WO2015045196A1 - 電圧形直流電源装置および電圧形直流電源装置の制御方法 - Google Patents

電圧形直流電源装置および電圧形直流電源装置の制御方法 Download PDF

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circuit
inverter
short
switching element
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譲原　逸男
真一 小玉
俊幸 安達
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株式会社京三製作所
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    • H02M7/4807—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode having a high frequency intermediate AC stage

Definitions

  • the present invention relates to a voltage-type DC power supply device and a control method thereof, for example, a voltage-type DC power supply device used for a load such as a plasma generator and a control method thereof.
  • DC power supply devices used for plasma generating devices are required to suppress excess current during arc generation and to extinguish arcs at high speed.
  • the voltage type DC power supply causes an excessive discharge current to flow when an arc is generated due to a large capacitor connected to the output, or the output is further increased to compensate for a decrease in the output voltage when the arc is generated, resulting in a longer arc. There is a problem that the influence on the load increases.
  • a reverse voltage is generated by an LC oscillation circuit composed of a combination of reactance and a capacitor to self-extinguish the arc.
  • a reverse voltage is generated by a reverse voltage generation circuit using a semiconductor switch element to self-extinguish the arc. Etc. are known.
  • Patent Document 1 a DC power supply for plasma that controls the amount of power supplied to the plasma generator by using a current source inverter as an inverter and controlling the switching operation of the current source inverter as a current source has been proposed.
  • the DC power supply device for plasma proposed in Patent Document 1 controls the amount of supply to the plasma generator by controlling the switching operation of the current source inverter, and supplies a stable DC power by the current source operation. It is a power supply device. That is, stable control is possible by controlling power as a current source instead of a voltage source.
  • the present invention aims to solve the above-mentioned conventional problems and suppress the supply of excess current from the inverter to the load side when an arc occurs in the voltage source DC power supply.
  • the voltage type DC power supply device of the present invention maintains the DC current flowing through the voltage type DC power supply device when an arc occurs and suppresses the supply to the load side, and supplies the DC output of the voltage type DC power supply device after arc extinguishing At the time of return, the direct current output is quickly supplied to the load using the retained direct current.
  • the chopper When stopping / returning the DC output of the voltage source DC power supply, the chopper is disconnected from the inverter at the time of stop, thereby suppressing the excess current to the load at the time of arc occurrence and performing arc extinguishing at high speed.
  • the current flowing through the chopper unit at this time is held as a circulating current, and the circulating current held at the time of restarting the inverter is supplied to the load, so that the load when the DC output of the voltage source DC power supply is restored Reduce the delay in supplying DC power to
  • the inverter can be a single-phase inverter or a multi-phase inverter, and is simply expressed as an inverter below.
  • the present invention includes a voltage-type DC power supply device aspect and a DC power supply device control method aspect.
  • the voltage source DC power supply device of the present invention has a voltage source step-down chopper unit that constitutes a DC source and a bridge circuit composed of four switching elements of a first switching element to a fourth switching element.
  • An inverter that converts the DC output into single-phase AC power by the operation of the switching element, an AC / DC conversion of the output of the inverter, and a rectifier that supplies the obtained DC to the load, a voltage step-down chopper unit, and an inverter are controlled
  • a short circuit unit that short-circuits between the positive terminal and the negative terminal of the voltage-type step-down chopper unit with a short-circuit switching element is provided between the control unit, the voltage-type step-down chopper unit, and the inverter.
  • the voltage-type step-down chopper unit converts the DC power voltage into a predetermined voltage and outputs a DC voltage.
  • the inverter converts the DC output of the voltage-type step-down chopper unit into single-phase AC power by switching the current path by the operation of a plurality of switching elements.
  • the rectification unit converts AC power converted by the inverter into DC power by AC / DC conversion, and supplies the converted DC power to the load.
  • the voltage source DC power supply device of the present invention stops the power supply from the power source side to the load when the arc discharge occurs, and then returns the power supply from the power source side to the load after the arc discharge is extinguished. .
  • the control unit turns off the switching element of the inverter unit, turns off the switching element of the voltage step-down chopper unit, turns on the short-circuit switching element of the short-circuit unit,
  • a circulation circuit is formed by the inductor and the diode of the chopper part and the short-circuit switching element of the short-circuit part.
  • Whether or not arc discharge is extinguished is determined by detecting voltage such as load voltage, and the time from when arc discharge occurs until arc discharge is extinguished is set in advance. It may be determined that the arc has been extinguished.
  • the form of the short-circuit section provided in the present invention is a short-circuit circuit that is provided between the voltage-type step-down chopper section and the inverter and is intermittently connected between the positive terminal and the negative terminal of the voltage-type step-down chopper section by a switching element. it can.
  • Another embodiment of the short-circuit unit provided in the present invention is a short-circuit circuit that is provided between the voltage-type step-down chopper unit and the inverter and functions as a step-up circuit that boosts the DC output of the voltage-type step-down chopper unit and supplies it to the inverter. It can be.
  • the short circuit that also functions as a booster circuit is a switching element that connects between the positive and negative terminals of the voltage-type step-down chopper, a smoothing capacitor that connects between the input terminals of the inverter, and a positive or negative terminal between the smoothing capacitor and the negative terminal.
  • a diode for connecting the terminals is provided.
  • a control method for a voltage source DC power supply apparatus includes a voltage source step-down chopper section constituting a DC source and a bridge circuit including four switching elements of a first switching element to a fourth switching element.
  • An inverter that converts the DC output of the chopper into single-phase AC power by the operation of the switching element, a rectifier that converts the output of the inverter to AC / DC, and supplies the obtained DC to the load, a voltage-type step-down chopper, and an inverter Between the positive terminal and the negative terminal of the voltage-type step-down chopper section by a short-circuit switching element, and a voltage-type DC power supply device including a control section for controlling the voltage-type step-down chopper section and the inverter This is a control method.
  • the control unit (A) When arc discharge occurs in the load, the switching element of the inverter unit is turned off, the switching element of the voltage-type step-down chopper unit is turned off, the short-circuiting switching element of the short-circuit unit is turned on, and the voltage-type step-down A circulation circuit is formed by the inductor and the diode of the chopper part and the short-circuit switching element of the short-circuit part. (B) Maintaining the circulating current of the circulation circuit until the arc discharge is extinguished or until a sufficient time has passed to determine that the arc has been extinguished.
  • the present invention it is possible to suppress current supply from the inverter to the load side when an arc is generated. Also, the DC current that flows to the voltage source DC power supply when an arc is generated is retained, and when the DC output of the voltage source DC power supply after the arc is extinguished, the retained DC current is used to restore the DC output to the load. Supply can be done quickly.
  • the present invention relates to a voltage source DC power supply device for stopping / returning DC output when DC power is supplied to a load such as a plasma generator, and a control method for the voltage source DC power supply device.
  • the current flowing through the chopper unit at the time of stopping is held as the circulating current, and the circulating current held at the time of restarting the inverter is supplied to the load. This reduces the delay in supplying DC power to the load when the DC output of the voltage source DC power supply is restored.
  • the voltage source DC power supply device of the present invention has a voltage source step-down chopper unit that constitutes a DC source and a bridge circuit composed of four switching elements of a first switching element to a fourth switching element.
  • An inverter that converts the DC output into single-phase AC power by the operation of the switching element, an AC / DC conversion of the output of the inverter, and a rectifier that supplies the obtained DC to the load, a voltage step-down chopper unit, and an inverter are controlled
  • a short circuit unit that short-circuits between the positive terminal and the negative terminal of the voltage-type step-down chopper unit with a short-circuit switching element is provided between the control unit, the voltage-type step-down chopper unit, and the inverter.
  • the voltage-type step-down chopper unit converts the DC power voltage into a predetermined voltage and outputs a DC voltage.
  • the inverter converts the DC output of the voltage-type step-down chopper unit into single-phase AC power by switching the current path by the operation of the first switching element to the fourth switching element.
  • the rectification unit converts AC power converted by the inverter into DC power by AC / DC conversion, and supplies the converted DC power to the load.
  • the voltage source DC power supply device of the present invention stops the power supply from the power source side to the load when the arc discharge occurs, and then returns the power supply from the power source side to the load after the arc discharge is extinguished. .
  • Whether or not arc discharge is extinguished is determined by detecting voltage such as load voltage, and the time from when arc discharge occurs until arc discharge is extinguished is set in advance. It may be determined that the arc has been extinguished.
  • the voltage source DC power supply device 1 shown in FIGS. 1 and 8 has a voltage source step-down chopper unit 2 constituting a DC source, and a bridge circuit composed of four switching elements of a first switching element to a fourth switching element, An inverter 3 that converts the DC output of the voltage-type step-down chopper unit 2 into single-phase AC power by the operation of the switching element, and a rectifier unit 4 that converts the output of the inverter 3 into AC / DC and supplies the obtained DC to a load; Between the voltage-type step-down chopper unit 2 and the control unit 5 that controls the inverter 3 and between the voltage-type step-down chopper unit 2 and the inverter 3, the positive terminal P and the negative terminal N of the voltage-type step-down chopper unit 2 are short-circuited. comprising a short-circuit portion 10 for short-circuiting in use switching elements Q 2. The short-circuit unit 10 also operates as a booster circuit.
  • the switching element Q 1 is, steps down by chopper controlling the DC voltage.
  • the direct current reactor L F1 smoothes the current of the chopper controlled direct current.
  • the diode D 1 may be using switching elements such as an IGBT or MOSFET.
  • the inverter 3 receives the direct current smoothed by the voltage source step-down chopper unit 2 and performs orthogonal transformation by controlling the switching elements of the bridge circuit provided in the inverter 3.
  • the short-circuit unit 10 has a configuration in which a short-circuit switching element Q ⁇ b > 2 is connected between the positive terminal P and the negative terminal N of the voltage-type step-down chopper unit 2.
  • a short-circuit switching element Q ⁇ b > 2 is connected between the positive terminal P and the negative terminal N of the voltage-type step-down chopper unit 2.
  • Diode D 2 is a blocking diode prevents the DC voltage charged in the capacitor C F1 is applied to the switching element Q 2 when the switching element Q 2 is on, the positive as shown in Figure 1
  • the configuration is not limited to the connection to the terminal P side, but may be connected to the negative terminal N side.
  • Capacitor C F1 accumulates the energy of the current flowing through DC reactor L F1 of voltage-type step-down chopper unit 2, as well as surge voltage generated when performing a commutation operation between switching elements of inverter 3, and each switching element The energy of the inductors connected in series is absorbed and the switching element is protected.
  • the inverter 3 is configured by bridge-connecting the first switching element to the fourth switching element.
  • the switching element for example, a semiconductor switching element such as an IGBT or a MOSFET can be used.
  • Each switching element of the inverter performs a switching operation based on a control signal from the control unit 5, converts DC power into AC power, and outputs the AC power.
  • the rectification unit 4 rectifies the AC output of the inverter 3 and supplies the DC output to the load.
  • a DC filter circuit may be provided at the output end of the rectifying unit 4.
  • the DC filter circuit can be configured using one or both of an output reactor (not shown) connected in series with an output capacitor (not shown) connected in parallel to the output terminal.
  • the DC output of the rectifying unit 4 is supplied to the plasma generator by an output cable connecting the voltage source DC power supply 1 and the plasma generator.
  • the voltage-type DC power supply device 1 can use a parasitic impedance instead of the DC filter circuit connected to the rectifying unit 4 as a configuration for removing high-frequency ripple.
  • a parasitic impedance instead of the DC filter circuit connected to the rectifying unit 4 as a configuration for removing high-frequency ripple.
  • the inductance of the wiring between the rectifying unit 4 and the output terminal as an inductance
  • the electrode capacity of the plasma generator can be used.
  • the parasitic impedance of the inverter and the capacitance of the output cable and electrode capacitance substantially constitute a DC filter circuit, and reduce the high frequency ripple included in the AC output of the inverter.
  • the ripple of DC voltage has a characteristic that increases when the drive frequency of the inverter circuit is lowered. Therefore, the necessity of an output capacitor and an output reactor can be reduced by increasing the drive frequency of the inverter circuit. Further, by increasing the drive frequency of the inverter circuit, the energy held in the voltage source DC power supply device 1 can be suppressed.
  • the voltage source DC power supply device 1 of the present invention includes a control unit 5 and controls the voltage source step-down chopper unit 2, the short circuit unit 10, and the inverter 3.
  • a configuration example of the control unit 5 will be described with reference to the schematic block diagram of FIG.
  • Control unit 5 a control signal forming circuit 5a for forming a control signal for controlling the on-off switching element to Q 1 voltage type step-down chopper unit 2, the short circuit portion 10, provided between the positive and negative terminals a control signal forming circuit 5b for forming a control signal for controlling the on and off the short-circuiting the switching element Q 2 has a control signal forming circuit 5c to form a pulse control signal for controlling the on-off switching element of the inverter 3 Is provided.
  • Control signal forming circuit 5a is a circuit for chopper control of the switching element to Q 1 voltage type step-down chopper unit 2, chopper current, and voltage-DC power supply device 1 of the output voltage and an output current of the switching element Q 1 A current is detected, and control is performed based on the chopper current and the detected value of the output voltage and output current so that the output of the voltage source DC power supply device 1 has a predetermined current value and a predetermined voltage value set in advance. . Further, based on the arc detection signal of the arc detection unit 6, the arc is switched to the off state when the arc is generated, and is switched from the off state to the on state when the arc is extinguished.
  • Control signal forming circuit 5b is a circuit for controlling the ON / OFF shorting switching element Q 2 in the short-circuit portion 10, based on the arc detection signal of the arc detector 6, is switched to the ON state at the time of arc generation, the arc extinguished Sometimes switch from on to off.
  • the control signal forming circuit 5c forms a pulse control signal for controlling on / off of the switching element of the inverter 3 and switches the switching elements Q U , Q V , Q X , Q Y of each arm constituting the bridge circuit of the inverter 3.
  • the inverter 3 that controls the switching operation of the above-mentioned converter orthogonally converts the input direct current into alternating current by controlling the switching element. Further, based on the arc detection signal of the arc detection unit 6, the arc is switched to the off state when the arc is generated, and is switched from the off state to the on state when the arc is extinguished.
  • the control unit 5 can be configured to include a set time lapse circuit 5d in addition to the control signal forming circuits 5a to 5c.
  • the set time lapse circuit 5d is a circuit for forming a control signal at the time of arc extinction. A sufficiently long set time required from arc generation to arc extinction is determined in advance, and an arc detection signal is sent from the arc detector 6 to the arc detection signal.
  • control signal forming circuit 5a It outputs a control signal when the set time from the input has elapsed, to output a control signal for switching the oN state of the switching element Q 1 from the oFF state by the control signal forming circuit 5a, a short circuit from the control signal forming circuit 5b the use switching element Q 2 to output a control signal for switching from the oN state to the oFF state, the control signal forming circuit 5c, and outputs a control signal for switching the oN state of the switching element Q 1 from the off state.
  • the set time elapsed circuit 5d measures the elapsed time after the occurrence of arc discharge is detected, and outputs a control signal that the arc discharge has disappeared when the preset time tarc elapses in advance.
  • the set time t arc corresponds to a time for maintaining a current state in which a direct current immediately before arc discharge is generated as the circulating current ⁇ i.
  • This set time tarc can be arbitrarily set as a holding time. For example, a time required until arc discharge occurs and disappears for a load to be controlled is obtained in advance, and this time is predicted from the fluctuation range. It can be determined by adding a margin amount.
  • the arc detector 6 detects the occurrence state of arc discharge in the arc generator of the load based on, for example, the load or the voltage at the output end.
  • the detection of the arc state by the arc detector 6 is, for example, a state in which a load current or a voltage at the output terminal of the voltage source DC power supply 1 is determined in advance in a state of flowing from a load current. In comparison, it is detected that arc discharge has occurred when the detection voltage falls below the first threshold value. In addition, after detecting the occurrence of arc discharge, the detected voltage is compared with a predetermined second threshold value, and when the detected voltage exceeds the second threshold value, arc discharge disappears. to decide.
  • the inverter 3 is configured by, for example, a bridge circuit having four arms as shown in FIG. Each arm is provided with four switching elements Q U , Q V , Q X , and Q Y , respectively.
  • a switching element Q U and the switching element Q X are connected in series, connected in series and a switching element Q V and the switching element Q Y.
  • Connection point of the switching elements Q U and the switching element Q X is connected to the positive terminal side of the load through the inductor L m1, connection point of the switching elements Q U and the switching element Q Y is connected to the negative terminal side of the load.
  • the feedback signal is fed back to the control unit 5 from the output end of the voltage source DC power supply 1 or the load side.
  • the feedback signal can be, for example, the voltage, current, or power at the output terminal of the voltage source DC power supply device 1.
  • the control unit of the voltage source DC power supply device of the present invention is configured to control each of the following controls A to C and control D when the DC output of the voltage source DC power source is stopped, stopped, and restarted.
  • the current flowing in the chopper is maintained as a circulating current at the time of stopping, and this circulating current is supplied to the load when the inverter is restarted. Reduces supply delay of DC power to the load when the DC output of the voltage source DC power supply is restored.
  • the controller of the voltage source DC power supply apparatus of the present invention performs the following control when the DC output of the voltage source DC power supply device 1 is stopped, stopped, and restarted.
  • Control A When the DC output of the voltage source DC power supply stops when an arc occurs (stop operation of the voltage source step-down chopper) When the DC output of the power supply device is stopped, the switch of the voltage source step-down chopper unit is switched from the on state to the off state, and the positive terminal and the negative terminal are short-circuited by the short-circuit unit. Thereby, the switch of the inverter is switched from the on state to the off state.
  • the voltage source step-down chopper unit converts the DC power of the DC source into a predetermined voltage and inputs it to the inverter.
  • the inverter converts DC power into AC power.
  • the rectification unit AC / DC converts the output of the inverter and supplies DC power to the load.
  • the switch of the voltage source step-down chopper unit is switched from the ON state to the OFF state, and the power supply from the DC source is stopped.
  • a closed circuit is formed between the voltage-type step-down chopper portion and the short-circuit portion. In the closed circuit, the energy stored in the inductor of the voltage-type step-down chopper unit flows in the form of a circulating current when stopped.
  • Control B DC output of voltage source DC power supply 1 is stopped (circulation circuit forming operation and circulating current holding operation)
  • the control while the DC output of the voltage source DC power supply 1 is stopped includes the OFF state of the inverter switch, the OFF state of the switch of the voltage step-down chopper unit, and the short circuit state between the positive terminal and the negative terminal of the short circuit unit. Hold.
  • a circulating circuit including the inductor of the voltage step-down chopper unit is formed, and the current flowing through the inductor is held as the circulating current.
  • the switch of the voltage source step-down chopper unit is maintained in the OFF state, so that the power supply from the DC source is stopped and the positive terminal of the short-circuit unit is negatively connected.
  • the circulating current flowing in the circulation circuit formed between the voltage source step-down chopper unit and the short circuit unit is held.
  • Control C When the DC output of the voltage source DC power supply 1 is restored (inverter restart operation using circulating current) When the DC output of the voltage source DC power supply 1 is restored, the switch of the voltage source step-down chopper unit is switched from the OFF state to the ON state, the short circuit unit is opened, and the switch of the inverter is switched from the OFF state to the ON state. .
  • the inverter switch When the DC output of the voltage source DC power supply 1 is restored, the inverter switch is switched from the OFF state to the ON state, the switch of the voltage step-down chopper unit is switched from the OFF state to the ON state, and the short circuit unit is opened. Conversion of the DC power of the source to a predetermined voltage is resumed, and the converted DC power is input to the inverter.
  • the inverter After the arc discharge is extinguished, the inverter is quickly restarted by flowing a circulating current through the inverter when the power supply is restored.
  • Control D Short-circuit control The control section performs short-circuit control between the positive terminal and the negative terminal of the short-circuit section when the DC output of the voltage source DC power supply is stopped and during the stop.
  • the positive terminal and the negative terminal are short-circuited by turning on the switching element constituting the short-circuit portion, and the positive terminal and the negative terminal are opened by turning off the switching element.
  • Control A voltage-type step-down chopper section stop function, short-circuit operation of the short-circuit section, and inverter stop function stop the power supply to the load during arc discharge and maintain the circulating current of the voltage-type step-down chopper section of control B By operating and using the circulating current of control C, the inverter is restarted quickly.
  • the control unit when arc discharge occurs, can perform stop / restart control of DC output based on the detection signal of the arc detection unit that detects the arc state.
  • the control unit performs stop control based on detection of occurrence of arc discharge, and performs restart control based on detection of disappearance of arc discharge.
  • the arc detection unit detects the voltage of the load or the voltage at the output terminal of the voltage source DC power supply, compares the detected voltage with a predetermined first threshold value, and sets the first threshold value. An arc occurrence is detected when the voltage drops below.
  • the detected voltage is compared with a predetermined second threshold value, and it is determined that the arc discharge has disappeared when the second threshold value is exceeded.
  • FIGS. 3 is a flowchart for explaining an operation example of the voltage source DC power supply apparatus 1 of the present invention
  • FIG. 4 is a timing chart for explaining an operation example of the voltage source DC power supply apparatus of the present invention.
  • the flowchart of FIG. 3 shows an example of operation when arc discharge occurs (S1 to S6) and an example of operation when arc discharge disappears (S7 to S7) in a state where the voltage source DC power supply 1 is performing normal operation. S11).
  • the arc detector 6 detects and monitors the voltage and current at the load or the output terminal of the voltage source DC power supply 1, and when the voltage drops while the load current flows, it is detected that arc discharge has occurred. To detect. Detection of the occurrence of arc discharge can be performed by comparing a predetermined threshold value with a detected value. The detection of arc discharge is not limited to the comparison between the detected voltage value and the threshold value (S1).
  • the power supply from the DC power supply to the voltage-type step-down chopper unit 2 is stopped by the steps S2 to S4, the supply of DC power from the voltage-type DC power supply device 1 to the load is stopped, and the diode of the voltage-type step-down chopper unit 2 closed circuit D 1 to be formed by the DC reactor L F1 is formed.
  • Current flowing through the inductance of the DC reactor L F1 of the voltage source step-down chopper unit 2 the formed closed circuit circulates as a circulating current ⁇ i (S5).
  • the circulating current ⁇ i is supplied to the inverter 3 when the supply of DC power from the voltage source DC power supply 1 to the load is resumed, and the rise of the orthogonal transformation by the inverter 3 is accelerated.
  • the S7 ⁇ S9 step the power supply to the voltage-step-down chopper unit 2 from the DC power supply resumes, the circulating current flowing in the closed circuit and the diode D 1 voltage-step-down chopper unit 2 is formed by DC reactor L F1 .DELTA.i Is supplied to the bridge circuit of the inverter 3 prior to the power supply from the voltage source step-down chopper unit 2 (S10).
  • the voltage-type step-down chopper unit 2 is supplied from the DC power source to the inverter 3 through the voltage-type step-down chopper unit 2 depending on the inductance and stray capacitance of the voltage-type step-down chopper unit 2.
  • a delay occurs in the direct current.
  • the short circuit between the positive terminal P and the negative terminal N of the voltage-type step-down chopper unit 2 stops, and a current path is formed between the voltage-type step-down chopper unit 2 and the inverter 3.
  • the DC current is supplied to the inverter 3 before the DC current is supplied from the DC power supply, and the power supply to the load can be accelerated.
  • FIG. 4 illustrates an example of the operation of the voltage source DC power supply device 1 of the present invention.
  • FIGS. 4 (a) to 4 (d) show arc generation detection, arc extinction detection, arc setting the elapsed time, and shows the arc detection signal
  • FIG. 4 (e) shows an operation state of the switching element Q 1 and the inverter 3 of the voltage source step-down chopper unit
  • FIG. 4 (f) is the operating state of the voltage source step-down chopper unit are shown
  • FIG. 4 (g) shows an operation state of the short-circuit switching element Q 2 of the short-circuit unit
  • FIG. 4 (h) shows the output voltage of the voltage source DC power supply (V O).
  • the gate signal for driving the switching elements Q U and Q V of the arm on the positive terminal side of the inverter and the gate signal for driving the switching elements Q X and Q Y of the arm on the negative terminal side are usually known gate signals. Since it can be used, the description is omitted here.
  • the arc detection unit 6 When the arc detection unit 6 detects the occurrence of an arc (FIG. 4A), the arc detection signal is activated (FIG. 4D), and when the arc extinction is detected (FIG. 4B), the arc detection signal is activated. Lower. In addition to the detection of arc extinguishing, the fall of the arc detection signal may be performed based on the passage of a predetermined arc setting elapsed time (FIG. 4C) after the occurrence of an arc is detected.
  • a predetermined arc setting elapsed time FIG. 4C
  • the inverter 3 In a state where DC power is being supplied from the DC power source to the load, the inverter 3 is in an on state, and the output voltage Vo becomes zero voltage when the operation of the inverter 3 is stopped (FIG. 4 (h)).
  • the switching elements to Q 1 voltage type step-down chopper unit 2 is in the ON state, the shorting switching element Q 2 of the short circuit portion 10 is in the off state.
  • the arc detection signal rises (FIG. 4 (d)), the control unit 5, turns off the inverter, switches the switching element Q 1 in the OFF state (FIG. 4 (e)), the DC power supply It stops the power supply from with (FIG. 4 (h)), switching the shorting switching element Q 2 in the oN state (FIG. 4 (g)), and DC diode D 1 voltage-step-down chopper unit 2 reactor L F1
  • a closed circuit is used to form a circulation circuit.
  • the arc detector 6 detects the arc extinction (FIG. 4 (b)) or when a predetermined arc set elapsed time has elapsed since the occurrence of the arc (FIG. 4 (c)), and sets the arc detection signal. Lower (FIG. 4D).
  • An arc detection signal falls (FIG. 4 (d)), the control unit 5 switches the inverter 3 from the OFF state to the ON state, switches to the ON state of the switching element Q 1 from the OFF state (FIG. 4 (e) ).
  • Resume power supply from the DC power source with (FIG. 4 (h)), switching the shorting switching element Q 2 from the ON state to the OFF state (FIG. 4 (g)), the inverter-side circulating currents ⁇ i flowing through the circulation circuit Shed.
  • the output voltage Vo is output by restarting the operation of the inverter 3 (FIG. 4 (h)).
  • the arc set elapsed time When determining the period in which flows a circulating current in the circulation circuit shorting switching element Q 2 is turned on to arc set elapsed time, the arc set elapsed time to hold the state in which the arc discharge is generated segment ( As the set time t arc ), it is possible to arbitrarily set a period from the time when arc discharge occurs until the time when arc discharge disappears.
  • FIG. 5 shows the circuit state of the voltage source DC power supply device of the present invention.
  • FIG. 5 shows a circuit state when a short circuit having a boosting function is used as the short circuit part.
  • diodes D 1 and D 2 shown in FIG. 5 a diode in which the triangular portion of the diode symbol is white indicates that no current flows, and a diode in which the triangular portion of the diode symbol is expressed in black flows. It shows the state.
  • FIG. 5A shows a state where power is supplied from the DC power source to the inverter 3 side.
  • the switching element Q 1 is in the on state
  • the shorting switching element Q 2 of the booster circuit is in the off state
  • the power supply to the inverter side from the DC power source through a voltage-step-down chopper unit is performed.
  • FIG. 5B shows a state when an arc is generated.
  • switched off state of the switching element Q 1 from the on state switching the shorting switching element Q 2 from the OFF state to the ON state, a closed circuit of the DC reactor L F1 and the diode D 1 voltage-down chopper unit 2 To form a circulation circuit.
  • a circulation current ⁇ i flows through the circulation circuit.
  • FIG. 5C shows the holding state. In the holding state, it turns off the switching element Q 1, holding the shorting switching element Q 2 of the booster circuit in the ON state, waiting for the arc is extinguished by stopping the power to the load. During this time, the circulating current ⁇ i flows through the circulating circuit and is held.
  • FIG. 5D shows a state at the time of arc extinguishing.
  • the shorting switching element Q 2 of the booster circuit is switched from the ON state to the OFF state, the circulating current ⁇ i flowing in the circulation circuit to the load side
  • the power supply from the DC power source to the inverter side is resumed via the step-down chopper unit.
  • FIG. 7 shows a configuration example of the voltage source DC power supply device 1 using the inverter of the present invention.
  • the voltage source DC power supply 1 is a power source that supplies high-frequency power to the load of the plasma generator, and the plasma generator has two electrodes: an electrode for inputting a DC voltage from the voltage source DC power supply 1 and a grounded electrode. Is provided. According to the voltage source DC power supply 1, one electrode can be grounded and a DC voltage can be applied to the other electrode.
  • the voltage source DC power supply device 1 converts a rectifying unit that rectifies AC power of an AC power source, a snubber unit that constitutes a protection circuit that suppresses transiently generated high voltage, and converts a DC power voltage input from the rectifying unit into a predetermined voltage.
  • Voltage type step-down chopper unit that outputs DC current, single-phase inverter that converts DC output of voltage-type step-down chopper unit into AC output, single-phase transformer that converts AC output of single-phase inverter into predetermined voltage, single-phase A rectifier is provided for rectifying the AC output of the transformer.
  • the voltage source DC power supply supplies the output of the rectifier to the electrode A through the output cable.
  • FIG. 8 shows a configuration example of a dual cathode power supply device using the voltage type DC power supply device 1 of the present invention, a multiphase inverter, and a multiphase transformer.
  • the dual cathode power supply is a power supply that supplies high-frequency power to the load of the plasma generator, and the plasma generator includes two electrodes, electrode 1 and electrode 2, in a grounded case. According to this dual cathode power supply device, an electrically symmetrical AC voltage can be applied to the two electrodes.
  • the dual cathode power supply device converts a DC power voltage input from a rectifying unit that rectifies AC power of an AC power source, a snubber unit that constitutes a protection circuit that suppresses transiently generated high voltage, into a predetermined voltage.
  • a voltage-type step-down chopper unit that outputs DC current
  • a multi-phase inverter that converts the DC output of the voltage-type step-down chopper unit into a multi-phase AC output
  • a multi-phase transformer that converts the AC output of the multi-phase inverter into a predetermined voltage Equipped with a single-phase output from the multi-phase transformer.
  • the dual cathode power supply device supplies one output of the multiphase transformer to one electrode A via an output cable, and supplies the other output to the other electrode B via an output cable.
  • the current source inverter device of the present invention can be applied as a power source for supplying power to the plasma generator.

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Abstract

インバータを備える電圧形直流電源装置において、アーク発生時においてインバータから負荷側への電流供給を抑制する。電圧形直流電源装置の直流出力の停止・復帰において、停止時においてチョッパ部をインバータから切り離すことによってアーク発生時の負荷への過剰電流を抑制してアークの消弧を高速で行い、チョッパ部を流れる電流を循環電流として保持し、インバータの再起動時において保持していた循環電流を負荷に供給することによって、電圧形直流電源装置の直流出力の復帰時における、負荷への直流電力の供給遅れを低減する。

Description

電圧形直流電源装置および電圧形直流電源装置の制御方法
　本願発明は、電圧形直流電源装置およびその制御方法に関し、例えば、プラズマ発生装置等の負荷に用いられる電圧形直流電源装置およびその制御方法に関する。
　プラズマ発生用装置に用いる直流電源装置は、アーク発生時において過剰電流を抑制し、アークの消弧を高速で行うことが求められている。電圧形の直流電源は、出力に接続される大きなコンデンサによってアーク発生時に過剰な放電電流が流れたり、アーク発生時の出力電圧低下を補うために更に出力を増加させることでアークが長時間化するなど負荷への影響が増すという問題がある。
　アーク放電の対処法として、
　（１）電源を一時停止し、一定時間経過後に運転を再開する。
　（２）リアクタンスとコンデンサの組み合わせから成るＬＣ振動回路によって逆電圧を発生させてアークを自己消弧させる。
　（３）半導体スイッチ素子による逆電圧発生回路によって逆電圧を発生させてアークを自己消弧させる。
　等が知られている。
　これら対処法では、アーク放電が頻繁に発生する場合には出力電流を制御できないという問題、正常放電の再開に時間的遅延が生じるという問題等が指摘されている。
　上記課題を解決するために、インバータとして電流形インバータを用い、電流形インバータのスイッチング動作を電流源として制御することによって、プラズマ発生装置への供給電力量を制御するプラズマ用直流電源装置が提案されている（特許文献１）。
特開２００４－４０９６２号公報（段落［0002］～段落［0027］）
　特許文献１で提案されるプラズマ用直流電源装置は、電流形インバータのスイッチング動作を制御することでプラズマ発生装置への供給量を制御し、電流源動作によって安定した直流電力を供給する電流形直流電源装置である。つまり、電圧源ではなく電流源として電力を制御することで安定した制御を可能とするものである。
　したがって、電流源に変更することなく電圧源の構成のままで、アーク発生時において過剰電流を抑制し、アーク消弧後の直流出力の供給復帰を迅速に行うことができる電圧形直流電源は知られていない。
　本願発明は前記した従来の問題点を解決し、電圧形直流電源装置において、アーク発生時においてインバータから負荷側への過剰電流の供給を抑制することを目的とする。
　プラズマ発生装置を負荷として直流電力を供給する場合には、負荷であるプラズマ発生装置にアーク放電が発生した際に、電圧形直流電源装置からプラズマ発生装置への直流電力の供給を停止することによって過剰電流を抑制して電極や基板の損傷を低減する。さらに、アーク放電が消弧した際に、電圧形直流電源装置からプラズマ発生装置への直流電力の供給を復帰させる。
　本願発明の電圧形直流電源装置は、アーク発生時に電圧形直流電源装置に流れる直流電流を保持して負荷側への供給を抑制し、アーク消弧後の電圧形直流電源装置の直流出力の供給復帰時において、保持した直流電流を用いて負荷への直流出力の供給を迅速に行う。
　電圧形直流電源装置の直流出力の停止・復帰において、停止時においてチョッパ部をインバータから切り離すことによってアーク発生時の負荷への過剰電流を抑制してアークの消弧を高速で行う。さらに、このときチョッパ部に流れる電流を循環電流として保持し、インバータの再起動時において保持していた循環電流を負荷に供給することによって、電圧形直流電源装置の直流出力の復帰時における、負荷への直流電力の供給遅れを低減する。ここで、インバータは単相インバータあるいは多相インバータとすることができ、以下では単にインバータで表記する。
　本願発明は、電圧形直流電源装置の態様および直流電源装置の制御方法の態様を含む。
 [直流電源装置]
　本願発明の電圧形直流電源装置は、直流源を構成する電圧形降圧チョッパ部と、第１スイッチング素子～第４スイッチング素子の４つのスイッチング素子からなるブリッジ回路を有し、電圧形降圧チョッパ部の直流出力をスイッチング素子の動作により単相の交流電力に変換するインバータと、インバータの出力を交直変換し、得られた直流を負荷に供給する整流部と、電圧形降圧チョッパ部およびインバータを制御する制御部と、電圧形降圧チョッパ部とインバータとの間において、電圧形降圧チョッパ部の正端子と負端子との間を短絡スイッチング素子で短絡する短絡部を備える。
　通常の電力供給動作において、電圧形降圧チョッパ部は直流電力の電圧を所定電圧に変換して直流電圧を出力する。インバータは、電圧形降圧チョッパ部の直流出力を複数のスイッチング素子の動作で電流路を切り換えることにより単相の交流電力に変換する。整流部は、インバータで変換した交流電力を交直変換によって直流電力に変換し、変換した直流電力を負荷に供給する。
　直流電力を負荷に供給する動作状態において、負荷のプラズマ発生装置においてアーク放電が発生すると、負荷電圧が降下すると共に電源側から負荷に向かって過剰電流が流れる。本願発明の電圧形直流電源装置は、このアーク放電が発生した際に電源側から負荷への電力供給を停止し、その後、アーク放電が消弧した後に電源側から負荷への電力供給を復帰する。
　制御部は、アーク放電が発生した時点で、インバータ部のスイッチング素子をオフ状態にし、前記電圧形降圧チョッパ部のスイッチング素子をオフ状態とし、短絡部の短絡スイッチング素子をオン状態として、電圧形降圧チョッパ部のインダクタとダイオード、および短絡部の前記短絡スイッチング素子によって循環回路を形成する。アーク放電が消弧した時点又はアーク放電が発生してから所定の設定時間が経過した時点で、インバータ部のスイッチング素子をオン状態とし、電圧形降圧チョッパ部のスイッチング素子をオン状態とし、短絡部の短絡スイッチング素子をオフ状態として、循環回路に流れる循環電流をインバータに供給する。
　アーク放電の消弧の有無は、負荷電圧等の電圧検出によって判定する他、アーク放電が発生してからアーク放電が消弧するまでの時間を予め設定しておき、この設定時間の経過に基づいて消弧したと判断してもよい。
　本願発明が備える短絡部の形態は、電圧形降圧チョッパ部とインバータとの間に設けた、電圧形降圧チョッパ部の正端子と負端子との間をスイッチング素子で断続する短絡回路とすることができる。
　本願発明が備える短絡部の他の形態は、電圧形降圧チョッパ部とインバータとの間に設けた、電圧形降圧チョッパ部の直流出力を昇圧してインバータに供給する昇圧回路としても機能する短絡回路とすることができる。
　昇圧回路としても機能する短絡回路は、電圧形降圧チョッパ部の正端子と負端子との間を接続するスイッチング素子、インバータの入力端間を接続する平滑コンデンサ、および平滑コンデンサの正端子間又は負端子間を接続するダイオードを備える。
 [電圧形直流電源装置の制御方法］
　本願発明の電圧形直流電源装置の制御方法は、直流源を構成する電圧形降圧チョッパ部と、第１スイッチング素子～第４スイッチング素子の４つのスイッチング素子からなるブリッジ回路を有し、電圧形降圧チョッパ部の直流出力をスイッチング素子の動作により単相の交流電力に変換するインバータと、インバータの出力を交直変換し、得られた直流を負荷に供給する整流部と、電圧形降圧チョッパ部とインバータとの間において、電圧形降圧チョッパ部の正端子と負端子との間を短絡スイッチング素子によって短絡する短絡部と、電圧形降圧チョッパ部およびインバータを制御する制御部とを備える電圧形直流電源装置の制御方法である。
　制御部は、
　（ａ）負荷においてアーク放電が発生した時点で、インバータ部のスイッチング素子をオフ状態にし、電圧形降圧チョッパ部のスイッチング素子をオフ状態とし、短絡部の短絡スイッチング素子をオン状態として、電圧形降圧チョッパ部のインダクタとダイオード、および短絡部の短絡スイッチング素子によって循環回路を形成する。
　（ｂ）アーク放電が消弧するまであるいは消弧したと認定するに十分な時間が経過するまでの間は、循環回路の循環電流を維持する。
　（ｃ）アーク放電が消弧した時点又はアークが発生してから所定の設定時間が経過した時点で、インバータ部のスイッチング素子をオン状態にし、電圧形降圧チョッパ部のスイッチング素子をオン状態とし、前記短絡部の短絡スイッチング素子をオフ状態として、前記循環回路に流れる循環電流をインバータに供給する。
　以上説明したように、本願発明によれば、アーク発生時においてインバータから負荷側への電流供給を抑制することができる。また、アーク発生時に電圧形直流電源装置に流れる直流電流を保持し、アーク消弧後の電圧形直流電源装置の直流出力の供給復帰時において、保持した直流電流を用いて負荷への直流出力の供給を迅速に行うことができる。
本願発明の電圧形直流電源装置の構成例を説明するための概略ブロック図である 本願発明の制御部の一構成例を説明するための概略ブロック図である。 本願発明の電圧形直流電源装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 本願発明の電圧形直流電源装置の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 本願発明の電圧形直流電源装置のアーク放電消弧の電流の流れを説明するための図である。 インバータの構成例を説明するための図である。 本願発明のインバータを用いた直流電源装置の構成例を示す図である。 本願発明のインバータを用いたデュアルカソード電源装置の構成例を示す図である。
　本願発明は、プラズマ発生装置等の負荷に対して直流電力を供給する際に、直流出力の停止・復帰を行う電圧形直流電源装置および電圧形直流電源装置の制御方法に係る。
　プラズマ発生装置を負荷として直流電力を供給する場合には、負荷であるプラズマ発生装置にアーク放電が発生した際に、電圧形直流電源装置からプラズマ発生装置への直流電力の供給を停止することによって電極や基板の損傷を低減する。さらに、アーク放電が消弧した際に、電圧形直流電源装置からプラズマ発生装置への直流電力の供給を復帰させる。
　本願発明は、電圧形直流電源装置の直流出力の停止・復帰において、停止時においてチョッパ部に流れる電流を循環電流として保持し、インバータの再起動時において保持していた循環電流を負荷に供給することによって、電圧形直流電源装置の直流出力の復帰時において負荷への直流電力の供給遅れを低減する。
　以下、本願発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下では、本願発明の電圧形直流電源装置および制御方法について、図１、図２を用いて電圧形直流電源装置の構成例を説明し、図３～図５を用いて電圧形直流電源装置の制御例を説明する。
[電圧形直流電源装置の構成]
　本願発明の電圧形直流電源装置は、直流源を構成する電圧形降圧チョッパ部と、第１スイッチング素子～第４スイッチング素子の４つのスイッチング素子からなるブリッジ回路を有し、電圧形降圧チョッパ部の直流出力をスイッチング素子の動作により単相の交流電力に変換するインバータと、インバータの出力を交直変換し、得られた直流を負荷に供給する整流部と、電圧形降圧チョッパ部およびインバータを制御する制御部と、電圧形降圧チョッパ部とインバータとの間において、電圧形降圧チョッパ部の正端子と負端子との間を短絡スイッチング素子で短絡する短絡部を備える。
　通常の電力供給動作において、電圧形降圧チョッパ部は直流電力の電圧を所定電圧に変換して直流電圧を出力する。インバータは、電圧形降圧チョッパ部の直流出力を第１スイッチング素子～第４スイッチング素子の動作で電流路を切り換えることにより単相の交流電力に変換する。整流部は、インバータで変換した交流電力を交直変換によって直流電力に変換し、変換した直流電力を負荷に供給する。
　直流電力を負荷に供給する動作状態において、負荷のプラズマ発生装置においてアーク放電が発生すると、負荷電圧が降下すると共に電源側から負荷に向かって過剰電流が流れる。本願発明の電圧形直流電源装置は、このアーク放電が発生した際に電源側から負荷への電力供給を停止し、その後、アーク放電が消弧した後に電源側から負荷への電力供給を復帰する。
　アーク放電の消弧の有無は、負荷電圧等の電圧検出によって判定する他、アーク放電が発生してからアーク放電が消弧するまでの時間を予め設定しておき、この設定時間の経過に基づいて消弧したと判断してもよい。
　本願発明の電圧形直流電源装置の構成例について図１，図２を用いて説明する。
　図１、図８に示す電圧形直流電源装置１は、直流源を構成する電圧形降圧チョッパ部２と、第１スイッチング素子～第４スイッチング素子の４つのスイッチング素子からなるブリッジ回路を有し、電圧形降圧チョッパ部２の直流出力をスイッチング素子の動作により単相の交流電力に変換するインバータ３と、インバータ３の出力を交直変換し、得られた直流を負荷に供給する整流部４と、電圧形降圧チョッパ部２およびインバータ３を制御する制御部５と、電圧形降圧チョッパ部２とインバータ３との間において、電圧形降圧チョッパ部２の正端子Ｐと負端子Ｎとの間を短絡用スイッチング素子Ｑ２で短絡する短絡部１０を備える。この短絡部１０は昇圧回路としても動作する。
　電圧形降圧チョッパ部２は、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１と直流リアクトルＬＦ１とを備える。スイッチング素子Ｑ１は、直流電圧をチョッパ制御することによって降圧する。直流リアクトルＬＦ１は、チョッパ制御した直流を電流平滑する。なお、ダイオードＤ１はＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を用いてもよい。
　インバータ３は、電圧形降圧チョッパ部２で電流平滑された直流を入力し、インバータ３が備えるブリッジ回路のスイッチング素子を制御することによって直交変換する。
　短絡部１０は、電圧形降圧チョッパ部２の正端子Ｐと負端子Ｎとの間に短絡用スイッチング素子Ｑ２を接続した構成とする。スイッチング素子Ｑ１のオフ状態において、正端子Ｐと負端子Ｎとの間を短絡することによって、コンデンサＣＦ１に充電されている直流電圧はダイオードＤ２によってブロックされ、電圧形降圧チョッパ部２のダイオードＤ１および直流リアクトルＬＦ１と共に閉回路を形成する。
　ダイオードＤ２は、コンデンサＣＦ１に充電されている直流電圧がスイッチング素子Ｑ２がオン状態のときにスイッチング素子Ｑ２に印加されることを阻止するブロッキングダイオードであり、図１で示すように正端子Ｐ側に接続する構成に限らず、負端子Ｎ側に接続してもよい。
　コンデンサＣＦ１は、電圧形降圧チョッパ部２の直流リアクトルＬＦ１を流れる電流のエネルギーを蓄積する他、インバータ３のスイッチング素子間で転流動作を行う際に発生するサージ電圧や、各スイッチング素子に直列接続されたインダクタのエネルギーを吸収して、スイッチング素子を保護する作用を奏する。
　インバータ３は、第１スイッチング素子～第４スイッチング素子をブリッジ接続して構成される。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いることができる。インバータの各スイッチング素子は、制御部５の制御信号に基づいてスイッチング動作を行い、直流電力を交流電力に変換して出力する。
　整流部４は、インバータ３の交流出力を整流し、直流出力を負荷に供給する。インバータの交流出力に含まれる高周波リップル分を除去するために、整流部４の出力端に直流フィルタ回路を備える構成としてもよい。直流フィルタ回路は、出力端に並列接続する出力コンデンサ（図示していない）と直列接続した出力リアクトル（図示していない）の一方又は両方を用いて構成することができる。
　整流部４の直流出力は、電圧形直流電源装置１とプラズマ発生装置との間を接続した出力ケーブルによってプラズマ発生装置に供給される。
　電圧形直流電源装置１は、高周波リップル分を除去する構成として、整流部４に接続する直流フィルタ回路に代えて寄生インピーダンスを利用することができる。例えば、インダクタンス分として整流部４と出力端子との間の配線のインダクタンスや、電圧形直流電源装置１と負荷との間に接続される出力ケーブルに含まれるインダクタンスやコンデンサ、あるいは、プラズマ負荷の場合にはプラズマ発生装置の電極容量を用いることができる。上記したインバータの寄生インピーダンス、および出力ケーブルや電極容量の容量分は実質的に直流フィルタ回路を構成し、インバータの交流出力に含まれる高周波リップル分を低減する。
　また、直流電圧のリップル分は、インバータ回路の駆動周波数を下げると増加する特性がある。そのため、インバータ回路の駆動周波数を高めることによって、出力コンデンサおよび出力リアクトルの必要性を低下させることができる。また、インバータ回路の駆動周波数を高めることによって、電圧形直流電源装置１が内部に保有するエネルギーを抑制することができる。
　さらに、本願発明の電圧形直流電源装置１は制御部５を備え，電圧形降圧チョッパ部２、短絡部１０およびインバータ３を制御する。図２の概略ブロック図を用いて制御部５の一構成例を説明する。
　制御部５は、電圧形降圧チョッパ部２のスイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御する制御信号を形成する制御信号形成回路５ａと、短絡部１０において、正端子と負端子との間に設けた短絡用スイッチング素子Ｑ２のオン・オフを制御する制御信号を形成する制御信号形成回路５ｂと、インバータ３のスイッチング素子のオン・オフを制御するパルス制御信号を形成する制御信号形成回路５ｃとを備える。
　制御信号形成回路５ａは、電圧形降圧チョッパ部２のスイッチング素子Ｑ１をチョッパ制御する回路であり、スイッチング素子Ｑ１の出力電流であるチョッパ電流、および電圧形直流電源装置１の出力電圧および出力電流を検出し、このチョッパ電流、および出力電圧および出力電流の検出値とに基づいて、電圧形直流電源装置１の出力が予め設定した所定の電流値および所定の電圧値となるように制御する。また、アーク検出部６のアーク検出信号に基づいて、アーク発生時にはオフ状態に切り換え、アーク消滅時にはオフ状態からオン状態に切り換える。
　制御信号形成回路５ｂは、短絡部１０の短絡用スイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御する回路であり、アーク検出部６のアーク検出信号に基づいて、アーク発生時にはオン状態に切り換え、アーク消滅時にはオン状態からオフ状態に切り換える。
　スイッチング素子Ｑ１および短絡用スイッチング素子Ｑ２の動作によって、電圧形降圧チョッパ部２のダイオードＤ１および直流リアクトルＬＦ１と共に閉回路が形成され、直流リアクトルＬＦ１に蓄積されたエネルギーは循環電流Δｉとして閉回路内を循環する。
　制御信号形成回路５ｃは、インバータ３のスイッチング素子のオン・オフを制御するパルス制御信号を形成し、インバータ３のブリッジ回路を構成する各アームのスイッチング素子ＱＵ、ＱＶ、ＱＸ、ＱＹのスイッチング動作を制御するインバータ３はスイッチング素子の制御によって、入力した直流を交流に直交変換する。また、アーク検出部６のアーク検出信号に基づいて、アーク発生時にはオフ状態に切り換え、アーク消滅時にはオフ状態からオン状態に切り換える。
　制御部５は、上記の制御信号形成回路５ａ～５ｃの他に設定時間経過回路５ｄを備える構成とすることができる。設定時間経過回路５ｄは、アーク消滅時の制御信号を形成する回路であり、アーク発生からアーク消滅までに要する十分な長さの設定時間を予め定めておき、アーク検出部６からアーク検出信号を入力してから設定時間が経過した時点で制御信号を出力し、制御信号形成回路５ａからはスイッチング素子Ｑ１をオフ状態からオン状態に切り換える制御信号を出力させ、制御信号形成回路５ｂからは短絡用スイッチング素子Ｑ２をオン状態からオフ状態に切り換える制御信号を出力させ、制御信号形成回路５ｃからは、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態からオン状態に切り換える制御信号を出力させる。
　設定時間経過回路５ｄは、アーク放電の発生が検出されてからの経過時間を計時し、経過時間が予め設定された設定時間ｔａｒｃが経過することによってアーク放電が消失したとして制御信号を出力する。設定時間ｔａｒｃは、アーク放電が発生する直前の直流電流を循環電流Δｉとして流す電流状態を保持する時間に相当する。この設定時間ｔａｒｃは保持時間として任意に設定することができ、例えば、制御対象の負荷についてアーク放電が発生してから消失するまでに要する時間を予め求めておき、この時間に変動幅から予測されるマージン分を加える等によって定めることができる。
　アーク検出部６は、例えば、負荷あるいは出力端の電圧に基づいて、負荷のアーク発生装置におけるアーク放電の発生状態を検出する。
　アーク検出部６によるアーク状態の検出は、例えば、負荷電流から流れる状態で、負荷の電圧、あるいは、電圧形直流電源装置１の出力端の電圧をあらかじめ定めておいた第１のしきい値と比較し、検出電圧が第１のしきい値よりも低下したときにアーク放電が発生したことを検出する。また、アーク放電の発生を検出した後、検出した電圧をあらかじめ定めておいた第２のしきい値と比較し、検出電圧が第２のしきい値を超えたときにアーク放電が消失したと判断する。
　インバータ３は、例えば、図６に示すように４本のアームを有するブリッジ回路によって構成される。各アームにはそれぞれスイッチング素子ＱＵ、ＱＶ、ＱＸ、ＱＹの４個のスイッチング素子が設けられる。スイッチング素子ＱＵとスイッチング素子ＱＸとを直列接続し、スイッチング素子ＱＶとスイッチング素子ＱＹとを直列接続する。
　スイッチング素子ＱＵとスイッチング素子ＱＸの接続点は、インダクタンスＬｍ１を介して負荷の正端子側に接続され、スイッチング素子ＱＵとスイッチング素子ＱＹの接続点は負荷の負端子側に接続される。
　制御部５には、電圧形直流電源装置１の出力端あるいは負荷側からフィードバック信号が帰還される。フィードバック信号は、例えば、電圧形直流電源装置１の出力端の電圧、又は電流、又は電力とすることができる。
　[直流電源装置の制御動作]
　本願発明の電圧形直流電源装置の制御部は、電圧形直流電源装置の直流出力の停止時、停止中、および再開時において、以下の制御Ａ～制御Ｃで示した各制御、および制御Ｄの短絡制御によって、電圧形直流電源装置の直流出力の停止・再開において、停止時においてチョッパ部に流れる電流を循環電流として保持し、インバータの再起動時においてこの循環電流を負荷に供給することによって、電圧形直流電源装置の直流出力の復帰時における、負荷への直流電力の供給遅れを低減する。
　本願発明の電圧形直流電源装置の制御部は、電圧形直流電源装置１の直流出力の停止時、停止中、および再開時において以下の制御を行う。
　制御Ａ：アーク発生時の電圧形直流電源装置の直流出力の停止時（電圧形降圧チョッパ部の停止動作）
　電源装置の直流出力の停止時の制御は、電圧形降圧チョッパ部のスイッチをオン状態からオフ状態に切り換え、短絡部によって正端子と負端子間を短絡する。これにより、インバータのスイッチをオン状態からオフ状態に切り換える。
　アーク放電発生時に電源側から負荷への電力供給を停止する時点において、電圧形降圧チョッパ部の動作を停止すると共に、短絡部において正端子側と負端子側を短絡することによって、インバータから変圧器側に向かう電流を停止させる。
　電圧形直流電源装置１は、負荷に直流出力を供給している状態では、電圧形降圧チョッパ部は直流源の直流電力を所定電圧に変換しインバータに入力する。インバータは直流電力を交流電力に変換する。整流部はインバータの出力を交直変換し、直流電力を負荷に供給する。
　電圧形直流電源装置１の直流出力の停止時において、電圧形降圧チョッパ部のスイッチをオン状態からオフ状態に切り換え、直流源からの電力供給を停止する。この停止時において、短絡部によって正端子と負端子間を短絡すると、電圧形降圧チョッパ部と短絡部との間で閉回路が形成される。閉回路には、停止時に電圧形降圧チョッパ部のインダクタに蓄積されたエネルギーが循環電流の形態で流れる。この循環電流は、インバータを再起動して直流出力を復帰する際に、直流源から直流出力が供給されるよりも先の時点で、電圧形降圧チョッパ部から見て負荷側に存在する回路に流れ、インバータから負荷への迅速な電力供給が行われる。
　制御Ｂ：電圧形直流電源装置１の直流出力の停止中（循環回路の形成動作、および循環電流の保持動作）
　電圧形直流電源装置１の直流出力の停止中の制御は、インバータのスイッチのオフ状態と、電圧形降圧チョッパ部のスイッチのオフ状態と、短絡部の正端子と負端子間の短絡状態とを保持する。
　電源側から負荷への電力供給の停止中において、電圧形降圧チョッパ部のインダクタを含む循環回路を形成し、インダクタに流れる電流を循環電流として保持する。
　電圧形直流電源装置１の直流出力の停止中には、電圧形降圧チョッパ部のスイッチのオフ状態を保持することによって、直流源からの電力供給の停止を保持し、短絡部の正端子と負端子間の短絡状態を保持することによって、電圧形降圧チョッパ部と短絡部との間で形成される循環回路に流れる循環電流を保持する。
　制御Ｃ：電圧形直流電源装置１の直流出力の復帰時（循環電流を利用したインバータの再起動動作）
　電圧形直流電源装置１の直流出力の復帰時の制御は、電圧形降圧チョッパ部のスイッチをオフ状態からオン状態に切り換え、短絡部を開放状態とし、インバータのスイッチをオフ状態からオン状態に切り換える。
　電圧形直流電源装置１の直流出力の復帰時には、インバータのスイッチをオフ状態からオン状態に切り換え、電圧形降圧チョッパ部のスイッチをオフ状態からオン状態への切り換え、および短絡部の開放によって、直流源の直流電力を所定電圧への変換を再開し、変換した直流電力をインバータに入力する。
　アーク放電が消弧した後、電力供給の復帰時において循環電流をインバータに流すことによってインバータを迅速に再起動させる。
　制御Ｄ：短絡制御
　制御部は、電圧形直流電源装置の直流出力の停止時および停止中において短絡部の正端子と負端子間を短絡制御する。この短絡制御において、短絡部を構成するスイッチング素子をオン状態とすることによって正端子と負端子間を短絡し、スイッチング素子をオフ状態とすることで正端子と負端子間を開放する。
　制御Ａの電圧形降圧チョッパ部の停止機能と短絡部の短絡動作、およびインバータの停止機能によって、アーク放電時に負荷への電力供給を停止し、制御Ｂの電圧形降圧チョッパ部の循環電流の保持動作、および、制御Ｃの循環電流を用いることによってインバータを迅速に再起動させる。
　本願発明の電圧形直流電源装置１は、アーク放電が発生する場合において、制御部はアーク状態を検出するアーク検出部の検出信号に基づいて直流出力の停止・再開制御を行うことができる。制御部は、アーク放電の発生検出に基づいて停止制御を行い、アーク放電の消失検出に基づいて再起動制御を行う。
　アーク検出部は、負荷の電圧、あるいは、電圧形直流電源装置の出力端の電圧を検出し、この検出電圧をあらかじめ定めておいた第１のしきい値と比較し、第１のしきい値よりも低下したときにアーク発生を検出する。
　また、アーク発生を検出した後、検出電圧をあらかじめ定めておいた第２のしきい値と比較し、第２のしきい値を超えたときにアーク放電が消失したと判断する。
[電圧形直流電源装置の動作例]
　次に、本願発明の電圧形直流電源装置１の動作例について図３～図５を用いて説明する。図３は本願発明の電圧形直流電源装置１の動作例を説明するためのフローチャートであり、図４は本願発明の電圧形直流電源装置の動作例を説明するためのタイミングチャートであり、図５は本願発明の電圧形直流電源装置１のアーク放電消失時の電流の流れを説明するための図である。
　図３のフローチャートは、電圧形直流電源装置１が通常動作を行っている状態において、アーク放電が発生した時の動作例（S1～S6）、およびアーク放電が消失した時の動作例（S7～S11）を示している。
　電圧形直流電源装置１による負荷への直流電力の供給状態において、負荷のアーク発生装置においてアーク放電が発生すると、負荷の入力電圧あるいは電圧形直流電源装置の出力電圧が低下する。
　アーク検出部６は、負荷あるいは電圧形直流電源装置１の出力端の電圧と電流とを検出して監視し、負荷電流が流れる状態で電圧が低下した場合には、アーク放電が発生したことを検出する。アーク放電の発生の検出は、予め定めておいたしきい値と検出値とを比較することによって行うことができる。なお、アーク放電の検出は、電圧の検出値としきい値との比較に限られるものではない(S1)。
　（アーク放電が発生した時の動作例）
　アーク放電の発生が検出された場合には、電圧形降圧チョッパ部２のスイッチング素子Ｑ１を停止し(S2)、短絡用の制御信号形成回路５で形成した短絡用のオン信号によって（S3）、短絡部１０の短絡用スイッチング素子Ｑ２をオン状態とし、電圧形降圧チョッパ部２の正端子Ｐと負端子Ｎの間を短絡する。この短絡動作によって、インバータ３による電力供給は停止すると共に、インバータ３を停止（オフ）する(S4)。
　S2～S4の工程によって直流電源から電圧形降圧チョッパ部２への電力供給を停止して、電圧形直流電源装置１から負荷への直流電力の供給を停止し、電圧形降圧チョッパ部２のダイオードＤ１と直流リアクトルＬＦ１で形成される閉回路が形成される。電圧形降圧チョッパ部２の直流リアクトルＬＦ１のインダクタンスに流れる電流は、形成された閉回路を循環電流Δｉとして循環する(S5)。
　循環電流Δｉは、電圧形直流電源装置１から負荷への直流電力の供給を再開した際に、インバータ３に供給され、インバータ３による直交変換の立ち上がりを早める。
　（アーク放電が消失した時の動作例）
　アーク放電の発生が検出された後、アーク放電の消失が検出された場合、あるいは、アーク放電の消失が想定される時間が経過した場合には（S6）、電圧形降圧チョッパ部２のスイッチング素子Ｑ１をオフ状態からオン状態に切り換え(S7)、短絡用の制御信号の出力を終了することによって短絡用スイッチング素子Ｑ２をオン状態からオフ状態に切り換えて（S8）、電圧形降圧チョッパ部２の正端子Ｐと負端子Ｎの間の短絡状態を停止して導通させ、インバータ３を動作状態とする(S9)。
　S7～S9の工程によって、直流電源から電圧形降圧チョッパ部２への電力供給を再開し、電圧形降圧チョッパ部２のダイオードＤ１と直流リアクトルＬＦ１で形成される閉回路に流れる循環電流Δｉを、電圧形降圧チョッパ部２からの電力供給よりも先にインバータ３のブリッジ回路に供給する(S10)。
　S7の工程によって電圧形降圧チョッパ部２の導通を再開した際には、電圧形降圧チョッパ部２が有するインダクタンス分や浮遊容量分によって、電圧形降圧チョッパ部２を通して直流電源からインバータ３に供給される直流電流に遅れが生じる。これに対して、循環電流Δｉは、電圧形降圧チョッパ部２の正端子Ｐと負端子Ｎ間の短絡が停止し、電圧形降圧チョッパ部２とインバータ３との間に電流路が形成されることによって、直流電源から直流電流が供給されるよりも先にインバータ３に供給され、負荷への電力供給を早めることができる。
　電圧形直流電源装置１の動作を終了するまで、S1～S10の工程を繰り返す(S11)。
　図４のタイミングチャートは本願発明の電圧形直流電源装置１の動作例を説明するものであり、図４（ａ）～（ｄ）は、アーク検出部によるアーク発生検出、アーク消弧検出、アーク設定経過時間、およびアーク検出信号を示し、図４（ｅ）は電圧形降圧チョッパ部のスイッチング素子Ｑ１およびインバータ３の動作状態を示し、図４（ｆ）は電圧形降圧チョッパ部の動作状態を示し、図４（ｇ）は短絡部の短絡用スイッチング素子Ｑ２の動作状態を示し、図４（ｈ）は電圧形直流電源装置の出力電圧（ＶＯ）を示している。
　なお、インバータの正端子側のアームのスイッチング素子ＱＵ、ＱＶを駆動するゲート信号、負端子側のアームのスイッチング素子ＱＸ、ＱＹを駆動するゲート信号は、通常知られたゲート信号を用いることができるため、ここでは表記を略している。
　アーク検出部６は、アーク発生を検出すると（図４（ａ））アーク検出信号を立ち上げ（図４（ｄ））、アーク消弧を検出すると（図４（ｂ））アーク検出信号を立ち下げる。アーク検出信号の立ち下げは、アーク消弧の検出による他に、アーク発生を検出してから所定のアーク設定経過時間の経過（図４（ｃ））に基づいて行う態様とすることもできる。
　直流電源から負荷に直流電力が供給されている状態では、インバータ３はオン状態であり、インバータ３の運転停止によって出力電圧Ｖoが零電圧となる（図４（ｈ））。また、電圧形降圧チョッパ部２のスイッチング素子Ｑ１はオン状態にあり、短絡部１０の短絡用スイッチング素子Ｑ２はオフ状態にある。この電力供給状態において、アーク検出信号が立ち上がると（図４（ｄ））、制御部５は、インバータをオフ状態に、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態に切り換え（図４（ｅ））、直流電源からの電力供給を停止する（図４（ｈ））と共に、短絡用スイッチング素子Ｑ２をオン状態に切り換え（図４（ｇ））、電圧形降圧チョッパ部２のダイオードＤ１と直流リアクトルＬＦ１の閉回路によって循環回路を形成する。
　アーク検出部６は、アーク消弧の検出（図４（ｂ））あるいはアーク発生を検出してから所定のアーク設定経過時間が経過した時点で（図４（ｃ））、アーク検出信号を立ち下げる（図４（ｄ））。
　アーク検出信号が立ち下がると（図４（ｄ））、制御部５は、インバータ３をオフ状態からオン状態に切り換えて、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態からオン状態に切り換える（図４（ｅ））。直流電源からの電力供給を再開する（図４（ｈ））と共に、短絡用スイッチング素子Ｑ２をオン状態からオフ状態に切り換え（図４（ｇ））、循環回路に流れる循環電流Δｉをインバータ側に流す。インバータ３の運転再開によって出力電圧Ｖoが出力される（図４（ｈ））。
　短絡用スイッチング素子Ｑ２をオン状態として循環回路に循環電流を流している期間をアーク設定経過時間で定める場合には、このアーク設定経過時間はアーク放電が発生したときの状態を保持する区間（設定時間ｔａｒｃ）として、アーク放電の発生時点からアーク放電の消失時点と判断される時点までの間を任意に設定することができる。
　図５は本願発明の電圧形直流電源装置の回路状態を示している。図５は短絡部として昇圧機能を備えた短絡回路を用いた場合の回路状態を示している。図５中に示すダーオードＤ１，Ｄ２において、ダイオード記号の三角形状部分を白抜きしたダイオードは電流が流れていない状態を示し、ダイオード記号の三角形状部分を黒で表記したダイオードは電流が流れている状態を示している。
　図５（ａ）は直流電源からインバータ３側に電力供給を行う状態を示している。電力供給時には、スイッチング素子Ｑ１はオン状態にあり、昇圧回路の短絡用スイッチング素子Ｑ２はオフ状態にあり、電圧形降圧チョッパ部を介して直流電源からインバータ側に電力供給が行われる。
　図５（ｂ）はアーク発生時の状態を示している。アーク発生時には、スイッチング素子Ｑ１をオン状態からオフ状態に切り換え、短絡用スイッチング素子Ｑ２をオフ状態からオン状態に切り換え、電圧形降圧チョッパ部２のダイオードＤ１と直流リアクトルＬＦ１の閉回路による循環回路を形成する。循環回路には循環電流Δｉが流れる。
　図５（ｃ）は保持状態を示している。保持状態において、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態に、昇圧回路の短絡用スイッチング素子Ｑ２をオン状態に保持し、負荷への電力を停止してアークが消滅するのを待つ。この間、循環電流Δｉは循環回路を流れて保持される。
　図５（ｄ）はアーク消弧時の状態を示している。アーク消弧時には、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態からオン状態に切り換え、昇圧回路の短絡用スイッチング素子Ｑ２をオン状態からオフ状態に切り換えて、循環回路に流れていた循環電流Δｉを負荷側に流すと共に、降圧チョッパ部を介して直流電源からインバータ側への電力供給を再開する。
[インバータを用いた電源装置の構成例]　
　図７は本願発明のインバータを用いた電圧形直流電源装置１の構成例を示している。
　電圧形直流電源装置１はプラズマ発生装置の負荷に高周波電力を供給する電源であり、プラズマ発生装置は、電圧形直流電源装置１から直流電圧を入力する電極と、接地された電極の二つの電極を備える。この電圧形直流電源装置１によれば、一方の電極を接地し、他方の電極に直流電圧を印加することができる。
　電圧形直流電源装置１は、交流電源の交流電力を整流する整流部、過渡的に生じる高電圧を抑制する保護回路を構成するスナバー部、整流部から入力した直流電力の電圧を所定電圧に変換して直流電流を出力する電圧形降圧チョッパ部、電圧形降圧チョッパ部の直流出力を交流出力に変換する単相インバータ、単相インバータの交流出力を所定電圧に変換する単相変圧器、単相変圧器の交流出力を整流する整流器を備える。電圧形直流電源装置は、整流器の出力を出力ケーブルを介して電極Ａに供給する。
（デュアルカソード電源装置の構成例）
　図８は本願発明の電圧形直流電源装置１と多相インバータおよび多相化変圧器を用いたデュアルカソード電源装置の構成例を示している。
　デュアルカソード電源装置はプラズマ発生装置の負荷に高周波電力を供給する電源であり、プラズマ発生装置は接地したケース内に電極１と電極２の二つの電極を備える。このデュアルカソード電源装置によれば、二つの電極に電気的に対称な交流電圧を印加することができる。
　デュアルカソード電源装置は、交流電源の交流電力を整流する整流部、過渡的に生じる高電圧を抑制する保護回路を構成するスナバー部、整流部から入力した直流電力の電圧を所定電圧に変換して直流電流を出力する電圧形降圧チョッパ部、電圧形降圧チョッパ部の直流出力を多相の交流出力に変換する多相インバータ、多相インバータの交流出力を所定電圧に変換する多相化変圧器を備え、多相化変圧器の出力を単相構成とする。
　デュアルカソード電源装置は、多相化変圧器の一方の出力を出力ケーブルを介して一方の電極Ａに供給し、他方の出力を出力ケーブルを介して他方の電極Ｂに供給する。
　なお、上記実施の形態及び変形例における記述は、本願発明に係る電圧形インバータ装置および電圧形インバータ装置の制御方法の一例であり、本願発明は各実施の形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本願発明の範囲から排除するものではない。
　本願発明の電流形インバータ装置は、プラズマ発生装置に電力を供給する電力源として適用することができる。
　１　　電圧形直流電源装置
　２　　電圧形降圧チョッパ部
　３　　インバータ
　４　　整流部
　５　　制御部
　５ａ　　制御信号形成回路
　５ｂ　　制御信号形成回路
　５ｃ　　制御信号形成回路
　５ｄ　　設定時間経過回路
　６　　アーク検出部
　１０　　短絡部
　ＣＦ１　　コンデンサ
　Ｄ１　　ダイオード
　Ｄ２　　ダイオード
　ＬＦ１　　直流リアクトル
　Ｌｍ１　　インダクタンス
　Ｎ　　負端子
　Ｐ　　正端子
　Ｑ１　　スイッチング素子
　Ｑ２　　短絡用スイッチング素子
　ＱＵ　　スイッチング素子
　ＱＶ　　スイッチング素子
　ＱＸ　　スイッチング素子
　ＱＹ　　スイッチング素子
　ｔａｒｃ　　設定時間
　Ｖo　　出力電圧
　Δｉ　　循環電流

Claims (4)

  1. 　直流源を構成する電圧形降圧チョッパ部と、
    　第１スイッチング素子～第４スイッチング素子の４つのスイッチング素子からなるブリッジ回路を有し、前記電圧形降圧チョッパ部の直流出力を前記スイッチング素子の動作により単相の交流電力に変換するインバータと、
    　前記インバータの出力を交直変換し、得られた直流を負荷に供給する整流部と、前記電圧形降圧チョッパ部および前記インバータを制御する制御部とを備える電圧形直流電源装置であって、
    　前記電圧形降圧チョッパ部と前記インバータとの間に、前記電圧形降圧チョッパ部の正端子と負端子との間を短絡用スイッチング素子（Ｑ２）によって短絡する短絡部を備え、
    　前記制御部は、
    　アーク放電が発生した時点で、前記インバータの第１スイッチング素子～第４スイッチング素子をオフ状態とし、前記電圧形降圧チョッパ部のスイッチング素子（Ｑ１）をオフ状態とし、前記短絡部の短絡用スイッチング素子（Ｑ２）をオン状態として、前記電圧形降圧チョッパ部のインダクタ（ＬＦ）とダイオード（Ｄ１）、および前記短絡部の前記短絡用スイッチング素子（Ｑ２）によって循環回路を形成し、
    　前記アーク放電が消弧した時点又はアーク放電が発生してから所定の設定時間が経過した時点で、前記インバータの第１スイッチング素子～第４スイッチング素子をオン状態とし、前記電圧形降圧チョッパ部のスイッチング素子（Ｑ１）をオン状態とし、前記短絡部の短絡用スイッチング素子（Ｑ２）をオフ状態として、前記循環回路に流れる循環電流をインバータに供給することを特徴とする、電圧形直流電源装置。
  2. 　前記電圧形降圧チョッパ部と前記インバータとの間に、前記電圧形降圧チョッパ部の正端子と負端子との間をスイッチング素子で断続する短絡回路を備え
    　前記短絡部の短絡スイッチング素子は、前記短絡回路のスイッチング素子であることを特徴とする請求項１に記載の電圧形直流電源装置。
  3. 　前記短絡回路は、前記電圧形降圧チョッパ部の正端子と負端子との間を接続する短絡用スイッチング素子（Ｑ２）、前記インバータの入力端間を接続する平滑コンデンサ（ＣＦ）、および前記平滑コンデンサ（ＣＦ）の正端子間又は負端子間を接続するダイオード（Ｄ２）を備え、昇圧回路を構成することを特徴とする請求項２に記載の電圧形直流電源装置。
  4. 　直流源を構成する電圧形降圧チョッパ部と、
    　第１スイッチング素子～第４スイッチング素子の４つのスイッチング素子からなるブリッジ回路を有し、前記電圧形降圧チョッパ部の直流出力を前記スイッチング素子の動作により単相の交流電力に変換するインバータと、
    　前記インバータの出力を交直変換し、得られた直流を負荷に供給する整流部と、前記電圧形降圧チョッパ部と前記インバータとの間において、前記電圧形降圧チョッパ部の正端子と負端子との間を短絡スイッチング素子によって短絡する短絡部と、
    　前記電圧形降圧チョッパ部および前記インバータを制御する制御部とを備える電圧形直流電源装置の制御方法であって、
    　前記制御部は、
    　アーク放電が発生した時点で、前記インバータの第１スイッチング素子～第４スイッチング素子をオフ状態とし、前記電圧形降圧チョッパ部のスイッチング素子（Ｑ１）をオフ状態とし、前記短絡部の短絡用スイッチング素子（Ｑ２）をオン状態として、前記電圧形降圧チョッパ部のインダクタ（ＬＦ）とダイオード（Ｄ１）、および前記短絡部の前記短絡用スイッチング素子（Ｑ２）によって循環回路を形成し、
    　前記アーク放電が消弧するまでの間又はアーク放電が発生してから所定の設定時間が経過するまでの間において、前記循環回路を流れる循環電流を維持し、
    　前記アーク放電が消弧した時点又はアーク放電が発生してから所定の設定時間が経過した時点で、前記インバータの第１スイッチング素子～第４スイッチング素子をオン状態とし、前記電圧形降圧チョッパ部のスイッチング素子（Ｑ１）をオン状態とし、前記短絡部の短絡用スイッチング素子（Ｑ２）をオフ状態として、前記循環回路に流れる循環電流をインバータに供給することを特徴とする、電圧形直流電源装置の制御方法。
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