(57)【要約】【課題】発光スタンドで放電が生じない場合や発光スタンドが短絡状態である場合におけるイグニショントランスやスイッチング素子の過熱を回避する。【解決手段】スイッチング素子駆動部１５は、放電を生起させるためにスイッチング素子４をオンしたあと、イグニショントランス３の１次巻線３ａに流れる電流の極性が反転している期間中にスイッチング素子４をオフする。それにより、ＬＣ共振が共振周期の１周期で終了する。また、イグニショントランス３の１次巻線３ａに並列に接続したダンピング回路８により、共振時に１次巻線３ａを逆方向に流れる電流を抑える。これによって、発光スタンドで放電が生じない場合や発光スタンドが短絡状態である場合でもイグニショントランス３やスイッチング素子４での電力損失が低減されるので、発熱が抑えられる。【選択図】図５
2015096838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イグニショントランス、該イグニショントランスの１次巻線に接続された１次コンデンサ及びスイッチング素子、該スイッチング素子を駆動する駆動回路、並びに、前記イグニショントランスの２次巻線側にあり、該２次巻線の浮遊容量を少なくとも含む２次コンデンサ、を備えたイグナイタ回路と、該イグナイタ回路により放電が生起される放電電極、試料を含む発光スタンドと、を具備し、前記１次コンデンサが所定の電圧に充電された状態で前記スイッチング素子をオンし、前記イグニショントランスの１次巻線に前記１次コンデンサと前記２次コンデンサとの直列合成容量と前記イグニショントランスの漏れインダクタンスとによるＬＣ共振電流を流すことで前記イグニショントランスの２次巻線とともに前記発光スタンドに高電圧を発生させて放電を生起する発光分析装置において、
前記駆動回路は、前記スイッチング素子をオンしたあと、前記イグニショントランスの１次巻線に流れる電流の極性が反転している期間中に前記スイッチング素子をオフするようなパルス状の駆動信号を該スイッチング素子に供給することを特徴とする発光分析装置。
【請求項２】
イグニショントランス、該イグニショントランスの１次巻線に接続された１次コンデンサ及びスイッチング素子、該スイッチング素子を駆動する駆動回路、並びに、前記イグニショントランスの２次巻線側にあり、該２次巻線の浮遊容量を少なくとも含む２次コンデンサ、を備えたイグナイタ回路と、該イグナイタ回路により放電が生起される放電電極、試料を含む発光スタンドと、を具備し、前記１次コンデンサが所定の電圧に充電された状態で前記スイッチング素子をオンし、前記イグニショントランスの１次巻線に前記１次コンデンサと前記２次コンデンサとの直列合成容量と前記イグニショントランスの漏れインダクタンスとによるＬＣ共振電流を流すことで前記イグニショントランスの２次巻線とともに前記発光スタンドに高電圧を発生させて放電を生起する発光分析装置において、
前記イグニショントランスの１次巻線に並列に、共振によって該１次巻線に流れる電流が逆極性であるときにオンする方向のダイオードと抵抗とを直列接続したダンピング回路を備えることを特徴とする発光分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発光分析装置であって、
前記イグニショントランスの１次巻線に並列に、共振によって該１次巻線に流れる電流が逆極性であるときにオンする方向のダイオードと抵抗とを直列接続したダンピング回路を備えることを特徴とする発光分析装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の発光分析装置であって、
前記ダンピング回路中の抵抗は、前記１次コンデンサと前記イグニショントランスの漏れインダクタンスとで形成されるＬＣ共振回路が臨界制動となる抵抗値の１倍から４倍の範囲の抵抗値であることを特徴とする発光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光分析装置に関し、さらに詳しくは、発光分析装置において放電を生起させるイグナイタ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパーク放電型の発光分析装置では、コンデンサに蓄積したエネルギを放電電極に与えることで該放電電極と金属試料との間にスパーク放電を発生させ、金属試料中の元素を蒸発させるとともに放電プラズマによってこの元素を励起する。プラズマ中で励起された元素は特有の波長で以て発光するため、この発光光を分光して該波長の光強度を測定することによりその元素を定量することができる。また、含有元素が不明である場合、所定波長範囲の発光スペクトルを取得して線スペクトルが存在する波長を調べることにより定性分析を行うこともできる。
【０００３】
こうした発光分析装置では、例えば特許文献１などに記載されている充電回路によって、放電電極と試料との間に接続されたコンデンサを数百Ｖ程度の電圧まで充電したあと、イグナイタ回路により放電を開始させる。図１０は従来の発光分析装置におけるイグナイタ回路の概略構成の一例である。
発光スタンド７に接続されるイグナイタ回路１は、１次コンデンサ２と、イグニショントランス３と、ＦＥＴ等のスイッチング素子４と、スイッチング素子駆動回路５と、２次コンデンサ６と、から構成される。イグニショントランス３は１次巻線３ａと２次巻線３ｂとを含む。また、発光スタンド７は、放電電極７ａと被分析物である試料７ｂとを含む。２次コンデンサ６には、イグニショントランス３の２次巻線３ｂの浮遊容量、発光スタンド７の浮遊容量、及び、イグニッショントランス３と発光スタンド７とを接続するケーブルの浮遊容量、が含まれる。図１０では、放電のための主たるエネルギーを放電電極７ａに供給する主コンデンサや該主コンデンサを充電する充電回路については記載を省略している。
【０００４】
１次コンデンサ２は図示しないコンデンサ充電回路によって予め（発光前に）所定の電圧に充電されている。スイッチング素子駆動回路５がスイッチング素子４のゲート端子に印加する電圧をステップ状に増加させると、スイッチング素子４はオンする。すると、１次コンデンサ２とイグニショントランス３の１次巻線３ａとが直列に接続され、１次コンデンサ２に蓄積されていた電圧に応じた電流が１次巻線３ａに流れる。その結果、イグニショントランス３の２次巻線３ｂには、イグニショントランス３の巻数比に応じた高電圧が誘起される。これにより、放電電極７ａと試料７ｂとの間にスパーク放電が生じる。
【０００５】
また、上記スパーク放電によって図示しない主コンデンサと発光スタンド７を含む電流経路が形成され、主コンデンサに蓄えられていたエネルギが放電電極７ａと試料７ｂとの間（ギャップ）に移動してプラズマを形成する。上記蒸発した元素はそのプラズマ中の電子により励起される。そして、励起された元素が安定な状態に戻るときに、そのエネルギ差に相当する波長の光を発する。分光器や光検出器などを含む図示しない測光部はこの元素特有の波長を持つ発光光を測定し、試料７ｂの含有元素に関する情報を収集する。
【０００６】
上記イグナイタ回路１では、例えば放電電極７ａと試料７ｂとの間隔が大きすぎる等の理由により発光スタンド７で放電が生じなかった場合に、１次コンデンサ２に蓄えられていた全エネルギがイグニショントランス３の１次巻線３ａ及び２次巻線３ｂの巻線抵抗やスイッチング素子４のオン抵抗で消費される。そのため、発光スタンド７で放電が生じた場合に比べて、イグニショントランス３やスイッチング素子４の温度上昇が著しいという問題があった。また同様に、放電電極７ａと試料７ｂとが接触していて発光スタンド７が短絡状態であった場合も、１次コンデンサ２に蓄えられていた全エネルギがイグニショントランス３の１次巻線３ａ及び２次巻線３ｂの巻線抵抗やスイッチング素子４のオン抵抗で消費されるため、イグニショントランス２やスイッチング素子４の温度上昇が著しいという問題があった。
【０００７】
こうした発熱の問題を回避するため、従来はヒートシンクや冷却ファンなどを用いてイグニショントランス３やスイッチング素子４を冷却したり、或いは温度ヒューズ、感温スイッチ、サーミスタなどの保護素子を用いて、イグニショントランス３やスイッチング素子４の過熱を防止したりするといった手法が採用されていた。しかしながら、こうした手法はいずれもイグナイタ回路１の大型化や高コスト化をもたらす。また、イグニショントランス３やスイッチング素子４の温度上昇を抑えるために、放電繰り返し周波数を下げるという方法も考えられるものの、そうすると分析時間が長くなってしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４９１９１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、放電開始操作を行ったにも拘わらず発光スタンドで放電が生じなかったり発光スタンドが短絡状態であったりした場合であっても、イグニショントランスやスイッチング素子の過熱を防止することができるイグナイタ回路を用いた発光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために成された本発明の第１の態様による発光分析装置は、イグニショントランス、該イグニショントランスの１次巻線に接続された１次コンデンサ及びスイッチング素子、該スイッチング素子を駆動する駆動回路、並びに、前記イグニショントランスの２次巻線側にあり、該２次巻線の浮遊容量を少なくとも含む２次コンデンサ、を備えたイグナイタ回路と、該イグナイタ回路により放電が生起される放電電極、試料を含む発光スタンドと、を具備し、前記１次コンデンサが所定の電圧に充電された状態で前記スイッチング素子をオンし、前記イグニショントランスの１次巻線に前記１次コンデンサと前記２次コンデンサとの直列合成容量と前記イグニショントランスの漏れインダクタンスとによるＬＣ共振電流を流すことで前記イグニショントランスの２次巻線とともに前記発光スタンドに高電圧を発生させて放電を生起する発光分析装置において、
前記駆動回路は、前記スイッチング素子をオンしたあと、前記イグニショントランスの１次巻線に流れる電流の極性が反転している期間中に前記スイッチング素子をオフするようなパルス状の駆動信号を該スイッチング素子に供給することを特徴としている。
【００１１】
この第１の態様による発光分析装置では、上記駆動回路がスイッチング素子をオンさせると、１次コンデンサと２次コンデンサとの並列合成容量とイグニショントランスの励磁インダクタンスによって形成されるＬＣ共振回路における共振周波数を有する交流電流がイグニショントランスの１次巻線に流れる。即ち、イグニショントランスの１次巻線に流れる電流の向き、つまり極性は、共振周期の１／２毎に反転する。従来のイグナイタ回路では、スイッチング素子のオン状態が継続されるため、イグニショントランスの１次巻線には暫くの間、電流が流れ続ける。これに対し、本発明の第１の態様による発光分析装置において駆動回路は、共振周期の１／２が経過した時点以降、１周期までの間にスイッチング素子をオフする。これにより、上記ＬＣ共振回路における共振は共振周期の１周期分で終了する。その結果、イグニショントランスとスイッチング素子で生じる電力損失を低減することができる。
【００１２】
上記課題を解決するために成された本発明の第２の態様による発光分析装置は、イグニショントランス、該イグニショントランスの１次巻線に接続された１次コンデンサ及びスイッチング素子、該スイッチング素子を駆動する駆動回路、並びに、前記イグニショントランスの２次巻線側にあり、該２次巻線の浮遊容量を少なくとも含む２次コンデンサ、を備えたイグナイタ回路と、該イグナイタ回路により放電が生起される放電電極、試料を含む発光スタンドと、を具備し、前記１次コンデンサが所定の電圧に充電された状態で前記スイッチング素子をオンし、前記イグニショントランスの１次巻線に前記１次コンデンサと前記２次コンデンサとの直列合成容量と前記イグニショントランスの漏れインダクタンスとによるＬＣ共振電流を流すことで前記イグニショントランスの２次巻線とともに前記発光スタンドに高電圧を発生させて放電を生起する発光分析装置において、
前記イグニショントランスの１次巻線に並列に、共振によって該１次巻線に流れる電流が逆極性であるときにオンする方向のダイオードと抵抗とを直列接続したダンピング回路を備えることを特徴としている。
【００１３】
この第２の態様による発光分析装置では、上記駆動回路がスイッチング素子をオンさせると、上記ＬＣ共振回路における交流電流がイグニショントランスの１次巻線に流れるが、１次コンデンサの両端電圧の極性が負になるとダンピング回路のダイオードが導通する。そのため、ダンピング回路の抵抗に一部の電流が流れ、該抵抗において電力が消費されて１次巻線電流が減少する。それにより、イグニショントランスとスイッチング素子で生じる電力損失を低減することができる。
【００１４】
なお、上記第１の態様の構成と第２の態様の構成とは併用することができる。即ち、第１の態様による発光分析装置において、
前記イグニショントランスの１次巻線に並列に、共振によって該１次巻線に流れる電流が逆極性であるときにオンする方向のダイオードと抵抗とを直列接続したダンピング回路を備える構成としてもよい。
【００１５】
発光スタンドが短絡状態にある場合には、発光スタンドの浮遊容量を含む２次コンデンサが短絡されるため共振特性が変化し、発光スタンドが短絡していない場合に比べて、共振周期が長くなるとともに共振電流も大きくなる。上述したように、第１の態様による発光分析装置では、上記ＬＣ共振回路における共振を共振周期の１周期分で終わらせることができるが、発光スタンドが短絡していない場合に比べて、共振周期が長くなるとともに共振電流が大きくなると、その分だけ電力損失も大きくなる。これに対し、第２の態様のようにダンピング回路を用いることで、発光スタンドが短絡状態にある場合におけるイグニションコイルの１次巻線及び２次巻線に流れる電流を迅速に減衰させることができるので、より効果的にイグニショントランスとスイッチング素子で生じる電力損失を低減することができる。
【００１６】
なお、上述したようにダンピング回路を用いる場合、そのダンピング回路中の抵抗は、１次コンデンサとイグニショントランスの漏れインダクタンスとで形成されるＬＣ共振回路が臨界制動となる抵抗値の１倍から４倍の範囲の抵抗値である構成とするとよい。
これにより、共振を適切に減衰させてイグニションコイルの１次巻線に流れる電流自体もできるだけ小さく抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る第１及び第２の態様の発光分析装置によれば、いずれも、イグニショントランスとスイッチング素子とで生じる電力損失を従来に比べて低減することができる。それにより、電力損失によるイグニショントランスやスイッチング素子の温度上昇を抑えることができ、特に発光スタンドで放電が生じなかった場合や発光スタンドが短絡状態にある場合であっても、イグニショントランスやスイッチング素子の過熱を防止することができる。その結果、ヒートシンクや冷却ファンなどの冷却手段や、温度ヒューズ、感温スイッチ、サーミスタなどを用いた過熱保護手段が必要なくなり、イグナイタ回路を小型軽量化、低コスト化することができる。また、過熱を防止するために放電繰り返し周波数を下げる必要がないので、放電繰り返し周波数を高くして分析時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例である発光分析装置におけるイグナイタ回路の概略構成図。
【図２】第１実施例によるイグナイタ回路の動作波形を示す図。
【図３】発光スタンドが短絡した状態におけるイグナイタ回路の等価回路図。
【図４】第１実施例のイグナイタ回路において発光スタンドが短絡した状態での動作波形を示す図。
【図５】本発明の第２実施例である発光分析装置におけるイグナイタ回路の概略構成図。
【図６】第２実施例のイグナイタ回路においてダンピングダイオードが導通した状態での等価回路図。
【図７】第２実施例のイグナイタ回路において発光スタンドが短絡した状態での動作波形を示す図。
【図８】第２実施例のイグナイタ回路において発光スタンドが短絡した状態でのダンピング抵抗とイグニショントランス及びダンピング回路のエネルギ損失との関係を示す図。
【図９】本実施例のイグナイタ回路及び従来のイグナイタ回路におけるイグニショントランスでのエネルギ損失のシミュレーション結果を示す図。
【図１０】従来のイグナイタ回路の概略構成図。
【図１１】従来のイグナイタ回路においてスイッチング素子をオンした状態での等価回路図。
【図１２】従来のイグナイタ回路における動作波形の一例を示す図。
【図１３】図１２に示した波形図の時間軸を拡大した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る発光分析装置の一実施例を添付図面を参照して説明する。
まず、図１０に示した従来のイグナイタ回路１において、発光スタンド７で放電が起こらない場合のイグニショントランス３やスイッチング素子４での電力損失について考察する。
【００２０】
図１１は、図１０に示したイグナイタ回路１においてスイッチング素子４がオン状態であるときにイグニショントランス２をＴ型等価回路に置き換えた等価回路図である。図１１において、Ｃ1は１次コンデンサ、Ｃ2は２次コンデンサ（１次換算）、Ｌ1は１次漏れインダクタンス、Ｌ2は２次漏れインダクタンス（１次換算）、Ｌ3は励磁インダクタンスである。１次コンデンサＣ1の初期電圧をＶi、２次コンデンサの初期電圧を０とする。１次コンデンサＣ1と２次コンデンサ（１次換算）Ｃ2の直列合成容量をＣs、１次コンデンサＣ1と２次コンデンサ（１次換算）Ｃ2の並列合成容量をＣp、漏れインダクタンスをＬs＝Ｌ1＋Ｌ2、励磁インダクタンスをＬp＝Ｌ1＋Ｌ3とすると、１次コンデンサＣ1を流れる電流Ｉ1は、
Ｉ1＝｛Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2）｝Ｖi・｛Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2）｝√（Ｃp／Ｌp）sinωpｔ＋Ｖi√（Ｃs／Ｌs）sinωsｔ
となる。また、２次コンデンサＣ2を流れる電流Ｉ2（１次換算）は、
Ｉ2＝｛Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2）｝Ｖi・｛Ｃ2／（Ｃ1＋Ｃ2）｝√（Ｃp／Ｌp）sinωpｔ＋Ｖi√（Ｃs／Ｌs）sinωsｔ
となる。ただし、
ωp＝１／√（ＬpＣp）
ωs＝１／√（ＬsＣs）
である。また、１次コンデンサＣ1の両端間の電圧Ｖ1は、
Ｖ1＝｛Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2）｝Ｖi・cosωpｔ＋｛Ｃ2／（Ｃ1＋Ｃ2）｝Ｖi・cosωsｔ
となる。また、２次コンデンサＣ2の両端間の電圧（１次換算）Ｖ2は、
Ｖ2＝｛Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2）｝Ｖi・cosωpｔ＋｛Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2）｝Ｖi・cosωsｔ
となる。
【００２１】
図１２は、１次コンデンサ２の初期電圧をＶi＝３００[Ｖ]、イグニショントランス３の巻き数比を１：４０、１次コンデンサ２の容量をＣ1＝１６０[nF]、２次コンデンサ６の容量をＣ2＝１００[pF]としたときに観測される、１次コンデンサ電圧Ｖ1、２次コンデンサ電圧Ｖ2及びイグニショントランスの１次巻線電流ＩL1をシミュレーションした結果を示す波形であり、図１３は図１２の時間軸を拡大した図である。
発光スタンド７で放電が生じるとその瞬間にＬＣ共振は停止し、イグニショントランス３に流れる共振電流は０になる。一方、発光スタンド７で放電が生じない場合はＬＣ共振による振動が継続し、スイッチング素子４がオンする直前に１次コンデンサ２に蓄えられていたエネルギは全て回路の抵抗成分（イグニショントランス３の１次巻線３ａ及び２次巻線３ｂの巻線抵抗やスイッチング素子４のオン抵抗）で消費される。そのため、このときのイグニショントランス３やスイッチング素子４の電力損失は発光スタンド７で放電が生じた場合と比べて格段に大きくなる。その結果、イグニショントランス３やスイッチング素子４の温度が過度に上昇してしまうという問題がある。
【００２２】
図１は本発明の第１実施例である発光分析装置におけるイグナイタ回路１０の概略構成図である。図１０に示した従来のイグナイタ回路１における構成要素と同一の構成要素には同じ符号を付している。図１と図１０とを比較すれば明らかであるように、基本的な構成要素は同一であり、第１実施例におけるイグナイタ回路１０が従来の回路１と相違するのは、スイッチング素子４を駆動するスイッチング素子駆動部１５である。即ち、従来のイグナイタ回路１におけるスイッチング素子駆動部５は、或る時点で電圧がステップ状に増加しそれを維持するステップ電圧である。これに対し、本実施例においてスイッチング素子駆動部１５は、イグニショントランス３及びスイッチング素子４に共振電流が流れる時間をＬＣ共振の最初の１周期期間のみとするように、スイッチング素子４をオンする時間を制限している。つまり、スイッチング素子４を駆動する駆動信号は、オン時間が所定時間であるパルス状信号である。
【００２３】
具体的には、スイッチング素子駆動部１５がスイッチング素子４をオンすると、イグニショントランス３及びスイッチング素子４に共振電流が流れ始めるが、その共振周期の前半の１／２期間には正極性（１次コンデンサ１の初期電圧の極性に応じた極性）の電流が流れ、共振周期の後半の１／２期間には負極性の電流が流れる。図１において正極性の電流は１次巻線３ａを上から下に流れる電流であり、負極性の電流は１次巻線３ａを下から上に流れる電流である。スイッチング素子駆動部１５はスイッチング素子４をオンしたあと、共振周期の後半の１／２期間中にスイッチング素子４をオフする。スイッチング素子４をオフした後も、共振電流はスイッチング素子４の内蔵ダイオード（ボディダイオードとも呼ばれる）を流れ続けるが、負極性の共振電流の極性が再び正極性になる瞬間、内蔵ダイオードがターンオフし共振電流は停止する。
【００２４】
図２は、第１実施例のイグナイタ回路１０において、１次コンデンサ２の初期電圧Ｖi＝３００[Ｖ]、イグニショントランス３の巻数比を１：４０、１次コンデンサ２の容量をＣ1＝１６０[nF]、２次コンデンサ６の容量をＣ2＝１００[pF]としたときに観測される、１次コンデンサ電圧Ｖ1、２次コンデンサ電圧Ｖ2及びイグニショントランスの１次巻線電流ＩL1をシミュレーションした結果を示す波形である。この例では、共振周期が１周期となる直前でスイッチング素子４をオフするようにしている。スイッチング素子４に正極性の電流が流れている期間に該スイッチング素子４をオフすると、イグニショントランス３の１次巻線３ａに逆起電力が生じ、これによってスイッチング素子４に過大なサージ電圧が印加されて該素子が破損するおそれがある。これに対し、イグニショントランス３の１次巻線３ａに流れる電流が負極性である期間にスイッチング素子４をオンからオフさせれば、スイッチング素子４に過大なサージ電圧が印加されることを防止することができる。
また、仮に発光スタンド７で放電が起こらなかった場合でも、イグニショントランス３の１次巻線３ａ及び２次巻線３ｂ並びにスイッチング素子４に流れる共振電流は共振周期の最大１周期分であるので、イグニショントランス３の１次巻線３ａ及び２次巻線３ｂ並びにスイッチング素子４で生じる電力損失は小さくて済み、発熱も抑えられる。
【００２５】
次に、発光スタンド７において放電電極７ａと試料７ｂとが短絡している場合を考える。
図３は図１１に示した等価回路の２次コンデンサＣ2を短絡し、励磁インダクタンスＬ3を省略した等価回路である。
図３において、１次コンデンサ電流Ｉ1は、
Ｉ1＝Ｖi√（Ｃ1／Ｌs）sinω0ｔ
となり、１次コンデンサ電圧Ｖ1は、
Ｖ1≒Ｖicosω0ｔ
となる。ただし、
ω0＝１／√（ＬsＣ1）
である。
イグニショントランス３とスイッチング素子４とに流れる電流のピーク値及び共振周期は、発光スタンド７が短絡していない場合よりも大きくなり、√｛（Ｃ1＋Ｃ2）／Ｃ2｝倍となる。
【００２６】
図１０に示した従来のイグナイタ回路１では、発光スタンド７が短絡していない場合と同様、１次コンデンサ２に蓄えられていたエネルギは全て回路の抵抗成分であるイグニショントランス３の１次巻線３ａ及び２次巻線３ｂの巻線抵抗やスイッチング素子４のオン抵抗で消費される。
これに対し、図１に示した第１実施例におけるイグナイタ回路１０では、イグニショントランス３及びスイッチング素子４に共振電流が流れる時間がＬＣ共振の最初の一周期のみとなり、イグニショントランス３の１次巻線３ａ及び２次巻線３ｂの巻線抵抗やスイッチング素子４で生じる電力損失は、発光スタンド７が短絡していない場合の［√｛（Ｃ1＋Ｃ2）／Ｃ2｝］2×√｛（Ｃ1＋Ｃ2）／Ｃ2｝倍、即ち、｛（Ｃ1＋Ｃ2）／Ｃ2｝3/2倍で済む。
【００２７】
図４は、第１実施例のイグナイタ回路１０において発光スタンド７が短絡状態にある場合の、１次コンデンサ２の初期電圧Ｖi＝３００[Ｖ]、イグニショントランス３の巻数比を１：４０、１次コンデンサ２の容量をＣ1＝１６０[nF]、２次コンデンサ６の容量をＣ2＝１００[pF]としたときに観測される、１次コンデンサ電圧Ｖ1、２次コンデンサ電圧Ｖ2及びイグニショントランスの１次巻線電流ＩL1をシミュレーションした結果を示す波形である。
このように、本実施例のイグナイタ回路１０では、スイッチング素子４をオンする時間を制限することで、イグニショントランス３やスイッチング素子４で生じる電力損失を従来回路に比べて大幅に低減することができる。
ただし、上述したように、発光スタンド７が短絡していた場合には、短絡していない場合と比較すると、電力損失が｛（Ｃ1＋Ｃ2）／Ｃ2｝3/2倍に増加する。そこで、この増加分を減らすために、次に説明する第２実施例の構成とすることができる。
【００２８】
図５は本発明の第２実施例によるイグナイタ回路２０の概略構成図である。第２実施例のイグナイタ回路２０は、第１実施例のイグナイタ回路１０に対しダンピング回路８が追加されている。ダンピング回路８は、イグニショントランス３の１次巻線３ａとスイッチング素子４との間にアノードが接続されたダイオード（ダンピングダイオード）８ｂと、該ダイオード８ｂのカソードとイグニショントランス３の１次巻線３ａの他端との間に接続された抵抗８ａとを含む。即ち、イグニショントランス３の１次巻線３ａと並列にダンピング回路８が接続されている。スイッチング素子４がオンされてイグニショントランス３の１次巻線３ａに共振電流が流れるとき、１次コンデンサ２の両端電圧が逆極性になるとダイオード８ｂがオンし、共振電流（負極性の共振電流）はダンピング回路８を流れる。それによって、イグニショントランス３の１次巻線３ａ及び２次巻線３ｂに流れる共振電流を迅速に収束させることができる。その結果、ダンピング回路８がない場合に比べて、イグニショントランス３で生じる電力損失を低減することができる。
【００２９】
図６は、図５に示す回路において１次コンデンサ２の両端電圧の極性が負となり、ダイオード８ｂが導通したときの状態における等価回路図である。なお、ダイオード８ｂは導通しているので短絡し、イグニショントランス３の励磁インダクタンスは、２次漏れインダクタンス（１次換算）よりも十分に大きいので省略してある。
図６に示した等価回路に流れる電流Ｉpは、抵抗Ｒ1、インダクタンスＬ1、Ｌ2、コンデンサＣ1の関係に依存する。即ち、電流の変化は、Ｒ12＜Ｌs／４Ｃ1であるとき振動的（減衰振動）、Ｒ12＝Ｌs／４Ｃ1であるとき臨界制動、Ｒ12＞Ｌs／４Ｃ1であるとき対数的（過制動）となる。
【００３０】
図７は、第２実施例のイグナイタ回路２０において、１次コンデンサ２の初期電圧Ｖi＝３００[Ｖ]、イグニショントランス３の巻数比を１：４０、１次コンデンサ２の容量をＣ1＝１６０[nF]、２次コンデンサ６の容量をＣ2＝１００[pF]としたときに観測される、１次コンデンサ電圧Ｖ1、２次コンデンサ電圧Ｖ2及びイグニショントランスの１次巻線電流ＩL1をシミュレーションした結果を示す波形である。図示するように、臨界制動では、減衰制動とは異なり逆方向の１次巻線電流は流れず、しかも過制動とは異なり１次巻線電流は速やかに０に収束している。
図８は、ダンピング回路８中の抵抗８ａの抵抗値に対するイグニショントランス（の巻線抵抗）３とダンピング回路８とで発生するエネルギ損失をシミュレーション計算した結果の一例である。この例では、臨界制動となるダンピング抵抗の抵抗値（４．６Ω）に対し、イグニショントランス３で生じるエネルギ損失が最小となるダンピング抵抗の抵抗値は約９Ωであった。このとき、イグニショントランス３で生じるエネルギ損失は、ダンピング回路が無い場合よりも約４０％低くなっている。
このように、ダンピング回路８を設けることによって、発光スタンド７が短絡していた場合におけるイグニショントランス３の巻線抵抗で生じるエネルギ損失を低減することができる。なお、ダンピング抵抗の抵抗値は、臨界制動となるＲ12＝Ｌs／４Ｃ1とするのが好ましいが、実用的には、この値からその４倍の範囲に設定すれば十分な効果が見込める。
【００３１】
図９は、図１０に示した従来のイグナイタ回路、図１に示した第１実施例におけるイグナイタ回路１０、及び図５に示した第２実施例におけるイグナイタ回路２０それぞれについて、イグニショントランスのエネルギ損失（電力損失）を計算した結果の一例である。この図から明らかなように、本発明の第１及び第２実施例におけるイグナイタ回路によれば、従来のイグナイタ回路に比べて、発光スタンドで放電が生じなかった場合や発光スタンドが短絡していた場合におけるイグニショントランスやスイッチング素子で生じる電力損失を低減することができる。また、特に第２実施例におけるイグナイタ回路によれば、発光スタンドが短絡していた場合におけるイグニショントランスやスイッチング素子で生じる電力損失を、第１実施例におけるイグナイタ回路のそれの約１／２程度に低減することができる。
【００３２】
こうしたことから、本発明に係る第１、第２実施例の発光分析装置では、ヒートシンクや冷却ファンなどを用いてイグニショントランスやスイッチング素子を冷却したり、或いは、温度ヒューズ、感温スイッチ、サーミスタなどを用いてイグニショントランスやスイッチング素子の過熱を防止したりする必要がなくなり、イグナイタ回路を小型軽量化することができるとともに低コスト化することができる。また、過熱を回避するために放電繰り返し周波数を敢えて下げる必要もないので、放電繰り返し周波数を高くし、分析時間を短くすることができる。
【００３３】
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、追加、修正を行っても本願請求の範囲に包含されることは明らかである。
【符号の説明】
【００３４】
１０、２０…イグナイタ回路
２…１次コンデンサ
３…イグニショントランス
３ａ…１次巻線
３ｂ…２次巻線
４…スイッチング素子
６…２次コンデンサ
７…発光スタンド
７ａ…放電電極
７ｂ…試料
８…ダンピング回路
８ａ…抵抗
８ｂ…ダイオード
１５…スイッチング素子駆動部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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