直流電源裝置以及直流電源裝置的控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流電源裝置，例如涉及在等離子體發(fā)生裝置等負載中所使用的直流電源裝置以及直流電源裝置的控制方法。
【背景技術】
[0002]等離子體發(fā)生用裝置所使用的直流電源裝置希望在產(chǎn)生電弧時對過剩電流進行抑制，并高速地進行電弧的消弧。電壓型的直流電源存在如下的問題，通過與輸出連接的大的電容器產(chǎn)生電弧時，流過過剩的放電電流，或者為了對電弧發(fā)生時的輸出電壓降低進行補償進一步增加輸出由此電弧長時間化等向負載的影響增加。
[0003]將等離子體發(fā)生裝置作為負載時，每次發(fā)生電弧時直流電源重復啟動/停止動作。難以進行高速的啟動/停止動作，因此導致不穩(wěn)定的動作。對于這樣的問題，提出了以下一種直流電源裝置，在具備斬波電路、逆變器、電壓變換電路的直流電源裝置中，在停止時進行停止斬波器的主開關并且使逆變器進行動作來進行的停止操作、在使斬波器的主開關進行動作狀態(tài)下使逆變器的所有晶體管接通的停止動作、停止斬波器的主開關并且使逆變器的所有晶體管接通的停止動作中的某一方，在啟動時通過使逆變器進行動作使從斬波電路輸出的直流電壓脈沖的脈沖寬度逐漸擴大，由此來抑制向逆變器的大電流，啟動時的動作穩(wěn)定，使負載高速地啟動/停止(專利文獻I)。
[0004]此外，提出了一種濺射電源用電弧切斷裝置，在直流電源裝置與負載之間設置強制性地使電弧能量旁通的短路開關電路，使該短路開關電路在每一定時間定期地進行動作來產(chǎn)生逆脈沖從而抑制電弧放電，并且在產(chǎn)生電弧放電時強制性地產(chǎn)生逆脈沖來降低電弧能量，在電弧放電消弧后，使等離子體狀態(tài)恢復(非專利文獻I)。
[0005]另一方面，在向負載供給高頻電力的交流電源裝置中，當在負載即等離子體發(fā)生裝置中產(chǎn)生電弧放電時，除了電路切斷或短路外，還會給電極或基板造成損傷。已知為了抑制這樣的電弧放電的發(fā)生，在檢測出電弧放電后，以預定時間限制或停止高頻電力的供給，之后恢復高頻電力。
[0006]當在檢測出電弧放電后以預定時間停止高頻電力的供給時，為了充分抑制電弧放電，超過需要地長時間停止高頻電力的供給時，存在輝光放電難以維持的問題。
[0007]針對這樣的問題，提出了一種等離子體發(fā)生裝置用電源，其為了在電弧放電發(fā)生后迅速抑制電弧放電，在電弧放電消失后立即運轉(zhuǎn)等離子體裝置，在檢測出電弧放電后供給脈沖狀的高頻，根據(jù)電弧放電的大小來控制脈沖狀的高頻的脈沖寬度(專利文獻2)。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開2006-6053號公報(段落
[0002]?段落
[0012])
[0011]專利文獻2:日本特開平08-167500公報(段落
[0003]?段落
[0011])
[0012]非專利文獻1-Origin Technical Journal N0.73 (2010) 1-7 Λ/n 夕電源用 7 —夕遮斷裝置(A少只発生器)「GEXUS-P30」中村健一.三保谷博

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的課題
[0014]在有關直流電源裝置的現(xiàn)有技術內(nèi)，具備逆變器的直流電源裝置(專利文獻I)在停止直流電源裝置后重新啟動逆變器時，通過在開始逆變器的控制后對斬波器的動作進行控制，使等離子體發(fā)生裝置重新啟動。
[0015]通常，對逆變器進行脈沖寬度控制時，生成脈沖信號，將該脈沖信號作為柵極信號輸入給逆變器的各開關元件，對開關元件的接通/斷開動作進行控制。
[0016]在逆變器的脈沖寬度控制中，在構(gòu)成橋接電路的各橋臂中進行直流/交流變換，以使各開關元件的接通/斷開動作的相位成為預定關系。在該脈沖寬度控制中，當各橋臂的開關元件的接通/斷開動作的相位偏離了預定關系時，存在得到的各相的輸出電壓中產(chǎn)生變動，向負載供給的電壓中產(chǎn)生變動的問題。
[0017]上述的直流電源裝置在逆變器的重新啟動中，將重新啟動時的脈沖控制信號的相位設定成與停止時的脈沖控制信號的相位沒有關系。因此，在重新啟動時，有可能在各相的輸出電壓中產(chǎn)生變動，向負載供給的電壓中產(chǎn)生變動。
[0018]此外，在將直流電源裝置的直流輸出停止后將其恢復時，由于因直流電源裝置具備的電容量等產(chǎn)生的延遲時間，存在在從逆變器重新啟動后直至向負載供給直流電力的期間產(chǎn)生延遲的問題。
[0019]本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有的問題點，在具備逆變器的直流電源裝置中，在逆變器重新啟動時，使重新啟動時的脈沖控制信號的相位與停止時的脈沖控制信號的相位一致。
[0020]此外，通過使重新啟動時的脈沖控制信號的相位與停止時的脈沖控制信號的相位一致，抑制重新啟動時的逆變器的各相的輸出電壓變動，抑制向負載供給的電壓的變動。
[0021]此外，目的在于降低直流電源裝置的直流輸出恢復時的向負載的直流電力的供給延遲。
[0022]解決課題的手段
[0023]本發(fā)明涉及在對等離子體發(fā)生裝置等負載供給直流電力時，進行直流輸出的停止/恢復的直流電源裝置以及直流電源裝置的控制方法。
[0024]在將等離子體發(fā)生裝置作為負載供給直流電力時，當在負載即等離子體發(fā)生裝置中發(fā)生了電弧放電時，通過停止從直流電源裝置向等離子體發(fā)生裝置的直流電力的供給，來降低電極或基板的損傷。并且，在電弧放電消弧時，恢復從直流電源裝置向等離子體發(fā)生裝置的直流電力的供給。
[0025]在本發(fā)明中，在直流電源裝置的直流輸出的停止/恢復中，在停止時將流過斬波部的電流保持為循環(huán)電流，在逆變器部重新啟動時將保持的循環(huán)電流供給給負載，由此來降低直流電源裝置的直流輸出恢復時的向負載的直流電力的供給延遲。
[0026]此外，保持停止時的柵極信號的相位狀態(tài)，在逆變器部重新啟動時從保持的柵極信號的相位狀態(tài)開始進行逆變器部的直交變換，由此抑制重新啟動時的輸出電壓變動。
[0027][直流電源裝置]
[0028]本發(fā)明的直流電源裝置具備:構(gòu)成直流源的電源斬波部、通過多個開關元件的動作將電源斬波部的直流輸出變換成多相交流電力的多相逆變器部、對多相逆變器部的輸出進行交直變換，向負載供給直流的整流部、對電源斬波部以及多相逆變器部進行控制的控制部。
[0029]在通常的電力供給動作中，電源斬波部將直流電力的電壓變換成預定電壓來輸出直流電流。多相逆變器部通過多個開關元件的動作對電流路徑進行切換，由此將電源斬波部的直流輸出變換成多相交流電力。整流部將通過多相逆變器部變換后的交流電力通過交直變換變換成直流電力，將變換后的直流電力供給給負載。
[0030]在將直流電力供給給負載的動作狀態(tài)下，當在負載的等離子體發(fā)生裝置中發(fā)生電弧放電時，負載電壓下降，并且從電源側(cè)向負載流過過剩電流。本發(fā)明的直流電源裝置在發(fā)生該電弧放電時，停止從電源側(cè)向負載的電力供給，之后，在電弧放電消弧后，恢復從電源側(cè)向負載的電力供給。
[0031]除了通過負載電壓等的電壓檢測來判定電弧放電有無消弧以外，還可以預先設定從發(fā)生電弧放電開始直至電弧放電消弧為止的時間，根據(jù)該設定時間的經(jīng)過來判斷為已消弧。
[0032]本發(fā)明的直流電源裝置通過以下的(a)?(C)所示的各功能，在電力供給的停止時以及恢復時，使逆變器部重新啟動時的脈沖控制信號的相位與停止時的脈沖控制信號的相位一致，通過對照脈沖控制信號的相位，抑制重新啟動時的逆變器的各相的輸出電壓變動，抑制向負載供給的電壓的變動。
[0033]此外，在直流電源裝置的直流輸出的停止/重新開始中，保持在停止時流過斬波部的電流來作為循環(huán)電流，在逆變器部重新啟動時通過將該循環(huán)電流供給給負載，來降低直流電源裝置的直流輸出恢復時的向負載的直流電力的供給延遲。
[0034](a)電源斬波部的停止功能以及逆變器的短路功能:
[0035]在停止從電源側(cè)向負載的電力供給的時刻，停止電源斬波部的動作，并且在逆變器部的輸入側(cè)，通過將正端子側(cè)和負端子側(cè)短路，使從逆變器部向變壓器側(cè)的電流停止的功能。
[0036](b)電源斬波部的循環(huán)電流的保持功能:
[0037]在從電源側(cè)向負載的電力供給已停止時，保持在停止時流過電源斬波部的電感部的電流來作為循環(huán)電流，在電力供給恢復時，通過使循環(huán)電流流過逆變器部，使逆變器部迅速重新啟動的功能。
[0038](c)逆變器的柵極信號狀態(tài)的保持功能:
[0039]在從電源側(cè)向負載的電力供給已停止時，保持停止時的對逆變器部進行控制的柵極信號狀態(tài)，在電力供給恢復時，從保持的柵極信號狀態(tài)重新開始逆變器部的控制的功能。
[0040]通過(a)的電源斬波部的停止功能和逆變器部的短路功能，在電弧放電時停止向負載的電力供給，通過(b)的電源斬波部的循環(huán)電流的保持功能以及(C)的逆變器部的柵極信號狀態(tài)的保持功能，使逆變器部迅速地重新啟動。
[0041]本發(fā)明的直流電源裝置在將電弧發(fā)生裝置作為負載時，具備檢測電弧發(fā)生裝置的電弧狀態(tài)的電弧檢測部，控制部可以根據(jù)電弧檢測部的檢測信號來進行直流輸出的停止/重新開始控制。控制部根據(jù)電弧的發(fā)生檢測來進行停止控制，根據(jù)電弧的消失檢測來進行重新啟動控制。
[0042]電弧檢測部檢測負載的電壓或直流電源裝置的出力端的電壓，將該檢測電壓與預先設定的第I閾值進行比較，當比第I閾值低時檢測出電弧發(fā)生。
[0043]此外，在檢測出電弧發(fā)生后，將檢測電壓與預先設定的第2閾值進行比較，當超過了第2閾值時判斷為電弧放電消失。
[0044][直流電源裝置的控制方法]
[0045]本發(fā)明的直流