JP2015070677A - 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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Abstract

【課題】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。【解決手段】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。【選択図】図１

Description

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の零電圧となる（図４（ｉ））。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は出力される（図４（ｉ））。
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
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。
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。
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Ｑ Ｖ 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。
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））。
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中に示すダイオード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。

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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KR1020157026356A KR101586183B1 (ko) 2013-09-27 2013-12-26 전압형 직류전원장치 및 전압형 직류전원장치의 제어방법
US14/904,336 US9621064B2 (en) 2013-09-27 2013-12-26 Arc quenching circuit for a power supply in a plasma generator
CN201380075356.5A CN105075087B (zh) 2013-09-27 2013-12-26 电压型直流电源装置以及电压型直流电源装置的控制方法
EP13894343.6A EP2999106B1 (en) 2013-09-27 2013-12-26 Voltage-type dc power supply and control method of voltage-type dc power supply
TW103105209A TWI511621B (zh) 2013-09-27 2014-02-18 電壓型直流電源裝置及電壓型直流電源裝置之控制方法

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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5943484B2 (ja) * 2013-05-07 2016-07-05 シオン電機株式会社 直流電源使用時に生ずるアーク放電防止システム
JP5729732B2 (ja) * 2013-09-27 2015-06-03 株式会社京三製作所 直流電源装置、直流電源装置の制御方法
JP6332126B2 (ja) * 2015-04-20 2018-05-30 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載負荷制御装置及びコンピュータプログラム
JP6873687B2 (ja) * 2016-12-27 2021-05-19 株式会社京三製作所 電源装置、及び電源装置の制御方法
JP6947504B2 (ja) * 2016-12-27 2021-10-13 株式会社京三製作所 電源装置、及び電源装置の制御方法
JP6712547B2 (ja) 2016-12-27 2020-06-24 株式会社京三製作所 電源装置、及び電源装置の制御方法
TWI666969B (zh) * 2017-01-06 2019-07-21 日商東芝照明技術股份有限公司 電源裝置以及具備此電源裝置的照明裝置
JP6708137B2 (ja) * 2017-01-13 2020-06-10 オムロン株式会社 直流開閉器のアーク消去装置
US10475622B2 (en) * 2017-09-26 2019-11-12 Advanced Energy Industries, Inc. System and method for plasma ignition
CN110190744A (zh) * 2018-02-23 2019-08-30 台达电子工业股份有限公司 电源供应装置及其控制方法
FR3092713B1 (fr) * 2019-02-11 2021-06-25 Alstom Transp Tech Procédé et système de protection d’un circuit d’alimentation électrique
CN111917287A (zh) * 2019-05-17 2020-11-10 中车大同电力机车有限公司 降压式变换电路及其过压保护装置、驱动方法
KR20210006631A (ko) * 2019-07-09 2021-01-19 엘지전자 주식회사 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈
CN116455215A (zh) * 2022-01-07 2023-07-18 重庆美的通用制冷设备有限公司 磁悬浮轴承的供电电路及***
TWI807977B (zh) * 2022-08-26 2023-07-01 立錡科技股份有限公司 切換式電源轉換器及其控制電路與控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001335928A (ja) * 2000-05-29 2001-12-07 Origin Electric Co Ltd スパッタリング装置
JP2004040962A (ja) * 2002-07-05 2004-02-05 Kyosan Electric Mfg Co Ltd プラズマ発生用直流電源装置
JP2006006053A (ja) * 2004-06-18 2006-01-05 Shihen Tech Corp 直流電源装置
JP2007282419A (ja) * 2006-04-10 2007-10-25 Shihen Tech Corp 直流電源装置
JP2009284734A (ja) * 2008-05-26 2009-12-03 Ulvac Japan Ltd バイポーラパルス電源及びこのバイポーラパルス電源を複数台並列接続してなる電源装置
JP5557407B1 (ja) * 2012-09-05 2014-07-23 株式会社京三製作所 直流電源装置、直流電源装置の制御方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4544807A (en) * 1983-06-13 1985-10-01 Sers Gilbert L Fault detector test instrument
DE3427520A1 (de) * 1984-07-26 1986-02-06 Thyssen Industrie Ag, 4300 Essen Schaltungsanordnung zur speisung eines verbraucherzweipols
US4734061A (en) * 1986-12-31 1988-03-29 Bell Communications Research, Inc. Telecommunications terminal block
JPH04128086U (ja) * 1991-01-21 1992-11-20 株式会社東芝 高効率電源回路
DE4216810C2 (de) * 1991-05-31 1999-09-16 Fuji Electric Co Ltd Steuerschaltung für einen Leitfähigkeitsänderungs-MISFET
US5418707A (en) * 1992-04-13 1995-05-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy High voltage dc-dc converter with dynamic voltage regulation and decoupling during load-generated arcs
JP2835322B2 (ja) 1997-02-20 1998-12-14 芝浦メカトロニクス株式会社 スパッタリング用電源装置および該装置を用いたスパッタリング装置
CN1223698C (zh) 1997-02-20 2005-10-19 芝浦机械电子装置股份有限公司 用于溅射的电源装置和使用该装置的溅射设备
CN2286440Y (zh) * 1997-04-08 1998-07-22 国海峰 一种逆变三用焊机的控制电路
CN2286441Y (zh) * 1997-04-15 1998-07-22 四平市焊接器材厂 单相半自动气体保护弧焊机
DE10024113B4 (de) * 2000-05-18 2009-07-23 Hohner Maschinenbau Gmbh Klammerformvorrichtung
US6580593B2 (en) * 2001-03-14 2003-06-17 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for fault condition protection of a switched mode power supply
JP2003125576A (ja) 2001-10-15 2003-04-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US6808607B2 (en) * 2002-09-25 2004-10-26 Advanced Energy Industries, Inc. High peak power plasma pulsed supply with arc handling
US7154277B2 (en) * 2003-08-29 2006-12-26 Abb Inc. Method and apparatus for detecting faults in AC to AC, or DC to AC power conversion equipments when the equipment is in a high impedance mode
JP2005149761A (ja) * 2003-11-11 2005-06-09 Sony Corp プラズマ発生用の電源装置
US8269141B2 (en) * 2004-07-13 2012-09-18 Lincoln Global, Inc. Power source for electric arc welding
US7262606B2 (en) 2005-03-26 2007-08-28 Huettinger Elektronik Gmbh + Co. Kg Method of arc detection
PL1705687T3 (pl) * 2005-03-26 2007-09-28 Huettinger Elektronik Gmbh Co Kg Sposób wykrywania łuku
GB2447873B (en) * 2007-03-30 2009-07-29 Cambridge Semiconductor Ltd Forward power converter controllers
CN100493802C (zh) * 2007-07-27 2009-06-03 北京工业大学 一种逆变弧焊电源控制***
US20100039080A1 (en) 2008-08-12 2010-02-18 Toko, Inc. Single-inductor buck-boost converter with positive and negative outputs
US8670255B2 (en) * 2008-09-12 2014-03-11 Infineon Technologies Austria Ag Utilization of a multifunctional pin combining voltage sensing and zero current detection to control a switched-mode power converter
US9379643B2 (en) * 2010-12-23 2016-06-28 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Electrosurgical generator controller for regulation of electrosurgical generator output power
US8937824B2 (en) * 2013-01-28 2015-01-20 Eaton Corporation Photovoltaic system and method of controlling same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001335928A (ja) * 2000-05-29 2001-12-07 Origin Electric Co Ltd スパッタリング装置
JP2004040962A (ja) * 2002-07-05 2004-02-05 Kyosan Electric Mfg Co Ltd プラズマ発生用直流電源装置
JP2006006053A (ja) * 2004-06-18 2006-01-05 Shihen Tech Corp 直流電源装置
JP2007282419A (ja) * 2006-04-10 2007-10-25 Shihen Tech Corp 直流電源装置
JP2009284734A (ja) * 2008-05-26 2009-12-03 Ulvac Japan Ltd バイポーラパルス電源及びこのバイポーラパルス電源を複数台並列接続してなる電源装置
JP5557407B1 (ja) * 2012-09-05 2014-07-23 株式会社京三製作所 直流電源装置、直流電源装置の制御方法

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