JP6810316B1 - プラズマ加工装置用直流パルス電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と低電位線との間に接続された、第1スイッチング部と第2スイッチング部とが直列に接続された直列回路と、
d)前記第1及び第2のスイッチング部の接続部と電圧出力端との間に接続された共振リアクトルと、
e)導通時に前記電圧出力端から前記第1スイッチング部の高電位端への一方向に電流を流すことが可能である第3スイッチング部と、
f)導通時に前記第2スイッチング部の低電位端から前記電圧出力端への一方向に電流を流すことが可能である第4スイッチング部と、
g)前記電圧出力端と低電位線との間に接続された共振コンデンサと、
h)前記第1スイッチング部と前記第2スイッチング部を所定のデッドタイムを挟んで相補的にオン動作させる制御部と、
を備え、前記制御部は、前記第1スイッチング部をオンしたとき、前記共振リアクトル及び前記共振コンデンサに流れる電流により該コンデンサが充電され、前記電圧出力端の電位が前記第1スイッチング部の高電位端の電位を超えて前記第3スイッチング部が導通する状態が所定時間続くまで前記第1スイッチング部のオン動作を継続させ、他方、前記第2スイッチング部をオンしたとき、前記共振コンデンサの充電時とは逆方向に前記共振リアクトルを流れる電流により前記共振コンデンサの充電電圧が下がり、前記電圧出力端の電位が前記第2スイッチング部の低電位端の電位を下回って前記第4スイッチング部が導通する状態が所定時間続くまで前記第2スイッチング部のオン動作を継続させるように、前記第1スイッチング部と前記第2スイッチング部をそれぞれオン動作させるものである。
図1は本実施形態の直流パルス電源装置の概略回路構成図、図2は本実施形態の直流パルス電源装置の要部の動作波形図、図3は本実施形態の直流パルス電源装置における電流の流れを示す模式図である。
なお、ダンピング抵抗22は回路の寄生インダクタンス及び容量のダンピング用であって、場合によっては省略することができる。
電源電圧V1:1500V、平滑リアクトル12のインダクタンス:1mH、電源コンデンサ13のキャパシタンス:10μF、共振リアクトル18のインダクタンス:12μH、共振コンデンサ21のキャパシタンス:900pF、ダンピング抵抗22の抵抗値:2Ω、負荷キャパシタ50のキャパシタンス:300pF、負荷抵抗の抵抗値:500Ω、スイッチングパルスの周波数:400kHz
上記パラメータ値で装置動作のコンピュータシミュレーションを行って所望の波形が得られることが確認できた。
(1)共振レッグ回路が不要であるため、回路構成が簡素である。
(2)共振レッグ回路の共振条件に同期させて主レッグ回路を動作させる必要がなく、スイッチング部を駆動するための制御が単純になる。
(3)共振リアクトル18の蓄積エネルギによる電流はダイオード19、20による閉じたクランプ回路を循環するだけであるので高電圧を発生するモードがない。
(4)負荷が短絡した場合、共振リアクトル18が電流源として作用するため、スイッチング部14や第3ダイオード19の破損を回避することができる。
例えば、図1に示した構成の直流パルス電源装置をスタック状に多段の構成とすることにより、一段の回路では実現が難しい高い電圧のパルスを生成することができる。
また、第4ダイオード20により0Vではない別の電圧V2(但しV2<V1)にクランプするように回路構成を変更すれば、0V以外の二つの電圧レベルの直流パルス電圧を生成することが可能である。
11…電源ダイオード
12…電源リアクトル
13…電源コンデンサ
14…第1スイッチング部
15…第1ダイオード
16…第2スイッチング部
17…第2ダイオード
18…共振リアクトル
19…第3ダイオード
20…第4ダイオード
21…共振コンデンサ
22…ダンピング抵抗
23…正極性出力端
24…負極性出力端
5…容量性負荷回路
50…負荷キャパシタ
51…負荷抵抗
Claims (2)
- プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と低電位線との間に接続された、第1スイッチング部と第2スイッチング部とが直列に接続された直列回路と、
d)前記第1及び第2のスイッチング部の接続部と電圧出力端との間に接続された共振リアクトルと、
e)導通時に前記電圧出力端から前記第1スイッチング部の高電位端への一方向に電流を流すことが可能である第3スイッチング部と、
f)導通時に前記第2スイッチング部の低電位端から前記電圧出力端への一方向に電流を流すことが可能である第4スイッチング部と、
g)前記電圧出力端と低電位線との間に接続された共振コンデンサと、
h)前記第1スイッチング部と前記第2スイッチング部を所定のデッドタイムを挟んで相補的にオン動作させる制御部と、
を備え、前記制御部は、前記第1スイッチング部をオンしたとき、前記共振リアクトル及び前記共振コンデンサに流れる電流により該コンデンサが充電され、前記電圧出力端の電位が前記第1スイッチング部の高電位端の電位を超えて前記第3スイッチング部が導通する状態が所定時間続くまで前記第1スイッチング部のオン動作を継続させ、他方、前記第2スイッチング部をオンしたとき、前記共振コンデンサの充電時とは逆方向に前記共振リアクトルを流れる電流により前記共振コンデンサの充電電圧が下がり、前記電圧出力端の電位が前記第2スイッチング部の低電位端の電位を下回って前記第4スイッチング部が導通する状態が所定時間続くまで前記第2スイッチング部のオン動作を継続させるように、前記第1スイッチング部と前記第2スイッチング部をそれぞれオン動作させるプラズマ加工装置用直流パルス電源装置。 - 前記第3スイッチング部及び前記第4スイッチング部はそれぞれダイオードである、請求項1に記載のプラズマ加工装置用直流パルス電源装置。
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