(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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