JP4120179B2

JP4120179B2 - Power control method and power control apparatus

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Publication number: JP4120179B2
Application number: JP2001123933A
Authority: JP
Inventors: 隆章山田; 佳久土岐; 雄士橋本; 寛八木
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2021-04-23
Also published as: JP2002325428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力の制御方法および制御装置に関し、更に詳しくは、交流電圧のサイクル制御を行う電力制御方法および電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒータ等の温度制御システムには、図４に示すように、温度調節器１より所定の入力電力指令値をサイクル制御装置２に与え、サイクル制御装置２では、入力された電力指令値に応じ、所定の周期、例えば０．２〔ｓｅｃ〕毎に１ないし数サイクルの出力をゼロクロス機能付きＳＳＲ３に与え、前記所定の周期毎の何サイクルをヒータ４に与えてＯＮ／ＯＦＦし、そのヒータ４の温度を温度センサ５で検出し、温度調節器１にフィードバックし、サイクル制御を繰り返すことにより、ヒータ４の温度を入力電力指令値に応じた値となるように制御するものである。
【０００３】
サイクル制御装置２は、図５に示すように温度調節器１で１００％が出力されていると、電源周波数が５０Ｈｚの場合、この出力値１００％を受け、０．２ｓｅｃの制御周期の１０サイクルがフル出力される。温度調節器１の出力が７５％であるとサイクル制御装置２からは１０サイクル中、７．５サイクル分がＯＮで出力される。同様に、温度調節器１の出力が５０％の場合、サイクル制御装置２からは１０サイクル中５サイクルがＯＮで出力される。以下２５％の温度調節器出力の場合は、１０サイクル中、２．５サイクル分がＯＮされる。０％の温度調節器出力では、出力も１０サイクルすべてＯＦＦである。
【０００４】
なお、０．２ｓｅｃで５０Ｈｚの全サイクルは１０回となるが、図５は様式的なものであり、全サイクルを４回としている。
【０００５】
温度制御には、周期毎の数サイクル分中のオンサイクル比率を設定値に応じて変える上記サイクル制御の他に、設定値に応じて各サイクルにおける点弧角を制御する位相制御が採用されることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のサイクル制御では、制御周期が固定であり、かつ１サイクルを単位としてＯＮ／ＯＦＦ制御するので、出力分解能が低く、制御精度が悪く、出力応答も遅い。また、ＯＮ状態が時間的に偏るため、制御対象の寿命に悪影響、例えば制御対象がヒータの場合、熱ストレスが大きいという問題がある。
【０００７】
一方、位相制御では、高精度の制御が可能であるが点孤角を制御するものであるから、基本波成分以外に高調波が発生するという問題がある。さらに高速処理が必要であるため、装置全体が高価になるという問題がある。
【０００８】
そこで、本件出願人は、平成１２年３月１５日提出の「サイクル制御装置、電力調整装置、温度調節器および温度制御装置」（特願２０００−７１６４２号）において、高調波を発生せず、しかも従来のサイクル制御に比べて、高精度な制御が可能なサイクル制御装置を提案している。
【０００９】
以下、この先に提案したサイクル制御装置の概要について説明する。
【００１０】
図６は、このサイクル制御装置を備えた温度制御システムの概略構成を示すブロック図である。この温度制御システムは、温度調節器１と、サイクル制御装置２０と、ゼロクロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４と、温度センサ５とから構成されている。サイクル制御装置２０以外は、図４に示したものと同様である。
【００１１】
サイクル制御装置２０は、温度調節器１からの電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２と、出力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算部２４の出力を受け、その入力値と所定の閾値とを比較し、入力値が閾値より大なる場合に１００〔％〕出力、入力値が閾値より小なる場合に０％出力とする比較部２５とを備えている。
【００１２】
次に、図７に示すフロー図により、サイクル制御装置２０の動作を中心に説明する。動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５の閾値Ｓの設定（ステップＳＴ１１）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１２）、パラメータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリアする（ステップＳＴ１３）。
【００１３】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力Ｘ１を取り込む。（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力指令値Ｘｎを加算し、補正出力値Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００１４】
最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。したがって、入力電力指令値を４０％に設定したとすると、Ｘ１＝４０〔％〕であり、Ｙｉ１も４０〔％〕である。比較部２５で入力された補正出力値Ｙｉ１と閾値Ｓが比較され（ステップＳＴ５）、補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓ以上であると出力を１００〔％〕とする（ステップＳＴ６）。逆に補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓよりも小さいと出力を０〔％〕とする（ステップＳＴ７）。
【００１５】
続いて今回の入力指令値Ｘ１と出力Ｙ１の偏差、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求める（ステップＳＴ８）とともに、それまでの出力誤差累積値に今回の出力誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステップＳＴ９）。これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。
【００１６】
その後ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ９の処理は制御周期間にわたり繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００１７】
上記した処理動作を具体的な数値を例に上げて説明する。以下の説明では入力電力指令値Ｘ＝４０〔％〕、閾値Ｓ＝５０〔％〕とし、５０〔Ｈｚ〕の交流信号を制御するものとする。５０〔Ｈｚ〕の半サイクル期間は１０〔ｍｓｅｃ〕であるから、１０〔ｍｓｅｃ〕毎に、図７に示すフロー図の処理を実行する。入力電力指令値Ｘは４０〔％〕であるから、制御周期は半サイクル期間×５と決定される。
【００１８】
最初の半サイクル（周期１）では、図８に示すように、入力電力指令値４０〔％〕、この入力電力指令値４０〔％〕と出力誤差累積Σ（０）の加算で補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕、この補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕との比較で閾値Ｓの方が大であるから、出力０〔％〕、電力指令値Ｘ１＝４０〔％〕とこの出力０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ１＝４０〔％〕、同時に累積誤差Σ（１）＝４０〔％〕である。
【００１９】
第２番目の半サイクルでは、同じく図８に示すように、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（１）＝４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕、この補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ２の方が大であるから、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ２＝４０〔％〕と出力１００〔％〕との偏差より、出力誤差Ｅ２＝−６０〔％〕、前回までの出力累積誤差Σ（２）＝−２０〔％〕である。
【００２０】
第３番目の半サイクル（周期３）では、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕、この補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓの方が大きいので、出力を０〔％〕とする。指令値Ｘ３＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ３＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（３）＝２０〔％〕である。
【００２１】
第４番目の半サイクル（周期４）では、入力指令値Ｘ４は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ４が６０〔％〕、この補正出力Ｙｉ４＝６０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ４の方が大きいので、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ４＝４０〔％〕と出力１００〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ４＝−６０〔％〕、前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕に出力誤差−６０〔％〕を累積して、出力誤差累積Σ（４）＝−４０〔％〕である。
である。
【００２２】
第５番目の半サイクル（周期５）では、入力電力指令値Ｘ５は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値−４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ５＝０〔％〕、この補正出力Ｙｉ５と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較では明らかに閾値Ｓの方が大なので、出力を０〔％〕とする。電力指令値Ｘ５＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ５＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（４）＝−４０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（５）＝０〔％〕である。
【００２３】
以上５回の半サイクルで制御周期が終了し、次の制御周期に移る。１制御周期の中では電力指令値４０〔％〕に対し、出力１００〔％〕の半サイクルが２回あり、５回の半サイクル中に２回の１００〔％〕出力で他の３回のサイクルが出力０％であるから、電力指令値に対応した出力となる。
【００２４】
同様に、例えば、入力電力指令値が、５０％であった場合には、２回の半サイクルを制御周期として、一方の半サイクルが出力１００％、他方の半サイクルが出力０％となる。また、例えば、入力電力指令値が、６０％であった場合には、５回の半サイクルを制御周期として、その内の３回の半サイクルが出力１００％、２回の半サイクルが出力０％となる
かかるサイクル制御装置によれば、制御周期を決定し、半サイクル毎に出力補正し、電力指令値に応じて１００〔％〕出力か、０〔％〕出力かを選択して出力するものであるから、従来のサイクル制御に比し、出力応答が速く、また、従来のサイクル制御に比し、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。従来の位相制御に比べて高速処理が必要ないため、装置が安価に実現できる。ゼロ電圧スイッチングであるため、電気ノイズが小さいなどの効果がある。
【００２５】
しかしながら、このサイクル制御装置では、入力電力指令値が、例えば、１２．５％、２５％あるいは５０％などの値のときには、ヒータ４を流れる交流電流が同じ極性に偏ることになる。
【００２６】
例えば、入力電力指令値が、５０％であるときには、図９の出力波形に示されるように半サイクルおきに同一の極性の電流がヒータ４に流れることになり、ＤＣ電圧を印加している状態と同様となる。なお、この図９においては、上述の図８に対応する入力、補正出力、出力および累計誤差等の各項目を併せて示している。
【００２７】
このようなサイクル制御装置によって、例えば、図１０に示されるように、セラミック基板３１に、ヒータ４を埋め込んだ半導体ウェハの熱処理盤の前記ヒータ４等の負荷の温度制御を行った場合には、上述のように入力電流指令値によって負荷を流れる電流の極性が偏るために、マイグレーションが発生して負荷が短絡故障する場合があるという難点がある。
【００２８】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、高調波を発生せず、しかも従来のサイクル制御に比べて、高精度な制御が可能であって、負荷を流れる交流電流の極性に偏りのない電力制御方法および電力制御装置を提供することを目的としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００３０】
すなわち、本発明の電力制御方法は、入力電力指令値に応じて出力される出力電力指令値を用いて、負荷へ供給される交流電流をスイッチング制御する電力制御方法であって、交流の半サイクルの奇数倍の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算ステップと、加算ステップで加算された加算値と基準値とを比較してその比較結果に応じて出力電力指令値を決定する決定ステップと、決定された出力電力指令値の出力を、それまでに前記負荷に供給された交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りの、前記所定サイクル毎の累積値である極性累積値に基づいて、許容または禁止する出力ステップと、出力ステップで出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算ステップと、演算ステップで演算した出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積ステップと、出力ステップで出力される出力電力指令値に対応して前記負荷に供給される交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りを判定して、前記極性累積値に累積する極性累積ステップとを行うものである。
【００３１】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００３２】
さらに、累積された極性累積値に基づいて、出力電力指令値の出力を許容または禁止するので、負荷に流れる交流電流の極性が一方側に偏る場合には、出力電力指令値の出力を禁止することが可能となり、これによって、負荷に流れる交流電流の極性の偏りに起因するマイグレーションの発生を抑制できる。
【００３３】
本発明の他の実施態様においては、前記決定ステップでは、前記比較結果に応じて１００％の出力電力指令値または０％の出力電力指令値に決定し、前記出力ステップでは、決定された１００％の出力電力指令値を出力すると、その出力に対応して累積される前記極性累積値が、所定値を越えると予測されるときに、前記１００％の出力電力指令値の出力を禁止し、前記極性累積ステップでは、前記出力ステップで１００％の出力電力指令値を出力したときに、その出力電力指令値に対応して前記負荷に供給される交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りを判定して、それまでに累積された前記極性累積値に累積するものである。
【００３４】
本発明によると、１００％の出力電力指令値を出力すると、その出力に対応して累積される極性累積値が、所定値を越える、すなわち、負荷に流れる交流電流の極性が所定値を越えて同じ極性に偏ると予測されるときには、その出力を禁止するので、前記所定値を越えて同一の極性の電流が続くことがなく、負荷に流れる交流電流の極性の偏りに起因するマイグレーションの発生を抑制できる。
【００３５】
本発明の電力制御装置は、負荷へ供給される交流電流のスイッチング制御を行うための出力電力指令値を、入力電力指令値に応じて出力する電力制御装置であって、交流の半サイクルの奇数倍の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算手段と、前記所定サイクル毎に、前記加算手段からの加算値と基準値とを比較してその比較結果に応じて出力電力指令値を決定する比較手段と、前記所定サイクル毎に、比較手段で決定された出力電力指令値の出力を、それまでに前記負荷に供給された交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りの、前記所定サイクル毎の累積値である極性累積値に基づいて、許容または禁止する出力手段と、前記所定サイクル毎に、前記出力手段から出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算手段と、前記所定サイクル毎に、前記演算手段から出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積手段と、前記所定サイクル毎に、前記出力手段から出力される出力電力指令値に対応して前記負荷に供給される交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りを判定して、前記極性累積値に累積する極性累積手段とを備えている。
【００３６】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００３７】
さらに、累積された極性累積値に基づいて、出力電力指令値の出力を許容または禁止するので、負荷に流れる交流電流の極性が一方側に偏る場合には、出力電力指令値の出力を禁止することが可能となり、これによって、負荷に流れる交流電流の極性の偏りに起因するマイグレーションの発生を抑制できる。
【００３８】
本発明の他の実施態様においては、前記比較手段は、前記比較結果に応じて１００％の出力電力指令値または０％の出力電力指令値に決定し、前記出力手段は、決定された１００％の出力電力指令値を出力すると、その出力に対応して累積される前記極性累積値が、所定値を越えると予測されるときに、前記１００％の出力電力指令値の出力を禁止し、前記極性累積手段は、前記出力手段から１００％の出力電力指令値を出力したときに、その出力電力指令値に対応して前記負荷に供給される交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りを判定して、それまでに累積された前記極性累積値に累積するものである。
【００３９】
本発明によると、１００％の出力電力指令値を出力すると、その出力に対応して累積される極性累積値が、所定値を越える、すなわち、負荷に流れる交流電流の極性が所定値を越えて同じ極性に偏ると予測されるときには、その出力を禁止するので、前記所定値を越えて同一の極性の電流が続くことがなく、負荷に流れる交流電流の極性の偏りに起因するマイグレーションの発生を抑制できる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００４１】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの概略構成を示すブロック図であり、図６に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４２】
この実施形態の温度制御システムは、温度調節器１と、本発明に係る電力制御装置２００と、ゼロクロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４と、温度センサ５から構成されている。
【００４３】
電力制御装置２００は、温度調節器１からの入力電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙとの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２と、出力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算部２４の加算出力を受け、その入力値と基準値としての閾値Ｓとを比較しその比較結果に応じて、１００％また０％の出力電力指令値を出力する比較部２５とを備えており、以上の構成は、先に提案しているサイクル制御装置と基本的に同様である。
【００４４】
この実施の形態では、電力制御装置２００から出力される出力電力指令値に応じて、ＳＳＲ３でヒータ４に流れる交流電流をスイッチングしたときに、電流の極性が同一の極性に偏ってマイグレーションが発生するといったことがないように、次のように構成している。
【００４５】
すなわち、この実施の形態では、ＳＳＲ３に対して出力する出力電力指令値に対応してヒータ４に流れる交流電流の極性を判定し、例えば、一方側の極性であるときは、極性値を「１００」とし、他方側の極性であるときには、極性値を「−１００」とし、その極性値を累積し、この極性累積値に基づいて、同一の極性の交流電流が、予め定めた所定値Ｓｍａｘ、例えば、「−２００」または「２００」のいずれかを上回る場合には、一方側の極性または他方側の極性が前記所定値を上回って連続することになるとして、比較部２５から出力される出力電力指令値のＳＳＲ３に対する出力を禁止するのである。
【００４６】
なお、比較部２５は、上述のように１００％また０％の出力電力指令値を出力するのであるが、０％の出力電力指令値の場合には、ヒータ４には、交流電流は流れないので、当然極性はなく、極性累積値は変化しないことにになる。
【００４７】
この電力制御装置２００は、当該電力制御装置２００からＳＳＲ３に対して出力電力指令値を出力したときに、その電力指令値に対応してヒータ４に流れる交流電流の極性が、一方側であるか他方側であるか判定して極性値を累積する極性累積部２６と、この極性累積部２６の極性累積値に基づいて、比較部２５からの出力電力指令値の出力を許容または禁止する出力部２７とを備えている。この出力部２７は、極性累積値と比較部２５の出力に基づいて、出力の許否を判定する許否判定部２８と、比較部２５からの出力電力指令値の出力を許容あるいは禁止するスイッチ部２９とを備えている。
【００４８】
この電力制御装置２００は、アナログ演算回路で構成してもよいし、コンピュータ等のソフトウエアを含むデジタル演算回路で構成してもよい。
【００４９】
次に、この実施形態の温度制御システムの動作を説明する。ここでは、図２に示すフローチャートに基づいて、電力制御装置２００の動作を中心に説明する。
【００５０】
動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５の閾値Ｓおよび極性累積値の閾値Ｓｍａｘの設定（ステップＳＴ１４）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１５）、パラメータ初期値を設定し、出力誤差累積用レジスタΣ（ｎ）、極性累積用レジスタΣｓ（ｎ）をクリアし、一方側の極性であるか他方側の極性であるかを示す極性フラグＦを１とする（ステップＳＴ１６）。
【００５１】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力（入力電力指令値）Ｘ１を取り込む。（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力指令値Ｘｎを加算し、出力Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００５２】
次に、出力閾値判定処理を行う（ＳＴ５）。この出力閾値判定処理は、比較部２５で入力された補正出力値Ｙ（ｎ）と閾値Ｓ（５０％）とが比較され、補正出力値Ｙ（ｎ）が閾値Ｓ以上であると、出力電力指令値を１００〔％〕と決定し、逆に補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓよりも小さいと、出力電力指令値を０〔％〕と決定するものである。
【００５３】
続いて、決定された出力電力指令値を出力したときに予測される極性累積値を演算する（ＳＴ６）。これは、それまでの極性累積値Σｓ（ｎ−１）と、決定された出力電力指令値Ｙ（ｎ）に、半サイクル毎に正負が反転する極性フラグＦを掛けた値とを加算して求める。例えば、決定された出力電力指令値Ｙ（ｎ）が１００％であって、極性フラグが一方側の極性を示す１であるときには、それまでの極性累積値Σｓ（ｎ−１）に、１００を加算した値が、予測される極性累積値となり、また、決定された出力電力指令値Ｙ（ｎ）が１００％であって、極性フラグが他方側の極性を示す−１であるときには、それまでの極性累積値Σｓ（ｎ−１）に、−１００を加算した値が、予測される極性累積値となる。
【００５４】
この求めた予測極性累積値に基づいて、出力許否判定を行う（ＳＴ７）。この出力許否判定では、予測極性累積値Ｅｓが、極性累積値の閾値Ｓｍａｘに対して、−Ｓｍａｘ以上であってＳｍａｘ以下であるか否かを判断するものであり、予測極性累積値Ｅｓが、−Ｓｍａｘ以上であってＳｍａｘ以下であるときには、ヒータ４に流れる交流電流の極性が、閾値Ｓｍａｘを上回って偏ることはないとして、決定された出力電力指令値Ｙ（ｎ）の出力を許容し（ＳＴ８）、そうでないときには、ヒータ４に流れる交流電流の極性が、閾値Ｓｍａｘを上回って偏ることになるとして、出力を禁止して出力電力指令値を０％とする（ＳＴ１３）。
【００５５】
続いて今回の入力電力指令値Ｘ（ｎ）と実際に出力された出力電力指令値Ｙ（ｎ）との偏差、すなわち、出力誤差Σ（ｎ）←Ｘ（ｎ）−Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ９）とともに、それまでの出力誤差累積値Σ（ｎ−１）に今回の出力誤差Ｅ（ｎ）を加算して、出力誤差累積Σ（ｎ）を更新する（ステップＳＴ１０）。
【００５６】
さらに、今回の出力Ｙ（ｎ）に極性フラグＦを掛けた値を、今回の極性値として、それまでの極性累積値Σｓ（ｎ−１）に加算して極性累積値を更新し（ＳＴ１１）、極性フラグの正負を反転させる（ＳＴ１２）。
【００５７】
これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。
【００５８】
この電力制御装置２００の後段のゼロクロス機能付ＳＳＲ３では、上述のステップＳＴ８の出力電力指令値に応じて、次の半サイクルで点弧される。
【００５９】
この次の半サイクルでは、ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ１３の処理は制御周期に渡って繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００６０】
次に、上記した処理動作を具体的な数値を例に上げて図３に基づいて説明する。以下の説明では、上述の図９に示したように、ヒータ４に流れる交流電流の極性に偏りが生じていた入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕とし、また、比較部２５における閾値Ｓ＝５０〔％〕、許否判定部２８における閾値Ｓｍａｘ＝２００〔％〕とし、５０〔Ｈｚ〕の交流信号を制御するものとする。５０〔Ｈｚ〕の半サイクル期間は１０〔ｍｓｅｃ〕であるから、１０〔ｍｓｅｃ〕毎に、図２に示すフロー図の処理を実行する。
【００６１】
最初の半サイクル（周期１）では、図３に示すように、入力電力指令値５０〔％〕、出力誤差累積値（累計誤差）Σは０であるので、入力電力指令値５０〔％〕と出力誤差累積値Σとの加算で補正出力Ｙが５０〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕との比較で閾値Ｓ以上であるから、出力電力指令値１００〔％〕と決定される。
【００６２】
このとき極性フラグは、一方の側であることを示す１であり、予測極性累積値は、極性累積値が０であって、決定された出力電力指令値が１００であるので、１００となり、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を示す１となり、これによって、１００％の出力電力指令値が出力されることになる。
【００６３】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝−５０〔％〕、同時に出力誤差累積値Σ＝−５０〔％〕となる。また、極性累積値（極性累積）Σは、今回の一方側の極性に対応する１００％の出力によって、１００％となる。
【００６４】
第２番目の半サイクル（周期２）では、入力電力指令値は変わらず５０〔％〕、この電力指令値５０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝−５０〔％〕の加算で、補正出力Ｙが０〔％〕、この補正出力Ｙ＝０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕との比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙの方が小さいので、出力電力指令値が０〔％〕と決定される。
【００６５】
このとき極性フラグは、他方の側であることを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極性累積値Σ１００に、出力電力指令値０と極性フラグとを掛けた値０を加えた値である１００となり、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を示す１となり、これによって、０％の出力電力指令値が出力されることになる。
【００６６】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−５０＝０〔％〕となる。また、極性累積値は、今回の０％の出力によって、前回までの極性累積値１００％のままとなる。
【００６７】
第３番目の半サイクル（周期３）では、入力電力指令値は変わらず５０〔％〕、この電力指令値５０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝０〔％〕の加算で、補正出力Ｙが５０〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕とのの比較で閾値Ｓ以上であるので、出力電力指令値が１００〔％〕と決定される。
【００６８】
このとき極性フラグは、一方の側であることを示す１であり、予測極性累積値は、それまでの極性累積値１００に、出力電力指令値１００と極性フラグ１とを掛けた値を加えた値である２００となり、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を示す１となり、これによって、決定された１００％の出力電力指令値が出力されることになる。
【００６９】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝−５０〔％〕、同時に出力誤差累積値Σ＝−５０＋０＝−５０〔％〕となる。また、極性累積値は、今回の一方側の極性に対応する１００％の出力によって、２００％となる。
【００７０】
第４番目の半サイクル（周期４）では、入力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝−５０〔％〕の加算で、補正出力Ｙが０〔％〕、この補正出力Ｙ＝０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙの方が小さいので、出力電力指令値を０〔％〕と決定する。
【００７１】
このとき極性フラグは、他方の側であることを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極性累積値２００に、出力電力指令値０と極性フラグとを掛けた値０を加えた値である２００となり、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を示す１となり、これによって、０％の出力電力指令値が出力されることになる。
【００７２】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−５０＝０〔％〕となる。また、極性累積値Σは、今回の０％の出力によって、前回までの極性累積値２００％のままとなる。
【００７３】
第５番目の半サイクル（周期５）では、入力電力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ０〔％〕の加算で、補正出力Ｙ＝５０〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓ以上なので、出力電力指令値が１００〔％〕と決定される。
【００７４】
このとき極性フラグは、一方の側であることを示す１であり、予測極性累積値は、それまでの極性累積値２００に、出力電力指令値１００と極性フラグ１とを掛けた値１００を加えた値である３００となり、極性累積値の閾値２００を上回るので、出力許否判定は、禁止を示す０となり、これによって、１００％の出力電力指令値の出力が禁止されて０％の出力となる。
【００７５】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−０＝５０〔％〕となる。また、極性累積値Σは、今回の０％の出力によって、前回までの極性累積値２００％のままとなる。
【００７６】
第６番目の半サイクル（周期６）では、入力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝５０〔％〕の加算で、補正出力Ｙが１００〔％〕、この補正出力Ｙ＝１００〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙの方が大きいので、出力電力指令値を１００〔％〕と決定する。
【００７７】
このとき極性フラグは、他方の側であることを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極性累積値２００に、出力電力指令値１００と極性フラグ−１とを掛けた値−１００を加えた値である１００となり、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を示す１となり、これによって、他方側の極性に対応する１００％の出力電力指令値が出力されることになる。
【００７８】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝−５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝−５０＋５０＝０〔％〕となる。また、極性累積値Σは、今回の他方側の極性に対応する１００％の出力によって、前回までの極性累積値Σ２００％に、−１００％を加算した値である１００％となる。
【００７９】
第７番目の半サイクル（周期７）では、入力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝０〔％〕の加算で、補正出力Ｙが５０〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓ以上であるので、出力電力指令値を１００〔％〕と決定する。
【００８０】
このとき極性フラグは、一方の側であることを示す１であり、予測極性累積値は、それまでの極性累積値Σ１００に、出力電力指令値１００と極性フラグ１とを掛けた値１００を加えた値である２００となり、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を示す１となり、これによって、１００％の出力電力指令値が出力されることになる。
【００８１】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝−５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝−５０＋０＝−５０〔％〕となる。また、極性累積値Σは、前回までの極性累積値１００％に、今回の一方側の極性に対応する１００％を加算した値である２００％となる。
【００８２】
第８番目の半サイクル（周期８）では、入力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝−５０〔％〕の加算で、補正出力Ｙが０〔％〕、この補正出力Ｙ＝０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓより小さいので、出力電力指令値が０〔％〕と決定される。
【００８３】
このとき極性フラグは、他方の側であることを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極性累積値２００に、出力電力指令値０と極性フラグとを掛けた値を加えた値である２００となり、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を示す１となり、これによって、０％の出力電力指令値が出力されることになる。
【００８４】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−５０＝０〔％〕となる。また、極性累積値Σは、今回の０％の出力によって、前回までの極性累積値２００％のままとなる。
【００８５】
第９番目の半サイクル（周期９）では、入力電力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝０〔％〕の加算で、補正出力Ｙが５０〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓ以上であるので、出力電力指令値を１００〔％〕と決定される。
【００８６】
このとき極性フラグは、一方の側であることを示す１であり、予測極性累積値は、それまでの極性累積値２００に、出力電力指令値１００と極性フラグ１とを掛けた値１００を加えた値である３００となり、極性累積値の閾値２００を上回るので、出力許否判定は、禁止を示す０となり、これによって、１００％の出力電力指令値の出力が禁止されて０％の出力となる。
【００８７】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−０＝５０〔％〕となる。また、極性累積値Σは、今回の０％の出力によって、前回までの極性累積値２００％のままとなる。
【００８８】
第１０番目の半サイクル（周期１０）では、入力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝５０〔％〕の加算で、補正出力Ｙが１００〔％〕、この補正出力Ｙ＝１００〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙの方が大きいので、出力電力指令値を１００〔％〕と決定する。
【００８９】
このとき極性フラグは、他方の側であることを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極性累積値２００に、出力電力指令値１００と極性フラグ−１とを掛けた値−１００を加えた値である１００となり、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を示す１となり、これによって、１００％の出力電力指令値が出力されることになる。
【００９０】
入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力された出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝−５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝−５０＋５０＝０〔％〕となる。また、極性累積値Σは、今回の他方側への１００％の出力によって、前回までの極性累積値２００％に、−１００％を加算した値である１００％となる。
【００９１】
この図３の出力波形に示されるように、第５、第９、第１３番目の半サイクルでは、出力電力指令値が１００％に決定されても、その１００％の出力電力指令値の出力を禁止し、次の第６、第１０、第１４番目の半周期の他方側の極性のときに、１００％の出力電力指令値を出力することになり、上述の図９のようにヒータ４に流れる交流電流の極性が偏ることがない。
【００９２】
かかる電力制御装置によれば、先に提案しているサイクル制御と同様に、半サイクル毎に出力補正し、電力指令値に応じて１００〔％〕出力か、０〔％〕出力かを選択して出力するものであるから、従来のサイクル制御に比し、出力応答が速く、また、従来のサイクル制御に比し、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。従来の位相制御に比べて高速処理が必要ないため、装置が安価に実現できる。ゼロ電圧スイッチングであるため、電気ノイズが小さいなどの効果がある。
【００９３】
しかも、累積された極性累積値に基づいて、出力電力指令値の出力を許容または禁止するので、ヒータ４に流れる交流電流の極性が一方側に偏る場合には、出力電力指令値の出力を禁止することが可能となり、これによって、ヒータ４に流れる交流電流の極性の偏りに起因するマイグレーションの発生を抑制でき、ヒータ４の短絡を防止できることになる。
【００９４】
上述の実施の形態では、比較部２５における閾値を一つとし、その閾値との比較結果によって、１００％また０％の出力電力指令値を出力したけれども、本発明の他の実施の形態として、複数の閾値を設けるとともに、それら閾値との比較結果に応じて０％、１００％出力に加えて、それ以外の出力電力指令値を出力するようにしてもよい。
【００９５】
本発明の他の実施の形態として、電力制御装置２００を温度調節器１に内蔵させる構成としてもよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、入力電力指令値に応じて、例えば、半サイクル毎に出力電力指令値を補正するので、従来のサイクル制御に比べて、出力応答が速く、また、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、後段のＳＳＲ等に出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００９７】
さらに、本発明によれば、累積された極性累積値に基づいて、出力電力指令値の出力を許容または禁止するので、負荷に流れる交流電流の極性が一方側に偏る場合には、出力電力指令値の出力を禁止することが可能となり、これによって、負荷に流れる交流電流の極性の偏りに起因するマイグレーションの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。
【図２】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図３】図１の実施の形態の半サイクル毎の動作を説明するための各部のレベルの一例を示す図である。
【図４】従来の温度制御システムの構成を示す概略構成図である。
【図５】従来のサイクル制御を説明するための図である。
【図６】先に提案したサイクル制御を説明するための概略構成図である。
【図７】先に提案したサイクル制御の動作説明に供するフローチャートである。
【図８】先に提案したサイクル制御の半サイクル毎の動作を説明するための各部のレベルの一例を示す図である。
【図９】入力電力指令値が５０％の場合の図８に対応する図である。
【図１０】ヒータを用いた半導体ウェハの熱処理盤を示す図である。
【符号の説明】
１温度調節器
２００電力制御装置
３ゼロクロス機能付ＳＳＲ
４ヒータ
５温度センサ
２１サンプル・ホールド部
２２出力誤差演算部
２３出力誤差累積部
２４加算部
２５比較部
２６極性累積部
２７出力部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power control method and a control device, and more particularly to a power control method and a power control device that perform cycle control of an AC voltage.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a temperature control system such as a heater, as shown in FIG. 4, a predetermined input power command value is given to the cycle control device 2 from the temperature controller 1, and the cycle control device 2 changes the input power command value. Accordingly, an output of one to several cycles is given to the SSR 3 with a zero-cross function every predetermined period, for example, 0.2 [sec], and what number of the predetermined period is given to the heater 4 to be turned on / off. 4 is detected by the temperature sensor 5, fed back to the temperature controller 1, and cycle control is repeated to control the temperature of the heater 4 to a value corresponding to the input power command value.
[0003]
As shown in FIG. 5, when 100% is output from the temperature controller 1, the cycle control device 2 receives this output value 100% when the power supply frequency is 50 Hz, and receives 10 cycles of a control cycle of 0.2 sec. Is fully output. When the output of the temperature controller 1 is 75%, the cycle controller 2 outputs 7.5 cycles of 10 cycles. Similarly, when the output of the temperature controller 1 is 50%, the cycle controller 2 outputs 5 out of 10 cycles. In the case of a temperature controller output of 25% or less, 2.5 cycles are turned on in 10 cycles. At 0% temperature controller output, the output is also off for all 10 cycles.
[0004]
In addition, although the total cycle of 50 Hz is 0.2 times in 0.2 sec, FIG. 5 is stylized and the total cycle is four times.
[0005]
For temperature control, in addition to the above-described cycle control in which the on-cycle ratio in several cycles per cycle is changed in accordance with the set value, phase control for controlling the firing angle in each cycle in accordance with the set value is employed. Sometimes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional cycle control described above, since the control cycle is fixed and ON / OFF control is performed in units of one cycle, the output resolution is low, the control accuracy is poor, and the output response is slow. Further, since the ON state is temporally biased, there is a problem in that the life of the controlled object is adversely affected, for example, when the controlled object is a heater, thermal stress is large.
[0007]
On the other hand, in phase control, although high-precision control is possible, since the arc angle is controlled, there is a problem that harmonics are generated in addition to the fundamental wave component. Furthermore, since high-speed processing is required, there is a problem that the entire apparatus becomes expensive.
[0008]
Therefore, the present applicant does not generate harmonics in the “cycle control device, power adjustment device, temperature controller and temperature control device” (Japanese Patent Application No. 2000-71642) filed on March 15, 2000, In addition, a cycle control device capable of highly accurate control compared to conventional cycle control has been proposed.
[0009]
The outline of the previously proposed cycle control apparatus will be described below.
[0010]
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a temperature control system provided with this cycle control device. This temperature control system includes a temperature controller 1, a cycle control device 20, an SSR 3 with a zero cross function, a heater 4, and a temperature sensor 5. Except for the cycle control device 20, it is the same as that shown in FIG.
[0011]
The cycle control device 20 includes a sample / hold unit 21 that holds the power command value X from the temperature controller 1 for a half cycle, and an output that calculates an output error E between the input power command value X and the actual output value Y. An error calculating unit 22, an output error accumulating unit 23 for accumulating the output error E obtained by the output error calculating unit 22, and an adding unit (correcting unit) 24 for adding the input power command value X and the output error accumulated value. When the input value is larger than the threshold value, 100% output is obtained, and when the input value is smaller than the threshold value, 0% output is obtained. And a comparison unit 25.
[0012]
Next, the operation of the cycle control device 20 will be mainly described with reference to the flowchart shown in FIG. In starting the operation, first, initial processing is performed (step ST1). For example, the threshold value S of the comparison unit 25 is set (step ST11), the variable n is cleared (step ST12), the parameter initial value is set, and the accumulation register Σ (n) is cleared (step ST13).
[0013]
Subsequent to the initial processing, the variable n is incremented by 1 (step ST2). First, n = 1 is set at the start of processing. Then, the first (n = 1) ON ratio input X1 is fetched. (Step ST3). Subsequently, the current input command value Xn is added to the previous output error accumulation Σ (n−1) to obtain a corrected output value Y (n) (step ST4).
[0014]
In the processing of the first half cycle, Σ (n−1) is 0 [%], and Xn = X1. Therefore, if the input power command value is set to 40%, X1 = 40 [%] and Yi1 is 40 [%]. The correction output value Yi1 input by the comparison unit 25 is compared with the threshold S (step ST5), and if the correction output value Yi1 is equal to or greater than the threshold S, the output is set to 100 [%] (step ST6). Conversely, if the corrected output value Yi1 is smaller than the threshold value S, the output is set to 0 [%] (step ST7).
[0015]
Subsequently, the deviation between the current input command value X1 and the output Y1 and the output error E ← X1-Y1 are obtained (step ST8), and the current output error E1 is added to the output error accumulated value so far to accumulate the output error. Is updated (step ST9). Thereby, the process concerning the first half cycle is completed.
[0016]
Thereafter, the process returns to step ST2, and the variable n is incremented by 1 (n = 2), and the process for the second half cycle is executed. The processing from step ST2 to step ST9 is repeated over the control cycle. When the next control cycle is entered, the variables n and Σ (n) are cleared again and the same processing is repeated.
[0017]
The above processing operation will be described with specific numerical values as examples. In the following description, it is assumed that the input power command value X = 40 [%], the threshold value S = 50 [%], and the AC signal of 50 [Hz] is controlled. Since the half cycle period of 50 [Hz] is 10 [msec], the process of the flowchart shown in FIG. 7 is executed every 10 [msec]. Since the input power command value X is 40 [%], the control cycle is determined as half cycle period × 5.
[0018]
In the first half cycle (cycle 1), as shown in FIG. 8, the corrected output Yi1 is obtained by adding the input power command value 40 [%], the input power command value 40 [%] and the output error accumulation Σ (0). 40%, the correction output Yi1 is 40% and the threshold value S = 50%, and the threshold value S is larger. Therefore, the output 0% and the power command value X1 = 40%. ] And the deviation of the output 0 [%], the output error E1 = 40 [%], and at the same time, the cumulative error Σ (1) = 40 [%].
[0019]
In the second half cycle, as shown in FIG. 8 as well, the input power command value remains unchanged at 40 [%], this power command value 40 [%] and the cumulative value Σ (1) = 40 [%] up to the previous time. ], The correction output Yi2 is 80% and the correction output Yi2 is 80% and the threshold value S = 50%, and the correction output Yi2 is larger than the threshold value S. Is 100%. From the deviation between the power command value X2 = 40 [%] and the output 100 [%], the output error E2 = −60 [%] and the output accumulated error Σ (2) = − 20 [%] up to the previous time.
[0020]
In the third half cycle (period 3), the input power command value remains unchanged 40%, and this power command value 40% is added to the previous cumulative value Σ (2) = − 20%. Therefore, the correction output Yi3 is 20 [%], and the correction output Yi3 is 20 [%] and the threshold value S = 50 [%]. Since the threshold value S is larger, the output is set to 0 [%]. Output error accumulation by adding the output error E3 = 40 [%] and the previous cumulative value Σ (2) = − 20 [%] with the deviation between the command value X3 = 40 [%] and the output 0 [%] Σ (3) = 20 [%].
[0021]
In the fourth half cycle (period 4), the input command value X4 is 40 [%], and this command value 40 [%] is added to the previous cumulative value Σ (3) = 20 [%] to obtain a corrected output. Since Yi4 is 60 [%] and the correction output Yi4 = 60 [%] is compared with the threshold S = 50 [%], the correction output Yi4 is larger than the threshold S, so the output is set to 100 [%]. Deviation between power command value X4 = 40 [%] and output 100 [%], output error E4 = −60 [%], output error -60 [%] to previous accumulated value Σ (3) = 20 [%] ], The output error accumulation Σ (4) = − 40 [%].
It is.
[0022]
In the fifth half cycle (cycle 5), the input power command value X5 is 40 [%], and the correction output Yi5 = 0 is obtained by adding this command value 40 [%] to the previous accumulated value −40 [%]. [%] In comparison between the corrected output Yi5 and the threshold value S = 50 [%], the threshold value S is clearly larger, so the output is set to 0 [%]. Deviation between power command value X5 = 40 [%] and output 0 [%], add output error E5 = 40 [%], cumulative value Σ (4) = − 40 [%] up to the previous time, and output error Cumulative Σ (5) = 0 [%].
[0023]
The control cycle is completed in the above half cycle, and the next control cycle is started. In one control cycle, for the power command value 40 [%], there are two half cycles with an output of 100 [%], and in the other half of five half cycles with two 100 [%] outputs. Since the cycle is 0% output, the output corresponds to the power command value.
[0024]
Similarly, for example, when the input power command value is 50%, two half cycles are set as the control period, one half cycle is 100% output, and the other half cycle is 0% output. For example, when the input power command value is 60%, five half cycles are set as the control period, and three of the half cycles are output 100%, and the second half cycle is output 0. %
According to such a cycle control device, the control cycle is determined, the output is corrected every half cycle, and either 100 [%] output or 0 [%] output is selected and output according to the power command value. Therefore, the output response is faster than that of the conventional cycle control, and the ON state is temporally dispersed as compared with the conventional cycle control, so that the life of the controlled object can be extended. Since high-speed processing is not required compared with conventional phase control, the apparatus can be realized at low cost. Since zero voltage switching is used, there are effects such as low electrical noise.
[0025]
However, in this cycle control device, when the input power command value is a value such as 12.5%, 25% or 50%, for example, the alternating current flowing through the heater 4 is biased to the same polarity.
[0026]
For example, when the input power command value is 50%, a current having the same polarity flows through the heater 4 every half cycle as shown in the output waveform of FIG. 9, and a DC voltage is applied. It will be the same. In FIG. 9, items such as input, correction output, output, and cumulative error corresponding to FIG. 8 are also shown.
[0027]
With such a cycle control device, for example, as shown in FIG. 10, when temperature control of a load of the heater 4 or the like of the heat treatment board of the semiconductor wafer in which the heater 4 is embedded in the ceramic substrate 31 is performed, As described above, since the polarity of the current flowing through the load is biased depending on the input current command value, there is a problem in that migration may occur and the load may be short-circuited.
[0028]
The present invention has been made in view of the above-described points, does not generate harmonics, and can be controlled with higher accuracy than conventional cycle control. It is an object of the present invention to provide a power control method and a power control apparatus that have no bias in polarity.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is configured as follows in order to achieve the above-described object.
[0030]
In other words, the power control method of the present invention provides an input power command Is supplied to the load using the output power command value output according to A power control method for switching control of alternating current, An odd number of half cycles of alternating current At each predetermined cycle, the addition step of adding the input power command value and the accumulated output error value so far, the addition value added at the addition step and the reference value are compared, and the comparison result is determined. Determining step for determining the output power command value; The output of the determined output power command value is until then It is a cumulative value for each predetermined cycle of the polarity deviation of the half cycle in the predetermined cycle of the alternating current supplied to the load. An output step that is permitted or prohibited based on the accumulated polarity value, a calculation step that calculates an output error value between the output power command value output in the output step and the input power command value, and an output error calculated in the calculation step Corresponding to the output power command value output in the output error accumulation step and the output step, the value being accumulated in the output error accumulated value accumulated so far. Determining the polarity deviation of the half cycle in the predetermined cycle of the alternating current supplied to the load; And a polarity accumulation step for accumulating the polarity accumulation value.
[0031]
According to the present invention, as in the previously proposed cycle control, the output response is fast and the ON state is dispersed over time, so that the life of the control target can be extended. In particular, the output power command value output in the output step can be used to perform the output error calculation process for the next cycle and the output error accumulation process based on the output error command value. Compared to the configuration in which the power command value is used to feed back the firing of the subsequent SSR or the like and the process for determining the output power command value is performed, there is no need to wait for the firing of the SSR or the like. It becomes possible.
[0032]
Furthermore, since output of the output power command value is allowed or prohibited based on the accumulated polarity accumulated value, output of the output power command value is prohibited when the polarity of the alternating current flowing through the load is biased to one side. This makes it possible to suppress the occurrence of migration due to the polarity deviation of the alternating current flowing through the load.
[0033]
In another embodiment of the present invention, in the determining step, 100% output power command value or 0% output power command value is determined according to the comparison result, and in the output step, the determined 100% When the output power command value is output, when the accumulated polarity value corresponding to the output is predicted to exceed a predetermined value, the output of the 100% output power command value is prohibited, In the polarity accumulation step, when 100% output power command value is output in the output step, it corresponds to the output power command value To be supplied to the load AC current Determine the polarity deviation of the half cycle in the predetermined cycle, It accumulates in the accumulated polarity value accumulated so far.
[0034]
According to the present invention, when a 100% output power command value is output, the accumulated polarity value corresponding to the output exceeds a predetermined value, that is, the polarity of the alternating current flowing through the load exceeds the predetermined value. When predicted to be biased to the same polarity, the output is prohibited, so that the current of the same polarity does not continue beyond the predetermined value, and the occurrence of migration due to the bias of the polarity of the alternating current flowing through the load is prevented. Can be suppressed.
[0035]
The power control apparatus of the present invention is Supplied to the load Output power command value for AC current switching control According to the input power command value A power control device for output, An odd number of half cycles of alternating current An adding means for adding the input power command value and the accumulated output error value so far for each predetermined cycle, and comparing the added value from the adding means with a reference value for each predetermined cycle. Comparison means for determining an output power command value according to the comparison result, and output of the output power command value determined by the comparison means for each predetermined cycle, It is the cumulative value for each predetermined cycle of the polarity deviation of the half cycle in the predetermined cycle of the alternating current supplied to the load so far Output means for allowing or prohibiting based on the accumulated polarity value; and calculating means for calculating an output error value between the output power command value output from the output means and the input power command value for each predetermined cycle; Output error accumulating means for accumulating the output error value from the calculating means in the accumulated output error value so far every predetermined cycle, and output power output from the output means for each predetermined cycle Compatible with command values To be supplied to the load AC current Determine the polarity deviation of the half cycle in the predetermined cycle, Polarity accumulation means for accumulating the polarity accumulation value.
[0036]
According to the present invention, as in the previously proposed cycle control, the output response is fast and the ON state is dispersed over time, so that the life of the control target can be extended. In particular, the output power command value output in the output step can be used to perform the output error calculation process for the next cycle and the output error accumulation process based on the output error command value. Compared to the configuration in which the power command value is used to feed back the firing of the subsequent SSR or the like and the process for determining the output power command value is performed, there is no need to wait for the firing of the SSR or the like. It becomes possible.
[0037]
Furthermore, since output of the output power command value is allowed or prohibited based on the accumulated polarity accumulated value, output of the output power command value is prohibited when the polarity of the alternating current flowing through the load is biased to one side. This makes it possible to suppress the occurrence of migration due to the polarity deviation of the alternating current flowing through the load.
[0038]
In another embodiment of the present invention, the comparison means determines 100% output power command value or 0% output power command value according to the comparison result, and the output means determines the determined 100% When the output power command value is output, when the accumulated polarity value corresponding to the output is predicted to exceed a predetermined value, the output of the 100% output power command value is prohibited, The polarity accumulating means responds to the output power command value when a 100% output power command value is output from the output means. To be supplied to the load AC current Determine the polarity deviation of the half cycle in the predetermined cycle, It accumulates in the accumulated polarity value accumulated so far.
[0039]
According to the present invention, when a 100% output power command value is output, the accumulated polarity value corresponding to the output exceeds a predetermined value, that is, the polarity of the alternating current flowing through the load exceeds the predetermined value. When predicted to be biased to the same polarity, the output is prohibited, so that the current of the same polarity does not continue beyond the predetermined value, and the occurrence of migration due to the bias of the polarity of the alternating current flowing through the load is prevented. Can be suppressed.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0041]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a temperature control system including a power control device according to one embodiment of the present invention, and parts corresponding to those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
[0042]
The temperature control system of this embodiment includes a temperature regulator 1, a power control apparatus 200 according to the present invention, an SSR 3 with a zero cross function, a heater 4, and a temperature sensor 5.
[0043]
The power control apparatus 200 calculates the output error E between the input power command value X and the actual output value Y, and a sample and hold unit 21 that holds the input power command value X from the temperature controller 1 for half a cycle. Output error calculation unit 22, output error accumulation unit 23 for accumulating the output error E obtained by the output error calculation unit 22, and addition unit (correction unit) for adding the input power command value X and the output error accumulation value ) 24 and the addition output of the addition unit 24, the input value is compared with the threshold value S as the reference value, and the comparison unit 25 outputs the output power command value of 100% or 0% according to the comparison result. The above configuration is basically the same as that of the previously proposed cycle control device.
[0044]
In this embodiment, when the alternating current flowing through the heater 4 is switched by the SSR 3 in accordance with the output power command value output from the power control device 200, the polarity of the current is biased to the same polarity and migration occurs. The following configuration is used.
[0045]
That is, in this embodiment, the polarity of the alternating current flowing through the heater 4 is determined corresponding to the output power command value output to the SSR 3. For example, when the polarity is one side, the polarity value is set to “100”. When the polarity is on the other side, the polarity value is set to “−100”, the polarity value is accumulated, and based on this accumulated polarity value, an alternating current of the same polarity is converted into a predetermined value Smax, For example, when the value exceeds either “−200” or “200”, the output from the comparison unit 25 is assumed that the polarity on one side or the polarity on the other side exceeds the predetermined value. The output of the power command value to the SSR 3 is prohibited.
[0046]
The comparison unit 25 outputs the output power command value of 100% or 0% as described above. However, in the case of the output power command value of 0%, no AC current flows through the heater 4. Therefore, naturally there is no polarity, and the polarity accumulated value does not change.
[0047]
When the power control apparatus 200 outputs an output power command value from the power control apparatus 200 to the SSR 3, the polarity of the alternating current flowing through the heater 4 corresponding to the power command value is one side. A polarity accumulating unit 26 for accumulating a polarity value by determining whether it is the other side, and an output unit for allowing or prohibiting output of an output power command value from the comparing unit 25 based on the polarity accumulating value of the polarity accumulating unit 26 27. The output unit 27 includes a permission determination unit 28 that determines whether output is permitted based on the accumulated polarity value and the output of the comparison unit 25, and a switch unit 29 that allows or prohibits output of the output power command value from the comparison unit 25. And.
[0048]
The power control apparatus 200 may be configured with an analog arithmetic circuit or a digital arithmetic circuit including software such as a computer.
[0049]
Next, the operation of the temperature control system of this embodiment will be described. Here, based on the flowchart shown in FIG. 2, it demonstrates centering around operation | movement of the electric power control apparatus 200. FIG.
[0050]
In starting the operation, first, initial processing is performed (step ST1). For example, the threshold value S of the comparison unit 25 and the threshold value Smax of the accumulated polarity value are set (step ST14), the variable n is cleared (step ST15), the parameter initial value is set, the output error accumulation register Σ (n), the polarity accumulation The register Σs (n) is cleared, and the polarity flag F indicating whether the polarity is on one side or the other side is set to 1 (step ST16).
[0051]
Subsequent to the initial processing, the variable n is incremented by 1 (step ST2). First, n = 1 is set at the start of processing. Then, the first (n = 1) ON ratio input (input power command value) X1 is fetched. (Step ST3). Subsequently, the current input command value Xn is added to the previous output error accumulation Σ (n−1) to obtain the output Y (n) (step ST4).
[0052]
Next, an output threshold value determination process is performed (ST5). In this output threshold value determination process, the corrected output value Y (n) input by the comparison unit 25 is compared with the threshold value S (50%), and if the corrected output value Y (n) is equal to or greater than the threshold value S, the output power If the command value is determined to be 100 [%], conversely, if the corrected output value Yi1 is smaller than the threshold value S, the output power command value is determined to be 0 [%].
[0053]
Subsequently, a cumulative polarity value predicted when the determined output power command value is output is calculated (ST6). This is obtained by adding the accumulated polarity value Σs (n−1) so far and the determined output power command value Y (n) multiplied by the polarity flag F whose polarity is inverted every half cycle. Ask. For example, when the determined output power command value Y (n) is 100% and the polarity flag is 1 indicating the polarity on one side, 100 is added to the previous accumulated polarity value Σs (n−1). When the added value becomes the predicted accumulated polarity value, and when the determined output power command value Y (n) is 100% and the polarity flag is −1 indicating the polarity on the other side, then A value obtained by adding −100 to the accumulated polarity value Σs (n−1) is the predicted accumulated polarity value.
[0054]
Based on the obtained predicted polarity cumulative value, output permission / rejection determination is performed (ST7). In this output permission / rejection determination, it is determined whether or not the predicted polarity cumulative value Es is equal to or greater than −Smax and equal to or smaller than Smax with respect to the threshold Smax of the polarity cumulative value. If it is greater than or equal to −Smax and less than or equal to Smax, the polarity of the alternating current flowing through the heater 4 will not be biased above the threshold value Smax, and output of the determined output power command value Y (n) is permitted ( ST8) Otherwise, assuming that the polarity of the alternating current flowing through the heater 4 is biased above the threshold Smax, the output is prohibited and the output power command value is set to 0% (ST13).
[0055]
Subsequently, a deviation between the current input power command value X (n) and the actually output power command value Y (n), that is, an output error Σ (n) ← X (n) −Y (n) is obtained. Along with (Step ST9), the current output error E (n) is added to the output error accumulated value Σ (n−1) so far to update the output error accumulated Σ (n) (Step ST10).
[0056]
Further, the value obtained by multiplying the current output Y (n) by the polarity flag F is added as the current polarity value to the previous accumulated polarity value Σs (n−1) to update the accumulated polarity value (ST11). The polarity of the polarity flag is inverted (ST12).
[0057]
Thereby, the process concerning the first half cycle is completed.
[0058]
In the SSR3 with the zero cross function in the latter stage of the power control apparatus 200, the power control apparatus 200 is fired in the next half cycle in accordance with the output power command value in step ST8 described above.
[0059]
In this next half cycle, the process returns to step ST2, the variable n is incremented by 1 (n = 2), and the process of the second half cycle is executed. The processing from step ST2 to step ST13 is repeated over the control cycle. When the next control cycle is entered, the variables n and Σ (n) are cleared again and the same processing is repeated.
[0060]
Next, the above processing operation will be described with reference to FIG. 3 taking specific numerical values as an example. In the following description, as shown in FIG. 9 described above, the input power command value X = 50 [%] in which the polarity of the alternating current flowing through the heater 4 is biased is generated, and the threshold value S = It is assumed that the threshold value Smax = 200 [%] in the permission determination unit 28 is 50 [%], and the AC signal of 50 [Hz] is controlled. Since the half cycle period of 50 [Hz] is 10 [msec], the process of the flowchart shown in FIG. 2 is executed every 10 [msec].
[0061]
In the first half cycle (cycle 1), as shown in FIG. 3, since the input power command value 50 [%] and the output error accumulated value (cumulative error) Σ are 0, the input power command value 50 [%] The correction output Y is 50 [%] by addition to the output error accumulated value Σ, and the correction output Y = 50 [%] and the threshold S = 50 [%] are equal to or greater than the threshold S. 100 [%] is determined.
[0062]
At this time, the polarity flag is 1 indicating one side, and the predicted polarity accumulated value is 100 because the accumulated polarity value is 0 and the determined output power command value is 100. Since the threshold value of the cumulative value is 200 or less, the output permission / rejection determination is 1 indicating permission, and as a result, a 100% output power command value is output.
[0063]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 100 [%], the output error E = −50 [%] and simultaneously the output error cumulative value Σ = −50 [%]. . Also, the polarity accumulation value (polarity accumulation) Σ is 100% due to the 100% output corresponding to the current polarity on one side.
[0064]
In the second half cycle (period 2), the input power command value remains unchanged at 50 [%], and this power command value 50 [%] is added to the previous output error accumulated value Σ = −50 [%]. The correction output Y is 0 [%]. Since the correction output Y is smaller than the threshold S in comparison between the correction output Y = 0 [%] and the threshold S = 50 [%], the output power command value is 0. [%] Is determined.
[0065]
At this time, the polarity flag is −1 indicating the other side, and the predicted polarity cumulative value is obtained by adding a value 0 obtained by multiplying the previous polarity cumulative value Σ100 by the output power command value 0 and the polarity flag. 100, which is equal to or less than the threshold value 200 of the accumulated polarity value, the output permission determination is “1” indicating permission, thereby outputting an output power command value of 0%.
[0066]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 0 [%], the output error E = 50 [%], the output error cumulative value Σ = 50−50 = 0 [%] Become. Also, the accumulated polarity value remains at the accumulated polarity value of 100% up to the previous time due to the current output of 0%.
[0067]
In the third half cycle (period 3), the input power command value remains unchanged at 50 [%], and this power command value 50 [%] is added to the previous output error accumulated value Σ = 0 [%] The correction output Y is 50 [%], and the comparison between the correction output Y = 50 [%] and the threshold S = 50 [%] is equal to or greater than the threshold S, so that the output power command value is determined to be 100 [%]. The
[0068]
At this time, the polarity flag is 1 indicating one side, and the predicted polarity cumulative value is obtained by adding a value obtained by multiplying the previous polarity cumulative value 100 by the output power command value 100 and the polarity flag 1. Since the value is 200, which is equal to or less than the threshold value 200 of the accumulated polarity value, the output permission / rejection determination is 1, which indicates permission, and thus the determined 100% output power command value is output.
[0069]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 100 [%], the output error E = −50 [%] and simultaneously the output error cumulative value Σ = −50 + 0 = −50 [%] ]. Further, the accumulated polarity value becomes 200% by 100% output corresponding to the polarity on the one side this time.
[0070]
In the fourth half cycle (period 4), the input command value X is 50 [%], and this command value 50 [%] is added to the previous output error accumulated value Σ = −50 [%] to obtain a corrected output. Since Y is 0 [%], the correction output Y is smaller than the threshold S in the comparison between the correction output Y = 0 [%] and the threshold S = 50 [%], so the output power command value is 0 [%]. decide.
[0071]
At this time, the polarity flag is −1 indicating the other side, and the predicted polarity cumulative value is obtained by adding a value 0 obtained by multiplying the previous polarity cumulative value 200 by the output power command value 0 and the polarity flag. 200, which is equal to or less than the threshold value 200 of the accumulated polarity value, the output permission / rejection determination is 1, which indicates permission, and as a result, an output power command value of 0% is output.
[0072]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 0 [%], the output error E = 50 [%], the output error cumulative value Σ = 50−50 = 0 [%] Become. Also, the accumulated polarity value Σ remains at the previous accumulated polarity value of 200% by the current output of 0%.
[0073]
In the fifth half cycle (cycle 5), the input power command value X is 50 [%], and this command value 50 [%] is added to the previous output error accumulated value Σ0 [%]. Since 50 [%] and the corrected output Y = 50 and the threshold S = 50 [%] are compared to the threshold S, the output power command value is determined to be 100 [%].
[0074]
At this time, the polarity flag is 1 indicating one side, and the predicted polarity accumulated value is obtained by adding a value 100 obtained by multiplying the previous accumulated polarity value 200 by the output power command value 100 and the polarity flag 1. 300, which exceeds the threshold value 200 of the accumulated polarity value, the output permission determination is 0 indicating prohibition, thereby prohibiting the output of the 100% output power command value and outputting 0%. .
[0075]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 0 [%], the output error E = 50 [%], the output error accumulated value Σ = 50-0 = 50 [%] Become. Also, the accumulated polarity value Σ remains at the previous accumulated polarity value of 200% by the current output of 0%.
[0076]
In the sixth half cycle (period 6), the input command value X is 50 [%], and this command value 50 [%] is added to the previous output error accumulated value Σ = 50 [%] to obtain the corrected output Y Is 100 [%], and the correction output Y is larger than the threshold S in comparison between the correction output Y = 100 [%] and the threshold S = 50 [%], so the output power command value is determined to be 100 [%]. To do.
[0077]
At this time, the polarity flag is -1 indicating the other side, and the predicted polarity accumulated value is a value obtained by multiplying the previous accumulated polarity value 200 by the output power command value 100 and the polarity flag-1. 100, which is a value obtained by adding 100, is less than or equal to the threshold value 200 of the accumulated polarity value. Therefore, the output permission determination is “1” indicating permission, whereby a 100% output power command value corresponding to the polarity on the other side is obtained. Will be output.
[0078]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 100 [%], the output error E = −50 [%] and the output error cumulative value Σ = −50 + 50 = 0 [%] Become. Also, the accumulated polarity value Σ becomes 100%, which is a value obtained by adding −100% to the previously accumulated polarity value Σ200% by 100% output corresponding to the polarity on the other side.
[0079]
In the seventh half cycle (period 7), the input command value X is 50 [%], and this command value 50 [%] is added to the previous output error accumulated value Σ = 0 [%] to obtain the corrected output Y Is 50%, and the corrected output Y = 50 [%] and the threshold value S = 50 [%] are equal to or greater than the threshold value S. Therefore, the output power command value is determined to be 100%.
[0080]
At this time, the polarity flag is 1 indicating one side, and the predicted polarity accumulated value is obtained by adding a value 100 obtained by multiplying the previous accumulated polarity value Σ100 by the output power command value 100 and the polarity flag 1. 200, which is equal to or less than the threshold value 200 of the accumulated polarity value, the output permission / rejection determination is 1, which indicates permission, thereby outputting a 100% output power command value.
[0081]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 100 [%], the output error E = −50 [%], the output error cumulative value Σ = −50 + 0 = −50 [%] It becomes. Further, the accumulated polarity value Σ is 200%, which is a value obtained by adding 100% corresponding to the polarity on one side of this time to the accumulated polarity value 100% up to the previous time.
[0082]
In the eighth half cycle (cycle 8), the input command value X is 50 [%], and this command value 50 [%] is added to the previous output error accumulated value Σ = −50 [%] to obtain a corrected output. Since Y is 0 [%] and the corrected output Y = 0 [%] and the threshold S = 50 [%] are smaller than the threshold S, the output power command value is determined to be 0 [%].
[0083]
At this time, the polarity flag is −1 indicating the other side, and the predicted polarity cumulative value is obtained by adding a value obtained by multiplying the previous polarity cumulative value 200 by the output power command value 0 and the polarity flag. Since the value is 200, which is equal to or less than the threshold value 200 of the accumulated polarity value, the output permission / rejection determination is 1, which indicates permission, and as a result, an output power command value of 0% is output.
[0084]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 0 [%], the output error E = 50 [%], the output error cumulative value Σ = 50−50 = 0 [%] Become. Also, the accumulated polarity value Σ remains at the previous accumulated polarity value of 200% due to the current output of 0%.
[0085]
In the ninth half cycle (period 9), the input power command value X is 50 [%], and this command value 50 [%] is added to the previous output error accumulated value Σ = 0 [%] to obtain a corrected output. Since Y is 50 [%] and the corrected output Y = 50 [%] and the threshold S = 50 [%] are compared to the threshold S, the output power command value is determined to be 100 [%].
[0086]
At this time, the polarity flag is 1 indicating one side, and the predicted polarity accumulated value is obtained by adding a value 100 obtained by multiplying the previous accumulated polarity value 200 by the output power command value 100 and the polarity flag 1. 300, which exceeds the threshold value 200 of the accumulated polarity value, the output permission determination is 0 indicating prohibition, thereby prohibiting the output of the 100% output power command value and outputting 0%. .
[0087]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 0 [%], the output error E = 50 [%], the output error accumulated value Σ = 50-0 = 50 [%] Become. Also, the accumulated polarity value Σ remains at the previous accumulated polarity value of 200% by the current output of 0%.
[0088]
In the tenth half cycle (period 10), the input command value X is 50 [%], and this command value 50 [%] is added to the previous output error accumulated value Σ = 50 [%] to obtain the corrected output Y Is 100 [%], and the correction output Y is larger than the threshold S in comparison between the correction output Y = 100 [%] and the threshold S = 50 [%], so the output power command value is determined to be 100 [%]. To do.
[0089]
At this time, the polarity flag is -1 indicating the other side, and the predicted polarity accumulated value is a value obtained by multiplying the previous accumulated polarity value 200 by the output power command value 100 and the polarity flag-1. Since the value obtained by adding 100 is 100 and is less than or equal to the threshold value 200 of the accumulated polarity value, the output permission / rejection determination is 1 indicating permission, thereby outputting a 100% output power command value.
[0090]
From the deviation between the input power command value X = 50 [%] and the output power command value 100 [%], the output error E = −50 [%] and the output error cumulative value Σ = −50 + 50 = 0 [%] Become. Also, the accumulated polarity value Σ becomes 100%, which is a value obtained by adding −100% to the accumulated polarity value 200% up to the previous time by 100% output to the other side at this time.
[0091]
As shown in the output waveform of FIG. 3, in the fifth, ninth, and thirteenth half cycles, even if the output power command value is determined to be 100%, the output of the 100% output power command value is output. When it is prohibited and the polarity of the other half of the next sixth, tenth, and fourteenth half-cycles is 100%, an output power command value of 100% is output, and as shown in FIG. The polarity of the alternating current that flows is not biased.
[0092]
According to such a power control device, as in the previously proposed cycle control, the output is corrected every half cycle, and either 100 [%] output or 0 [%] output is selected according to the power command value. Therefore, the output response is faster than in the conventional cycle control, and the ON state is dispersed in time as compared with the conventional cycle control, so that the life of the controlled object can be extended. Since high-speed processing is not required compared with conventional phase control, the apparatus can be realized at low cost. Since zero voltage switching is used, there are effects such as low electrical noise.
[0093]
In addition, output of the output power command value is permitted or prohibited based on the accumulated polarity accumulated value, so that output of the output power command value is prohibited when the polarity of the alternating current flowing through the heater 4 is biased to one side. This makes it possible to suppress the occurrence of migration due to the polarity deviation of the alternating current flowing in the heater 4 and prevent the heater 4 from being short-circuited.
[0094]
In the above embodiment, the threshold value in the comparison unit 25 is set to one, and the output power command value of 100% or 0% is output according to the comparison result with the threshold value. However, as another embodiment of the present invention, A plurality of threshold values may be provided, and other output power command values may be output in addition to 0% and 100% output depending on the comparison result with the threshold values.
[0095]
As another embodiment of the present invention, the power controller 200 may be built in the temperature controller 1.
[0096]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, for example, the output power command value is corrected every half cycle in accordance with the input power command value, so that the output response is faster than the conventional cycle control, and the ON state. Is distributed over time, the control object can be extended in life. In particular, it is possible to perform output error calculation processing for the next cycle and output error accumulation processing based on the output power command value output to the SSR or the like at the subsequent stage. Compared to the configuration in which the command value determines the output power command value by feeding back the firing of the subsequent SSR, etc., there is no need to wait for the firing of the SSR, and a simpler configuration is possible. It becomes.
[0097]
Furthermore, according to the present invention, output of the output power command value is allowed or prohibited based on the accumulated polarity accumulated value. Therefore, when the polarity of the alternating current flowing through the load is biased to one side, the output power command It becomes possible to prohibit the output of the value, thereby suppressing the occurrence of migration due to the polarity deviation of the alternating current flowing through the load.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a temperature control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment of FIG. 1;
3 is a diagram showing an example of the level of each unit for explaining the operation for each half cycle of the embodiment of FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional temperature control system.
FIG. 5 is a diagram for explaining conventional cycle control.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining the previously proposed cycle control.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the previously proposed cycle control.
FIG. 8 is a diagram showing an example of the level of each part for explaining the operation of the previously proposed cycle control for each half cycle.
FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 8 when the input power command value is 50%.
FIG. 10 is a view showing a heat treatment board for a semiconductor wafer using a heater.
[Explanation of symbols]
1 Temperature controller
200 Power control device
3 SSR with zero cross function
4 Heater
5 Temperature sensor
21 Sample hold section
22 Output error calculator
23 Output error accumulator
24 Adder
25 comparison part
26 Accumulation part of polarity
27 Output section

Claims

入力電力指令値に応じて出力される出力電力指令値を用いて、負荷へ供給される交流電流をスイッチング制御する電力制御方法であって、
交流の半サイクルの奇数倍の所定サイクル毎に、
前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算ステップと、
加算ステップで加算された加算値と基準値とを比較してその比較結果に応じて出力電力指令値を決定する決定ステップと、
決定された出力電力指令値の出力を、それまでに前記負荷に供給された交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りの、前記所定サイクル毎の累積値である極性累積値に基づいて、許容または禁止する出力ステップと、
出力ステップで出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算ステップと、
演算ステップで演算した出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積ステップと、
出力ステップで出力される出力電力指令値に対応して前記負荷に供給される交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りを判定して、前記極性累積値に累積する極性累積ステップと、
を行うことを特徴とする電力制御方法。A power control method for switching control of an alternating current supplied to a load using an output power command value output according to an input power command value ,
Every predetermined cycle, which is an odd number of half cycles of alternating current ,
An addition step of adding the input power command value and the accumulated output error value so far;
A determination step of comparing the addition value added in the addition step with a reference value and determining an output power command value according to the comparison result;
The output of the determined output power command value is based on a cumulative polarity value that is a cumulative value for each predetermined cycle of the polarity deviation of the half cycle in the predetermined cycle of the alternating current supplied to the load so far. Output steps to allow or forbid, and
A calculation step of calculating an output error value between the output power command value output in the output step and the input power command value;
An output error accumulation step of accumulating the output error value calculated in the calculation step in the output error accumulated value accumulated so far;
A polarity accumulation step of determining a half cycle polarity bias in the predetermined cycle of the alternating current supplied to the load corresponding to the output power command value output in the output step, and accumulating the polarity accumulation value;
The power control method characterized by performing.

前記決定ステップでは、前記比較結果に応じて１００％の出力電力指令値または０％の出力電力指令値に決定し、
前記出力ステップでは、決定された１００％の出力電力指令値を出力すると、その出力に対応して累積される前記極性累積値が、所定値を越えると予測されるときに、前記１００％の出力電力指令値の出力を禁止し、
前記極性累積ステップでは、前記出力ステップで１００％の出力電力指令値を出力したときに、その出力電力指令値に対応して前記負荷に供給される交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りを判定して、それまでに累積された前記極性累積値に累積する請求項１記載の電力制御方法。In the determination step, 100% output power command value or 0% output power command value is determined according to the comparison result,
In the output step, when the determined output power command value of 100% is output, the output of 100% is output when the accumulated polarity value corresponding to the output is predicted to exceed a predetermined value. Prohibit output of power command value,
In the polarity accumulation step, when the output power command value of 100% is output in the output step, the polarity of the half cycle in the predetermined cycle of the alternating current supplied to the load corresponding to the output power command value The power control method according to claim 1, wherein the bias is determined and accumulated in the accumulated polarity value accumulated so far.

負荷へ供給される交流電流のスイッチング制御を行うための出力電力指令値を、入力電力指令値に応じて出力する電力制御装置であって、
交流の半サイクルの奇数倍の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算手段と、
前記所定サイクル毎に、前記加算手段からの加算値と基準値とを比較してその比較結果に応じて出力電力指令値を決定する比較手段と、
前記所定サイクル毎に、比較手段で決定された出力電力指令値の出力を、それまでに前記負荷に供給された交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りの、前記所定サイクル毎の累積値である極性累積値に基づいて、
許容または禁止する出力手段と、
前記所定サイクル毎に、前記出力手段から出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算手段と、
前記所定サイクル毎に、前記演算手段から出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積手段と、
前記所定サイクル毎に、前記出力手段から出力される出力電力指令値に対応して前記負荷に供給される交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りを判定して、前記極性累積値に累積する極性累積手段と、
を備えることを特徴とする電力制御装置。A power control device that outputs an output power command value for performing switching control of an alternating current supplied to a load according to the input power command value ,
Adding means for adding the input power command value and the accumulated output error value so far every predetermined cycle that is an odd multiple of a half cycle of alternating current ;
Comparing means for comparing the added value from the adding means with a reference value for each predetermined cycle and determining an output power command value according to the comparison result;
For each predetermined cycle, the output of the output power command value determined by the comparison means is accumulated for each predetermined cycle of the polarity deviation of the half cycle in the predetermined cycle of the alternating current supplied to the load. based on the polarity accumulated value is a value,
Output means allowed or prohibited; and
A calculation means for calculating an output error value between the output power command value output from the output means and the input power command value for each predetermined cycle;
Output error accumulating means for accumulating an output error value from the computing means in the output error accumulated value accumulated so far for each predetermined cycle;
For each predetermined cycle, a bias in the polarity of the half cycle in the predetermined cycle of the alternating current supplied to the load corresponding to the output power command value output from the output unit is determined, and the accumulated polarity value is obtained. Polarity accumulating means for accumulating;
A power control apparatus comprising:

前記比較手段は、前記比較結果に応じて１００％の出力電力指令値または０％の出力電力指令値に決定し、
前記出力手段は、決定された１００％の出力電力指令値を出力すると、その出力に対応して累積される前記極性累積値が、所定値を越えると予測されるときに、前記１００％の出力電力指令値の出力を禁止し、
前記極性累積手段は、前記出力手段から１００％の出力電力指令値を出力したときに、その出力電力指令値に対応して前記負荷に供給される交流電流の前記所定サイクルにおける半サイクルの極性の偏りを判定して、それまでに累積された前記極性累積値に累積する請求項３記載の電力制御装置。The comparison means determines 100% output power command value or 0% output power command value according to the comparison result,
When the output means outputs the determined 100% output power command value, when the accumulated polarity value corresponding to the output is predicted to exceed a predetermined value, the output means 100% Prohibit output of power command value,
When the output power command value of 100% is output from the output means, the polarity accumulating means has a half cycle polarity of the alternating current supplied to the load corresponding to the output power command value . The power control apparatus according to claim 3, wherein bias is determined and accumulated in the accumulated polarity value accumulated so far.