(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源から直流定電圧の正電圧を生成し出力する第１の電源装置と、
前記商用交流電源から前記正電圧と同じ値の直流定電圧の負電圧を生成し出力する第２の電源装置と、
キャパシタンスを可変するバリアブルコンデンサを有し、高周波増幅部から出力された高周波大電力を受けて高周波負荷コイルに高周波エネルギーを供給する整合回路部と、
前記第１の電源装置より出力された正電圧電源と、前記第２の電源装置より出力された負電圧電源と、前記整合回路部の位置検出信号と、前記高周波増幅部から出力される整合検出信号とが入力され、モーター駆動用電源を生成し出力するモータードライブ回路と、
前記モータードライブ回路から正電圧電源を受けて正回転駆動し、前記モータードライブ回路から負電圧電源を受けて逆回転駆動することで、前記整合回路部の前記バリアブルコンデンサを回転駆動する直流モーターと、
電源スイッチのオン／オフ時に前記第１の電源装置および前記第２の電源装置の出力電圧の供給／供給停止タイミングに時間差が生じても前記整合回路部の動作を安定させるための同期回路であって、前記モータードライブ回路と前記第１の電源装置および前記第２の電源装置との間に設けられ、前記正電圧電源および前記負電圧電源のうちで後から出力された電源に同期して前記正電圧電源および前記負電圧電源を前記モータードライブ回路に供給し、前記正電圧電源および前記負電圧電源のうちで先に電圧降下を生じた電源に同期して前記モータードライブ回路に供給している前記正電圧電源および前記負電圧電源を遮断する電源同期回路と、
を具備したことを特徴とする高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高周波電力を扱う装置の高周波整合回路部に適用して好適な高周波電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波電力を扱う高周波整合回路部の直流モーター駆動回路においては、直流モーターに正電圧電源または負電圧電源を選択的に供給してモーターを正逆回転駆動制御することにより高周波整合回路部（バリアブルコンデンサ等）を駆動制御している。直流モーターを駆動する電源部は、直流電源を生成し出力する二つの電源ユニットの各電源出力端を直列に接続して、この接続部を基準点（接地点）に、一方の電源ユニットから正電圧電源を得、他方の電源ユニットから負電圧電源を得る構成としている。この各電源ユニットには、上記直流モーターの他に、それぞれ固有の負荷回路が接続されている。
【０００３】
この種の従来の装置においては、上記二つの電源ユニットの正負各電源出力端がモータードライバ回路に直接接続され、直流モーターを駆動していたが、各電源ユニットの負荷の違いにより、電源スイッチのオン／オフ時において、過渡的に、上記二つの電源ユニットの出力電圧に違いが生じ（電圧差が発生し）、これに伴い高周波整合回路部の動作が不安定な状態に陥るという問題があった。具体的には、高周波整合回路部が位置制御範囲から逸脱して、高周波整合回路部に過度の回転トルクが加わり、高周波整合回路部や高周波整合回路部の位置検出を行う位置検出装置（ポテンショメータ）の機械的な破損を招くという問題を有していた。
【０００４】
上記した高周波電源装置の類似技術として、従来では、正極性端子電源電圧と負極性端子電源電圧を直並列接続切替により可変制御する直流電源装置技術（特許文献１）や、電源ライン上の抵抗両端に二つのスイッチ素子を直列接続した回路を接続し、一つのスイッチ素子を電圧検出回路でオン／オフ制御し、残るスイッチ素子を主電源装置でオン／オフ制御する電源回路技術（特許文献２）が存在した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０４６８８号公報
【特許文献２】特開平５−２９２６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、高周波電力を扱う高周波整合回路部の直流モーター駆動回路においては、二つの電源ユニットの負荷の違いにより、電源スイッチのオン／オフ時において、過渡的に、上記二つの電源ユニットの出力電圧に違いが生じ、これに伴い高周波整合回路部の動作が不安定に陥るという問題があった。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、二つの電源ユニットの負荷の違いにより、電源スイッチのオン／オフ時において、過渡的に、上記二つの電源ユニットの出力電圧に違いが生じた場合であっても、常に安定した高周波整合回路部の動作が期待できる高周波電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、商用交流電源から直流定電圧の正電圧を生成し出力する第１の電源装置と、前記商用交流電源から前記正電圧と同じ値の直流定電圧の負電圧を生成し出力する第２の電源装置と、キャパシタンスを可変するバリアブルコンデンサを有し、高周波増幅部から出力された高周波大電力を受けて高周波負荷コイルに高周波エネルギーを供給する整合回路部と、前記第１の電源装置より出力された正電圧電源と、前記第２の電源装置より出力された負電圧電源と、前記整合回路部の位置検出信号と、前記高周波増幅部から出力される整合検出信号とが入力され、モーター駆動用電源を生成し出力するモータードライブ回路と、前記モータードライブ回路から正電圧電源を受けて正回転駆動し、前記モータードライブ回路から負電圧電源を受けて逆回転駆動することで、前記整合回路部の前記バリアブルコンデンサを回転駆動する直流モーターと、電  源スイッチのオン／オフ時に前記第１の電源装置および前記第２の電源装置の出力電圧の違いが生じても前記整合回路部の動作を安定させるための同期回路で  あって、前記モータードライブ回路と前記第１の電源装置および前記第２の電源装置との間に設けられ、前記正電圧電源および前記負電圧電源のうちで後から出  力された電源に同期して前記正電圧電源および前記負電圧電源を前記モータードライブ回路に供給し、前記正電圧電源および前記負電圧電源のうちで先に電圧降  下を生じた電源に同期して前記モータードライブ回路に供給している前記正電圧電源および前記負電圧電源を遮断する電源同期回路と、を具備した高周波電源装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、正電圧電源を生成し出力する電源装置と負電圧電源を生成し出力する電源装置との電源電圧の過渡的な違いにより発生する高周波整合回路部の不安定な動作を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る高周波電源装置の構成を示すブロック図。
【図２】上記実施形態に係る高周波電源装置に設けられた電源同期回路の一例を示す回路図。
【図３】上記実施形態に係る高周波電源装置に設けられた電源同期回路の他の一例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
まず図１および図２を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る高周波電源装置の構成を示し、図２は高周波電源装置に設けられた本発明の主要構成要素をなす電源同期回路の回路構成を示している。
【００１４】
図１はプラズマエネルギ供給機能を実現する高周波電源装置１０の構成を示したもので、高周波電源装置１０は、高周波電源部と、高周波整合部を具備して構成される。
【００１５】
高周波電源部は、同一構成による第１の直流電源ユニット（電源ユニット１）１１、および第２の直流電源ユニット（電源ユニット２）１２と、高周波負荷コイル（ＨＬ）１４と、高周波電力増幅用の直流電源ユニット１５と、高周波増幅部（高周波電力増幅部）１６と、整合検出回路（ＣＤ）１７とを具備して構成される。これらの各構成要素は既存のものであり、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００１６】
高周波整合部１３は、電源同期回路１３ａと、モータードライバ回路１３ｂと、直流モーター（ＤＣモーター）１３ｃと、ギアボックス（変速器）１３ｄと、整合回路部（ＶＣ）１３ｅと、整合部位置検出回路１３ｆと、外部モーター操作回路１３ｇとを具備して構成される。
【００１７】
第１の直流電源ユニット１１と第２の直流電源ユニット１２は、それぞれ所定の定電圧直流電源を生成し出力する。具体例を挙げると、それぞれ１５Ｖ（ボルト）の直流定電圧電源を生成し出力する。この第１の直流電源ユニット１１の電源出力と第２の直流電源ユニット１２の電源出力とを直列接続して、この接続部を電源電圧の基準点として接地し、第１の直流電源ユニット１１より＋１５Ｖの正電圧電源を出力し、第２の直流電源ユニット１２より−１５Ｖの負電圧電源を出力する電源出力回路を構成している。第１の直流電源ユニット１１および第２の直流電源ユニット１２には、それぞれに、固有の負荷回路が接続される。一例を挙げると、第１の直流電源ユニット１１には、図示しないコントロール基板が接続され、このコントロール基板に動作用電源が供給される。
【００１８】
高周波整合部１３は、第１の直流電源ユニット１１から出力される＋１５Ｖの正電圧電源と、第２の直流電源ユニット１２から出力される−１５Ｖの負電圧電源とを動作用電源として、後述する高周波整合動作を行う。
【００１９】
電源同期回路１３ａは本発明の主要構成要素をなすもので、高周波電源装置１０の電源オン時において、第１の直流電源ユニット１１から出力される＋１５Ｖの正電圧電源と、第２の直流電源ユニット１２から出力される−１５Ｖの負電圧電源とを互いに同期をとって（同時に）出力・遮断制御する。すなわち、上記正電圧電源、および負電圧電源のうち、後から出力された電源に同期して上記各電源の電源供給路を接続（スイッチオン）する。また、高周波電源装置１０の電源オフ時において、上記正電圧電源、および負電圧電源のうち、先に電圧降下を生じた電源に同期して上記各電源の電源供給路を遮断（スイッチオフ）する。
【００２０】
この電源同期回路１３ａは、第１の直流電源ユニット１１から出力された正電圧電源により同時にオン状態に切替制御され、上記正電圧電源の遮断により同時にオフ状態に切替制御される第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路と、第２の直流電源ユニット１２から出力された負電圧電源により同時にオン状態に切替制御され、上記負電圧電源の遮断により同時にオフ状態に切替制御される第３のスイッチ回路および第４のスイッチ回路とを具備し、上記電源出力回路の正電圧電源の出力端と上記モータードライバ回路１３ｂの正電圧電源の入力端との間を、上記第１のスイッチ回路と上記第３のスイッチ回路とを直列接続した正電圧電源のスイッチ回路により接続し、上記電源出力回路の負電圧電源の出力端と上記モータードライバ回路１３ｂの負電圧電源の入力端との間を、上記第２のスイッチ回路と上記第４のスイッチ回路とを直列接続した負電圧電源のスイッチ回路により接続して構成されている。この電源同期回路１３ａの具体的な回路構成と動作については、図２を参照して後述する。
【００２１】
モータードライバ回路１３ｂは、第１の直流電源ユニット１１から出力される＋１５Ｖの正電圧電源と、第２の直流電源ユニット１２から出力される−１５Ｖの負電圧電源とを動作用電源として入力するとともに、整合部位置検出回路１３ｅに設けられた整合部位置検出回路１３ｆからフィードバックされる位置検出信号と、整合検出回路（ＣＤ）１７から出力される整合検出信号を制御信号として入力し、上記正電圧電源と負電圧電源とを動作用電源として、上記直流モーター（ＤＣモーター）１３ｃを正逆回転駆動制御し、ギアボックス（変速器）１３ｄを介して整合回路部（ＶＣ）１３ｅを回転駆動する。
【００２２】
直流モーター（ＤＣモーター）１３ｃは、モータードライバ回路１３ｂの制御により、正電圧電源（＋１５Ｖ）を受けて、ギアボックス１３ｄを介し、整合回路部（ＶＣ）１３ｅを正転（ＣＷ）駆動し、負電圧電源（−１５Ｖ）を受けて、整合回路部（ＶＣ）１３ｅを逆転（ＣＣＷ）駆動する。
【００２３】
整合回路部（ＶＣ）１３ｅは、ギアボックス（変速器）１３ｄにより減速されトルク大となった回転駆動力により回転駆動されてキャパシタンスを可変するバリアブルコンデンサ（バリコン）を有し、高周波増幅部（高周波電力増幅部）１６から出力された高周波大電力を受けて高周波負荷コイル（ＨＬ）１４に高周波エネルギーを供給する。
【００２４】
図２は本発明の一実施形態に係る電源同期回路１３ａの回路構成を示したもので、この電源同期回路１３ａは、２つのリレーを用いて構成される。ここでは、２回路１接点のスイッチを具備する第１のリレー（リレーＡ）１３１と、同じく２回路１接点のスイッチを具備する第２のリレー（リレーＢ）１３２とにより構成される。
【００２５】
第１のリレー１３１は、第１の直流電源ユニット１１から出力される＋１５Ｖの正電圧電源を受けて、２回路の各スイッチＳａ，Ｓｂを同時にスイッチオンに切り替え、上記正電圧電源の供給が遮断されると上記各スイッチＳａ，Ｓｂを同時にスイッチオフに切り替える。
【００２６】
第２のリレー１３２は、第２の直流電源ユニット１２から出力される−１５Ｖの負電圧電源を受けて、２回路の各スイッチＳａ，Ｓｂを同時にスイッチオンに切り替え、上記負電圧電源の供給が遮断されると上記各スイッチＳａ，Ｓｂを同時にスイッチオフに切り替える。
【００２７】
上記した第１乃至第４のスイッチ回路のうち、第１のリレー１３１に設けられたスイッチＳａは第１のスイッチ回路、スイッチＳｂは第２のスイッチ回路を構成し、第２のリレー１３２に設けられたスイッチＳａは第３のスイッチ回路、スイッチＳｂは第４のスイッチ回路を構成する。
【００２８】
すなわち、上記した電源出力回路の正電圧電源の出力端とモータードライバ回路１３ｂの正電圧電源の入力端との間を、第１のリレー１３１に設けられたスイッチＳａと第２のリレー１３２に設けられたスイッチＳａとを直列接続した正電圧電源のスイッチ回路により接続し、上記した電源出力回路の負電圧電源の出力端とモータードライバ回路１３ｂの負電圧電源の入力端との間を、第１のリレー１３１に設けられたスイッチＳｂと第２のリレー１３２に設けられたスイッチＳｂとを直列接続した負電圧電源のスイッチ回路により接続している。
【００２９】
ここで、高周波整合部１３に設けられた電源同期回路１３ａの動作を説明する。
【００３０】
高周波電源装置１０の電源スイッチ（図示せず）がスイッチオン（電源投入）操作されると、第１の直流電源ユニット１１、および第２の直流電源ユニット１２に、それぞれ商用交流電源（例えばＡＣ２００Ｖ）が供給され、第１の直流電源ユニット１１、および第２の直流電源ユニット１２から、それぞれ１５Ｖの直流定電圧電源が出力される。この第１の直流電源ユニット１１、および第２の直流電源ユニット１２から出力された各１５Ｖの直流定電圧電源をもとに上記した電源出力回路から＋１５Ｖの正電圧電源と−１５Ｖの負電圧電源が出力される。この＋１５Ｖの正電圧電源と−１５Ｖの負電圧電源は、高周波整合部１３に、動作用電源として供給される。
【００３１】
高周波整合部１３に供給された、＋１５Ｖの正電圧電源と、−１５Ｖの負電圧電源は、電源同期回路１３ａで出力が同期化されてモータードライバ回路１３ｂに供給される。モータードライバ回路１３ｂは電源同期回路１３ａで同期化して出力された＋１５Ｖの正電圧電源と、−１５Ｖの負電圧電源により、直流モーター（ＤＣモーター）１３ｃを正逆回転駆動制御してギアボックス（変速器）１３ｄを介し、整合回路部（ＶＣ）１３ｅを回転駆動制御する。
【００３２】
その後、高周波電源装置１０の電源スイッチがスイッチオフ（電源遮断）操作されると、上記正電圧電源と負電圧電源が電源同期回路１３ａにより同期化されて供給停止される。
【００３３】
この電源同期回路１３ａの同期化制御により、第１の直流電源ユニット１１と第２の直流電源ユニット１２との負荷が異なり、電源スイッチのオン／オフ時において、過渡的に、上記二つの電源ユニットの出力電圧に違いが生じた場合であっても、高周波整合部１３に供給される二種の電源（＋１５Ｖ、−１５Ｖ）が電源同期回路１３ａにより同期化される。これにより、高周波整合部１３は、常に安定した高周波整合動作を行うことができる。
【００３４】
すなわち、上記電源同期回路１３ａが存在しない既知の構成においては、第１の直流電源ユニット１１と第２の直流電源ユニット１２との負荷の違いにより、電源スイッチのオン／オフ時において、過渡的に、上記二つの電源ユニットの出力電圧に違いが生じ（電圧差が発生し）、これに伴い、整合回路部（ＶＣ）１３ｅの動作が不安定な状態に陥る場合があった。具体的には、整合回路部（ＶＣ）１３ｅが整合部位置検出回路１３ｆの位置制御範囲から逸脱して、整合回路部（ＶＣ）１３ｅに過度の回転トルクが加わり、整合回路部（ＶＣ）１３ｅや整合部位置検出回路１３ｆの機械的な破損を招く虞があった。
【００３５】
これに対して上記した実施形態における高周波整合部１３においては、上記電源スイッチのオン／オフ時において、上記各電源（＋１５Ｖ、−１５Ｖ）が電源同期回路１３ａにより同期化されることから、上記した不具合を招くことのない安定した動作が維持される。
【００３６】
上記した図２に示す電源同期回路１３ａは、電源スイッチがスイッチオンされると、第１のリレー１３１が第１の直流電源ユニット１１から出力される＋１５Ｖの正電圧電源により、２回路の各スイッチＳａ，Ｓｂを同時にスイッチオンに切り替え、第２のリレー１３２が第２の直流電源ユニット１２から出力される−１５Ｖの負電圧電源により、２回路の各スイッチＳａ，Ｓｂを同時にスイッチオンに切り替える。
【００３７】
これにより、第１の直流電源ユニット１１から出力される＋１５Ｖの正電圧電源と第２の直流電源ユニット１２から出力される−１５Ｖの負電圧電源に、負荷の違いにより電源供給タイミングに時間差が生じても、上記各電源のうち、電源供給タイミングの遅い電源供給に同期して、上記正負の各電源がモータードライバ回路１３ｂに同時に給電される。
【００３８】
また、電源スイッチがスイッチオフされると、第１のリレー１３１に第１の直流電源ユニット１１から出力される＋１５Ｖの正電圧電源が供給されなくなり、２回路の各スイッチＳａ，Ｓｂを同時にスイッチオフに切り替えられるとともに、第２のリレー１３２に第２の直流電源ユニット１２から出力される−１５Ｖの負電圧電源が供給されなくなり、２回路の各スイッチＳａ，Ｓｂを同時にスイッチオフに切り替えられる。
【００３９】
これにより、上記負荷の違いにより電源の供給停止タイミングに時間差が生じても、上記各電源のうち、電源供給タイミングの速い電源の供給停止に同期して、モータードライバ回路１３ｂに供給されていた上記正負の各電源が同時に供給停止され電源遮断される。
【００４０】
上記した電源同期回路１３ａの他の回路構成を図３に示している。  
上記した図２に示す電源同期回路１３ａが２つのリレー（１３１，１３２）を用いて構成されていたのに対し、この図３に示す電源同期回路１３ａは、４つのフォトインタラプタ２１，２２，２３，２４と、４つの半導体スイッチング素子２５，２６，２７，２８を用いて構成されている。
【００４１】
ここでは、上記した正電圧電源のスイッチ回路を、半導体スイッチング素子２５と半導体スイッチング素子２６とを直列接続（ソース電極−ドレイン電極を直列接続）した回路により構成し、上記した負電圧電源のスイッチ回路を、第３の半導体スイッチング素子２７と第４の半導体スイッチング素子２８とを直列接続した回路により構成している。
【００４２】
フォトインタラプタ２１，２２，２３，２４は、それぞれ発光部２０１と受光部２０２を有して構成され、発光部２０１に動作電源が供給されているとき、受光部２０２からスイッチオン制御信号が出力される。
【００４３】
フォトインタラプタ２１の発光部２０１と、フォトインタラプタ２２の発光部２０１には、それぞれ第１の直流電源ユニット１１から出力される正電圧電源をもとに生成された動作電源が供給され、フォトインタラプタ２３の発光部２０１と、フォトインタラプタ２４の発光部２０１には、それぞれ第２の直流電源ユニット１２から出力される負電圧電源をもとに生成された動作電源が供給される。
【００４４】
半導体スイッチング素子２５，２６，２７，２８は、それぞれゲート電極に、スイッチング制御回路２５ｃ，２６ｃ，２７ｃ，２８ｃが設けられている。スイッチング制御回路２５ｃはフォトインタラプタ２１の受光部２０２からスイッチオン制御信号を受けて半導体スイッチング素子２５をスイッチオン制御する。スイッチング制御回路２６ｃはフォトインタラプタ２３の受光部２０２からスイッチオン制御信号を受けて半導体スイッチング素子２６をスイッチオン制御する。スイッチング制御回路２７ｃはフォトインタラプタ２２の受光部２０２からスイッチオン制御信号を受けて半導体スイッチング素子２７をスイッチオン制御する。スイッチング制御回路２８ｃはフォトインタラプタ２４の受光部２０２からスイッチオン制御信号を受けて半導体スイッチング素子２８をスイッチオン制御する。
【００４５】
この図３に示す電源同期回路１３ａの動作は、高周波電源装置１０の電源スイッチがスイッチオンされると、上記正電圧電源により、スイッチング制御回路２５ｃがフォトインタラプタ２１の受光部２０２からスイッチオン制御信号を受けて半導体スイッチング素子２５をスイッチオン制御し、スイッチング制御回路２７ｃがフォトインタラプタ２２の受光部２０２からスイッチオン制御信号を受けて半導体スイッチング素子２７をスイッチオン制御する。
【００４６】
さらに、上記負電圧電源により、スイッチング制御回路２６ｃがフォトインタラプタ２３の受光部２０２からスイッチオン制御信号を受けて半導体スイッチング素子２６をスイッチオン制御し、スイッチング制御回路２８ｃがフォトインタラプタ２４の受光部２０２からスイッチオン制御信号を受けて半導体スイッチング素子２８をスイッチオン制御する。
【００４７】
この図３に示す回路構成の電源同期回路１３ａにおいても、上記図２に示したリレーを用いた電源同期回路１３ａと同様に、第１の直流電源ユニット１１と第２の直流電源ユニット１２との負荷が異なり、電源スイッチのオン／オフ時において、過渡的に、上記二つの電源ユニットの出力電圧に違いが生じた場合であっても、高周波整合部１３に供給される二種の電源（＋１５Ｖ、−１５Ｖ）が電源同期回路１３ａにより同期化される。これにより、高周波整合部１３は、常に安定した高周波整合動作を行うことができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態では、プラズマエネルギ供給機能を実現する高周波電源装置を例に、実施形態を説明したが、整合回路部（ＶＣ）１３ｅの駆動制御に代わり、他の駆動体を駆動制御するフィードバック制御ループを有する駆動制御部においても本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１０…高周波電源装置、１１…第１の直流電源ユニット、１２…第２の直流電源ユニット、１３…高周波整合部、１４…高周波負荷コイル（ＨＬ）、１５…高周波電力増幅用の直流電源ユニット、１６…高周波増幅部（高周波電力増幅部）、１７…整合検出回路（ＣＤ）、１３ａ…電源同期回路、１３ｂ…モータードライバ回路、１３ｃ…直流モーター（ＤＣモーター）、１３ｄ…ギアボックス（変速器）、１３ｅ…整合回路（ＶＣ）、１３ｆ…整合部位置検出回路、１３ｇ…外部モーター操作回路、１３１，１３２…リレー、２１，２２，２３，２４…フォトインタラプタ、２５，２６，２７，２８…半導体スイッチング素子、２５ｃ，２６ｃ，２７ｃ，２８ｃ…スイッチング制御回路。
【図１】
0005604125.tif 000002
【図２】
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【図３】
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