特許 7320445 電圧変換装置、高周波電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-26

(45)【発行日】2023-08-03

(54)【発明の名称】電圧変換装置、高周波電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20230727BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 P

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019235021

(22)【出願日】2019-12-25

(65)【公開番号】P2021103929

(43)【公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-10-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】河野 真吾

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２９７９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２９９７４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電圧を所定の出力電圧に変換する電圧変換装置であって、
前記入力電圧が印加される受動素子と、
前記受動素子への入力電圧の印加又は遮断を行うスイッチと、
前記出力電圧の電圧値を検出して、検出電圧値として出力する電圧検出部と、
前記検出電圧値が、前記出力電圧の設定電圧値に対応する理想電圧値に近づくように前記スイッチのデューティ比を決定して前記スイッチの制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記理想電圧値と前記検出電圧値との偏差に対応した制御量を加味して前記スイッチのデューティ比を定め、
前記制御部は、
前記設定電圧値に対応する理想電圧値を出力する理想電圧出力部と、
前記理想電圧出力部から出力された理想電圧値と前記電圧検出部から出力された検出電圧値との偏差を出力する偏差取得部と、
前記偏差取得部から出力された偏差を入力し、当該偏差を無くすための制御量を第１制御量として出力する第１制御量出力部と、
前記理想電圧出力部から出力された理想電圧値及び前記偏差取得部から出力された偏差を入力し、前記理想電圧値に対応する制御量を第２制御量として出力する第２制御量出力部と、
前記出力電圧の設定電圧値及び偏差取得部から出力された偏差を入力し、前記出力電圧の設定電圧値に対応する制御量を第３制御量として出力する第３制御量出力部と、
前記第１制御量出力部、前記第２制御量出力部及び前記第３制御量出力部から出力された各制御量を入力し、前記スイッチのオンオフ制御に必要なデューティ比を決定し、デューティ比に対応する信号を出力するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部が出力したデューティ比に対応する信号に基づいて、前記スイッチに対してオンオフ制御を行うための制御信号を出力するスイッチ駆動部とを備えていることを特徴とする電圧変換装置。

【請求項2】

前記第２制御量出力部は、
前記偏差取得部から出力された偏差に対応する制御量を前記理想電圧値に対応する制御量に加算したものを第２制御量として出力することを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。

【請求項3】

前記第３制御量出力部は、
前記偏差取得部から出力された偏差に対応する制御量を前記出力電圧の設定電圧値に対応する制御量に加算したものを第３制御量として出力することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一つに記載の電圧変換装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記検出電圧値が前記理想電圧値よりも小さい場合、前記デューティ比を大きくし、
前記検出電圧値が前記理想電圧値よりも大きい場合、前記デューティ比を小さくすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の電圧変換装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の電圧変換装置と、
該電圧変換装置からの出力された直流電圧を高周波交流電圧に変換して出力するＲＦ出力装置と
を備えた高周波電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電圧変換装置、高周波電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

入力された直流電圧を所望の直流電圧に変換して出力する電圧変換装置として、例えば降圧型のＤＣＤＣコンバータ等の電圧コンバータが知られている（例えば、特許文献１）。降圧型のＤＣＤＣコンバータは、所定の周波数で相補的にオンオフに制御される第１半導体スイッチ及び第２半導体スイッチと、第１半導体スイッチがオンの時に入力電圧が印加されるインダクタ、及び出力電圧が印加される負荷と並列に接続された平滑コンデンサにより構成される。

【0003】

特許文献１に記載のＤＣＤＣコンバータは、更に入力電圧を漸次増加するソフトスタート回路を備え、ＤＣＤＣコンバータの起動時において、ソフトスタート回路によって入力電圧を徐々に増加させる。そして、相補的に制御される２つの半導体スイッチ（トランジスタ）のスイッチング速度（周期）を徐々に増加するように制御し、出力電圧を徐々に増加させることで、起動時における出力電圧のオーバーシュートを抑制することができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－６０３８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載のＤＣＤＣコンバータは、複数の装置を製作した場合に、ＤＣＤＣコンバータを構成するインダクタ又はコンデンサ等の受動素子の特性値（インダクタであればインダクタンス、コンデンサであればキャパシタンス、抵抗であれば抵抗値）のばらつきに起因する装置毎の出力電圧の制御応答の差異（機差）を考慮していない。そのため、ある１つの装置において、オーバーシュートを抑制するようにゲイン等のパラメータを調整したとしても、そのパラメータを他の装置で使用すると、それぞれの装置では出力電圧の制御応答に差異が生じる。特に、立ち上がり時や立ち下がり時等の急変時（過渡的な状況）における出力電圧は、制御応答の差異（機差）が生じ易い。何故ならば、設定電圧値が一定の定常状態では、周波数要素がないのでインダクタのインダクタンスやコンデンサのキャパシタンスの影響が無く、抵抗の抵抗値だけがばらつきの要因となるので、補正が容易だからである。
上記のような機差が許容できる範囲内であれば良いが、許容できない機差の差異が生じる可能性もある。そのため、機差を低減させるために、装置毎に制御系におけるゲイン等のパラメータを調整する調整作業が必要である。換言すれば、このような装置毎の出力電圧の制御応答の機差を低減できれば、調整作業を省略できるか、簡易化できる。

【0006】

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の装置を製作した場合の出力電圧の制御応答の差異（機差）を低減できる電圧変換装置等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る電圧変換装置は、入力電圧を所定の出力電圧に変換する電圧変換装置であって、
前記入力電圧が印加される受動素子と、前記受動素子への入力電圧の印加又は遮断を行うスイッチと、前記出力電圧の電圧値を検出して、検出電圧値として出力する電圧検出部と、前記検出電圧値が、前記出力電圧の設定電圧値に対応する理想電圧値に近づくように前記スイッチのデューティ比を決定して前記スイッチの制御を行う制御部と
を備え、
前記制御部は、前記理想電圧値と前記検出電圧値との偏差に対応した制御量を加味して前記スイッチのデューティ比を定めることを特徴とする。

【0008】

本態様にあたっては、制御部は、検出電圧値が出力電圧の設定電圧値に対応する理想電圧値に近づくようにスイッチのデューティ比を決定して、スイッチの制御を行う。この際、制御部は、理想電圧値と検出電圧値との偏差に対応した制御量を加味してスイッチのデューティ比を定める。
そのため、受動素子の特性値のばらつきに起因して生じる出力電圧値（検出電圧値）の制御応答の差異（機差）を低減できる。これにより、装置毎の出力電圧の制御応答の機差を低減するための調整作業を省略できるか、簡易化できる。

【0009】

本開示の一態様に係る電圧変換装置は、前記制御部が、
前記設定電圧値に対応する理想電圧値を出力する理想電圧出力部と、
前記理想電圧出力部から出力された理想電圧値と前記電圧検出部から出力された検出電圧値との偏差を出力する偏差取得部と、
前記偏差取得部から出力された偏差を入力し、当該偏差を無くすための制御量を第１制御量として出力する第１制御量出力部と、
前記理想電圧出力部から出力された理想電圧値及び前記偏差取得部から出力された偏差を入力し、前記理想電圧値に対応する制御量を第２制御量として出力する第２制御量出力部と、
前記出力電圧の設定電圧値及び偏差取得部から出力された偏差を入力し、前記出力電圧の設定電圧値に対応する制御量を第３制御量として出力する第３制御量出力部と、
前記第１制御量出力部、前記第２制御量出力部及び前記第３制御量出力部から出力された各制御量を入力し、前記スイッチのオンオフ制御に必要なデューティ比を決定し、デューティ比に対応する信号を出力するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部が出力したデューティ比に対応する信号に基づいて、前記スイッチに対してオンオフ制御を行うための制御信号を出力するスイッチ駆動部と
を備えていることを特徴とする。

【0010】

本態様にあたっては、第１制御量出力部において、偏差取得部から出力された偏差を入力し、その偏差を無くすためのフィードバック制御が行われる。しかし、このフィードバック制御だけでは、特に立ち上がり時や立ち下がり時等の急変時（過渡的な状況）において、設定電圧値に対する出力電圧の乖離が大きい。何故ならば、第１制御量出力部における制御対象は、偏差取得部から出力された理想電圧値と検出電圧値との偏差であるからである。そのため、第２制御量出力部及び第３制御量出力部によって検出電圧値（出力電圧値）を理想電圧値に近づける工夫がされている。
具体的には、第２制御量出力部は、理想電圧値に対応する制御量を出力することによって、フィードフォワード制御部として機能するので、検出電圧値の理想電圧値への追従性を高めることができる。
また、第３制御量出力部は、出力電圧の設定電圧値に対応する制御量を出力することによって、フィードフォワード制御部として機能するので、例えば、立ち上がり時や立ち下がり時等の急変時（過渡的な状況）における検出電圧値の理想電圧値への追従性を高めることができる。
このように、３種類の制御を組み合わせることによって、よりきめ細かな制御を行うことができる。

【0011】

本開示の一態様に係る電圧変換装置は、前記第２制御量出力部が、前記偏差取得部から出力された偏差に対応する制御量を前記理想電圧値に対応する制御量に加算したものを第２制御量として出力することを特徴とする。

【0012】

本態様にあたっては、第２制御量出力部が、上記のように検出電圧値の理想電圧値への追従性を高めるように機能するだけでなく、受動素子の特性値のばらつきに起因して検出電圧値の制御応答に機差が生じたとしても、その機差を低減させる機能を有する。

【0013】

本開示の一態様に係る電圧変換装置は、前記第３制御量出力部が、前記偏差取得部から出力された偏差に対応する制御量を前記出力電圧の設定電圧値に対応する制御量に加算したものを第３制御量として出力することを特徴とする。

【0014】

本態様にあたっては、第３制御量出力部が、上記のように検出電圧値の理想電圧値への追従性を高めるように機能するだけでなく、受動素子の特性値のばらつきに起因して検出電圧値の制御応答に機差が生じたとしても、その機差を低減させる機能を有する。

【0015】

本開示の一態様に係る電圧変換装置は、前記制御部に関するものであり、前記検出電圧値が前記理想電圧値よりも小さい場合、前記デューティ比を大きくし、前記検出電圧値が前記理想電圧値よりも大きい場合、前記デューティ比を小さくすることを特徴とする。

【0016】

本態様にあたっては、制御部は、検出電圧値が理想電圧値よりも小さい場合、スイッチをオンするためのデューティ比を大きくし、検出電圧値が理想電圧値よりも大きい場合、スイッチをオンするためのデューティ比を小さくするという簡易な制御で、検出電圧値を理想電圧値に近づけることができる。

【0017】

本開示の一態様に係る高周波電源装置は、本開示の一態様に記載の電圧変換装置と、該電圧変換装置からの出力された直流電圧を高周波交流電圧に変換して出力するＲＦ出力装置とを備える。

【0018】

本態様にあたっては、本開示の一態様に係るいずれかに記載の電圧変換装置を備えることによって、ＲＦ出力装置によって変換された高周波交流電圧の機差によるエンベロープのばらつきを低減できる高周波電源装置を提供することができる。

【発明の効果】

【0019】

複数の装置を製作した場合に、各装置の回路を構成する素子の特性値にばらつきがあっても、装置毎の出力電圧の制御応答の差異（機差）が少ない電圧変換装置等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態１に係るプラズマ制御システムの一構成例を示す模式図である。

【図2】実施形態１に係る電圧変換装置の一構成例を示す模式的回路構成図である。

【図3】制御部の一構成例を示す機能ブロックである。

【図4】出力電圧の立ち上がり期間における出力電圧の設定電圧値、理想電圧値、検出電圧値及び理想電圧値と検出電圧値との偏差の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明に関する電圧変換装置１は、例えば、プラズマ制御システムＡ等の高圧電源装置の構成部位の一つとして用いられるものであり、以下にその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。

【0022】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るプラズマ制御システムＡの一構成例を示す模式図である。プラズマ制御システムＡは、半導体整合プロセスにおけるエッチング等のプラズマ処理を行う場合に用いられ、例えば、プラズマ負荷Ａ３、整合器Ａ２、及び高周波電源装置Ａ１を含む。

【0023】

プラズマ処理装置のようなプラズマ負荷Ａ３は、プラズマが発生するプラズマチャンバー（図示せず）を備え、高周波電源装置Ａ１から供給された高周波電源によって、当該プラズマチャンバー内でプラズマを発生させ、半導体整合プロセスにおけるエッジング等のプラズマ処理を行う。

【0024】

整合器Ａ２は、高周波電源装置Ａ１とプラズマ負荷Ａ３との間に介装される。整合器Ａ２は、プラズマ負荷Ａ３において時々刻々と変動する負荷のインピーダンスに対応するために、整合器Ａ２の入力端から負荷側を見たインピーダンスが所定値（例えば高周波電源装置Ａ１の出力インピーダンスの５０Ω）になるように、例えば内部に設けたコンデンサの容量を変化させる。これにより、高周波電源装置Ａ１側のインピーダンスとプラズマ負荷Ａ３側のインピーダンスとをマッチングさせて、プラズマ負荷Ａ３からの反射電力の抑制を行う。なお、整合器Ａ２は必須の構成でなく、プラズマ負荷Ａ３と高周波電源装置Ａ１とを直結してもよい。

【0025】

高周波電源装置Ａ１は、例えば、４００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、６０ＭＨｚ等の工業用のＲＦ帯（Radio Frequency）の周波数の電圧成分を有する高周波電力を出力する交流電源であり、出力インピーダンスは、例えば５０Ω等の規定の値に設定されている。高周波電源装置Ａ１から出力された高周波電力は、整合器Ａ２を介してプラズマ負荷Ａ３に供給される。高周波電源装置Ａ１は、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換し出力する電圧変換装置１と、電圧変換装置１が出力した出力電圧を、例えばインバータ回路によって所定の高周波交流電圧（ＲＦ電圧）に変換して出力するＲＦ出力装置Ａ１１（ＲＦ電源）とを含む。

【0026】

図２は、実施形態１に係る電圧変換装置１の一構成例を示す模式的回路構成図である。なお、この図２では、図１に示したＲＦ出力装置Ａ１１及び整合器Ａ２を省略している。
電圧変換装置１は、直流電源部１１、半導体スイッチ１２（以下、第１ＦＥＴ１２）、第２半導体スイッチ１３（以下、第２ＦＥＴ１３）、リアクトル１４及び平滑コンデンサ１５を含み、直流電源部１１から印加された直流電圧を降圧して出力する同期整流方式の降圧型ＤＣＤＣコンバータである。電圧変換装置１は、更に第１ＦＥＴ１２及び第２ＦＥＴ１３のオンオフ制御を行う制御部１７と、出力電圧の電圧値を検出する電圧検出部１６とを含む。

【0027】

直流電源部１１は、例えば、商用の交流電源を昇圧した後に全波整流し平滑した直流電源又は大容量蓄電池等であり、高圧の直流電圧を出力する。

【0028】

第１ＦＥＴ１２、第２ＦＥＴ１３は、例えばｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、制御部１７からのオンオフ制御に関する信号が、夫々のゲート端子に入力される。

【0029】

第１ＦＥＴ１２は、ドレインを直流電源部１１の正極側に向け、直流電源部１１の正極側とリアクトル１４との間に介装され、リアクトル１４と直列に接続されている。

【0030】

第２ＦＥＴ１３は、ドレインを直流電源部１１の正極側に向け、第１ＦＥＴ１２とリアクトル１４との接続接点から分岐させてリアクトル１４と並列に接続されている。

【0031】

平滑コンデンサ１５は、リアクトル１４と直流電源部１１の負極側との間に介装され、リアクトル１４と直列に接続されており、第２ＦＥＴ１３とはリアクトル１４を介して並列に接続されている。また、図２に示すように、平滑コンデンサ１５の両端が、それぞれ電圧変換装置１の出力端子Ｏ１とＯ２に接続されている。

【0032】

電圧検出部１６は、電圧変換装置１の出力電圧の電圧値を検出する。そして、電圧検出部１６によって検出された電圧値（以下、検出電圧値）を制御部１７に出力する。図２では、その一例として、平滑コンデンサ１５の両端電圧を検出する例を示している。

【0033】

制御部１７は、電圧検出部１６と電気的に接続されており、電圧検出部１６が検出した検出電圧値を取得する。
また、制御部１７は、例えば、外部装置から送信される設定電圧値を受信するか、又は制御部１７がプログラムを実行する上で予め記憶部に記憶された設定電圧値を読み出すことによって、出力電圧の設定電圧値を取得する。制御部１７は、更に後述する理想電圧値を取得する。そして、制御部１７は、取得した設定電圧値、検出電圧値及び理想電圧値に基づきデューティ比を決定し、第１ＦＥＴ１２及び第２ＦＥＴ１３のオンオフ制御を行う。これにより、電圧検出部１６で検出した検出電圧値が理想電圧値に近づくように制御される。

【0034】

なお、高周波電源装置Ａ１からプラズマ負荷Ａ３に供給される高周波電力（進行波電力又は進行波電力から反射波電力を減算した負荷側電力）の電力値を電圧変換装置１によって制御することもできる。この場合には、目標電力値に対応する設定電圧値を定める。また、図示しないプラズマ負荷Ａ３側に設置された電力検出部よって検出された高周波電力の電力値（検出電力値）を検出電圧値として制御部１７に入力し、入力された検出電力値（検出電圧値）が理想電圧値に近づくように、第１ＦＥＴ１２及び第２ＦＥＴ１３のオンオフ制御を行う。このようにすれば、ＲＦ出力装置Ａ１１に入力する直流電圧の電圧値を調整できるので、ＲＦ出力装置Ａ１１から出力されるＲＦ電圧の大きさを調整できる。したがって、プラズマ負荷Ａ３に供給される高周波電力の電力値を電圧変換装置１によって制御することができる。
この際、ＲＦ出力装置Ａ１１から出力されるＲＦ電圧の機差によるエンベロープのばらつきを低減させることができる。

【0035】

第１ＦＥＴ１２及び第２ＦＥＴ１３は、制御部１７（後述するスイッチ駆動部１７７）から出力されるオンオフ制御に関する信号によって、相補的にオン又はオフに制御される。すなわち、第１ＦＥＴ１２がオンの時は第２ＦＥＴ１３はオフとなり、第１ＦＥＴ１２がオフの時は第２ＦＥＴ１３はオンとなるように制御される。
また、第１ＦＥＴ１２がオンとなる比率（以下、デューティ比）によって、入力電圧に対する出力電圧が決定される。例えば、図２に示す電圧変換装置１において、直流電源部１１から出力される直流電圧が８００Ｖの場合、第１ＦＥＴ１２のデューティ比を０．５（実際にはデッドタイムを考慮するので０．５よりも若干小さい値となる）とすることによって、リアクトル１４を介し平滑コンデンサ１５で平滑された直流の約４００Ｖの出力電圧が出力される。

【0036】

図３は、制御部１７の一構成例を示す機能ブロックである。制御部１７は、ＲＡＭ（Random access memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部（図示せず）を備えたＭＰＵ（Micro-processing unit）、システムＬＳＩ（Large-Scale Integration）又はＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を含み、記憶部に記憶してあるプログラム及びデータを読み出して実行することにより、種々の制御処理及び演算処理等を行う。制御部１７は、プログラムを実行することにより、理想電圧出力部１７１、偏差取得部１７２、第１制御量出力部１７３、第２制御量出力部１７４、第３制御量出力部１７５、スイッチ制御部１７６及びスイッチ駆動部１７７として機能する。

【0037】

理想電圧出力部１７１は、入力された出力電圧の設定電圧値に対応する理想的な電圧値（以下、理想電圧値）を出力する。理想電圧値とは、実現したい電圧波形の電圧値である。この理想電圧値は、遅れ時間等を考慮して実現可能な範囲で設定される。
遅れ時間等は、電圧変換装置１の回路を構成する受動素子の特性値（インダクタであればインダクタンス、コンデンサであればキャパシタンス、抵抗であれば抵抗値）等によって異なるので、上記の理想電圧値を設定する際には、受動素子の特性値等が考慮される。そのため、例えば、電圧変換装置１の回路モデルに受動素子の特性値等を入力してシミュレーションを行うことで、理想電圧値を得るために必要なゲイン等のパラメータを調整することができる。そして、調整したゲイン等のパラメータを用いた場合に実現される電圧波形の電圧値を理想電圧値とすればよい。

【0038】

そのため、出力電圧の立ち上がり期間又は立ち下り期間にオーバーシュート又はリップルが生じない電圧波形の電圧値を理想電圧値とすることもできるし、反対に、オーバーシュート又はリップルが生じる電圧波形の電圧値を理想電圧値とすることもできる。通常は、オーバーシュートやリップルが生じない電圧波形の電圧値を理想電圧値とすることが多い。
このような理想電圧値は、例えば、出力電圧の設定電圧値と対応関係を持たせてテーブル表として記憶されている。そのため、理想電圧出力部１７１に出力電圧の設定電圧値が与えられると、対応した理想電圧値を出力することができる。

【0039】

もちろん、上記に限定されるものではなく、例えば、上記のような回路モデルと、その回路モデルに必要な受動素子の特性値、ゲイン等のパラメータ等を記憶しておき、回路モデルの数式を用いて、設定電圧値に対応した理想電圧値を導出するようにしてもよい。

【0040】

なお、受動素子の特性値とは、例えば、リアクトル１４のインダクタンス、平滑コンデンサ１５の静電容量又は内部抵抗等の値である。回路を構成するリアクトル１４及び平滑コンデンサ１５等の受動素子の特性値は、図示しない記憶部に予め記憶されている。なお、受動素子の特性値は、例えば、受動素子の仕様書に記載されている値（定格値）、受動素子を実際に測定した値（例えば平均値）等にすればよい。

【0041】

偏差取得部１７２は、理想電圧出力部１７１から出力された理想電圧値と電圧検出部１６から出力された検出電圧値との偏差を出力する。当該偏差は、例えば、理想電圧値から検出電圧値を減算することによって算出することができる。

【0042】

第１制御量出力部１７３は、偏差取得部１７２から出力された偏差を入力し、その偏差を無くすための制御量を第１制御量として出力する。理想電圧値を制御対象とするフィードバック制御部として機能する。
なお、第１制御量出力部１７３における制御は、所謂ＰＩＤ制御（比例＋積分＋微分制御）によって制御量が算出される。すなわち、比例要素である偏差、偏差の積分及び偏差の微分の３要素を考慮して制御が行われるが、これに限定されることはなく、Ｐ制御（比例制御）ＰＩ制御（比例＋積分制御）を用いてもよい。

【0043】

第２制御量出力部１７４は、理想電圧出力部１７１から出力された理想電圧値及び偏差取得部１７２から出力された偏差を入力し、理想電圧値に対応する制御量を第２制御量として出力する。この第２制御量出力部１７４は、第２制御量を出力することによって、フィードフォワード制御部として機能する。これにより、検出電圧値の理想電圧値への追従性を高めることができる。
なお、上記の理想電圧値に対応する制御量とは、例えば、理想電圧値に比例する制御量である。また、目標とする理想電圧値の変化に対して応答が早まる方向に働く場合、積分要素を追加して応答性を補正することがある。例えば、受動素子の特性値が定格値等から大きくずれている場合（例えば経年劣化で特性値が小さくなる等）は、目標とする理想電圧値の変化に対して応答が早まる方向に働くので、比例要素だけでなく積分要素を考慮した制御量が、第２制御量として出力される。反対に、目標とする理想電圧値の変化に対して応答が遅くなる方向に働く場合は、比例要素だけでなく微分要素を考慮した制御量が、第２制御量として出力される。さらに、所定の関数やテーブル等に基づいて理想電圧値を変換した制御量を第２制御量として出力してもよい。
更に、第２制御量出力部１７４は、偏差取得部１７２から出力された理想電圧値と検出電圧値との偏差を調整要素としている。すなわち、検出電圧値を理想電圧値に近づけるための調整機能も有している。この調整機能は、所謂フィードバック制御によって実現する。この第２制御量出力部１７４におけるフィードバック制御は、所謂ＰＩＤ制御（比例＋積分＋微分制御）によって制御量が算出されるが、これに限定されることはなく、Ｐ制御（比例制御）ＰＩ制御（比例＋積分制御）を用いてもよい。
なお、上記の調整機能を使用しないこともできる。この場合は、フィードフォワード制御だけを行うことになる。この調整機能については後述する。

【0044】

第３制御量出力部１７５は、出力電圧の設定電圧値及び偏差取得部１７２から出力された偏差を入力し、出力電圧の設定電圧値に対応する制御量を第３制御量として出力する。この第３制御量出力部１７５は、第３制御量を出力することによって、フィードフォワード制御部として機能する。これにより、検出電圧値の理想電圧値への追従性を高めることができる。
なお、上記の出力電圧の設定電圧値に対応する制御量とは、例えば、出力電圧の設定電圧値に比例する制御量である。また、目標とする出力電圧の設定電圧値の変化に対して応答が早まる方向に働く場合、積分要素を追加して応答性を補正することがある。例えば、受動素子の特性値が定格値等から大きくずれている場合（例えば経年劣化で特性値が小さくなる等）は、目標とする出力電圧の設定電圧値の変化に対して応答が早まる方向に働くので、比例要素だけでなく積分要素を考慮した制御量が、第３制御量として出力される。反対に、目標とする出力電圧の設定電圧値の変化に対して応答が遅くなる方向に働く場合は、比例要素だけでなく微分要素を考慮した制御量が、第３制御量として出力される。さらに、所定の関数やテーブル等に基づいて理想電圧値を変換した制御量を第３制御量として出力してもよい。
更に、第３制御量出力部１７５は、偏差取得部１７２から出力された理想電圧値と検出電圧値との偏差を調整要素としている。すなわち、検出電圧値を理想電圧値に近づけるための調整機能も有している。この調整機能は、所謂フィードバック制御によって実現する。この第３制御量出力部１７５におけるフィードバック制御は、所謂ＰＩＤ制御（比例＋積分＋微分制御）によって制御量が算出されるが、これに限定されることはなく、Ｐ制御（比例制御）ＰＩ制御（比例＋積分制御）を用いてもよい。
なお、上記の調整機能を使用しないこともできる。この場合は、フィードフォワード制御だけを行うことになる。この調整機能については後述する。

【0045】

スイッチ制御部１７６は、第１制御量出力部１７３、第２制御量出力部１７４及び第３制御量出力部１７５から出力された各制御量を入力し、第１ＦＥＴ１２及び第２ＦＥＴ１３のオンオフ制御に必要なデューティ比を決定し、デューティ比に対応する信号をスイッチ駆動部１７７に出力する。
第３制御量出力部１７５、第２制御量出力部１７４及び第１制御量出力部１７３から出力された各制御量の合計が大きくなると、第１ＦＥＴ１２のデューティ比を大きくし、反対に、各制御量の合計が小さくなると、第１ＦＥＴ１２のデューティ比を小さくするようにデューティ比が決定される。

【0046】

スイッチ駆動部１７７は、スイッチ制御部１７６が出力したデューティ比に対応する信号に基づいて、第１ＦＥＴ１２及び第２ＦＥＴ１３のオンオフ制御を行うための制御信号を第１ＦＥＴ１２のゲート端子に出力するとともに、第２ＦＥＴ１３をオンオフ制御するための制御信号を第２ＦＥＴ１３のゲート端子に出力する。第１ＦＥＴ１２と第２ＦＥＴ１３とは、相補的にオンオフ制御されるので、スイッチ駆動部１７７は、第１ＦＥＴ１２がオンの間は、第２ＦＥＴ１３がオフとなるように、制御信号が出力される。反対に、第２ＦＥＴ１３がオンの間は、第１ＦＥＴ１２がオフとなるように、制御信号が出力される。

【0047】

図４は、出力電圧の立ち上がり期間における出力電圧の設定電圧値、理想電圧値、検出電圧値及び理想電圧値と検出電圧値との偏差の説明図である。なお、この図４では、理想電圧値が設定電圧値に到達するまでの期間を「Ｔ１」で示している。

【0048】

図４に示すように、出力電圧の設定電圧値が、制御部１７に入力されると、理想電圧出力部１７１から理想電圧値が出力される。また、偏差取得部１７２では、理想電圧値と検出電圧値との偏差が算出される（図３参照）。
図４の例では、立ち上がりの起点の直後は、偏差が正の値、すなわち理想電圧値が、検出電圧値よりも高くなっている。この場合、スイッチ制御部１７６は、第１ＦＥＴ１２のデューティ比を大きくする。立ち上がり期間の後半においては、偏差が負の値、すなわち理想電圧値が、検出電圧値よりも低くなっている。この場合、スイッチ制御部１７６は、第１ＦＥＴ１２のデューティ比を小さくする。
このように、本実施形態では、検出電圧値を理想電圧値に近づけるための制御が行われる。そのために、上述した第１制御量出力部１７３、第２制御量出力部１７４及び第３制御量出力部１７５を用いた制御がされる。この制御について、更に説明する。

【0049】

上述したように、第１制御量出力部１７３では、偏差取得部１７２から出力された偏差を入力し、その偏差を無くすためのフィードバック制御が行われて制御量が出力される。しかし、第１制御量出力部１７３によるフィードバック制御だけでは、特に立ち上がり時や立ち下がり時等の急変時（過渡的な状況）において、設定電圧値に対する出力電圧の乖離が大きい。何故ならば、第１制御量出力部１７３における制御対象は、偏差取得部１７２から出力された理想電圧値と検出電圧値との偏差であるからである。
そのため、第２制御量出力部１７４及び第３制御量出力部１７５によって検出電圧値を理想電圧値に近づける工夫がされている。検出電圧値は出力電圧値を示すので、出力電圧値を理想電圧値に近づけることができる。

【0050】

第２制御量出力部１７４は、上述したように、主として理想電圧値に対応する制御量を出力することによって、フィードフォワード制御部として機能する。そのため、検出電圧値の理想電圧値への追従性を高めることができる。もちろん、制御量を大きくしすぎると、オーバーシュート等が生じやすくなるので、適切なゲインに調整される。

【0051】

第３制御量出力部１７５は、上述したように、主として出力電圧の設定電圧値に対応する制御量を出力することによって、フィードフォワード制御部として機能する。そのため、立ち上がり時や立ち下がり時等の急変時における検出電圧値の理想電圧値への追従性を高めることができる。もちろん、制御量を大きくしすぎると、オーバーシュート等が生じやすくなるので、適切なゲインに調整される。

【0052】

このように、第１制御量出力部１７３だけで制御した場合に生じる追従性の問題を第２制御量出力部１７４及び第３制御量出力部１７５を用いることによって改善している。
このようにすれば、出力電圧値が理想電圧値に追従するように制御することができるので、出力電圧を実現したい電圧波形に近づけることができる。
また、上記のように、３種類の制御を組み合わせることによって、よりきめ細かな制御を行うことができる。

【0053】

更に、第２制御量出力部１７４及び第３制御量出力部１７５では、上述したように、それぞれ、偏差取得部１７２から出力された理想電圧値と検出電圧値との偏差を調整する調整機能を有している。この調整機能の効果を説明する。
例えば、受動素子の特性値は、多少のばらつきがある。そのため、従来では、たとえ設定電圧値等が同じ条件であっても、複数の装置を製作した場合に、各装置では受動素子の特性値のばらつきに起因して、出力電圧値の制御応答に差異（機差）が生じる。このような機差は好ましくないので、装置の製造時には、差異（機差）が生じないように、装置毎に、ゲイン等のパラメータを調整する必要が生じる。
しかし、本実施形態の調整機能を用いれば、受動素子の特性値のばらつきがあっても、検出電圧値の制御応答に差異（機差）が小さい。その結果、装置毎の出力電圧値の制御応答を低減させるための調整作業を省略できるか、簡易化できる。

【0054】

電圧変換装置１は、同期整流方式の降圧型ＤＣＤＣコンバータとしたがこれに限定されない。電圧変換装置１は、装置を構成する回路において、回路モデルを数式化できるインバータ及びコンバータを含み、例えば、昇圧コンバータ、昇降圧コンバータ、非反転昇降圧コンバータ、Ｃｕｋコンバータ、Ｓｃｐｉｃコンバータ、Ｚｅｔａコンバータ、フォワードコンバータ、フライバックコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、フルブリッジコンバータ、インターリーブ又はマルチフェーズ回路に適用することができる。

【0055】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0056】

Ａ プラズマ制御システム、Ａ１ 高周波電源装置、Ａ１１ ＲＦ出力装置、Ａ２ 整合器、Ａ３ プラズマ負荷（負荷）、
１ 電圧変換装置（ＤＣＤＣコンバータ）、１１ 直流電源部、１２ 第１ＦＥＴ（半導体スイッチ）、１３ 第２ＦＥＴ（第２半導体スイッチ）、１４ リアクトル、１５ 平滑コンデンサ、１６ 電圧検出部、１７ 制御部、１７１ 理想電圧出力部、１７２ 偏差取得部、１７３ 第１制御量出力部、１７４ 第２ 制御量出力部、１７５ 第３制御量出力部、１７６ スイッチ制御部、１７７ スイッチ駆動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】