直流脉冲电源装置以及直流脉冲电源装置的磁饱和复位方法制造方法及图纸

在直流电抗器的磁饱和状态时，使开关元件的接通/断开动作暂停预定时间来设为断开状态，由此将直流电抗器的磁饱和复位，并且维持向负载的电力供给。在磁饱和被复位后，再次开始通常脉冲模式的脉冲输出。始通常脉冲模式的脉冲输出。始通常脉冲模式的脉冲输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】直流脉冲电源装置以及直流脉冲电源装置的磁饱和复位方法


[0001]本专利技术涉及防止直流电抗器的磁饱和的
，并涉及防止斩波电路所具备的直流电抗器的磁饱和的直流电源装置以及磁饱和复位方法。

技术介绍

[0002]在直流脉冲电源装置中，作为产生脉冲输出的脉冲产生电路，已知具备直流电抗器与开关元件的串联电路的电路结构。脉冲产生电路通过重复进行开关元件的接通/断开动作来使直流电压断续，产生脉冲波形的直流电压。
[0003]直流脉冲电源装置输出的脉冲输出是以数Hz(赫兹)～数百kHz(千赫兹)重复直流电压的接通状态和断开状态的高频输出。
[0004]直流脉冲电源装置被用作向等离子体产生装置、脉冲激光激励、放电加工机等负载供给脉冲输出的电源装置。在将直流电源装置用于等离子体产生装置时，向等离子体产生腔室内的电极间供给脉冲输出，通过电极间的放电使等离子体点火，维持所产生的等离子体。
[0005]图21的(a)是直流脉冲电源装置的一个结构例，表示了具备以下脉冲产生电路的结构例，该脉冲产生电路使用了斩波电路。在直流脉冲电源装置中，作为产生脉冲波形的电路，已知有升压斩波电路。直流脉冲电源装置100A由直流电源部110A和脉冲部120A构成。脉冲部120A的升压斩波电路通过直流电抗器121A与开关元件122A的串联连接构成，开关元件122A通过基于驱动电路123A的驱动信号进行的接通/断开动作，向负载150A供给使直流电源部110A的直流电压升压后的脉冲输出(专利文献1、2)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开平8
‑
222258号公报(图1、段落0012)
[0009]专利文献2：日本特开2006
‑
6053号公报(图1)

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的课题
[0011]在图21的(a)所示的脉冲部120A的斩波电路中，开关元件122A的漏极D与源极S之间的DS电压在开关元件122A断开时由于在直流电抗器121A中包含的漏电感所导致的浪涌电压而上升。本申请的专利技术人为了避免浪涌电压对开关元件122A的损伤，提出了设置将直流电抗器121B的两端电压钳位为预定电压的电压钳位部130clamp的结构。图21的(b)表示提出的电路结构的概要。电压钳位部130clampB具备与直流电抗器121B并联连接的电容器C。电压钳位部130clampB通过将电容器C的电压VC钳位为比浪涌电压低的电压来抑制DC电压的过度的电压上升。
[0012]在直流脉冲电源装置中，在向等离子体负载供给电力时产生了电弧的情况下，从在通常状态下产生脉冲输出的脉冲模式切换为电弧模式，由此维持等离子体并消除电弧的
产生。在电弧模式下，通过变更开关元件122B的接通/断开周期及/或接通期间的时间宽度来减小向等离子体负载供给的电力，由此维持等离子体并且消除电弧的产生。在电弧模式下，向直流电抗器121B施加的电压在开关元件122B的接通期间和断开期间，电压施加极性为相反方向。
[0013]通常，电抗器在随着电流的增加而磁场增加时，其导磁率降低，当达到磁性材料所具有的最大磁通密度时成为磁饱和的状态。磁饱和时的低磁导率成为过电流的主要原因。通过向电抗器施加的相反极性的电压与时间的乘积即电压时间积(ET积)变得相等而将电抗器的磁饱和复位。
[0014]在电弧模式下，在极性相反的开关元件122B的接通期间和断开期间施加电压与施加时间的电压时间积变得相等，由此将直流电抗器121B的磁饱和复位。
[0015]然而，在具备电压钳位部的电路结构中，会产生直流电抗器的磁饱和复位不充分的问题。图21的(d)表示磁饱和的产生状态。由于电压钳位部130clampB的电容器C钳位后的钳位电压VC，使得开关元件122B断开期间(T
‑
Tw)的电压受到抑制。因此，开关元件122B断开期间的电压时间积Soff比开关元件122B接通期间(Tw)的电压时间积Son小，因此直流电抗器的偏磁不会被复位而达到磁饱和。为了将磁饱和复位，需要延长断开期间的时间宽度，但通常情况下，电弧模式时的接通期间(Tw)是预先确定的固定时间，连续地产生。因此，断开期间(T
‑
Tw)非常短，难以设置足够长的断开期间来复位磁饱和。
[0016]作为消除磁饱和的结构例，研究在磁饱和时使直流电源部停止的结构。图21的(c)表示了将直流电源部110C停止的结构例。在该结构例中，控制电路部140C在磁饱和时将停止指令信号输出到直流电源部110C来使直流电源部110C的输出动作停止。直流电源部110C检测停止指令信号，停止向脉冲部120C和负载150C供给电力。因为停止从直流电源部110C供给电力，因此脉冲部120C的直流电抗器121C的磁饱和被复位。控制电路部140C在直流电抗器121C被复位后，向直流电源部110C发送再起动指令，使直流电源部110C再起动。
[0017]在图21的(c)所示的结构例中，在直流脉冲电源装置100C的脉冲模式下连续输出脉冲输出的期间，当电弧检测部160C检测到在负载150C的等离子体产生装置中产生了电弧时，控制电路部140C通过中断处理，在电弧模式下进行控制。在电弧模式下，控制电路部140C基于电弧检测来变更接通/断开周期及/或接通期间的时间宽度，抑制从直流电源部110C向负载150C的电力供给。
[0018]图22以及图23是用于说明在图21的(c)的直流脉冲电源装置100C中使直流电源部110C停止从而使磁饱和复位的动作的流程图以及波形图。
[0019]直流脉冲电源装置在向等离子体负载供给稳定电力的脉冲模式的动作中检测到产生了电弧时，通过中断处理进行电弧模式的控制。当通过电弧检测部160C检测到等离子体负载150C产生电弧时(S121)，控制电路部140C接受该电弧检测，在电弧模式下使开关元件122C进行动作(S122)。
[0020]在电弧模式下，变更脉冲周期以及/或者变更脉冲周期的时间宽度T内的使开关元件为接通状态的时间宽度Tw。在脉冲周期的时间宽度T内，在时间宽度Tw的期间使开关元件122C为接通状态，停止向负载150C供给电力。在直至下一个脉冲周期开始为止的时间宽度(T
‑
Tw)的期间设为断开状态，向负载150C供给电力。在此，将时间宽度Tw设定为比开关元件的接通/断开动作的脉冲周期的时间宽度T短的时间宽度。在开关元件122C为接通状态的期
间，直流电源部110C向负载150C施加开关元件122C的接通电阻电压，但由于接通电阻电压是几乎接近接地电压的电压，所以主要是在断开状态期间的时间宽度(T
‑
Tw)中向负载供给电力。由此，通过抑制向负载的电力供给来消除电弧的产生。
[0021]在电弧模式下，直流电抗器121C中流过直流电抗器电流iDCL，直流电抗器电流iDCL的电流值在时间宽度Tw的期间逐渐增加，在时间宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种直流脉冲电源装置，其特征在于，具备：直流电源部；脉冲部，其具备直流电抗器与开关元件的串联电路，从所述直流电源部的直流电压产生脉冲输出；电压钳位部，其包含与所述脉冲部的直流电抗器并联连接的电容器，通过该电容器的电容器电压将直流电抗器的两端电压限制为钳位电压；以及控制电路部，其控制所述脉冲部的开关元件的接通/断开动作，所述控制电路部具备：开关周期控制部，其控制所述开关元件的开关动作的占空比；以及暂停/再次开始控制部，其控制所述开关元件的开关动作的暂停以及再次开始，所述暂停/再次开始控制部在所述直流电抗器达到磁饱和的时间点，使所述开关元件为断开状态来暂停开关动作，在所述开关元件的暂停时间中，对负载施加直流电压，并且通过被钳位为电容器电压的直流电抗器电压将磁饱和复位，所述暂停/再次开始控制部在所述直流电抗器的磁饱和被复位的时间点，再次开始所述开关元件的驱动动作。2.根据权利要求1所述的直流脉冲电源装置，其特征在于，所述开关周期控制部具备供给恒定电力的脉冲输出的脉冲模式、以及以比所述脉冲模式短的周期供给低电力的脉冲输出的电弧模式这两个模式。3.根据权利要求2所述的直流脉冲电源装置，其特征在于，在所述电弧模式下的所述开关元件的接通状态的累积脉冲宽度超过了磁饱和的允许时间宽度的时间点，所述暂停/再次开始控制部暂停所述开关元件的动作，在所述开关元件的暂停时间超过了设定时间的时间点，所述暂停/再次开始控制部再次开始所述开关元件的动作。4.根据权利要求2所述的直流脉冲电源装置，其特征在于，在所述电弧模式下的所述开关元件的直流电抗器电流超过了直流电抗器电流的磁饱和等级的时间点，所述暂停/再次开始控制部暂停所述开关元件的动作，在所述开关元件的直流电抗器电流超过了脉冲模式下的直流电抗器电流的脉冲模式等级的时间点，所述暂停/再次开始控制部再次开始所述开关元件的动作。5.根据权利要求2所述的直流脉冲电源装置，其特征在于，在所述电弧模式下的所述开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：让原逸男，安达俊幸，米山知宏，宫嵜洸一，
申请(专利权)人：株式会社京三制作所，
类型：发明
国别省市：