(57)【要約】【課題】高周波パルスを出力する電源装置の高効率化を実現すること。【解決手段】電源装置１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子１１１と、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子１１２と、ダイオード３１、３２と、インダクタ１１と、直流電源２１と、を備える。スイッチ素子１１１のソースには、端子Ａを介して基準電位源が接続され、スイッチ素子１１２のソースには、端子Ｂを介して定電位源が接続される。スイッチ素子１１１、１１２のドレインには、出力端子ＯＵＴが接続される。出力端子ＯＵＴには、インダクタ１１の一端が接続され、インダクタ１１の他端には、直流電源２１の正極が接続される。【選択図】図１
2010239752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子が電源出力端子に接続され、出力端子が基準電位源に接続された第１のスイッチ素子と、
入力端子が前記第１のスイッチ素子の出力端子に接続され、出力端子が前記第１のスイッチ素子の入力端子に接続された第１の一方向性素子と、
入力端子が前記基準電位源より電位の高い定電位源に接続され、出力端子が前記電源出力端子に接続された第２のスイッチ素子と、
入力端子が前記第２のスイッチ素子の出力端子に接続され、出力端子が前記第２のスイッチ素子の入力端子に接続された第２の一方向性素子と、
一端が前記電源出力端子に接続されたインダクタと、
一端が前記インダクタの他端に接続され、他端が前記基準電位源に接続され、前記基準電位源より電位が高くかつ前記定電位源より電位が低い電圧を前記インダクタの他端に供給する電圧供給部と、
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記インダクタは、可変リアクトルであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記電圧供給部は、容量を変更可能に設けられたキャパシタを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１のスイッチ素子の制御端子と前記第２のスイッチ素子の制御端子とに接続され、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子を制御するスイッチング制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波パルスを出力する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波パルスを出力する電源装置として、スイッチ素子を用いたものがある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、従来例に係る高周波パルスを出力する電源装置１００の回路図である。電源装置１００は、２つのスイッチ素子１１１、１１２を備える。スイッチ素子１１１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されており、このスイッチ素子１１１の出力容量をＣｏｓｓ１と表す。一方、スイッチ素子１１２は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されており、このスイッチ素子１１２の出力容量をＣｏｓｓ２と表す。
【０００４】
スイッチ素子１１１のゲートには、制御端子Ｄｒ１が接続され、スイッチ素子１１１のソースには、端子Ａが接続され、スイッチ素子１１１のドレインには、出力端子ＯＵＴが接続される。スイッチ素子１１２のゲートには、制御端子Ｄｒ２が接続され、スイッチ素子１１２のソースには、端子Ｂが接続され、スイッチ素子１１２のドレインには、出力端子ＯＵＴが接続される。
【０００５】
制御端子Ｄｒ１、Ｄｒ２には、これら制御端子Ｄｒ１、Ｄｒ２に制御信号を供給することでスイッチ素子１１１のゲートとスイッチ素子１１２のゲートとに制御信号を供給して、スイッチ素子１１１、１１２を制御するスイッチング制御部（図示省略）が接続される。また、端子Ａには、電位がＧＮＤである基準電位源（図示省略）が接続され、端子Ｂには、電位がＶｄｄである定電位源（図示省略）が接続される。なお、Ｖｄｄは、ＧＮＤより電位が高いものとする。
【０００６】
以上の構成を備える電源装置１００の動作について、図８を用いて説明する。
【０００７】
図８は、電源装置１００のタイミングチャートである。ＶＤｒ１は、制御端子Ｄｒ１の電位を示し、制御端子Ｄｒ１の電位ＶＤｒ１がＶＧＨの場合にスイッチ素子１１１がオン状態となり、制御端子Ｄｒ１の電位ＶＤｒ１がＶＧＬの場合にスイッチ素子１１１がオフ状態となることとする。また、ＶＤｒ２は、制御端子Ｄｒ２の電位を示し、制御端子Ｄｒ２の電位ＶＤｒ２がＶＧＨの場合にスイッチ素子１１２がオン状態となり、制御端子Ｄｒ２の電位ＶＤｒ２がＶＧＬの場合にスイッチ素子１１２がオフ状態となることとする。また、ＩＯＵＴは、出力端子ＯＵＴから電源装置１００の外部に向かって流れる電流を示し、ＶＯＵＴは、出力端子ＯＵＴの電位を示す。
【０００８】
ここで、時刻ｔ１１の直前では、制御端子Ｄｒ１の電位ＶＤｒ１はＶＧＨであり、スイッチ素子１１１はオン状態とする。また、制御端子Ｄｒ２の電位ＶＤｒ２はＶＧＬであり、スイッチ素子１１２はオフ状態とする。このため、出力端子ＯＵＴと、基準電位源に接続された端子Ａとは、オン状態のスイッチ素子１１１を介して電気的に接続されるので、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、基準電位源の電位に等しいＧＮＤとなっている。また、出力端子ＯＵＴから電源装置１００の外部に向かって流れる電流ＩＯＵＴは、「０」とする。
【０００９】
時刻ｔ１１において、スイッチング制御部により制御端子Ｄｒ１の電位ＶＤｒ１をＶＧＬにする。すると、スイッチ素子１１２はオフ状態のままであるが、スイッチ素子１１１はオン状態からオフ状態となる。このため、出力端子ＯＵＴと、基準電位源に接続された端子Ａおよび定電位源が接続された端子Ｂとは、絶縁される。したがって、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、ＧＮＤのままであり、出力端子ＯＵＴから電源装置１００の外部に向かって流れる電流ＩＯＵＴは、「０」のままとなる。
【００１０】
時刻ｔ１２において、スイッチング制御部により制御端子Ｄｒ２の電位ＶＤｒ２をＶＧＨにする。すると、スイッチ素子１１１はオフ状態のままであるが、スイッチ素子１１２はオフ状態からオン状態となる。このため、出力端子ＯＵＴと、定電位源に接続された端子Ｂとは、オン状態のスイッチ素子１１２を介して電気的に接続される。
【００１１】
したがって、端子Ｂから出力端子ＯＵＴに向かって電流が流れ、この電流は、時間が経過するに従って増加した後、時間が経過するに従って減少するので、出力端子ＯＵＴから電源装置１００の外部に向かって流れる電流ＩＯＵＴは、時間が経過するに従って増加して時刻ｔ１３ではＩ１となり、その後、時間が経過するに従って減少して時刻ｔ１４では「０」となる。また、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、時間が経過するに従って上昇し、時刻ｔ１３ではＶｄｄ／２となり、時刻ｔ１４ではＶｄｄとなる。
【００１２】
時刻ｔ１５において、スイッチング制御部により制御端子Ｄｒ２の電位ＶＤｒ２をＶＧＬにする。すると、スイッチ素子１１１はオフ状態のままであるが、スイッチ素子１１２はオン状態からオフ状態となる。このため、出力端子ＯＵＴと、基準電位源に接続された端子Ａおよび定電位源に接続された端子Ｂとは、絶縁される。したがって、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、Ｖｄｄのままであり、出力端子ＯＵＴから電源装置１００の外部に向かって流れる電流ＩＯＵＴは、「０」のままとなる。
【００１３】
時刻ｔ１６において、スイッチング制御部により制御端子Ｄｒ１の電位ＶＤｒ１をＶＧＨにする。すると、スイッチ素子１１２はオフ状態のままであるが、スイッチ素子１１１はオフ状態からオン状態となる。このため、出力端子ＯＵＴと、基準電位源に接続された端子Ａとは、オン状態のスイッチ素子１１１を介して電気的に接続される。
【００１４】
したがって、出力端子ＯＵＴから端子Ａに向かって電流が流れ、この電流は、時間が経過するに従って増加した後、時間が経過するに従って減少するので、出力端子ＯＵＴから電源装置１００の外部に向かって流れる電流ＩＯＵＴは、時間が経過するに従って減少して時刻ｔ１７ではＩ２となり、その後、時間が経過するに従って増加して時刻ｔ１８では「０」となる。また、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、時間が経過するに従って低下し、時刻ｔ１７ではＶｄｄ／２となり、時刻ｔ１８では「０」となる。
【００１５】
以上の電源装置１００によれば、スイッチング制御部によりスイッチ素子１１１とスイッチ素子１１２とを交互にオン状態にすることで、出力端子ＯＵＴから、端子Ａに接続される基準電位源の電位ＧＮＤと同電位の電圧と、端子Ｂに接続される定電位源の電位Ｖｄｄと同電位の電圧と、を交互に出力できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】トランジスタ技術、２００４年３月号、ＣＱ出版、１６３頁〜１６４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上述のように、スイッチ素子１１１には、出力容量Ｃｏｓｓ１が存在する。ここで、スイッチ素子１１１のドレイン−ソース間の電位差をＶｄｓ１、スイッチング制御部によりスイッチ素子１１１とスイッチ素子１１２とを交互にオン状態にする周波数をｆ、出力容量Ｃｏｓｓ１の容量をＣ１とすると、出力容量Ｃｏｓｓ１で生じる損失Ｌｏｓｓ１を式（１）のように表すことができる。
【００１８】
【数１】
2010239752.tif 000003
【００１９】
ここで、上述のように、スイッチ素子１１１のドレインは、出力端子ＯＵＴに接続され、スイッチ素子１１１のソースは、基準電位源に接続された端子Ａに接続されている。このため、スイッチ素子１１１のドレイン−ソース間の電位差Ｖｄｓ１は、図８の時刻ｔ１６において、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴであるＶｄｄと、基準電位源の電位ＧＮＤと、の差分となる。
【００２０】
また、スイッチ素子１１２には、出力容量Ｃｏｓｓ２が存在する。ここで、スイッチ素子１１２のドレイン−ソース間の電位差をＶｄｓ２、スイッチング制御部によりスイッチ素子１１１とスイッチ素子１１２とを交互にオン状態にする周波数をｆ、出力容量Ｃｏｓｓ２の容量をＣ２とすると、出力容量Ｃｏｓｓ２で生じる損失Ｌｏｓｓ２を式（２）のように表すことができる。
【００２１】
【数２】
2010239752.tif 000004
【００２２】
ここで、上述のように、スイッチ素子１１２のドレインは、出力端子ＯＵＴに接続され、スイッチ素子１１２のソースは、定電位源に接続された端子Ｂに接続されている。このため、スイッチ素子１１２のドレイン−ソース間の電位差Ｖｄｓ２は、図８の時刻ｔ１２において、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴであるＧＮＤと、定電位源の電位Ｖｄｄと、の差分となる。
【００２３】
以上のように、従来例に係る電源装置１００では、スイッチ素子１１１、１１２においてスイッチング動作を行うと、これらスイッチ素子１１１、１１２のドレイン−ソース間に電位差が発生する。このため、スイッチ素子１１１、１１２に存在する出力容量Ｃｏｓｓ１、Ｃｏｓｓ２において損失Ｌｏｓｓ１、Ｌｏｓｓ２が生じてしまい、効率が低下する場合があった。
【００２４】
上述の課題を鑑み、本発明は、高周波パルスを出力する電源装置の高効率化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、入力端子が電源出力端子に接続され、出力端子が基準電位源に接続された第１のスイッチ素子と、入力端子が前記第１のスイッチ素子の出力端子に接続され、出力端子が前記第１のスイッチ素子の入力端子に接続された第１の一方向性素子と、入力端子が前記基準電位源より電位の高い定電位源に接続され、出力端子が前記電源出力端子に接続された第２のスイッチ素子と、入力端子が前記第２のスイッチ素子の出力端子に接続され、出力端子が前記第２のスイッチ素子の入力端子に接続された第２の一方向性素子と、一端が前記電源出力端子に接続されたインダクタと、一端が前記インダクタの他端に接続され、他端が前記基準電位源に接続され、前記基準電位源より電位が高くかつ前記定電位源より電位が低い電圧を前記インダクタの他端に供給する電圧供給部と、を備えることを特徴とする電源装置を提案している。
【００２６】
この発明によれば、入力端子が電源出力端子に接続され、出力端子が基準電位源に接続された第１のスイッチ素子と、入力端子が第１のスイッチ素子の出力端子に接続され、出力端子が第１のスイッチ素子の入力端子に接続された第１の一方向性素子と、を設けた。また、入力端子が基準電位源より電位の高い定電位源に接続され、出力端子が電源出力端子に接続された第２のスイッチ素子と、入力端子が第２のスイッチ素子の出力端子に接続され、出力端子が第２のスイッチ素子の入力端子に接続された第２の一方向性素子と、を設けた。さらに、一端が電源出力端子に接続されたインダクタと、一端がインダクタの他端に接続され、他端が基準電位源に接続され、基準電位源より電位が高くかつ定電位源より電位が低い電圧をインダクタの他端に供給する電圧供給部と、を設けた。
【００２７】
このため、第１のスイッチ素子をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする場合には、以下のように動作する。まず、第１のスイッチ素子がオン状態の期間では、電圧供給部から、インダクタおよびオン状態の第１のスイッチ素子を介して基準電位源に向かって、電流が流れる。このため、インダクタの他端から一端に電流が流れ、この電流により、インダクタにはエネルギーが蓄えられる。
【００２８】
次に、第１のスイッチ素子をオフ状態にすると、インダクタは、蓄えられたエネルギーにより、他端から一端に向かって電流を流し続けようとする。その結果、インダクタの一端の電位が上昇して、このインダクタの一端に接続された電源出力端子の電位が上昇するとともに、電圧供給部から、インダクタおよび第２の一方向性素子を介して定電位源に向かって、電流が流れる。
【００２９】
ここで、第２の一方向性素子の入力端子には、電源出力端子に接続された第２のスイッチ素子の出力端子が接続され、第２の一方向性素子の出力端子には、定電位源に接続された第２のスイッチ素子の入力端子が接続されている。このため、第２の一方向性素子には、電源出力端子から定電位源に向かっては電流が流れるが、定電位源から電源出力端子に向かっては電流が流れにくくなっている。したがって、電源出力端子の電位は、定電位源の電位と同電位まで上昇することとなる。
【００３０】
以上より、第１のスイッチ素子をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする際には、電源出力端子と定電位源とは同電位となるため、電源出力端子に接続された第２のスイッチ素子の出力端子と、定電位源に接続された第２のスイッチ素子の入力端子とは、同電位となる。このため、第１のスイッチ素子をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする際に、第２のスイッチ素子の出力容量の両端を同電位にすることができるので、第２のスイッチ素子の出力容量により損失が生じるのを抑制できる。
【００３１】
一方、第２のスイッチ素子をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする場合には、以下のように動作する。まず、第２のスイッチ素子がオン状態の期間では、定電位源から、オン状態の第２のスイッチ素子およびインダクタを介して電圧供給部に向かって、電流が流れる。このため、インダクタの一端から他端に電流が流れ、この電流により、インダクタにはエネルギーが蓄えられる。
【００３２】
次に、第２のスイッチ素子をオフ状態にすると、インダクタは、蓄えられたエネルギーにより、一端から他端に向かって電流を流し続けようとする。その結果、インダクタの一端の電位が低下して、このインダクタの一端に接続された電源出力端子の電位が低下するとともに、基準電位源から、第１の一方向性素子およびインダクタを介して電圧供給部に向かって、電流が流れる。
【００３３】
ここで、第１の一方向性素子の入力端子には、基準電位源に接続された第１のスイッチ素子の出力端子が接続され、第１の一方向性素子の出力端子には、電源出力端子に接続された第１のスイッチ素子の入力端子が接続されている。このため、第１の一方向性素子には、基準電位源から電源出力端子に向かっては電流が流れるが、電源出力端子から基準電位源に向かっては電流が流れにくくなっている。したがって、電源出力端子の電位は、基準電位源の電位と同電位まで低下することとなる。
【００３４】
以上より、第２のスイッチ素子をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする際には、電源出力端子と基準電位源とは同電位となるため、電源出力端子に接続された第１のスイッチ素子の入力端子と、基準電位源に接続された第１のスイッチ素子の出力端子とは、同電位となる。このため、第２のスイッチ素子をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする際に、第１のスイッチ素子の出力容量の両端を同電位にすることができるので、第１のスイッチ素子の出力容量により損失が生じるのを抑制できる。
【００３５】
また、上述のように、電源出力端子の電位は、第１のスイッチ素子または第２のスイッチ素子をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする際に、変化する。このため、第１のスイッチ素子をオフ状態からオン状態にする際には、電源出力端子に接続された第１のスイッチ素子のドレインと、基準電位源に接続された第１のスイッチ素子のソースとは、同電位となる。このため、第１のスイッチ素子をオフ状態からオン状態にする際に、この第１のスイッチ素子をゼロボルトスイッチングさせることができるので、第１のスイッチ素子の出力容量により損失が生じるのを抑制できる。
【００３６】
第２のスイッチ素子をオフ状態からオン状態にする際についても、第１のスイッチ素子をオフ状態からオン状態にする際と同様に、電源出力端子に接続された第２のスイッチ素子のドレインと、定電位源に接続された第２のスイッチ素子のソースとは、同電位となる。このため、第２のスイッチ素子をオフ状態からオン状態にする際に、この第２のスイッチ素子をゼロボルトスイッチングさせることができるので、第２のスイッチ素子の出力容量により損失が生じるのを抑制できる。
【００３７】
以上によれば、第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子をスイッチングさせる際に、スイッチングさせるスイッチ素子とは異なるものの出力容量の両端を同電位にしたり、ゼロボルトスイッチングさせたりすることができるので、これら第１のスイッチ素子や第２のスイッチ素子の出力容量で損失が生じるのを抑制でき、電源装置の高効率化を実現できる。なお、ゼロボルトスイッチングさせることにより抑制できる出力容量での損失は、印加される電圧の２乗および周波数に比例するので、上述の効果は、電源装置の出力が高周波、高電圧になる従って、より顕著となる。
【００３８】
（２）本発明は、（１）の電源装置について、前記インダクタは、可変リアクトルであることを特徴とする電源装置を提案している。
【００３９】
この発明によれば、インダクタとして可変リアクトルを用いることとした。このため、インダクタにかかる電圧に応じてインダクタンスを可変にすることができる。このため、インダクタのインダクタンスを変更することで、インダクタに蓄えられるエネルギー量を変化させることができ、電源出力端子から出力される電圧のデューティ比を変化させることができる。
【００４０】
（３）本発明は、（１）または（２）の電源装置について、前記電圧供給部は、容量を変更可能に設けられたキャパシタを備えることを特徴とする電源装置を提案している。
【００４１】
この発明によれば、電源供給部に、容量を変更可能に設けられたキャパシタを設けた。このため、キャパシタの容量を変更することで、電源供給部からインダクタの他端に供給する電圧を変化させることができ、電源出力端子から出力される電圧のデューティ比を変化させることができる。
【００４２】
（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかの電源装置について、前記第１のスイッチ素子の制御端子と前記第２のスイッチ素子の制御端子とに接続され、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子を制御するスイッチング制御部を備えることを特徴とする電源装置を提案している。
【００４３】
この発明によれば、第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子を制御するスイッチング制御部を設けたので、第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子をスイッチングさせることができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子をスイッチングさせる際に、これら第１のスイッチ素子や第２のスイッチ素子の出力容量で損失が生じるのを抑制できるので、電源装置の高効率化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源装置の回路図である。
【図２】前記電源装置のタイミングチャートである。
【図３】前記電源装置の動作を説明するための前記電源装置の回路図である。
【図４】前記電源装置の動作を説明するための前記電源装置の回路図である。
【図５】前記電源装置の動作を説明するための前記電源装置の回路図である。
【図６】前記電源装置の動作を説明するための前記電源装置の回路図である。
【図７】従来例に係る電源装置の回路図である。
【図８】前記従来例に係る電源装置のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００４７】
図１は、本発明の一実施形態に係る高周波パルスを出力する電源装置１の回路図である。電源装置１は、図７に示した従来例に係る電源装置１００と比べて、インダクタ１１と、直流電源２１と、ダイオード３１、３２と、をさらに備える点が異なる。なお、電源装置１において、電源装置１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
ダイオード３１のアノードには、スイッチ素子１１１のソースが接続され、ダイオード３１のカソードには、スイッチ素子１１１のドレインが接続される。また、ダイオード３２のアノードには、スイッチ素子１１２のドレインが接続され、ダイオード３２のカソードには、スイッチ素子１１２のソースが接続される。すなわち、ダイオード３１、３２は、フリーホイールダイオードとして設けられている。
【００４９】
インダクタ１１の一端には、出力端子ＯＵＴが接続され、インダクタ１１の他端には、直流電源２１の正極が接続される。直流電源２１の負極には、端子Ａが接続される。
【００５０】
なお、上述のように、端子Ａの電位は、基準電位源の電位ＧＮＤに等しく、端子Ｂの電位は、基準電位源の電位ＧＮＤより電位の高い定電位源の電位Ｖｄｄに等しい。また、直流電源２１の負極の電位には、端子Ａが接続されるため、直流電源２１の負極の電位は、ＧＮＤである。このため、直流電源２１の正極の電位は、直流電源２１の負極より電源電圧分だけ電位が高く、かつ、ＧＮＤより電位の高いものとなるが、本実施形態では、Ｖｄｄ／２とする。
【００５１】
以上の構成を備える電源装置１の動作について、図２、３、４、５、６を用いて説明する。
【００５２】
図２は、電源装置１のタイミングチャートである。ＶＤｒ１は、制御端子Ｄｒ１の電位を示し、電位ＶＤｒ１がＶＧＨの場合にスイッチ素子１１１がオン状態となり、電位ＶＤｒ１がＶＧＬの場合にスイッチ素子１１１がオフ状態となることとする。また、ＶＤｒ２は、制御端子Ｄｒ２の電位を示し、電位ＶＤｒ２がＶＧＨの場合にスイッチ素子１１２がオン状態となり、電位ＶＤｒ２がＶＧＬの場合にスイッチ素子１１２がオフ状態となることとする。また、ＩＬは、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流を示し、ＶＯＵＴは、出力端子ＯＵＴの電位を示す。
【００５３】
ここで、時刻ｔ１の直前では、制御端子Ｄｒ１の電位ＶＤｒ１と、制御端子Ｄｒ２の電位ＶＤｒ２とは、ＶＧＬであり、スイッチ素子１１１、１１２はオフ状態とする。また、インダクタ１１に流れる電流ＩＬは、「０」であり、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、ＧＮＤとする。
【００５４】
時刻ｔ１において、制御端子Ｄｒ１の電位ＶＤｒ１をＶＧＨにする。すると、スイッチ素子１１２はオフ状態のままであるが、スイッチ素子１１１はオフ状態からオン状態になる。
【００５５】
このため、図３に示すように、直流電源２１の正極から、インダクタ１１およびオン状態のスイッチ素子１１１を介して直流電源２１の負極に向かって、電流が流れる。したがって、インダクタ１１には、他端から一端に電流が流れる。このインダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬは、時間が経過するに従って増加して、時刻ｔ２ではＩ１となる。そして、このインダクタ１１の一端から他端に流れる電流ＩＬにより、インダクタ１１には、エネルギーが蓄えられる。
【００５６】
また、出力端子ＯＵＴと端子Ａとは、オン状態のスイッチ素子１１１を介して電気的に接続される。このため、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、端子Ａと同電位となるので、ＧＮＤのままとなる。
【００５７】
時刻ｔ２において、制御端子Ｄｒ１の電位ＶＤｒ１をＶＧＬにする。すると、スイッチ素子１１２はオフ状態のままであるが、スイッチ素子１１１はオン状態からオフ状態になる。
【００５８】
これによれば、インダクタ１１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に蓄えたエネルギーにより、他端から一端に電流を流し続けようとし、その結果、図４に示すように、直流電源２１の正極から、インダクタ１１およびダイオード３２を介して端子Ｂに向かって、電流が流れる。このため、インダクタ１１には、他端から一端に電流が流れる。ここで、インダクタ１１の他端から一端に電流が流れると、インダクタ１１に蓄えられているエネルギーが減少し、インダクタ１１に蓄えられているエネルギーが減少すると、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流が減少する。このため、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬは、時間が経過するに従って減少し、時刻ｔ３では「０」となる。
【００５９】
また、インダクタ１１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に蓄えたエネルギーにより、他端から一端に電流を流し続けようとするので、その結果、インダクタ１１の一端に接続された出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴが上昇する。ここで、ダイオード３２のアノードには、出力端子ＯＵＴに接続されたスイッチ素子１１２のドレインが接続され、ダイオード３２のカソードには、端子Ｂを介して定電位源に接続されたスイッチ素子１１２のソースが接続されている。このため、ダイオード３２には、出力端子ＯＵＴから定電位源に向かっては電流が流れるが、定電位源から出力端子ＯＵＴに向かっては電流が流れにくくなっている。したがって、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、定電位源が接続された端子Ｂと同電位であるＶｄｄまで上昇することとなる。
【００６０】
時刻ｔ３において、制御端子Ｄｒ２の電位ＶＤｒ２をＶＧＨにする。すると、スイッチ素子１１１はオフ状態のままであるが、スイッチ素子１１２はオフ状態からオン状態になる。
【００６１】
このため、図５に示すように、定電位源に接続された端子Ｂから、オン状態のスイッチ素子１１２およびインダクタ１１を介して直流電源２１の正極に向かって、電流が流れる。したがって、インダクタ１１には、一端から他端に電流が流れる。このインダクタ１１の一端から他端に流れる電流は、時間が経過するに従って増加するので、反対に、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬは、時間が経過するに従って減少して、時刻ｔ４ではＩ２となる。そして、このインダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬにより、インダクタ１１には、エネルギーが蓄えられる。
【００６２】
また、出力端子ＯＵＴと端子Ｂとは、オン状態のスイッチ素子１１２を介して電気的に接続される。このため、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、端子Ｂと同電位となるので、Ｖｄｄのままとなる。
【００６３】
時刻ｔ４において、制御端子Ｄｒ２の電位ＶＤｒ２をＶＧＬにする。すると、スイッチ素子１１１はオフ状態のままであるが、スイッチ素子１１２はオン状態からオフ状態になる。
【００６４】
これによれば、インダクタ１１は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間に蓄えたエネルギーにより、一端から他端に電流を流し続けようとし、その結果、図６に示すように、直流電源２１の負極から、ダイオード３１およびインダクタ１１を介して直流電源２１の正極に向かって、電流が流れる。このため、インダクタ１１には、一端から他端に電流が流れる。ここで、インダクタ１１の一端から他端に電流が流れると、インダクタ１１に蓄えられているエネルギーが減少し、インダクタ１１に蓄えられているエネルギーが減少すると、インダクタ１１の一端から他端に流れる電流が減少する。このため、インダクタ１１の一端から他端に流れる電流は、時間が経過するに従って減少するので、反対に、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬは、時間が経過するに従って増加し、時刻ｔ５では「０」となる。
【００６５】
また、インダクタ１１は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間に蓄えたエネルギーにより、一端から他端に電流を流し続けようとするので、その結果、インダクタ１１の一端に接続された出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴが低下する。ここで、ダイオード３１のアノードには、端子Ａを介して基準電位源に接続されたスイッチ素子１１１のソースが接続され、ダイオード３１のカソードには、出力端子ＯＵＴに接続されたスイッチ素子１１１のドレインが接続されている。このため、ダイオード３１には、基準電位源から出力端子ＯＵＴに向かっては電流が流れるが、出力端子ＯＵＴから基準電位源に向かっては電流が流れにくくなっている。したがって、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、基準電位源が接続された端子Ａと同電位であるＧＮＤまで上昇することとなる。
【００６６】
時刻ｔ５において、制御端子Ｄｒ１の電位ＶＤｒ１をＶＧＨにする。すると、スイッチ素子１１２はオフ状態のままであるが、スイッチ素子１１１はオフ状態からオン状態になる。
【００６７】
このため、上述の時刻ｔ１と同様に、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬは、時間が経過するに従って増加し、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、ＧＮＤのままとなる。
【００６８】
以上の電源装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００６９】
図２の時刻ｔ２において、スイッチ素子１１１をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にすると、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴはＶｄｄとなるので、出力端子ＯＵＴと、電位がＶｄｄである端子Ｂとは、同電位となる。このため、出力端子ＯＵＴに接続されたスイッチ素子１１２のドレインと、端子Ｂに接続されたスイッチ素子１１２のソースとは、同電位となる。したがって、スイッチ素子１１１をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする際に、スイッチ素子１１２の出力容量Ｃｏｓｓ２の両端を同電位にすることができるので、スイッチ素子１１２の出力容量Ｃｏｓｓ２により損失が生じるのを抑制できる。
【００７０】
また、図２の時刻ｔ４において、スイッチ素子１１２をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にすると、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴはＧＮＤとなるので、出力端子ＯＵＴと、電位がＧＮＤである端子Ａとは、同電位となる。このため、出力端子ＯＵＴに接続されたスイッチ素子１１１のドレインと、端子Ａに接続されたスイッチ素子１１１のソースとは、同電位となる。したがって、スイッチ素子１１２をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする際に、スイッチ素子１１１の出力容量Ｃｏｓｓ１の両端を同電位にすることができるので、スイッチ素子１１１の出力容量Ｃｏｓｓ１により損失が生じるのを抑制できる。
【００７１】
また、出力端子ＯＵＴの電位は、図２の時刻ｔ２および時刻ｔ４において、すなわちスイッチ素子１１１またはスイッチ素子１１２をスイッチングさせてオン状態からオフ状態にする際に、変化する。
【００７２】
このため、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、時刻ｔ５の直前からＧＮＤであるため、図２の時刻ｔ５において、スイッチ素子１１１をスイッチングさせてオフ状態からオン状態にする際には、出力端子ＯＵＴと、電位がＧＮＤである端子Ａとは、同電位となる。このため、出力端子ＯＵＴに接続されたスイッチ素子１１１のドレインと、端子Ａに接続されたスイッチ素子１１１のソースとは、同電位となる。したがって、スイッチ素子１１１をスイッチングさせてオフ状態からオン状態にする際に、スイッチ素子１１１をゼロボルトスイッチングさせることができるので、スイッチ素子１１１の出力容量Ｃｏｓｓ１により損失が生じるのを抑制できる。
【００７３】
また、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴは、時刻ｔ３の直前からＶｄｄであるため、図２の時刻ｔ３において、スイッチ素子１１２をスイッチングさせてオフ状態からオン状態にする際には、出力端子ＯＵＴと、電位がＶｄｄである端子Ｂとは、同電位となる。このため、出力端子ＯＵＴに接続されたスイッチ素子１１２のドレインと、端子Ｂに接続されたスイッチ素子１１２のソースとは、同電位となる。したがって、スイッチ素子１１２をスイッチングさせてオフ状態からオン状態にする際に、スイッチ素子１１２をゼロボルトスイッチングさせることができるので、スイッチ素子１１２の出力容量Ｃｏｓｓ２により損失が生じるのを抑制できる。
【００７４】
以上によれば、電源装置１は、スイッチ素子１１１、１１２をスイッチングさせる際に、スイッチングさせるスイッチ素子とは異なるものの出力容量の両端を同電位にしたり、ゼロボルトスイッチングさせたりすることができるので、これらスイッチ素子１１１の出力容量Ｃｏｓｓ１やスイッチ素子１１２の出力容量Ｃｏｓｓ２で損失が生じるのを抑制でき、効率化を実現できる。なお、ゼロボルトスイッチングさせることにより抑制できる出力容量Ｃｏｓｓ１、Ｃｏｓｓ２での損失は、印加される電圧の２乗および周波数に比例するので、上述の効果は、電源装置１の出力が高周波、高電圧になるに従って、より顕著となる。
【００７５】
また、電源装置１によれば、ダイオード３１を備えるので、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴが、端子Ａに接続された基準電位源の電位より低くなるのを防止できる。また、電源装置１によれば、ダイオード３２を備えるので、出力端子ＯＵＴの電位ＶＯＵＴが、端子Ｂに接続された定電位源の電位より高くなるのを防止できる。
【００７６】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００７７】
例えば、上述の実施形態では、図２の時刻ｔ３に示したように、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬが「０」になるタイミングで、スイッチ素子１１２をオン状態にしたが、これに限らず、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬが「０」になるより前のタイミングで、スイッチ素子１１２をオン状態にしてもよい。また、図２の時刻ｔ５に示したように、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬが「０」になるタイミングで、スイッチ素子１１１をオン状態にしたが、これに限らず、インダクタ１１の他端から一端に流れる電流ＩＬが「０」になるより前のタイミングで、スイッチ素子１１１をオン状態にしてもよい。
【００７８】
また、上述の実施形態では、電源装置１にインダクタ１１を設けたが、このインダクタ１１として可変リアクトルを用いてもよい。これによれば、インダクタ１１にかかる電圧に応じてインダクタンスを可変にすることができる。このため、インダクタ１１のインダクタンスを変更することで、インダクタ１１に蓄えられるエネルギー量を変化させることができ、出力端子ＯＵＴから出力される電圧のデューティ比を変化させることができる。
【００７９】
また、上述の実施形態では、電源装置１に直流電源２１を設けたが、この直流電源２１に代えて容量を変更可能に設けられたキャパシタを設けてもよい。これによれば、キャパシタの容量を変更することで、このキャパシタからインダクタ１１の他端に供給する電圧を変化させることができ、出力端子ＯＵＴから出力される電圧のデューティ比を変化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、高周波パルスを出力する電源装置に適用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１、１００；電源装置
１１；インダクタ
２１；直流電源
１１１、１１２；スイッチ素子
３１、３２；ダイオード
Ｃｏｓｓ１；スイッチ素子１１１の出力容量
Ｃｏｓｓ２；スイッチ素子１１２の出力容量
【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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