliary reactor, and the first auxiliary circuit switch, and A replenishment current superimposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the reference phase is supplied from the DC power supply unit to the second capacitor voltage dividing circuit, the second auxiliary reactor, and the second auxiliary reactor. A resonance auxiliary circuit that outputs through an auxiliary circuit switch,
The charge/discharge of the output capacitance of each switch constituting the leg of the control phase is dead without superimposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. When it can be completed during the time period, the first auxiliary circuit switch is turned off, and the supplemental current is supplied to the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. The first auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of each switch constituting the leg of the control phase cannot be completed during the dead time unless superposed. The ON/OFF of the auxiliary circuit switch No. 1 is controlled, and the leg of the reference phase is configured without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. The second auxiliary circuit switch is turned off when charging/discharging of the output capacitance of each switch can be completed during the dead time, and each switch of the leg of the reference phase is configured. The second auxiliary when the charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the reference phase cannot be completed during the dead time unless the supplemental current is superposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit. An auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the second auxiliary circuit switch so as to turn on the circuit switch,
Equipped with,
The auxiliary circuit switch control unit includes a matching state determination unit that determines whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching unit, and a load current detection unit that detects a current supplied to the load from the high frequency power generation unit. Means and the matching state determination means determines that impedance matching is achieved, and the average value or effective value of the current detected by the load current detection means is equal to or greater than a first set value, and It is determined that the impedance is not matched by the matching state determination means, but when the average value or the effective value of the current detected by the load current detection means is the second set value or more, the first The auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are turned off, and the matching state determination means determines that impedance matching has been achieved. However, the average value of the current detected by the load current detection means. Alternatively, when the effective value is less than the first set value, and when the matching state determination unit determines that impedance is not matched, and the average value or the effective value of the current detected by the load current detection unit. A switch for controlling the first and second auxiliary circuit switches so as to turn on the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch when is less than the second set value. A high-frequency power supply device comprising a control means.
一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、前記スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力を前記DC/RF変換部から出力させるべく、前記基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるように前記スイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、前記高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備え、各レグの各スイッチの出力静電容量と前記DC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置において、
前記DC電源部の出力電圧が両端に印加されたコンデンサ分圧回路と、前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の制御相のレグの中点との間に第1の補助回路用スイッチを通して接続された第1の補助リアクトルと、前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の基準相のレグの中点との間に第2の補助回路用スイッチを通して接続された第2の補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記コンデンサ分圧回路と前記第1の補助リアクトルと前記第1の補助回路用スイッチとを通して出力し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部からコンデンサ分圧回路と第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、
前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成するスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第1の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成するスイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第1の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように第2の補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部と、
を具備し、
前記補助回路用スイッチ制御部は、前記インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、前記スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流を検出する回路電流検出手段と、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第1の設定値未満であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第2の設定値未満であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えていることを特徴とする高周波電源装置。
A DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs with a high-side switch and a low-side switch connected in series to each other with the connection point of both switches as a middle point are provided, and one and the other of the two legs are connected. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit as a leg for the reference phase and a leg for the control phase; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing a dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg is stopped, After turning on the high side switch of the phase leg, turn on the low side switch of the control phase leg, and after turning on the low side switch of the reference phase leg, turn on the high side switch of the control phase leg. A high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures the switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on, and an impedance matching inserted between the high-frequency power generation unit and a load. And a partial resonance current is caused to flow through the output capacitance of each switch of each leg and the inductor existing in the DC/RF converter to charge and discharge the output capacitance of the switch of each leg. In the high frequency power supply device in which the discharge circuit is configured for each switch,
For a first auxiliary circuit between a capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power supply unit is applied, and a voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. A first auxiliary reactor connected through a switch, and a second auxiliary circuit switch connected between the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit. And a supplementary current superposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the control phase, from the DC power supply unit to the capacitor voltage dividing circuit and the first auxiliary reactor. From the DC power supply unit, a supplementary current that is output through the auxiliary reactor and the first auxiliary circuit switch, and that is superimposed on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. A resonance auxiliary circuit that outputs through a capacitor voltage dividing circuit, a second auxiliary reactor, and a second auxiliary circuit switch;
Dead time for charging/discharging the output capacitance of the switch forming the leg of the control phase without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit formed for each switch of the control phase leg. The first auxiliary circuit switch is turned off when it can be completed in the period of, and the supplementary current is superimposed on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. Otherwise, the first auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of the switch forming the leg of the control phase cannot be completed in the dead time period. Each switch that controls the ON/OFF of the auxiliary circuit switch and configures the leg of the reference phase without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. The second auxiliary circuit switch is turned off when the charging/discharging of the output capacitance can be completed during the dead time, and the charging/discharging configured for each switch of the leg of the reference phase. For the second auxiliary circuit when charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the reference phase cannot be completed during the dead time unless the supplemental current is superimposed on the partial resonance current flowing through the circuit. An auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the second auxiliary circuit switch so that the switch is turned on;
Equipped with,
The auxiliary circuit switch control unit includes a matching state determination unit that determines whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching unit, and a middle point of a leg of a reference phase and a leg of a control phase of the switching circuit. Circuit current detecting means for detecting the current flowing through the circuit between the point and the point, and the average value of the current detected by the circuit current detecting means, which is determined by the matching state determining means impedance matching When the effective value is equal to or higher than the first set value, and the impedance is not determined to be matched by the matching state determination means, the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means. Is greater than or equal to the second set value, the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are turned off, and the matching state determination means determines that impedance matching is achieved. However, when the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is less than the first set value, and it is determined that the impedance is not matched by the matching state determination means, and When the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is less than the second set value, the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are turned on. A high-frequency power supply device comprising: a switch control unit that controls the auxiliary circuit switch .
一定の直流出力を発生するDC電源部と、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを互いに直列に接続して両スイッチの接続点を中点としたレグを二つ備えて該二つのレグの一方及び他方をそれぞれ基準相のレグ及び制御相のレグとして両レグを前記DC電源部の出力端子間に並列に接続した構成を有するフルブリッジ型のスイッチング回路を備えたDC/RF変換部と、前記スイッチング回路の各レグを構成するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ双方への駆動信号の供給を休止する期間であるデッドタイムを設けながら、負荷に供給する高周波電力を前記DC/RF変換部から出力させるべく、前記基準相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのローサイドスイッチをオン状態にする動作と、基準相のレグのローサイドスイッチをオン状態にした後制御相のレグのハイサイドスイッチをオン状態にする動作とを交互に行わせるように前記スイッチング回路を構成するスイッチを制御する制御部とを有する高周波電力発生部と、前記高周波電力発生部と負荷との間に挿入されたインピーダンス整合器とを備え、各レグのスイッチの出力静電容量と前記DC/RF変換部内に存在するインダクタとを通して部分共振電流を流して各レグのスイッチの出力静電容量の充放電を行わせる充放電回路が各スイッチに対して構成されている高周波電源装置において、
前記DC電源部の出力電圧が両端に印加された第1のコンデンサ分圧回路及び前記第1のコンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の制御相のレグの中点との間に第1の補助回路用スイッチを通して接続された第1の補助リアクトルと、前記DC電源部の出力電圧が両端に印加された第2のコンデンサ分圧回路及び前記第2のコンデンサ分圧回路の分圧点と前記スイッチング回路の基準相のレグの中点との間に第2の補助回路用スイッチを通して接続された第2の補助リアクトルとを備えて、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記第1のコンデンサ分圧回路と前記第1の補助リアクトルと前記第1の補助回路用スイッチとを通して出力し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に重畳する補充電流を前記DC電源部から前記第2のコンデンサ分圧回路と第2の補助リアクトルと第2の補助回路用スイッチとを通して出力する共振補助回路と、
前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第1の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記制御相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと制御相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第1の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記第1の補助回路用スイッチのオンオフを制御し、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しなくても基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができるときに前記第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記基準相のレグの各スイッチに対して構成された充放電回路を流れる部分共振電流に補充電流を重畳しないと基準相のレグを構成する各スイッチの出力静電容量の充放電をデッドタイムの期間に完了させることができないときに前記第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように第2の補助回路用スイッチのオンオフを制御する補助回路用スイッチ制御部と、
を具備し、
前記補助回路用スイッチ制御部は、前記インピーダンス整合器によるインピーダンスの整合がとれているか否かを判定する整合状態判定手段と、前記スイッチング回路の基準相のレグの中点と制御相のレグの中点との間の回路を流れる電流を検出する回路電流検出手段と、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定され、かつ前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第1の設定値以上であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定されているが、前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が第2の設定値以上であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオフ状態にし、前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていると判定されているが、前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第1の設定値未満であるとき、及び前記整合状態判定手段によりインピーダンスの整合がとれていないと判定され、かつ前記回路電流検出手段により検出された電流の平均値又は実効値が前記第2の設定値未満であるときに前記第1の補助回路用スイッチ及び第2の補助回路用スイッチをオン状態にするように前記補助回路用スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えていることを特徴とする高周波電源装置。
A DC power supply unit that generates a constant DC output and two legs with a high-side switch and a low-side switch connected in series to each other with the connection point of both switches as a middle point are provided, and one and the other of the two legs are connected. A DC/RF conversion unit having a full-bridge type switching circuit having a configuration in which both legs are connected in parallel between the output terminals of the DC power supply unit as a leg for the reference phase and a leg for the control phase; In order to output the high frequency power supplied to the load from the DC/RF conversion unit while providing a dead time which is a period in which the supply of the drive signal to both the high-side switch and the low-side switch forming each leg is stopped, After turning on the high side switch of the phase leg, turn on the low side switch of the control phase leg, and after turning on the low side switch of the reference phase leg, turn on the high side switch of the control phase leg. A high-frequency power generation unit having a control unit that controls a switch that configures the switching circuit so as to alternately perform an operation of turning on, and an impedance matching inserted between the high-frequency power generation unit and a load. And a discharge device for charging and discharging the output capacitance of each leg switch by flowing a partial resonance current through the output capacitance of each leg switch and the inductor existing in the DC/RF converter. In a high frequency power supply where the circuit is configured for each switch,
A first capacitor voltage dividing circuit, to which the output voltage of the DC power source unit is applied, and a voltage dividing point of the first capacitor voltage dividing circuit and a middle point of the leg of the control phase of the switching circuit. A first auxiliary reactor connected through one auxiliary circuit switch, a second capacitor voltage dividing circuit to which the output voltage of the DC power supply unit is applied to both ends, and a voltage dividing point of the second capacitor voltage dividing circuit. And a second auxiliary reactor connected through a second auxiliary circuit switch between the switching circuit and the midpoint of the leg of the reference phase of the switching circuit, and configured for each switch of the leg of the control phase. A supplementary current superimposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit is output from the DC power supply unit through the first capacitor voltage dividing circuit, the first auxiliary reactor, and the first auxiliary circuit switch, and A replenishment current superimposed on a partial resonance current flowing through a charging/discharging circuit configured for each switch of the leg of the reference phase is supplied from the DC power supply unit to the second capacitor voltage dividing circuit, the second auxiliary reactor, and the second auxiliary reactor. A resonance auxiliary circuit that outputs through an auxiliary circuit switch,
The charge/discharge of the output capacitance of each switch constituting the leg of the control phase is dead without superimposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. When it can be completed during the time period, the first auxiliary circuit switch is turned off, and the supplemental current is supplied to the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the control phase. The first auxiliary circuit switch is turned on when charging/discharging of the output capacitance of each switch constituting the leg of the control phase cannot be completed during the dead time unless superposed. The ON/OFF of the auxiliary circuit switch No. 1 is controlled, and the leg of the reference phase is configured without superposing the supplementary current on the partial resonance current flowing through the charge/discharge circuit configured for each switch of the leg of the reference phase. The second auxiliary circuit switch is turned off when charging/discharging of the output capacitance of each switch can be completed during the dead time, and each switch of the leg of the reference phase is configured. The second auxiliary when the charging/discharging of the output capacitance of each switch forming the leg of the reference phase cannot be completed during the dead time unless the supplemental current is superposed on the partial resonance current flowing through the charging/discharging circuit. An auxiliary circuit switch control unit for controlling on/off of the second auxiliary circuit switch so as to turn on the circuit switch,
Equipped with,
The auxiliary circuit switch control unit includes a matching state determination unit that determines whether or not impedance matching is achieved by the impedance matching unit, and a middle point of a leg of a reference phase and a leg of a control phase of the switching circuit. Circuit current detecting means for detecting the current flowing through the circuit between the point and the point, and the average value of the current detected by the circuit current detecting means, which is determined by the matching state determining means impedance matching When the effective value is equal to or higher than the first set value, and the impedance is not determined to be matched by the matching state determination means, the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means. Is greater than or equal to the second set value, the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are turned off, and the matching state determination means determines that impedance matching is achieved. However, when the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is less than the first set value, and it is determined that the impedance is not matched by the matching state determination means, and When the average value or the effective value of the current detected by the circuit current detection means is less than the second set value, the first auxiliary circuit switch and the second auxiliary circuit switch are turned on. A high-frequency power supply device comprising: a switch control unit that controls the auxiliary circuit switch .
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