JP7377611B2 - power supply - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ発生装置用の電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device for a plasma generator.
プラズマ発生装置用の電源装置は、プラズマ発生装置に大電流(プラズマ電流)を供給するためのものであり、このような電源装置としては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。 A power supply device for a plasma generation device is for supplying a large current (plasma current) to the plasma generation device, and as such a power supply device, for example, the one described in Patent Document 1 is known. .
プラズマ発生装置用の電源装置では、プラズマ電流を急峻に立ち上げるための回路(立上げ部)の制御と、立ち上げ後のプラズマ電流を平坦に維持するための回路(維持部)の制御が必要となる。特に、プラズマ発生装置に効率よくプラズマ電流を供給し、プラズマ発生装置に対する電気的および磁気的ストレスを低減するためには、立上げ部の制御と維持部の制御の切替えを円滑に行うことが求められる。 In a power supply device for a plasma generator, it is necessary to control the circuit (startup part) to sharply start up the plasma current, and the circuit (maintenance part) to keep the plasma current flat after startup. becomes. In particular, in order to efficiently supply plasma current to the plasma generator and reduce electrical and magnetic stress on the plasma generator, it is necessary to smoothly switch between control of the start-up section and control of the maintenance section. It will be done.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、プラズマ電流を立ち上げるための制御とプラズマ電流を平坦に維持するための制御との切替えを円滑に行うことが可能な電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to smoothly switch between control for raising the plasma current and control for maintaining the plasma current flat. The purpose is to provide a possible power supply device.
上記課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、
プラズマ発生装置にプラズマを発生させるためのプラズマ電流を供給する電源装置であって、
コンデンサと、前記コンデンサを放電させるための放電用スイッチとを含み、前記コンデンサの放電電流を前記プラズマ発生装置に供給することで、前記プラズマ電流を所定の第1電流値まで立ち上げる立上げ部と、
前記立上げ部の入力側に接続されたインバータ回路を含み、前記インバータ回路の出力電流を前記立上げ部を介して前記プラズマ発生装置に供給することで、前記プラズマ電流を前記第1電流値よりも大の第2電流値に維持する維持部と、
前記インバータ回路を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記プラズマ電流が前記第1電流値よりも小の場合は、前記維持部の出力電圧を前記立上げ部の出力電圧に一致させる定電圧制御を行い、
前記プラズマ電流が前記第1電流値よりも大で前記第2電流値よりも小の場合は、前記プラズマ電流の電流値を所定の目標電流値に一致させるとともに、前記目標電流値を前記第2電流値に向けて所定の勾配で増加させる第1定電流制御を行い、
前記プラズマ電流が前記第2電流値に達した場合は、前記目標電流値を前記第2電流値とする第2定電流制御を行うことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a power supply device according to the present invention includes:
A power supply device that supplies a plasma current for generating plasma to a plasma generator,
a start-up unit that includes a capacitor and a discharge switch for discharging the capacitor, and starts up the plasma current to a predetermined first current value by supplying the discharge current of the capacitor to the plasma generator; ,
an inverter circuit connected to the input side of the startup section, and by supplying an output current of the inverter circuit to the plasma generation device via the startup section, the plasma current is lower than the first current value. a maintaining unit that maintains the second current value at a higher value;
a control unit that controls the inverter circuit;
Equipped with
The control unit includes:
When the plasma current is smaller than the first current value, constant voltage control is performed to match the output voltage of the sustaining section to the output voltage of the rising section;
When the plasma current is larger than the first current value and smaller than the second current value, the current value of the plasma current is made to match a predetermined target current value, and the target current value is set to the second current value. Performing first constant current control to increase the current value at a predetermined slope,
When the plasma current reaches the second current value, second constant current control is performed to set the target current value to the second current value.
この構成によれば、制御部がプラズマ電流の目標電流値を第1電流値から第2電流値に向けて所定の勾配で増加させる第1定電流制御を行うので、プラズマ電流を立ち上げるための制御(定電圧制御)とプラズマ電流を平坦に維持するための制御(第2定電流制御)との切替えを円滑に行うことができる。 According to this configuration, the control unit performs the first constant current control to increase the target current value of the plasma current from the first current value to the second current value at a predetermined gradient, so that It is possible to smoothly switch between control (constant voltage control) and control for maintaining a flat plasma current (second constant current control).
上記電源装置は、
前記立上げ部と前記維持部との間に介装され、オフ状態のときに前記立上げ部と前記維持部とを電気的に切り離し、オン状態のときに前記立上げ部と前記維持部とを電気的に接続する接続スイッチをさらに備え、
前記接続スイッチは、前記定電圧制御時にオフ状態となる一方、前記第1定電流制御時および前記第2定電流制御時にオン状態となることが好ましい。
The above power supply device is
interposed between the rising part and the maintaining part, electrically disconnecting the rising part and the maintaining part when in the off state, and disconnecting the rising part and the maintaining part when in the on state; further comprising a connection switch for electrically connecting the
Preferably, the connection switch is in an off state during the constant voltage control, and is in an on state during the first constant current control and the second constant current control.
この構成によれば、定電圧制御時に、立上げ部から維持部に電流が逆流してしまうのを防ぐことができるので、プラズマ発生装置に効率よくプラズマ電流を供給することができる。 According to this configuration, it is possible to prevent current from flowing backward from the startup section to the maintenance section during constant voltage control, so that plasma current can be efficiently supplied to the plasma generator.
上記電源装置において、
前記制御部は、
前記インバータ回路をPWM制御するPWM制御部と、
前記維持部の出力電圧と前記立上げ部の出力電圧との差分を演算し、前記差分に応じた第1信号を出力する第1演算部と、
前記プラズマ電流の電流値と前記目標電流値との差分を演算し、前記差分に応じた第2信号を出力する第2演算部と、
前記第1信号または前記第2信号のいずれか一方を選択して前記PWM制御部に出力する制御切替スイッチと、
を備えるよう構成できる。
In the above power supply device,
The control unit includes:
a PWM control unit that performs PWM control on the inverter circuit;
a first calculation unit that calculates a difference between the output voltage of the sustaining unit and the output voltage of the rising unit and outputs a first signal according to the difference;
a second calculation unit that calculates a difference between the current value of the plasma current and the target current value and outputs a second signal according to the difference;
a control changeover switch that selects either the first signal or the second signal and outputs the selected signal to the PWM control unit;
It can be configured to have
上記電源装置において、
前記制御部は、
前記目標電流値を前記第2電流値に向けて所定の勾配で増加させるための第3信号を出力するスロープ生成部と、
前記目標電流値を前記第2電流値にするための第4信号を出力する目標電流設定部と、
前記第3信号または前記第4信号のいずれか一方を選択し、前記目標電流値として前記第2演算部に出力する目標電流切替スイッチと、
をさらに備えるよう構成できる。
In the above power supply device,
The control unit includes:
a slope generation unit that outputs a third signal for increasing the target current value toward the second current value at a predetermined slope;
a target current setting unit that outputs a fourth signal for setting the target current value to the second current value;
a target current changeover switch that selects either the third signal or the fourth signal and outputs it to the second calculation unit as the target current value;
It can be configured to further include:
本発明によれば、プラズマ電流を立ち上げるための制御とプラズマ電流を平坦に維持するための制御との切替えを円滑に行うことが可能な電源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power supply device that can smoothly switch between control for raising a plasma current and control for maintaining a flat plasma current.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電源装置の実施形態について説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a power supply device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に、本発明の一実施形態に係る電源装置100を示す。電源装置100は、誘導性負荷201(コイルL1、L2)を介して、プラズマ発生装置202にプラズマを発生させるための大電流(プラズマ電流)を供給する。電源装置100は、立上げ部10と、維持部20と、立上げ部10と維持部20との間に介装された接続スイッチSW1と、制御部30とを備える。誘導性負荷201およびプラズマ発生装置202は、電源装置100の構成ではない。
FIG. 1 shows a
立上げ部10は、プラズマ電流を所定の第1電流値I1まで急峻に立ち上げるための回路である。立上げ部10の入力側には、接続スイッチSW1を介して維持部20が接続され、立上げ部10の出力側には、誘導性負荷201を介してプラズマ発生装置202が接続される。立上げ部10は、放電回路11と、還流回路12と、第1電圧検出手段13とを備える。
The
放電回路11は、スイッチQ1、ダイオードD1およびコンデンサC1を直列接続した第1直列回路と、スイッチQ2、ダイオードD2およびコンデンサC2を直列接続した第2直列回路とを備える。スイッチQ1、Q2は、本発明の「放電用スイッチ」に相当し、例えば、IGBT等のパワー半導体スイッチを用いる。コンデンサC1は、例えば、コンデンサC2よりも静電容量が小さく、定格電圧が大きいコンデンサを用いる。
The
還流回路12は、誘導性負荷201を構成する1次側のコイルL1のエネルギーを吸収するための回路で、スイッチQ3、ダイオードD3および抵抗R1を直列接続した第3直列回路を備える。スイッチQ3は、例えば、IGBT等のパワー半導体スイッチを用いる。
The
第1電圧検出手段13は、立上げ部10のコンデンサC1の端子間に接続され、コンデンサC1の端子間電圧を立上げ部10の出力電圧V2として検出する。第1電圧検出手段13の検出結果は、所定の周期で制御部30に出力される。ここで、第1電圧検出手段13は、コンデンサC1の端子間電圧に替えて、立上げ部10の出力端T1、T2間の電圧を立上げ部10の出力電圧V2として検出してもよいが、コンデンサC1の端子間電圧を検出することで、維持部20の出力電圧(後述する維持部20のコンデンサC3に対する初期充電後の電圧)との電圧差を低減し、接続スイッチSW1および放電用のスイッチQ1、Q2に印加されるサージ電圧の発生を抑えることができる。
The first voltage detection means 13 is connected between the terminals of the capacitor C1 of the rising
維持部20は、立ち上げ後のプラズマ電流を平坦に(第1電流値I1よりも大の第2電流値I2に)維持するための回路である。維持部20の入力側には、図示していない直流電源が接続され、維持部20の出力側には、接続スイッチSW1を介して立上げ部10が接続される。維持部20は、コンデンサ21と、インバータ回路22と、第2電圧検出手段23とを備える。
The
コンデンサ21は、インバータ回路22の入力側において、上記の図示していない直流電源の入力端間に接続される。コンデンサ21の電圧は、インバータ回路22の出力電圧よりも大となる。
The
インバータ回路22は、ブリッジ接続されたスイッチQ4~Q7と、コイルL3、L4と、コンデンサC3とを備える。コンデンサC3は、一端がコイルL3を介してスイッチQ4、Q5の接続点に接続され、他端がコイルL4を介してスイッチQ6、Q7の接続点に接続される。スイッチQ4~Q7は、例えば、IGBT等のパワー半導体スイッチを用いる。
The
第2電圧検出手段23は、インバータ回路22の出力端間に接続され、インバータ回路22の出力電圧、すなわち維持部20の出力電圧V1を検出する。第2電圧検出手段23の検出結果は、所定の周期で制御部30に出力される。
The second voltage detection means 23 is connected between the output terminals of the
接続スイッチSW1は、オフ状態のときに立上げ部10と維持部20とを電気的に切り離し、オン状態のときに立上げ部10と維持部20とを電気的に接続する。接続スイッチSW1は、例えば、互いに逆方向に直列接続されたIGBT等のパワー半導体スイッチを用いる。
The connection switch SW1 electrically disconnects the rising
制御部30は、立上げ部10および維持部20を制御するための回路で、例えば、デジタル回路および/またはアナログ回路で構成される。制御部30は、放電制御部31と、PWM制御部32と、接続制御部33と、第1演算部34と、電流検出手段35と、第2演算部36と、スロープ生成部37と、目標電流設定部38と、制御切替スイッチSW2と、目標電流切替スイッチSW3とを備える。
The
放電制御部31は、立上げ部10のスイッチQ1~Q3の制御を行う。PWM制御部32は、維持部20のインバータ回路22に含まれるスイッチQ4~Q7の制御(本実施形態では、PWM制御)を行う。また、接続制御部33は、接続スイッチSW1の制御を行う。
The
また、電源装置100は、立上げ部10の放電用のスイッチQ1、Q2をオン(放電動作)させる前に、維持部20の出力電圧V1が立上げ部10の出力電圧V2に一致するようにコンデンサC3を充電する初期充電機能を備える。これにより、放電用のスイッチQ1、Q2がオンする際の維持部20へのサージ電流の流入を抑制することができる。
Further, in the
図2に示すように、放電制御部31は、時刻t1において、スイッチQ1、Q2をターンオンさせて、放電回路11のコンデンサC1、C2を放電させる。時刻t2になると、放電制御部31は、スイッチQ1、Q2をターンオフさせるとともにスイッチQ3をターンオンさせて、還流回路12の抵抗R1にコイルL1のエネルギーを吸収させる。その後の時刻t3において、放電制御部31はスイッチQ3をターンオフさせる。
As shown in FIG. 2, the
PWM制御部32は、放電制御部31がスイッチQ1~Q3の制御を行っている間、スイッチQ4~Q7のPWM制御を継続し、プラズマ電流の供給が終了する時刻t5において、スイッチQ4~Q7のPWM制御を終了させる。
The
接続制御部33は、プラズマ電流の電流値Ipが第1電流値I1に達したタイミングで(図2では、時刻t3において)、接続スイッチSW1をターンオンさせる一方、スイッチQ4~Q7のPWM制御を終了させるタイミングで(図2では、時刻t5において)、接続スイッチSW1をターンオフさせる。
The
第1演算部34は、第2電圧検出手段23で検出した維持部20の出力電圧V1と第1電圧検出手段13で検出した立上げ部10の出力電圧V2(=目標電圧値Vref)との差分を演算し、当該差分に応じた第1信号vを制御切替スイッチSW2に出力する。
The
電流検出手段35は、誘導性負荷201の二次側のコイルL2に流れるプラズマ電流の電流値Ipを検出する。電流検出手段35の検出結果(電流値Ip)は、所定の周期で第2演算部36等に出力される。
The current detection means 35 detects the current value Ip of the plasma current flowing through the secondary coil L2 of the
第2演算部36は、電流検出手段35で検出したプラズマ電流の電流値Ipとプラズマ電流の目標電流値Irefとの差分を演算し、当該差分に応じた第2信号cを制御切替スイッチSW2に出力する。
The
スロープ生成部37は、電流検出手段35で検出したプラズマ電流の電流値Ipと目標電流設定部38で設定された設定電流値Isetとに基づいて、電流値Ipが第1電流値I1に達するまでは目標電流値Irefを第1電流値I1とし、電流値Ipが第1電流値I1に達した後は目標電流値Irefを所定の勾配で設定電流値Iset(=第2電流値I2)まで増加させるための第3信号aを、目標電流切替スイッチSW3に出力する。スロープ生成部37は、例えば、ロジックICを用いる。
The
目標電流設定部38は、目標電流値Irefを設定電流値Isetとするための第4信号bを目標電流切替スイッチSW3に出力する。本実施形態では、設定電流値Isetは、第2電流値I2に設定されている。
The target
制御切替スイッチSW2は、電流検出手段35で検出したプラズマ電流の電流値Ipに応じて、第1演算部34から出力された第1信号vまたは第2演算部36から出力された第2信号cのいずれか一方を選択し、PWM制御部32に出力する。制御切替スイッチSW2は、電流値Ipが第1電流値I1に達するまでは第1信号vを選択する一方、電流値Ipが第1電流値I1に達した後は第2信号cを選択する。制御切替スイッチSW2は、例えば、マルチプレクサを用いる。
The control changeover switch SW2 selects the first signal v outputted from the
目標電流切替スイッチSW3は、電流検出手段35で検出した電流値Ipに応じて、スロープ生成部37から出力された第3信号aまたは目標電流設定部38から出力された第4信号bのいずれか一方を選択し、目標電流値Irefとして第2演算部36に出力する。目標電流切替スイッチSW3は、電流値Ipが第2電流値I2に達するまでは第3信号aを選択する一方、電流値Ipが第2電流値I2に達した後は第4信号bを選択する。目標電流切替スイッチSW3は、例えば、マルチプレクサを用いる。
The target current changeover switch SW3 selects either the third signal a outputted from the
図3に示すように、電流値Ipが第1電流値I1に達するまで(時刻t3以前)は、接続スイッチSW1がオフ状態になり、立上げ部10と維持部20は電気的に切り離された状態になる。
As shown in FIG. 3, until the current value Ip reaches the first current value I1 (before time t3 ), the connection switch SW1 is in the off state, and the start-up
また、時刻t3以前は、制御切替スイッチSW2が第1信号vを選択するので、PWM制御部32は、維持部20の出力電圧V1を立上げ部10の出力電圧V2に一致させるようにインバータ回路22を制御する(定電圧制御)。この間に、プラズマ電流は第1電流値I1まで急峻に立ち上がる。
Furthermore, before time t3 , the control changeover switch SW2 selects the first signal v, so the
次いで、電流値Ipが第2電流値I2に達するまで(時刻t3~時刻t4)は、接続スイッチSW1がオン状態になり、立上げ部10と維持部20は電気的に接続された状態になる。
Next, until the current value I p reaches the second current value I 2 (from time t 3 to time t 4 ), the connection switch SW1 is in the on state, and the
また、時刻t3~時刻t4では、制御切替スイッチSW2が第2信号cを選択し、目標電流切替スイッチSW3が第3信号aを選択する。PWM制御部32は、電流値Ipが第1電流値I1から第2電流値I2に向けて所定の勾配(スロープ生成部37で設定された勾配)で増加するように、インバータ回路22を制御する(第1定電流制御)。すなわち、この間に、プラズマ電流を第1電流値I1から第2電流値I2まで緩やかにつなぎ、制御の切替えに伴う不連続性を抑制する。なお、この間は、数ms程度である。
Further, from time t 3 to time t 4 , the control changeover switch SW2 selects the second signal c, and the target current changeover switch SW3 selects the third signal a. The
次いで、電流値Ipが第2電流値I2に達した後(時刻t4~時刻t5)は、接続スイッチSW1がオン状態、制御切替スイッチSW2が第2信号cを選択したまま、目標電流切替スイッチSW3が第4信号bを選択する。PWM制御部32は、電流値Ipを第2電流値I2に一致させるように、インバータ回路22を制御する(第2定電流制御)。この間は、プラズマ電流が平坦に維持される。
Next, after the current value I p reaches the second current value I 2 (from time t 4 to time t 5 ), the target is set while the connection switch SW1 remains on and the control changeover switch SW2 selects the second signal c. The current changeover switch SW3 selects the fourth signal b. The
本実施形態に係る電源装置100によれば、上記のとおり、制御部30がプラズマ電流を第1電流値I1から第2電流値I2に向けて所定の勾配で増加させる第1定電流制御を行うので、プラズマ電流を立ち上げるための制御(定電圧制御)とプラズマ電流を平坦に維持するための制御(第2定電流制御)との切替えを円滑に行うことができる。
According to the
また、本実施形態に係る電源装置100によれば、定電圧制御時に接続スイッチSW1がオフ状態になるので、立上げ部10のコンデンサC1、C2から維持部20のコンデンサC3に電流が逆流するのを防ぐことができる。その結果、プラズマ発生装置202に効率よくプラズマ電流を供給することができる。
Further, according to the
以上、本発明に係る電源装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the power supply device according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments.
本発明の立上げ部は、コンデンサと、コンデンサを放電させるための放電用スイッチとを含み、コンデンサの放電電流をプラズマ発生装置に供給することで、プラズマ電流を所定の第1電流値まで立ち上げるのであれば、適宜構成を変更できる。 The startup section of the present invention includes a capacitor and a discharge switch for discharging the capacitor, and supplies the discharge current of the capacitor to the plasma generator to ramp up the plasma current to a predetermined first current value. If so, you can change the configuration as appropriate.
また、上記実施形態において、立ち上げ部10のスイッチQ1~Q3をオン/オフさせるタイミングは適宜変更できる。例えば、スイッチQ3を時刻t1以前から時刻t5以降までオンさせたままでもよいし、コンデンサC1、C2を順に放電させるようにスイッチQ1、Q2をオン/オフさせてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the timing at which the switches Q1 to Q3 of the
また、上記実施形態では、第1電圧検出手段13は、立上げ部10の出力電圧V2としてコンデンサC1の両端子間電圧を検出しているが、これに限定されず、上述のとおり、立上げ部10の出力端T1、T2間の電圧を検出してもよい。また、第1電圧検出手段13は、立上げ部10の出力電圧V2としてコンデンサC2の両端子間電圧を検出してもよい。特にコンデンサC2の端子間電圧がコンデンサC1の端子間電圧よりも高くなるような設計条件下では、維持部20の出力電圧との電圧差に起因するサージ電圧の発生を抑制する上で有効である。
Further, in the above embodiment, the first voltage detection means 13 detects the voltage between both terminals of the capacitor C1 as the output voltage V2 of the
本発明の維持部は、立上げ部の入力側に接続されたインバータ回路を含み、インバータ回路の出力電流を立上げ部を介してプラズマ発生装置に供給することで、プラズマ電流を第1電流値よりも大の第2電流値に維持するのであれば、適宜構成を変更できる。 The maintenance section of the present invention includes an inverter circuit connected to the input side of the startup section, and supplies the output current of the inverter circuit to the plasma generator through the startup section, thereby adjusting the plasma current to a first current value. As long as the second current value is maintained at a value larger than , the configuration can be changed as appropriate.
本発明の制御部は、(1)プラズマ電流が第1電流値よりも小の場合は、維持部の出力電圧を立上げ部の出力電圧に一致させる定電圧制御を行い、(2)プラズマ電流が第1電流値よりも大で第2電流値よりも小の場合は、プラズマ電流の電流値を所定の目標電流値に一致させるとともに、目標電流値を第2電流値に向けて所定の勾配で増加させる第1定電流制御を行い、(3)プラズマ電流が第2電流値に達した場合は、目標電流値を第2電流値とする第2定電流制御を行うのであれば、適宜構成を変更できる。 The control unit of the present invention (1) performs constant voltage control to match the output voltage of the sustaining unit with the output voltage of the startup unit when the plasma current is smaller than the first current value; is larger than the first current value and smaller than the second current value, the current value of the plasma current is made to match the predetermined target current value, and the target current value is adjusted to a predetermined slope toward the second current value. (3) When the plasma current reaches the second current value, if the second constant current control is performed in which the target current value is set to the second current value, the configuration can be performed as appropriate. can be changed.
第1定電流制御時におけるプラズマ電流の増加の勾配は、定電圧制御時(電流立ち上げ時)におけるプラズマ電流の増加の勾配よりも緩やかであればよい。 The gradient of increase in plasma current during the first constant current control may be gentler than the gradient of increase in plasma current during constant voltage control (at the time of current rise).
定電圧制御時に立上げ部から維持部に電流が逆流するのを許容できるのであれば、立上げ部と維持部との間に介装される接続スイッチを省略してもよい。 If it is possible to allow current to flow back from the start-up section to the maintenance section during constant voltage control, the connection switch interposed between the start-up section and the maintenance section may be omitted.
100 電源装置
201 誘導性負荷
202 プラズマ発生装置
10 立上げ部
11 放電回路
12 還流回路
13 第1電圧検出手段
20 維持部
21 コンデンサ
22 インバータ回路
23 第2電圧検出手段
30 制御部
31 放電制御部
32 PWM制御部
33 接続制御部
34 第1演算部
35 電流検出手段
36 第2演算部
37 スロープ生成部
38 目標電流設定部
SW1 接続スイッチ
SW2 制御切替スイッチ
SW3 目標電流切替スイッチ
100
Claims (4)
放電用コンデンサと、前記放電用コンデンサを放電させるための放電用スイッチとを含み、前記放電用コンデンサの放電電流を前記プラズマ発生装置に供給することで、前記プラズマ電流を所定の第1電流値まで立ち上げる立上げ部と、
複数のスイッチをブリッジ接続したブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の入力側に接続される入力コンデンサと、前記ブリッジ回路の出力側に接続される出力コンデンサとを含む維持部であって、前記維持部の直流の出力電流を前記立上げ部を介して前記プラズマ発生装置に供給することで、前記プラズマ電流を前記第1電流値から前記第1電流値よりも大の第2電流値まで増加させた後、前記第2電流値に維持する前記維持部と、
前記放電用スイッチおよび前記複数のスイッチを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記プラズマ電流が前記第1電流値に達するまでの第1期間は、前記放電用スイッチをオンさせる前および前記放電用スイッチをオンさせて前記放電用コンデンサを放電させている間に、前記複数のスイッチに対して前記出力コンデンサの両端電圧と前記放電用コンデンサの両端電圧との差分に基づくPWM制御をして、前記出力コンデンサの両端電圧を前記放電用コンデンサの両端電圧に一致させる定電圧制御を行い、
前記プラズマ電流が前記第1電流値に達してから前記第2電流値に達するまでの第2期間は、前記放電用スイッチをオフさせた状態で、前記複数のスイッチに対して前記プラズマ電流の電流値と前記第1電流値から前記第2電流値に向けて可変する目標値との差分に基づくPWM制御をして、前記プラズマ電流を前記第1期間における立ち上げ時の勾配よりも緩やかな勾配で前記第2電流値に向けて増加させる第1電流制御を行い、
前記プラズマ電流が前記第2電流値に達した後の第3期間は、前記放電用スイッチをオフさせた状態で、前記複数のスイッチに対して前記プラズマ電流の電流値と前記第2電流値との差分に基づくPWM制御をして、前記プラズマ電流を前記第2電流値に維持する第2電流制御を行うことを特徴とする電源装置。 A power supply device that supplies a direct current plasma current for generating plasma to a plasma generator,
It includes a discharge capacitor and a discharge switch for discharging the discharge capacitor, and supplies the discharge current of the discharge capacitor to the plasma generator to increase the plasma current to a predetermined first current value. A start-up section that starts up the
A maintenance unit including a bridge circuit in which a plurality of switches are bridge-connected, an input capacitor connected to an input side of the bridge circuit, and an output capacitor connected to an output side of the bridge circuit, the maintenance unit comprising: After increasing the plasma current from the first current value to a second current value larger than the first current value by supplying a direct current output current to the plasma generation device via the startup section. , the maintaining unit that maintains the current at the second current value;
a control unit that controls the discharge switch and the plurality of switches;
Equipped with
The control unit includes:
During the first period until the plasma current reaches the first current value , the plurality of PWM control is performed on the switch based on the difference between the voltage across the output capacitor and the voltage across the discharge capacitor , and constant voltage control is performed to match the voltage across the output capacitor with the voltage across the discharge capacitor. conduct ,
During a second period from when the plasma current reaches the first current value until it reaches the second current value, the current of the plasma current is applied to the plurality of switches with the discharge switch turned off. PWM control is performed based on the difference between the current value and a target value that varies from the first current value toward the second current value, so that the plasma current has a slope that is gentler than the slope at the time of startup in the first period. performs first current control to increase toward the second current value,
In a third period after the plasma current reaches the second current value, the current value of the plasma current and the second current value are changed to the plurality of switches with the discharge switch turned off. A power supply device characterized in that a second current control is performed to maintain the plasma current at the second current value by performing PWM control based on a difference between the plasma current and the plasma current.
前記接続スイッチは、前記定電圧制御時にオフ状態となる一方、前記第1電流制御時および前記第2電流制御時にオン状態となることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 interposed between the rising part and the maintaining part, electrically disconnecting the rising part and the maintaining part when in the off state, and disconnecting the rising part and the maintaining part when in the on state; further comprising a connection switch for electrically connecting the
The power supply device according to claim 1, wherein the connection switch is in an OFF state during the constant voltage control, and is in an ON state during the first current control and the second current control.
前記ブリッジ回路の前記複数のスイッチをPWM制御するPWM制御部と、
前記出力コンデンサの両端電圧と前記放電用コンデンサの両端電圧との差分を演算し、前記差分に応じた第1信号を出力する第1演算部と、
前記プラズマ電流の電流値と所定の目標電流値との差分を演算し、前記差分に応じた第2信号を出力する第2演算部と、
前記第1期間に前記第1信号を選択し、前記第2期間および前記第3期間に前記第2信号を選択して前記PWM制御部に出力する制御切替スイッチと、
を備え、
前記PWM制御部は、前記第1信号に基づいて前記定電圧制御を行い、前記第2信号に基づいて前記第1電流制御および前記第2電流制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の電源装置。 The control unit includes:
a PWM control unit that performs PWM control on the plurality of switches of the bridge circuit;
a first calculation unit that calculates a difference between the voltage across the output capacitor and the voltage across the discharge capacitor, and outputs a first signal according to the difference;
a second calculation unit that calculates a difference between the current value of the plasma current and a predetermined target current value and outputs a second signal according to the difference;
a control changeover switch that selects the first signal during the first period, selects the second signal during the second period and the third period, and outputs the selected signal to the PWM control unit;
Equipped with
3. The PWM control section performs the constant voltage control based on the first signal, and performs the first current control and the second current control based on the second signal. The power supply described in .
前記目標電流値を前記第2電流値に向けて所定の勾配で増加させるための第3信号を出力するスロープ生成部と、
前記目標電流値を前記第2電流値にするための第4信号を出力する目標電流設定部と、
前記第2期間に前記第3信号を選択し、前記第3期間に前記第4信号を選択して、前記目標電流値として前記第2演算部に出力する目標電流切替スイッチと、
をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 The control unit includes:
a slope generation unit that outputs a third signal for increasing the target current value toward the second current value at a predetermined slope;
a target current setting unit that outputs a fourth signal for setting the target current value to the second current value;
a target current changeover switch that selects the third signal during the second period, selects the fourth signal during the third period, and outputs the selected signal to the second calculation unit as the target current value;
The power supply device according to claim 3, further comprising:.
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