(57)【要約】【課題】従来のパルス発生装置の短所を克服し、単純な構成で効果的なパルス発生装置を提供する。【解決手段】半導体オープニングスイッチ５、及びこの半導体オープニングスイッチ５と負荷７との間のフライバック型トランス６を有する、半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体オープニングスイッチ、及びこの半導体オープニングスイッチと負荷との間のフライバック型トランスを有する、半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在では、自動車の排ガス浄化、ゴミ焼却プラントの排ガス浄化、並びに殺菌及び脱臭用オゾン発生等のために、プラズマを利用した様々な浄化システムが提案されている。特に自動車の排ガス浄化の分野では、プラズマによってＮＯｘ及びＰＭ（パティキュレート）を処理することが知られている。このようなプラズマ浄化システムでは、パルス電源装置を用いて、ガス雰囲気をプラズマ化する高電圧パルスエネルギーをリアクタの電極部に印可している。
【０００３】
パルス電源装置としては、例えば図１２で示す半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置が知られている。図１２（ａ）で示す従来の半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置の使用においては、スイッチＳＷを通電させることによって、キャパシタＣに充電したエネルギーをインダクタＬに通し、そして順方向で半導体オープニングスイッチ（ダイオード）ＳＯＳに通す。図１２（ｂ）で示すように、この半導体オープニングスイッチＳＯＳに順方向の電流が流れている期間ｔｆ中は、負荷Ｒには電圧が発生しない。その後、電流の方向が逆転しても、蓄積電荷（逆回復電荷）のために逆方向回復時間ｔｒｒの間は半導体オープニングスイッチＳＯＳに逆方向電流が流れ続けるが、蓄積電荷がなくなると急激に電流遮断が起こり、図１２（ｂ）に示すように負荷Ｒに負極性パルス電圧が発生する（期間ｔｏ）。
【０００４】
半導体オープニングスイッチ式パルス電源装置としては、例えば特許文献１で示されるパルス電源装置が知られている。このパルス電源装置は、商用周波数電源の直後にスイッチング素子や周波数変換器を置くことによって、繰り返し周波数や印加時間を制御することを特徴としている。
【０００５】
また、特許文献２は、大きな放電管ギャップの放電管に対して低電力で駆動な可能な排ガス浄化装置を開示しており、これによれば装置の絶縁耐圧を低くすることが可能であるとしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−９４３５９号公報
【特許文献２】
特開平７−１５５５３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、プラズマを発生させるための放電装置としては様々な装置が提案されている。しかしながら、従来の放電装置は必ずしも効果的であったとは言えない。例えば特許文献１のパルス電源装置では、負荷の直前に半導体オープニングスイッチを配置しているので、ここでの電圧が非常に高電圧にならざるを得ない。またこの回路では負極性のパルスにより負極性のコロナが得られるが、負極性のコロナは進展が小さく、電極付近でのみ存在し、排ガス浄化に寄与するＯＨ等のラジカル（活性種）の生成が少ない。これに対して、正極性のコロナは、ストリーマが処理空間全体に広がり、排ガス処理空間全体でラジカルが盛んに生成される。従って正極性のコロナによる浄化効率は負極性のコロナによる浄化効率よりも大きい。また特許文献２の排気ガス処理装置では、電界効果トランジスタを操作する駆動回路を必要とし、複雑な構成を必要とする。
【０００８】
そこで本発明は、従来のパルス発生装置の短所を克服し、単純な構成で効果的なパルス発生装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体オープニングスイッチ、及びこの半導体オープニングスイッチと負荷との間のフライバック式トランスを有する、半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置とする。
【００１０】
このパルス電源装置によれば、比較的簡単な構成で高電圧パルスを発生させること、及びトランスの２次側（負荷側）を絶縁することによって、感電を防止するパルス電源装置を得ることができる。またダイオードによる電流遮断だけで昇圧が可能であるので、トランスの巻数を小さくでき、これによってトランスの小型化、低インダクタンス化、及び低コスト化を行える。更に開放スイッチとして半導体を使用しているので、パルス出力の繰り返し周波数を高くすることができ、これによって負荷への供給エネルギーのダイナミックレンジを拡大することができる。
【００１１】
また更にこのパルス電源装置によれば、比較的簡単な構成で正極性の高電圧パルスを発生させることが可能になる。正極性のパルスによって発生させることができる正極性のコロナで排ガスを処理すると、ストリーマが処理空間全体に広がり、排ガス処理空間全体でラジカルが盛んに生成される。従って正極性のコロナによる浄化効率は負極性のコロナによる浄化効率よりも大きい。また、トランスとしてフライバック式トランスを用いることによってこの回路を複数個並列に列べることが容易になる。
【００１２】
尚、本明細書の記載において用語「半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置」は、半導体オープニングスイッチ（ダイオード）を用いて急激に逆方向電流を遮断することによってパルス電圧を発生させるパルス電源装置をいう。用語「負荷」は、本発明のパルス電源装置によって電圧を印加される任意の負荷でよく、例えば自動車の排ガス浄化、ゴミ焼却プラントの排ガス浄化、並びに殺菌及び脱臭用オゾン発生等で使用される任意のプラズマ処理リアクタをいう。このリアクタは特に、自動車の排ガス浄化で使用され、プラズマによってＮＯｘ及びＰＭ（パティキュレート）を処理するリアクタである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明の半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置の例を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
本発明の１つの実施形態について図１を用いて説明する。
【００１５】
図１において、１及び２はスイッチ、３はインダクタ、４はダイオード、５は半導体オープニングスイッチ（ダイオード）、６はフライバック式トランス、７はリアクタ（負荷）、８はキャパシタ、９は直流電源である。
【００１６】
これらのスイッチ、インダクタ、ダイオード、フライバック式トランス、リアクタ、キャパシタ、直流電源は任意のものでよい。フライバック式トランスは昇圧比を比較的大きく設定可能である点でも有利である。またトランスの巻方としてはサンドイッチ巻を使用して、トランスの漏れインダクタンスを低減し、パルスの立ち上がり時間を短縮することが好ましい。ダイオード５としては、高耐電圧で電流遮断特性に優れたＫ５０ＵＦ（ＶＭＩ社）を使用でき、直流電源９は任意にＤＣ−ＤＣコンバータ方式によって適当な電圧まで昇圧させることができる。
【００１７】
図１で示す半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置の使用においては、スイッチ１を通電させることによって電源９でキャパシタ８を充電し、スイッチ１を絶縁した後でスイッチ２を通電させることによって、このキャパシタ８に充電したエネルギーを、インダクタ３に通し、そして順方向でダイオード４及び半導体スイッチ（ダイオード）５に通す。この半導体オープニングスイッチ５に順方向の電流が流れている期間中は、トランス６の１次側及び２次側には電圧が発生しない。その後、電流の方向が逆転しても、蓄積電荷のために逆方向回復時間の間はダイオード５に逆方向電流が流れ続けるが、蓄積電荷がなくなると急激に電流遮断が起こり、半導体オープニングスイッチ５の両端、すなわちトランス６の１次側に高電圧のパルスが発生する。トランスの１次側に発生した負極性の高電圧パルスは、フライバック式トランス６で極性反転及び昇圧され、トランスの２次側で正極性パルスとして負荷７に加えられる。
【００１８】
本発明の半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置の効果をより明確にするために、図２に示す回路構成について行ったシミュレーション結果について以下で説明する。
【００１９】
図２の回路において、キャパシタＣ１は電気容量３００ｐＦで、初期電圧Ｖ０が１０００Ｖである。インダクタＬ１の自己インダクタンスは１．２μＨである。半導体オープニングスイッチ（ダイオード）Ｄ２は、Ｋ５０ＵＦ（ＶＭＩ社）である。
【００２０】
この図２の回路の使用においては、スイッチＳ１を通電させることによって、キャパシタＣ１に充電したエネルギーをインダクタＬ１に通し、そして順方向でダイオードＤ１及びＤ２に通す。キャパシタＣ１及びインダクタＬ１における電圧及び電流の変化を図３〜図６で示す。
【００２１】
ダイオードＤ２（半導体オープニングスイッチ）に順方向の電流が流れている期間中は、トランスＴの１次側及び２次側には電圧が発生しない。このことは、電圧計Ｖ１及びＶ２における電圧変化を示す図７及び８に示されている。
【００２２】
その後、電流の方向が逆転しても、蓄積電荷のために逆方向回復時間の間はダイオードＤ２に逆方向電流が流れ続ける。これは図９から理解される。蓄積電荷がなくなると、急激に電流遮断が起こり、図７で示されるようにダイオードＤ２の両端、すなわちトランスＴの１次側に高電圧のパルスが発生する。トランスＴの１次側で発生した高電圧パルスは、トランスＴで昇圧され、トランスＴの２次側で図８で示されるように負荷Ｒ１に加えられる。
【００２３】
このようにしてトランスＴの２次側で与えられる電力は、電力計Ｗ２で測定される電力として図１１に示している。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、単純な構成で効果的なパルス発生装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のパルス電源装置の１つの態様を示す図である。
【図２】図２は、本発明のパルス電源装置の作用を説明するための図である。
【図３】図３は、図２のパルス電源装置を使用した場合のキャパシタＣ１の電圧変化を示す図である。
【図４】図４は、図２のパルス電源装置を使用した場合のキャパシタＣ１の電流変化を示す図である。
【図５】図５は、図２のパルス電源装置を使用した場合のインダクタＬ１の電圧変化を示す図である。
【図６】図６は、図２のパルス電源装置を使用した場合のインダクタＬ１の電流変化を示す図である。
【図７】図７は、図２のパルス電源装置を使用した場合の電圧計Ｖ１での電圧変化を示す図である。
【図８】図８は、図２のパルス電源装置を使用した場合の電圧計Ｖ２での電圧変化を示す図である。
【図９】図９は、図２のパルス電源装置を使用した場合の電流計Ａ１での電流変化を示す図である。
【図１０】図１０は、図２のパルス電源装置を使用した場合の電力計Ｗ１での電力変化を示す図である。
【図１１】図１１は、図２のパルス電源装置を使用した場合の電力計Ｗ２での電力変化を示す図である。
【図１２】図１２は、従来の半導体オープニングスイッチ方式パルス電源装置を示す図である。
【符号の説明】
１，２…スイッチ
３…インダクタ
４…ダイオード
５…半導体オープニングスイッチ（ダイオード）
６…トランス
７…リアクタ（負荷）
８…キャパシタ
９…直流電源
Ａ１…電流計
Ｃ１…キャパシタ
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード
Ｌ１…インダクタ
Ｒ１…リアクタ（負荷）
Ｓ１…スイッチ
Ｖ１，Ｖ２…電圧計
Ｗ１，Ｗ２…電力計
【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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