[发明专利]DC/DC变换器及DC/DC变换器的控制方法

说明书

在多个不同的电压之间的电压切换中，抑制延迟时间造成的控制的影响。DC/DC变换器具备：包含开关电路的主电路、以指令值为目标进行基于离散控制的离散控制的控制部以及生成用于驱动开关电路的开关信号的开关信号生成部。控制部运算作为参数具备延迟时间Td的开关信号的脉冲宽度ΔT(k)，来作为在每个控制周期Ts进行的离散控制的操作量。开关信号生成部基于通过控制部的运算获得的脉冲宽度ΔT(k)生成开关信号。主电路基于开关信号生成部的开关信号驱动开关电路来切换电压电平。

技术领域

本发明涉及切换直流电压的电压电平的DC/DC变换器及DC/DC变换器的控制方法。

背景技术

(高电平/低电平脉冲运转)

近年来，例如在等离子体应用领域正在使用通过接通/断开脉冲运转以及高电平/低电平脉冲运转生成的高频电力(RF输出)，其中，接通/断开脉冲运转以数十Hz～数十kHz的周期进行接通/断开，高电平/低电平脉冲运转可高速地改变RF电力振幅。

可以说这些脉冲运转对抑制因成膜时的粒子而发生的异常放电以及通过低温等离子体进行的微细加工等是有效的。

接通/断开脉冲运转是对负载供给间断的高频电力(RF输出)的运转模式。该运转模式在不向负载供给电力的断开区间等离子体有可能消灭。因此，一旦等离子体消灭，RF输出会产生等离子体阻抗与失配。

另一方面，高电平/低电平脉冲运转是将对于负载始终不会间断的连续的高频电力分为高电平与低电平这2个不同的电平使其可周期性变化的运转模式，供给与高电平不同的电平的电力来代替接通/断开脉冲运转的断开区间。例如，在对等离子体的电力供给中，供给在薄膜生成所需的高电平侧电力与用于持续维持等离子体放电的低电平侧电力之间连续的输出，由此防止等离子体的消灭，始终维持稳定的等离子体放电。

(DC/DC变换器)

在高频电力的生成中，存在通过DC/DC变换器部的控制来进行高电平/低电平脉冲运转的方式。

在DC/DC变换器部的控制中，由于需要使2个不同的电压电平高速地迁移，因此高电平/低电平脉冲运转的频率极限取决于DC/DC变换器的控制响应性。因此，为了在电压电平之间高速地迁移，在DC/DC变换器中寻求高速的电压变化，并且寻求稳定的电压控制。

作为DC/DC变换器的控制方式，通常已知PI控制。PI控制是通过对指令值与检测值的差进行比例及积分来计算操作量的典型的控制。作为一个例子，存在通过双闭环控制系统进行的PI控制，该双闭环控制系统具备使用电容器电流的小环路和使用输出电压的主环路。闭环控制方式的PI控制为典型控制，在主环路及小环路的控制响应中分别存在如下限制。

1)小环路由于受到死区时间等的影响，因此开关频率的约1/10的频率成为最大的控制响应。

2)主环路为了防止与小环路的干扰，小环路的控制响应的约1/10的频率成为最大的控制响应。

因此，开关频率的约1/100的频率成为主环路的最大的控制响应。由于该控制响应的制约，在进行10kHz及其以上的频率的高电平/低电平脉冲运转时，开关频率超过1MHz，控制复杂化，而且闭环控制的控制响应超过极限。因此，在PI控制中，难以实现可获得高速的上升时间及下降时间的稳定的高电平/低电平脉冲运转。

(离散控制)

作为具有高响应性的DC/DC变换器的控制方式，存在离散控制。图20示出了PI控制和离散控制的概要。在图20(a)所示的PI控制中，检测输出与指令值的误差量来求出操作量，根据控制的响应频率逐渐跟踪。

与之相对，在图20(b)所示的离散控制中，使用DC/DC变换器的主电路的模型和检测值来求出1个样本后使控制值与目标值一致所需的操作量。通过向主电路赋予该操作量来进行使指令值与控制值在下一样本点一致的非线性控制。