JP6835900B2 - 直流パルス電源装置、及び直流パルス電源装置の磁気飽和リセット方法 - Google Patents
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Description
[直流パルス電源装置]
本発明の直流パルス電源装置は、
(a) 直流電源部
(b) 直流リアクトルとスイッチング素子との直列回路を備え、直流電源部の直流電圧からパルス出力を発生するパルス部
(c) パルス部の直流リアクトルに並列接続されたキャパシタを含み、キャパシタのキャパシタ電圧により直流リアクトルの両端電圧をクランプ電圧に制限する電圧クランプ部
(d) パルス部のスイッチング素子のオン/オフ動作を制御する制御回路部
を備える。
(d1) スイッチング素子のスイッチング動作の周期を制御するスイッチング周期制御部、
(d2) 前記スイッチング素子のスイッチング動作の休止及び再開を制御する休止/再開制御部
を備える。
スイッチング周期制御部は、アーク状態に応じてパルス周期及び/又はパルス幅を異にするアークモードとパルスモードの2つの動作モードを備える。
アークモードは、アーク発生状態において、負荷への電力供給を停止してアークの発生を抑制する第1の周期モードであり、直流リアクトルの偏磁に伴って直流リアクトル電流の電流値は飽和電流レベルに向かって増加する。
パルスモードは、通常のプラズマ駆動状態において、負荷への電力供給を定常的に行う所定周期の第2の周期モードであり、直流リアクトル電流の電流値の変動は飽和電流レベル以下のレベル領域に収まる。
休止/再開制御部は、
(a) 直流リアクトルが磁気飽和に達した時点において、スイッチング素子をオフ状態としてスイッチング動作を休止する休止制御を行う。
休止状態においてスイッチング素子はオフ状態となり、この時の直流リアクトルの電圧時間積はクランプされたキャパシタ電圧と休止時間との積になる。休止状態の電圧時間積は、休止時間を十分にとることにより、スイッチング素子がオン状態の電圧時間積と同等とすることができ、これにより磁気飽和はリセットされる。なお、直流リアクトル電圧は、直流リアクトルに蓄積された蓄積エネルギーにより発生する電圧であり、休止時間の時間幅はクランプ電圧との電圧時間積が、スイッチング素子がオン状態の時の電圧時間積に相当するに十分な長さである。この休止制御では、スイッチング素子はオフ状態にあるため、直流電源から負荷への直流電圧の印加は維持される。
(a1) 時間に基づく制御態様による休止制御は、複数回のパルス動作においてスイッチング動作を休止する累積時間幅と、磁気飽和の飽和レベルに相当する設定時間幅との比較に基づいて、累積時間幅が設定時間幅を越えた場合にスイッチング素子を休止させる。
(b1) 時間に基づく制御態様による再開制御は、休止制御による休止時間と、磁気飽和がリセットされる設定時間幅との比較に基づいて、休止時間が設定時間幅に達した時にパルスモードによるスイッチング素子動作を再開する。
第1の態様は、休止制御及び再開制御を時間に基づく時間制御により行う態様である。第1の態様において、休止/再開制御部は、アークモードのスイッチング素子のオン/オフ動作において各オン状態の時間幅(Ton)を累積した累積パルス幅(Tpulse)が磁気飽和の許容時間幅(TP)を越えた時点でスイッチング素子の動作を休止する。スイッチング素子の休止時間(Trest)が設定時間(TRE)を越えた時点でスイッチング素子の動作を再開する。
第2の態様は、休止制御及び再開制御を電流に基づく電流制御により行う態様である。第2の態様において、休止/再開制御部は、アークモードにおいて、スイッチング素子の直流リアクトル電流(iDCL)の増加が直流リアクトル電流の磁気飽和レベル(iSA)を越えた時点でスイッチング素子の動作を休止する。スイッチング素子の直流リアクトル電流(iDCL)が、パルスモードにおける直流リアクトル電流のパルスモードレベル(iPA)を越えた時点でスイッチング素子の動作を再開する。
第3の態様は、休止制御を時間に基づく時間制御により行い、再開制御を電流に基づく電流制御により行う態様である。第3の態様において、休止/再開制御部は、アークモードのスイッチング素子のオン/オフ動作において各オン状態の時間幅(Ton)を累積した累積パルス幅(Tpulse)が磁気飽和の許容時間幅(TP)を越えた時点でスイッチング素子の動作を休止する。スイッチング素子の直流リアクトル電流(iDCL)が、パルスモードにおける直流リアクトル電流のパルスモードレベル(iPA)を越えた時点でスイッチング素子の動作を再開する。
第4の態様は、休止制御を電流に基づく電流制御により行い、再開制御を時間に基づく時間制御により行う態様である。休止/再開制御部は、アークモードにおけるスイッチング素子の直流リアクトル電流(iDCL)が直流リアクトル電流の磁気飽和レベル(iSA)を越えた時点で前記スイッチング素子の動作を休止する。スイッチング素子の休止時間(Trest)が設定時間(TRE)を越えた時点で前記スイッチング素子の動作を再開する。
電圧クランプ部は、キャパシタ電圧の内、クランプ電圧を越える電圧分を直流電源部に回生する回生回路を用いて構成する他、他の通常知られるクランプ回路を用いた構成を適用してもよい。電圧クランプ部として回生回路を用いた場合には、回生回路が直流電源部との間に設けた変圧器の変圧比により定まるキャパシタ電圧がクランプ電圧となり、クランプ電圧を越える電圧分は直流電源部に回生される。
本発明の直流パルス電源装置の制御方法は、直流電源部と、直流電源部の直流電圧からパルス出力を発生する直流リアクトルとスイッチング素子との直列回路を備えたパルス部と、パルス部の直流リアクトルに並列接続されたキャパシタのキャパシタ電圧により直流リアクトルの両端電圧をクランプ電圧に制限する電圧クランプ部と、パルス部のスイッチング素子のオン/オフ動作を制御する制御回路部を備える直流パルス電源装置の制御方法である。
(d1) スイッチング素子のスイッチング動作の周期を制御するスイッチング周期制御、
(d2) スイッチング素子のスイッチング動作の休止及び再開を制御する休止/再開制御
を備える。
スイッチング周期制御は、アーク状態に応じてパルス周期及び/又はパルス幅を異にするアークモードとパルスモードの2つの動作モードを備える。
アークモードは、アーク発生状態において、負荷への電力供給を停止してアークの発生を抑制する第1の周期モードであり、直流リアクトルの偏磁に伴って直流リアクトル電流の電流値は飽和電流レベルに向かって増加する。
パルスモードは、通常のプラズマ駆動状態において、負荷への電力供給を定常的に行う所定周期の第2の周期モードであり、直流リアクトル電流の電流値の変動は飽和電流レベル以下のレベル領域に収まる。
休止/再開制御は、
(a) 直流リアクトルが磁気飽和に達した時点において、スイッチング素子をオフ状態としてスイッチング動作を休止する休止制御を行う。
休止状態においてスイッチング素子はオフ状態となり、この時の直流リアクトルの電圧時間積はクランプされたキャパシタ電圧と休止時間との積になる。休止状態の電圧時間積は、休止時間を十分にとることにより、スイッチング素子がオン状態の電圧時間積と同等とすることができ、これにより磁気飽和はリセットされる。なお、直流リアクトル電圧は、直流リアクトルに蓄積された蓄積エネルギーにより発生する電圧であり、休止時間の時間幅はクランプ電圧との電圧時間積が、スイッチング素子がオン状態の時の電圧時間積に相当するに十分な長さである。この休止制御では、スイッチング素子はオフ状態にあるため、直流電源から負荷への直流電圧の印加は維持される。
(a1) 時間に基づく制御態様による休止制御は、複数回のパルス動作においてスイッチング動作を休止する累積時間幅と、磁気飽和の飽和レベルに相当する設定時間幅との比較に基づいて、累積時間幅が設定時間幅を越えた場合にスイッチング素子を休止させる。
(b1) 時間に基づく制御態様による再開制御は、休止制御による休止時間と、磁気飽和がリセットされる設定時間幅との比較に基づいて、休止時間が設定時間幅に達した時にパルスモードによるスイッチング素子動作を再開する。
図1は本発明の直流パルス電源装置の概略構成例を示している。直流パルス電源装置は直流電源部10、パルス部20、電圧クランプ部30clamp、制御回路部40を備え、パルス部20は直流電源部10の直流電圧からパルス出力を形成し、負荷50に供給する。
本発明による磁気飽和リセットのフローの概略を図3のフローチャートを用いて説明する。直流パルス電源装置は、パルスモード(S1)においてパルス出力を生成し、プラズマ負荷に電力を供給しプラズマを維持する。プラズマ負荷にアーク異常が発生した場合には、割り込みによりアークモードとし、スイッチング素子の周期を制御して負荷への供給電力を抑え、アークの発生を解消する。電圧クランプ部により直流リアクトルに発生する過剰電圧を抑制する構成では、アークモードにおいて、電圧クランプによる電圧抑制により直流リアクトルに磁気飽和が発生する。
本発明の直流パルス電源装置のスイッチング周期制御部及び休止/再開制御部の構成例及び動作について図4,5を用いて説明する。
スイッチング素子のオフ期間において、オン期間中の直流リアクトル電流で蓄積されたエネルギーにより直流リアクトル電圧が発生する。
この直流リアクトル電圧は電圧クランプ部によりクランプされた状態となるが、スイッチング素子をオフ状態とする休止時間を長くすることによりオン期間の電圧時間積に相当する電圧時間積を確保して直流リアクトルの磁気飽和をリセットすると共に、負荷への電力供給を維持する。その後、直流リアクトルの磁気飽和がリセットされた時点で駆動回路23に再開信号を送ってスイッチング動作を再開させる。
電流制御及び時間制御による休止制御及び再開制御の概要について図4の概略構成図、及び図5,図6のフローチャートを用いて説明する。図4(a)は休止制御及び再開制御の両制御を時間に基づいて制御する時間制御の第1の態様の概略構成を示し、図4(b)は休止制御及び再開制御の両制御を電流に基づいて制御する電流制御の第2の態様の概略構成を示している。時間制御と電流制御とを組み合わせた第3の態様及び第4の態様については、図6を用いてフローのみを示して図4に対応する構成については省略する。
時間制御の第1の態様を図4(a)の構成図、及び図5(a)のフローチャートを用いて説明する。制御回路部40は、スイッチング周期制御部40Aと休止/再開制御部40Bを備える。スイッチング周期制御部40Aは、パルスモードにおいてパルス出力を生成して負荷に電力を供給し、アークモードにおいて周期制御によりアーキング状態を解消する。一方、休止/再開制御部40Bは、パルスモードにおいて時間に基づく時間制御により駆動回路の駆動動作の休止及び再開を制御し、磁気飽和をリセットする。
電流制御の第2の態様を図4(b)の構成図、及び図5(b)のフローチャートを用いて説明する。制御回路部40は、スイッチング周期制御部40Aと休止/再開制御部40Cを備える。スイッチング周期制御部40Aは、パルスモードにおいてパルス出力を生成して負荷に電力を供給し、アークモードにおいて周期制御によりアーキング状態を解消する。一方、休止/再開制御部40Cは、パルスモードにおいて電流に基づく電流制御により駆動回路の駆動動作の休止及び再開を制御し、磁気飽和をリセットする。
時間制御と電流制御とを組み合わせた第3の態様を図6(a)のフローチャートを用いて説明する。なお、第3の態様の構成例の図は省略している。
電流制御と時間制御とを組み合わせた第4の態様を図6(b)のフローチャートを用いて説明する。なお、第4の態様の構成例の図は省略している。
本発明の直流パルス電源装置の構成例及び動作について図7〜図13を用いて説明する。ここでは、パルスモード、及びアークモードの割り込みについて説明する。
直流パルス電源装置は、プラズマが着火した後の通常状態ではパルスモードによりプラズマ負荷にパルス出力を出力し、プラズマ状態を維持する。
時間制御による第1の態様の構成例及び制御フローチャートについて。図12(a)及び図8を用いて説明する。図12(a)の構成例は図4(a)の概略構成例に対応し、図8のフローチャートは図5(a)のフローチャートに対応している。また、図14(a)は時間に基づく時間制御による波形図を示している。
図12(a)において、制御回路部40は、スイッチング周期制御部40Aと休止/再開制御部40Bを備える。
累積パルス幅演算部41は、アーク状態の発生回数Nに基づいて、スイッチング素子22をオン状態とする時間幅Twの累積パルス幅Tpulseを求める。累積パルス幅Tpulseは、Tpulse=Tw×N+Tvにより求められる。なお、累積パルス幅Tpulseは直流リアクトル電流iDCLが最初のアークが発生した時点から飽和電流レベルiSAに至るまでの時間幅であり、次回発生するアークの時点で飽和電流レベルiSAを越えるようなアークの発生回数をN回としたとき、N回後にパルスモードに移行した後、スイッチング素子Qがオン状態となってから直流リアクトル電流iDCLが飽和電流レベルiSAに達するまでの時間幅をTvとしている(S12Aa)。
休止時間比較部43は、パルス部20の動作を休止状態させて磁気飽和をリセットさせる休止時間Tresetを計時し、休止時間Tresetを設定時間TREと比較する。設定時間TREは、直流リアクトルの磁気飽和がキャパシタからのリセット電流iresetによってリセットされるまでの時間を予め求めることで設定することができる(S13Aa)。
(第2の態様)
図12(b)において、制御回路部40は、スイッチング周期制御部40Aと休止/再開制御部40Cを備える。
スイッチング周期制御部40Aは、第1の態様と同様に、通常のパルスモード動作(S11)を制御すると共に、アーク検出回路61のアーク検出を受けて(S21)、割り込みによりアークモードとする。アークモードでは、アークの発生回数Nを計数する(S22a)と共に、アーキング状態においてスイッチング素子22のオン時間の時間幅をTwに変更し、スイッチング素子22を時間幅Twの間だけオン状態とする(S22b)。時間幅Twが経過した後に(S22c)、スイッチング素子22をオフ状態にする(S22d)。なお、Tはパルス部におけるパルス周期の時間幅であり、時間幅Twはパルス周期の時間幅Tより短時間に設定される。S22a〜S22dにより、アークモードの周期によるスイッチング素子22のオン/オフ動作を繰り返すことによりアークを消失させる(S21)。
飽和レベル比較部44は、直流リアクトル電流検出部80から直流リアクトル電流iDCLを入力し(S12Ba)、直流リアクトル電流iDCLを飽和電流レベルiSAと比較し(S12Bb)、直流リアクトル電流iDCLが飽和電流レベルiSAを越えたときに休止信号を駆動回路23に送り(S12Bc)、スイッチング素子22をオフ状態としてパルス部20の動作を休止させる(S12Bd)。なお、フローチャートではスイッチング素子をQで表記している。
パルスモードレベル比較部45は、休止状態において、直流リアクトル電流iDCLをパルスモードレベルiPAと比較し(S13Ba)、直流リアクトル電流iDCLがパルスモードレベルiPAを越えたときには、直流リアクトルの磁気飽和がリセットされたものと判定する。ここで、パルスモードレベルiPAは、パルス部が通常のパルスモード動作を行っているときの直流リアクトル電流iDCLを予め求めておくことで設定することができる。
休止制御を時間制御で行い、再開制御を電流制御で行う第3の態様の構成例及び制御フローチャートについて。図13(a)及び図10を用いて説明する。図13(a)の構成例は図5(a)の概略構成例に対応し、図10のフローチャートは図6(a)のフローチャートに対応している。
図13(a)において、制御回路部40は、スイッチング周期制御部40Aと休止/再開制御部40Dを備える。
累積パルス幅演算部41は、アーク状態の発生回数Nに基づいて、スイッチング素子22をオン状態とする時間幅Twの累積パルス幅Tpulseを求める。累積パルス幅Tpulseは、Tpulse=Tw×N+Tvにより求められる。なお、累積パルス幅Tpulseは直流リアクトル電流iDCLが最初のアークが発生した時点から飽和電流レベルiSAに至るまでの時間幅であり、次回発生するアークの時点で飽和電流レベルiSAを越えるようなアークの発生回数をN回としたとき、N回後にパルスモードに移行した後、スイッチング素子Qがオン状態となってから直流リアクトル電流iDCLが飽和電流レベルiSAに達するまでの時間幅をTvとしている(S12Aa)。
パルスモードレベル比較部45は、休止状態において、直流リアクトル電流iDCLをパルスモードレベルiPAと比較し(S13Ba)、直流リアクトル電流iDCLがパルスモードレベルiPAを越えたときには、直流リアクトルの磁気飽和がリセットされたものと判定する。ここで、パルスモードレベルiPAは、パルス部が通常のパルスモード動作を行っているときの直流リアクトル電流iDCLを予め求めておくことで設定することができる。
休止制御を電流制御で行い、再開制御を時間制御で行う第4の態様の構成例及び制御フローチャートについて。図13(b)及び図11を用いて説明する。図13(b)の構成は図5(b)の概略構成例に対応し、図11のフローチャートは図6(b)のフローチャートに対応している。
図13(b)において、制御回路部40は、スイッチング周期制御部40Aと休止/再開制御部40Eを備える。
(休止制御:S12B)
飽和レベル比較部44は、直流リアクトル電流検出部80から直流リアクトル電流iDCLを入力し(S12Ba)、直流リアクトル電流iDCLを飽和電流レベルiSAと比較し(S12Bb)、直流リアクトル電流iDCLが飽和電流レベルiSAを越えたときに休止信号を駆動回路23に送り(S12Bc)、スイッチング素子22をオフ状態としてパルス部20の動作を休止させる(S12Bd)。なお、フローチャートではスイッチング素子をQで表記している。
休止時間比較部43は、パルス部20の動作を休止状態させて磁気飽和をリセットさせる休止時間Tresetを計時し、休止時間Tresetを設定時間TREと比較する。設定時間TREは、直流リアクトルの磁気飽和がキャパシタからのリセット電流iresetによってリセットされるまでの時間を予め求めることで設定することができる(S13Aa)。
以下、直流パルス電源装置の構成例について説明する。構成例の直流パルス電源装置のパルス部は、直流リアクトルの電圧をクランプする電圧クランプ部として直流リアクトルのリセット電圧を回生する回生部を備える。電圧クランプ部は直流リアクトルの電圧をクランプすることにより、直流リアクトルのリーケージインダクタンスによって発生するサージ電圧がスイッチング素子に与える損傷を回避する。
本発明の直流パルス電源装置の第1の構成例について図15を用いて説明する。
直流電源部(DC部)10は、交流電源2の交流電圧を直流電圧に整流する整流器11と、整流時に発生する過渡的に発生するスパイクの高電圧を吸収して抑制するスナバ回路12と、直流電圧を交流電圧に変換する単相インバータ回路13と、単相インバータ回路13の交流電圧を所定の電圧値に電圧変換する単相変圧器14と、単相変圧器14で電圧変換された交流電圧を直流電圧に整流する整流器15と、両端電圧を直流電源部の直流電圧とするキャパシタ16(CF)を備える。キャパシタ16の一端は接地され、他端に負電圧の低電圧が形成される。なお、図15に示す構成では、負荷4としてプラズマ発生装置の容量負荷の例を示している。ここでは、プラズマ発生装置の一端を接地して負電圧を供給しているため、直流電源部10は負電圧のパルス出力を発生する構成を示している。
パルス部20Aは昇圧チョッパ回路により直流電圧からパルス波形を生成する。昇圧チョッパ回路は、直流電源側と負荷側との間に直列接続された直流リアクトル21aと、負荷側に対して並列接続されたスイッチング素子(Q1)22と、スイッチング素子22のオン/オフ動作を駆動する駆動回路23を備える。パルス部20Aの直流電源側は、接地された端子Bと低電圧側として負電圧の端子Aを備える。図示するスイッチング素子22はFETの例を示し、ソースS側を低電圧側にドレインD側を接地電圧側に接続し、ゲートG側には駆動回路23からの駆動信号が入力される。
回生部30は昇圧チョッパ回路の直流リアクトルの直流リアクトル電圧の内、設定電圧を超える電圧分を直流電源に回生する。回生部30は、ダイオード31、キャパシタ32(C1)、インバータ回路33,変圧器34,整流器35を備える。
図16を用いて直流パルス電源装置の回生部が備えるインバータ回路の回路構成例を説明する。
図17を用いて本発明の直流パルス電源装置の第2の構成例について説明する。第2の構成例は、パルス部20Bの昇圧チョッパ回路の構成において第1の構成例と相違し、その他の構成は第1の構成例と同様である。以下、第1の構成例と相違する構成について説明し、その他の共通する構成の説明は省略する。
図18を用いて本発明の直流パルス電源装置の第3の構成例について説明する。第3の構成例は、パルス部20Cの昇圧チョッパ回路の構成において第1,2の構成例と相違し、その他の構成は第1,2の構成例と同様である。以下、第1,2の構成例と相違する構成について説明し、その他の共通する構成の説明は省略する。
図19を用いて本発明の直流パルス電源装置の第4の構成例について説明する。第4の構成例は、パルス部20Dの昇圧チョッパ回路の直流リアクトルを構成するトランスの構成において第3の構成例と相違し、その他の構成は第3の構成例と同様である。
図20を用いて本発明の直流パルス電源装置の第5の構成例について説明する。第5の構成例は、昇圧チョッパ回路の直流リアクトルの設置態様において第2の構成例と相違し、その他の構成は第2の構成例と同様である。以下、第2の構成例と相違する構成について説明し、その他の共通する構成の説明は省略する。
2 交流電源
3 出力ケーブル
4 負荷
10 直流電源部
11 整流器
12 スナバ回路
13 単相インバータ回路
14 単相変圧器
15 整流器
16 キャパシタ
20,20A,20B,20C,20D パルス部
21 直流リアクトル
21b−1 一次コイル
21b−2 二次コイル
21a〜21e 直流リアクトル
22 スイッチング素子
23 駆動回路
30 回生部
30clamp 電圧クランプ部
31 ダイオード
32 キャパシタ
33 インバータ回路
33a ブリッジ回路
33b 駆動回路
34 変圧器
35 整流器
40 制御回路部
40A スイッチング周期制御部
40B,40B,40C,40D,40E 休止/再開制御部
41 累積パルス幅演算部
42 パルス幅比較部
43 休止時間比較部
44 飽和レベル比較部
45 パルスモードレベル比較部
50 負荷
60 負荷状態検出部
61 アーク検出回路
80 直流リアクトル電流検出部
100A,100B,100C 直流パルス電源装置
110A,110B,110C 直流電源部
120A,120B,120C パルス部
121A,121B,121C 直流リアクトル
122A,122B,122C スイッチング素子
123A,123B,123C 駆動回路
130clampB,130clampC 電圧クランプ部
140A,140C 制御回路部
150A,150B,150C 負荷
160C アーク検出部
T パルス周期
TP 設定パルス幅
TRE 設定時間
TST 設定時間
Toff オフ期間
Ton オン期間
Tpulse 累積パルス幅
Treset 休止時間
Tstop 停止時間
Tw 時間幅
VAB 直流電圧
VC1 キャパシタ電圧
VDCL 直流リアクトル電圧
VDCL1 直流リアクトル電圧
VDCL2 直流リアクトル電圧
VDS ドレイン・ソース電圧
Vin 回生入力電圧
Vo 出力電圧
iDCL 直流リアクトル電流
iPA パルスモードレベル
iSA 飽和電流レベル
ireset リセット電流
α 制御信号
Claims (8)
- 直流電源部と、
直流リアクトルとスイッチング素子との直列回路を備え、前記直流電源部の直流電圧からパルス出力を発生するパルス部と、
前記パルス部の直流リアクトルに並列接続されたキャパシタを含み、当該キャパシタのキャパシタ電圧により直流リアクトルの両端電圧をクランプ電圧に制限する電圧クランプ部と、
前記パルス部のスイッチング素子のオン/オフ動作を制御する制御回路部を備え、
前記制御回路部は、
前記スイッチング素子のスイッチング動作のデューティーを制御するスイッチング周期制御部と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作の休止及び再開を制御する休止/再開制御部を備え、
前記休止/再開制御部は、
前記直流リアクトルが磁気飽和に達した時点において、
前記スイッチング素子をオフ状態としてスイッチング動作を休止し、
前記スイッチング素子の休止時間中に、負荷に直流電圧を印加すると共に、キャパシタ電圧にクランプされた直流リアクトル電圧により磁気飽和をリセットし、
前記直流リアクトルの磁気飽和がリセットされた時点において、
前記スイッチング素子の駆動動作を再開する
ことを特徴とする直流パルス電源装置。 - 前記スイッチング周期制御部は、
定常電力のパルス出力を供給するパルスモードと、
前記パルスモードよりも低周期で低電力のパルス出力を供給するアークモード
の2つのモードを備えることを特徴とする請求項1に記載の直流パルス電源装置。 - 前記休止/再開制御部は、
前記アークモードにおける前記スイッチング素子のオン状態の累積パルス幅が磁気飽和の許容時間幅を越えた時点で前記スイッチング素子の動作を休止し、
前記スイッチング素子の休止時間が設定時間を越えた時点で前記スイッチング素子の動作を再開することを特徴とする請求項2に記載の直流パルス電源装置。 - 前記休止/再開制御部は、
前記アークモードにおける前記スイッチング素子の直流リアクトル電流が直流リアクトル電流の磁気飽和レベルを越えた時点で前記スイッチング素子の動作を休止し、
前記スイッチング素子の直流リアクトル電流が、パルスモードにおける直流リアクトル電流のパルスモードレベルを越えた時点で前記スイッチング素子の動作を再開することを特徴とする請求項2に記載の直流パルス電源装置。 - 前記休止/再開制御部は、
前記アークモードにおける前記スイッチング素子のオン状態の累積パルス幅が磁気飽和の許容時間幅を越えた時点で前記スイッチング素子の動作を休止し、
前記スイッチング素子の直流リアクトル電流が、パルスモードにおける直流リアクトル電流のパルスモードレベルを越えた時点で前記スイッチング素子の動作を再開することを特徴とする請求項2に記載の直流パルス電源装置。 - 前記休止/再開制御部は、
前記アークモードにおける前記スイッチング素子の直流リアクトル電流が直流リアクトル電流の磁気飽和レベルを越えた時点で前記スイッチング素子の動作を休止し、
前記スイッチング素子の休止時間が設定時間を越えた時点で前記スイッチング素子の動作を再開することを特徴とする請求項2に記載の直流パルス電源装置。 - 前記電圧クランプ部は、前記キャパシタ電圧の内、前記クランプ電圧を越える電圧分を前記直流電源部に回生する回生回路であることを特徴とする請求項1から6の何れか一つに記載の直流パルス電源装置。
- 直流電源部と、
直流リアクトルとスイッチング素子との直列回路を備え、前記直流電源部の直流電圧からパルス出力を発生するパルス部と、
前記パルス部の直流リアクトルに並列接続されたキャパシタを含み、当該キャパシタのキャパシタ電圧により直流リアクトルの両端電圧をクランプ電圧に制限する電圧クランプ部と、
前記パルス部のスイッチング素子のオン/オフ動作を制御する制御回路部を備える直流パルス電源装置の制御方法であり、
前記制御回路部による制御は、
前記スイッチング素子のスイッチング動作のデューティーを制御するスイッチング周期制御と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作の休止及び再開を制御する休止/再開制御を備え、
前記スイッチング周期制御は、
定常電力のパルス出力を供給するパルスモードと、
前記パルスモードよりも低周期で低電力のパルス出力を供給するアークモード
の2つのモードを備え、
前記休止/再開制御は、
前記直流リアクトルが磁気飽和に達した時点において、
前記スイッチング素子をオフ状態としてスイッチング動作を休止し、
前記スイッチング素子の休止時間中に、負荷に直流電圧を印加すると共に、キャパシタ電圧にクランプされた直流リアクトル電圧により磁気飽和をリセットし、
前記直流リアクトルの磁気飽和がリセットされた時点において、
前記スイッチング素子の駆動動作を再開する
ことを特徴とする直流パルス電源装置の制御方法。
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