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
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电压型直流电源装置及其控制方法，例如涉及一种在等离子发生装置等负载中所使用的电压型直流电源装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在等离子发生用装置中使用的直流电源装置，要求在电弧发生时抑制过剩电流，高速地进行电弧的消弧。电压型直流电源存在如下的问题:因与输出连接的大的电容器在电弧发生时流过过剩的放电电流，或为了补偿电弧发生时的输出电压下降使输出进一步增加，从而使电弧长时间化等向负载的影响增加。
[0003]作为电弧放电的对应方法，已知的有如下的方法等:
[0004](I)暂停电源，经过一定时间后重新开始运转。
[0005](2)通过由电抗和电容器的组合构成的LC振动电路产生逆电压而使电弧自身消弧。
[0006](3)通过基于半导体开关元件的逆电压产生电路产生逆电压而使电弧自身消弧。
[0007]在这些对应方法中被指出存在如下的问题:在电弧放电频繁发生的情况下无法控制输出电流，或在正常放电的重新开始时产生时间延迟。
[0008]为了解决上述课题，提出了如下的等离子用直流电源装置:作为逆变器使用电流型逆变器，作为电流源控制电流型逆变器的开关动作，由此控制向等离子发生装置的供给电量(专利文献I)。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特开2004-40962号公报(段落
[0002]?段落
[0027])
【发明内容】
[0012]发明要解决的课题
[0013]在专利文献I中提出的等离子用直流电源装置，是通过控制电流型逆变器的开关动作来控制向等离子发生装置的供给量，并通过电流源动作供给稳定的直流电力的电流型直流电源装置。也就是说，不是作为电压源而是作为电流源控制电力，由此能够进行稳定的控制。
[0014]因此，并没有已知如下的电压型直流电源:其在电流源中没有变更，维持电压源的结构，能够在电弧发生时抑制过剩电流，并能够迅速进行电弧消弧后的直流输出的供给恢复。
[0015]本发明的目的是解决上述的以往的问题点，在电压型直流电源装置中，在电弧发生时抑制从逆变器向负载侧的过剩电流的供给。
[0016]用于解决课题的手段
[0017]在将等离子发生装置作为负载，供给直流电力的情况下，在负载即等离子发生装置中发生了电弧放电时，停止从电压型直流电源装置向等离子发生装置的直流电力的供给，由此抑制过剩电流来减少电极或基板的损伤。并且，在电弧放电消弧时，恢复从电压型直流电源装置向等离子发生装置的直流电力的供给。
[0018]本发明的电压型直流电源装置，在电弧发生时保持流过电压型直流电源装置的直流电流，抑制向负载侧的供给，并在电弧消弧后的电压型直流电源装置的直流输出的供给恢复时，使用所保持的直流电流迅速地进行向负载的直流输出的供给。
[0019]在电压型直流电源装置的直流输出的停止/恢复中，在停止时使斩波部从逆变器分离，由此抑制电弧发生时的向负载的过剩电流来高速地进行电弧的消弧。并且，保持此时流过斩波部的电流作为循环电流，并在重新启动逆变器时将所保持的循环电流供给到负载，由此减少电压型直流电源装置的直流输出的恢复时的、向负载的直流电力的供给延迟。在此，逆变器可以是单相逆变器或多相逆变器，以下简单地用逆变器进行表述。
[0020]本发明包括电压型直流电源装置的形态和直流电源装置的控制方法的形态。
[0021][直流电源装置]
[0022]本发明的电压型直流电源装置具备:电压型降压斩波部，其构成直流源；逆变器，其具有由第I开关元件?第4开关元件这4个开关元件构成的电桥电路，并通过开关元件的动作将电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力；整流部，其对逆变器的输出进行交直变换，并将得到的直流供给到负载；控制部，其控制电压型降压斩波部和逆变器；以及短路部，其在电压型降压斩波部和逆变器之间，通过短路开关元件使电压型降压斩波部的正端子和负端子之间短路。
[0023]在通常的电力供给动作中，电压型降压斩波部将直流电力的电压变换为预定电压而输出直流电压。逆变器通过多个开关元件的动作切换电流路径，由此将电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力。整流部通过交直变换将由逆变器进行变换而得的交流电力变换为直流电力，并将变换后的直流电力供给到负载。
[0024]在向负载供给直流电力的动作状态中，在负载即等离子发生装置中发生电弧放电时，负载电压下降，并且从电源侧向负载流过过剩电流。本发明的电压型直流电源装置，在发生了该电弧放电时，停止从电源侧向负载的电力供给，之后，在电弧放电消弧后，恢复从电源侧向负载的电力供给。
[0025]控制部在发生了电弧放电的时间点，将逆变器部的开关元件设为断开状态，将所述电压型降压斩波部的开关元件设为断开状态，将短路部的短路开关元件设为接通状态，通过电压型降压斩波部的电感器和二极管以及短路部的所述短路开关元件形成循环电路。在电弧放电消弧的时间点或从电弧放电发生后经过了预定的设定时间的时间点，将逆变器部的开关元件设为接通状态，将电压型降压斩波部的开关元件设为接通状态，将短路部的短路开关元件设为断开状态，向逆变器供给流过循环电路的循环电流。
[0026]电弧放电的消弧的有无，除了可以通过负载电压等的电压检测来判定外，还可以预先设定电弧放电发生后到电弧放电消弧为止的时间，并根据该设定时间的经过来判断是否消弧。
[0027]本发明所具备的短路部的形态可以是设在电压型降压斩波部和逆变器之间的、通过开关元件使电压型降压斩波部的正端子和负端子间断续的短路电路。
[0028]本发明所具备的短路部的其他形态可以是设在电压型降压斩波部和逆变器之间的、作为使电压型降压斩波部的直流输出升压后向逆变器供给的升压电路发挥功能的短路电路。
[0029]作为升压电路发挥功能的短路电路具备:连接在电压型降压斩波部的正端子和负端子间的开关元件、连接在逆变器的输入端之间的平滑电容器以及连接在平滑电容器的正端子间或负端子间的二极管。
[0030][电压型直流电源装置的控制方法]
[0031]本发明的电压型直流电源装置的控制方法，是具备以下各部的电压型直流电源装置的控制方法:电压型降压斩波部，其构成直流源；逆变器，其具有由第I开关元件?第4开关元件这4个开关元件构成的电桥电路，并通过开关元件的动作将电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力；整流部，其对逆变器的输出进行交直变换，并将得到的直流供给到负载；短路部，其在电压型降压斩波部和逆变器间，通过短路开关元件使电压型降压斩波部的正端子和负端子间短路；以及控制部，其控制电压型降压斩波部和逆变器。
[0032]控制部，
[0033](a)在负载中发生了电弧放电的时间点，将逆变器部的开关元件设为断开状态，将电压型降压斩波部的开关元件设为断开状态，将短路部的短路开关元件设为接通状态，通过电压型降压斩波部的电感器和二极管以及短路部的短路开关元件形成循环电路。
[0034](b)在电弧放电消弧为止或经过对认定为消弧来说充分的时间为止的期间，维持循环电路的循环电流。
[0035](C)在电弧放电消弧的时间点或从电弧发生后经过了预定的设定时间的时间点，将逆变器部的开关元件设为接通状态，将电压型降压斩波部的开关元件设为接通状态，将所述短路部的短路开关元件设为断开状态，向逆变器供给流过所述循环电路的循环电流。
[0036]发明效果
[0037]如以上说明所示，根据本发明，在电弧发生时能够抑制从逆变器向负载侧的电流供给。此外，在电弧发生时保持流过电压型直流电源装置的直流电流，并在电弧消弧后的电压型直流电源装置的直流输出的供给恢复时，使用所保持的直流电流能够迅速地进行向负载的直流输出的供给。
【附图说明】
[0038]图1是用于说明本发明的电压型直流电源装置的结构例的概要框图。
[0039]图2是用于说明本发明的控制部的一结构例的概要框图。
[0040]图3是用于说明本发明的电压型直流电源装置的动作例的流程图。
[0041]图4是用于说明本发明的电压型直流电源装置的动作例的时序图。
[0042]图5是用于说明本发明的电压型直流电源装置的电弧放电消弧的电流的流动的图。
[0043]图6是用于说明逆变器的结构例的图。
[0044]图7是表示使用了本发明的逆变器的直流电源装置的结构例的图。
[0045]图8是表示使用了本发明的逆变器的双阴极电源装置的结构例的图。
【具体实施方式】
[0046]本发明涉及一种向等离子发生装置等负载供给直流电力时，进行直流输出的停止/恢复的电压型直流电源装置和电压型直流电源装置的控制方法。
[0047]在将等离子发生装置作为负载来供给直流电力的情况下，在负载即等离子发生装置中发生了电弧放电时，停止从电压型直流电源装置向等离子发生装置的直流电力的供给，由此减少电极或基板的损伤。并且，在电弧放电消弧时，恢复从电压型直流电源装置向等离子发生装置的直流电力的供给。
[0048]本发明在电压型直流电源装置的直流输出的停止/恢复中，停止时保持流过斩波部的电流作为循环电流，在重新启动逆变器时将所保持的循环电流供给到负载，由此在恢复电压型直流电源装置的直流输出时，减少向负载的直流电力的供给延迟。
[0049]以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。以下，对于本发明的电压型直流电源装置以及控制方法，使用图1、图2说明电压型直流电源装置的结构例，使用图3?图5说明电压型直流电源