(57)【要約】【課題】イニシャルコストの削減が図れ、且つ回路内における接続負荷の設置個数を考慮する必要のない電力制御装置及び電力制御方法を提供すること。【解決手段】加熱エリアＥ内に設置されるエリア内加熱用の複数の負荷４０に対して適切な電力供給を行うため、調節計１０で目標温度値とエリア内の温度値とから負荷４０を駆動するための操作量を算出する。次に、点弧制御モジュール２０において、算出した操作量から位相角調整用の点弧角制御信号を算出し、この点弧角制御信号に基づき交流電源の電圧波形を位相調整する。そして、電力調整モジュール３０において、点弧制御された点弧制御電圧を予め設定されたゲインとなるようにディレイ調整された印加電圧で対をなす負荷４０に電力供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱エリア内を所定温度に加熱する複数の負荷と、
前記加熱エリア内の温度値と予め設定された目標温度値とに基づき温度調節するための操作量を算出し、この操作量に応じた制御信号を出力する調節計と、
前記調節計からの前記制御信号に基づき交流電源の点弧角制御量を算出し、前記交流電源のゼロクロス点を基準として前記算出した点弧角制御量に相当する点弧角に位相調整制御した点弧制御電圧を出力する点弧角制御モジュールと、
前記点弧制御モジュールと前記負荷との間に、前記各負荷と対をなして介設され、予め設定された前記負荷毎のゲインとなるように前記点弧制御電圧をディレイ調整した電力を前記対をなす負荷に供給する電力調整モジュールと、
を備えたことを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
加熱エリア内を所定温度に加熱する複数の負荷に対する電力供給を個別に制御する電力制御方法において、
前記加熱エリア内の温度値と予め設定された目標温度値とに基づき温度調節するための操作量を算出し、この操作量に応じた制御信号を出力するステップと、
前記制御信号に基づき交流電源の点弧角制御量を算出し、前記交流電源のゼロクロス点を基準として前記算出した点弧角制御量に相当する点弧角に位相調整制御した点弧制御電圧を出力するステップと、
予め設定された前記負荷毎のゲインとなるように前記点弧制御電圧をディレイ調整した電力を対応する前記負荷に供給するステップと、
を含むことを特徴とする電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一台の調節計で加熱エリア内に複数設置される負荷に対する適切な供給電力を個々に制御する電力制御装置及び電力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体ウェハの製造工程におけるアニール処理を行うアニール炉や基板加熱用のリフロー炉のような被加熱物を加熱するための熱処理炉内では、加熱対象となる加熱エリア内の温度分布を均一に保つため、調節計で加熱エリア内の温度を確認しながらエリア内に設置される複数の負荷（各種ヒータやランプ等）にそれぞれ適切な電力を供給制御している。なお、このような複数の加熱エリアの温度制御を行う装置としては、例えば下記特許文献１に開示されるものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７８９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１を含む一般的な熱処理炉における温度制御装置としては、熱処理炉内における加熱エリアに対して複数設置される負荷に供給する電力の検出信号と目標信号との差分に応じた点弧制御信号を出力する点弧制御モジュールと、点弧制御信号に基づきＯＮ時間を連続的に制御するスイッチング素子であるサイリスタと備えた電力制御ユニットを、設置される各負荷と一対一対応となるように設置し、一台の調節計から電力制御ユニットを制御することで、加熱エリア内の温度分布を均一に保っている。
【０００５】
しかしながら、負荷の設置場所である加熱エリアが炉内に複数あるような場合では、各エリア内に設置された負荷と同数分の電力制御ユニットを設置する必要があり、イニシャルコストが嵩むという問題があった。
【０００６】
また、交流電力の制御において、例えば４ｍＡ〜２０ｍＡのアナログ出力とした場合、一般的に最大負荷が７５０Ω以下となるようにしているため、一回路に対する負荷抵抗を考慮してシステム構成をしなければならず煩雑であった。
【０００７】
さらに、１台の調節計で複数の負荷の電力制御を行う場合に、調節計と電力制御ユニットとの間に電力分配を行うための分配器（ディストリビュータ等）を接続する必要があり、システム構成が高価になるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、イニシャルコストの削減が図れ、且つ負荷抵抗を気にすることなく所望のユニット構成を実現することのできる電力制御装置及び電力制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された電力制御装置は、加熱エリア内を所定温度に加熱する複数の負荷と、
前記加熱エリア内の温度値と予め設定された目標温度値とに基づき温度調節するための操作量を算出し、この操作量に応じた制御信号を出力する調節計と、
前記調節計からの前記制御信号に基づき交流電源の点弧角制御量を算出し、前記交流電源のゼロクロス点を基準として前記算出した点弧角制御量に相当する点弧角に位相調整制御した点弧制御電圧を出力する点弧角制御モジュールと、
前記点弧制御モジュールと前記負荷との間に、前記各負荷と対をなして介設され、予め設定された前記負荷毎のゲインとなるように前記点弧制御電圧をディレイ調整した電力を前記対をなす負荷に供給する電力調整モジュールと、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載された電力制御方法は、加熱エリア内を所定温度に加熱する複数の負荷に対する電力供給を個別に制御する電力制御方法において、
前記加熱エリア内の温度値と予め設定された目標温度値とに基づき温度調節するための操作量を算出し、この操作量に応じた制御信号を出力するステップと、
前記制御信号に基づき交流電源の点弧角制御量を算出し、前記交流電源のゼロクロス点を基準として前記算出した点弧角制御量に相当する点弧角に位相調整制御した点弧制御電圧を出力するステップと、
予め設定された前記負荷毎のゲインとなるように前記点弧制御電圧をディレイ調整した電力を対応する前記負荷に供給するステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電力制御装置によれば、加熱エリア内に設置される各負荷と同数の点弧制御モジュールを必要とせず、安価で簡易的な構成の電力調整モジュールを負荷と対をなすように設置するだけでよいため、イニシャルコストを軽減することができる。また、電力調整モジュールの回路構成が簡易になるため、一回路に対する負荷抵抗を考慮する必要がなく、分配器等の余計な構成が不要となりシステム構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る電力制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】同装置の点弧制御モジュールによる点弧制御例を示す説明図である。
【図３】同装置の電力調整モジュールによるディレイ量調整例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者等によりなされる実施可能な他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれる。
【００１４】
本例の電力制御装置１は、例えば半導体ウェハの製造工程におけるアニール処理や基板加熱用のリフロー炉のようなコンベアを備えた連続炉等の熱処理炉に採用され、炉内における加熱エリアＥに対する温度制御を１つの調節計１０で加熱エリアＥに設置された複数の負荷４０（各種ヒータやランプ等）への電力制御を行う場合に採用される。
【００１５】
まず、図１を参照しながら、本発明に係る電力制御装置１の構成について説明する。
図１に示すように、電力制御装置１は、一台の調節計１０と、一台の点弧制御モジュール２０と、加熱エリアＥ内に設置された複数の負荷４０（図例では３台）と同数の電力調整モジュール３０とで概略構成され、調節計１０にて設定された目標温度となるように、熱処理炉内における加熱エリアＥに設置された各負荷４０に対する電力の供給量制御を行っている。
【００１６】
また、加熱エリアＥの所定箇所には温度センサ５０が配置され、このセンサ５０によって検出された温度信号（エリア内の代表値若しくは平均値）が温度制御の間、調節計１０に出力されている。なお、図中では温度センサ５０が単体で設置されているが、加熱エリアＥ内に複数配置し、各センサ５０からの温度信号から加熱エリアＥ内の代表値若しくは平均値を得ることもできる。
【００１７】
＜調節計＞
調節計１０は、熱処理炉における加熱エリアＥ内の温度調整をフィードバック制御（ＰＩＤ制御）によって行うため、予め設定された制御パラメータ（ＰＩＤ制御におけるＰＩＤパラメータ）に基づき、温度センサ５０で計測された加熱エリアＥ内の温度値（ＰＶ）と予め設定された目標温度値を示す設定値（ＳＶ）とから操作量（ＭＶ）を算出し、この操作量（ＭＶ）に応じた制御信号を点弧制御モジュール２０に出力している。
【００１８】
＜点弧制御モジュール＞
点弧制御モジュール２０は、演算手段２１と、ゼロクロス検出手段２２と、位相角制御手段２３と、降圧トランス２４とで構成され、調節計１０からの制御信号に応じて加熱エリアＥ内に設置される各負荷４０に対して供給する電圧の点弧制御を行っている。
【００１９】
演算手段２１は、調節計１０からの制御信号に基づき、各負荷４０に印加する電圧波形の位相角を調整するための点弧角制御量（％）を算出し、その算出結果に基づく点弧角制御信号を位相角制御部に出力している。
【００２０】
ゼロクロス検出手段２２は、降圧トランス２４を介して供給された交流電源の電源電圧の基準点であるゼロクロス点を検出し、この検出によるゼロクロス信号を位相角制御手段２３に出力している。
【００２１】
位相角制御手段２３は、ゼロクロス検出手段２２からのゼロクロス信号の入力タイミングに基づいて、交流電源の電圧波形をゼロクロス点から点弧角制御信号応じた点弧角だけ遅れて発生させることで点弧角制御信号に相当する位相角に調整制御され、この位相角調整された電圧を点弧制御電圧として電力調整モジュール３０に出力している。
【００２２】
位相角制御手段２３から出力される点弧制御信号の一例としては、図２に示すように、調節計１０で算出された操作量が５０％であった場合は、図示のように交流電源の電圧波形が９０°位相調整され、この位相角調整された電圧が点弧制御電圧として電力調整モジュール３０に出力される。
【００２３】
＜電力調整モジュール＞
電力調整モジュール３０は、遅延手段３１と、パルス駆動回路３２と、スイッチング素子３３とで構成され、加熱エリアＥ内の負荷４０と対をなすために設置される負荷４０と同数設置されている。
【００２４】
遅延手段３１は、例えば、Ｄ型フリップフロップ回路やＲＣ回路からなる周知のディレイ回路である。遅延手段３１は、点弧制御モジュール２０からの点弧制御電圧を予め設定された負荷４０のゲインになるようなディレイ量で調整し、このディレイ調整した点弧制御電圧をパルス駆動回路３２に出力している。
【００２５】
ここで、遅延手段３１によるディレイ量の調整処理例について、図３を参照しながら説明する。
なお、点弧制御モジュール２０からの点弧制御電圧が操作量５０％で位相角制御され、また、電力調整モジュール３０に対をなす負荷４０のゲインは、それぞれ１．０、０．８、０．４とする。
【００２６】
上記条件によって駆動した場合、点弧制御モジュール２０からの点弧制御電圧を各負荷４０のゲインになるようにディレイ調整した場合は、以下のようにディレイ量が調整制御される。
・図３（ａ）に示すように、電力調整モジュール３０と対をなす負荷４０のゲインが１．０のときは、ディレイ量を調整せずに入力した点弧制御電圧のまま出力する。
・図３（ｂ）に示すように、電力調整モジュール３０と対をなす負荷４０のゲインが０．８のときは、入力した点弧制御電圧を２０％ディレイ調整して出力する。
・図３（ｃ）に示すように、電力調整モジュール３０と対をなす負荷４０のゲインが０．４のときは、入力した点弧制御電圧を６０％ディレイ調整して出力する。
【００２７】
パルス駆動回路３２は、トランジスタやフォトカプラ等の半導体素子で構成され、入力端側（すなわち、遅延手段３１）と出力端側（すなわち、スイッチング素子３３）と間における電気的絶縁を目的として介設されている。パルス駆動回路３２は、遅延手段３１からの点弧制御電圧をスイッチング素子３３へと出力している。
【００２８】
スイッチング素子３３は、サイリスタ等の半導体スイッチング素子３３で構成され、パルス駆動回路３２からの点弧制御電圧の点弧角に基づきＯＮ時間の割合を変化させて連続的に電圧制御して、対をなす負荷４０に電力供給を行っている。
【００２９】
そして、上述した電力制御装置において、加熱エリアＥに設置された各負荷４０に電力供給を行う場合、まず加熱エリアＥ内の目標温度値を設定し、機器誤差や設置条件に応じて各負荷４０に対するゲインを設定する。
【００３０】
次に、負荷４０に対する電力供給が開始されると、まず温度センサ５０によって加熱エリアＥ内の温度信号が検出され、この検出された温度信号に基づく目標温度値とから実際に負荷４０を駆動するための操作量を算出し、この操作量に応じた制御信号を点弧制御モジュール２０に出力する。
【００３１】
点弧制御モジュール２０は、調節計１０からの制御信号に基づき、負荷４０に印加する電圧波形の点弧角制御量（％）を算出し、ゼロクロス検出手段２２からのゼロクロス信号の入力タイミングで点弧角制御信号に応じた位相角調整制御された点弧制御電圧を電力調整モジュール３０に出力する。
【００３２】
そして、電力調整モジュール３０は、点弧制御モジュール２０からの点弧制御電圧を、予め設定されたゲインに相当するディレイ量で調整し、このディレイ調整した点弧制御電圧をパルス駆動回路３２を介してスイッチング素子３３へと出力し、点弧制御電圧の点弧角に基づきＯＮ時間の割合を変化させて連続的に電圧制御して、対をなす負荷４０に電力供給を行っている。
【００３３】
以上説明したように、上述した電力制御装置では、加熱エリアＥ内に設置される各負荷４０に電力供給を行うため、調節計１０で目標温度値とエリア内の温度値とから負荷４０を駆動するための操作量を算出する。次に、点弧制御モジュール２０において、算出した操作量から位相角調整用の点弧角制御信号を算出し、この点弧角制御信号に基づき交流電源の電圧波形を位相調整する。そして、電力調整モジュール３０において、点弧制御された点弧制御電圧を予め設定されたゲインとなるようにディレイ調整し、スイッチング素子３３を介して調整制御された印加電圧で対をなす負荷４０に電力供給を行っている。
【００３４】
これにより、加熱エリアＥ内に設置される負荷４０と同数の点弧制御モジュール２０を用意する必要がなく、安価で簡易的な構成の電力調整モジュール３０を負荷４０と同数用意するだけでよいため、イニシャルコストの削減を図ることができる。
【００３５】
また、電力調整モジュール３０の回路構成が簡易になるため、一回路に対する負荷抵抗を考慮する必要がなく、所望の数だけ介設することができる。
【００３６】
ところで、上述した形態では、各負荷４０と対をなすように電力調整モジュール３０を有し、各電力調整モジュール３０は遅延手段３１、パルス駆動回路３２、スイッチング素子３３をそれぞれ具備した構成で説明したが、これに限定されることはない。
【００３７】
例えば、複数ある負荷４０のうち、温度調節を行う負荷４０にのみ遅延手段３１を設ける構成とすることもできる。すなわち、遅延手段３１を備えた電力調整モジュール３０と対になる負荷４０は、その負荷に応じたゲインとなるようにディレイ調整された電力が供給され、その他の負荷４０に対しては、入力した点弧制御電圧に応じた電力が各負荷に供給される構成となる。
【００３８】
従って、遅延手段３１を有する電力調整モジュール３０を少なくとも１つ備えた電力制御装置であれば、ゲイン調整が必要な負荷４０に対してディレイ調整を行うことができるため、上述した形態と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…電力制御装置
１０…調節計
２０…点弧制御モジュール
２１…演算手段
２２…ゼロクロス検出手段
２３…位相角制御手段
２４…降圧トランス
３０…電力調整モジュール
３１…遅延手段
３２…パルス駆動回路
３３…スイッチング素子
４０…負荷
５０…温度センサ
Ｅ…加熱エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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