(57)【要約】【課題】電圧パルスのパルス幅を容易に変更することができる誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路、および、この高電圧パルス発生回路のパルス幅変更方法を実現する。【解決手段】直流電源によってトランスの１次側に蓄積されたエネルギーを、直流電源とトランスの１次巻線との電気的接続を開放することによってトランスの２次側に誘導し、これによりトランスの２次巻線の両端に高電圧パルスを発生させる誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路は、トランスの１次巻線に対して並列に接続されるパルス幅変更用インダクタを備え、すなわち、パルス幅変更用インダクタを、高電圧パルス発生回路のトランスの１次巻線に対して並列に付加することにより、高電圧パルスのパルス幅を変更する。【選択図】図１
2007181375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源によってトランスの１次側に蓄積されたエネルギーを、前記直流電源と前記トランスの１次巻線との電気的接続を開放することによって前記トランスの２次側に誘導し、これにより前記トランスの２次巻線の両端に高電圧パルスを発生させる誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路であって、
前記トランスの１次巻線に対して並列に接続されるパルス幅変更用インダクタを備えることを特徴とする高電圧パルス発生回路。
【請求項２】
入力側に前記直流電源が接続され、出力側に前記トランスの１次巻線が接続されるブリッジ回路を備える請求項１に記載の高電圧パルス発生回路であって、
前記ブリッジ回路において、相対する２つのスイッチング素子を１組として各前記スイッチング素子を組ごとに交互に導通もしくは非導通とすることにより、前記トランスの２次巻線の両端に両極性の高電圧パルスを発生する高電圧パルス発生回路。
【請求項３】
直流電源によってトランスの１次側に蓄積されたエネルギーを、前記直流電源と前記トランスの１次巻線との電気的接続を開放することによって前記トランスの２次側に誘導し、これにより前記トランスの２次巻線の両端に両極性の高電圧パルスを発生させる誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路であって、
入力側に前記直流電源が接続され、出力側に前記トランスの１次巻線が接続されるブリッジ回路であって、該ブリッジ回路内の相対する２つのスイッチング素子を１組として各前記スイッチング素子を組ごとに交互に導通もしくは非導通とするブリッジ回路と、
該ブリッジ回路の入力側に並列に接続されるパルス幅変更用インダクタと、
前記直流電源と前記パルス幅変更用インダクタとの電気的接続を開閉する切替手段であって、前記直流電源と前記パルス幅変更用インダクタとの電気的接続が確立した時には前記直流電源に対して順方向のみに電流を導通させる切替手段と、
該切替手段に並列に接続されるダイオードであって、前記パルス幅変更用インダクタに蓄えられたエネルギーの一部を前記直流電源に回生するためのダイオードと、
を備えることを特徴とする高電圧パルス発生回路。
【請求項４】
前記パルス幅変更用インダクタは、空芯コイルからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の高電圧パルス発生回路。
【請求項５】
直流電源によってトランスの１次側に蓄積されたエネルギーを、前記直流電源と前記トランスの１次巻線との電気的接続を開放することによって前記トランスの２次側に誘導し、これにより前記トランスの２次巻線の両端に高電圧パルスを発生させる誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路において、前記高電圧パルスのパルス幅を変更するパルス幅変更方法であって、
パルス幅変更用インダクタを前記トランスの１次巻線に対して並列に付加することにより、前記高電圧パルスのパルス幅を変更することを特徴とするパルス幅変更方法。
【請求項６】
前記パルス幅変更用インダクタは、空芯コイルからなる請求項５に記載のパルス幅変更方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源によってトランスに蓄積されたエネルギーを用いて高電圧パルスを発生させる誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路、および、この高電圧パルス発生回路におけるパルス幅変更方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
立ち上がりが急峻かつ発生幅の短いパルス状の高電圧を発生できる回路として、誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路がある。図５は、従来の一般的な誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路の回路図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付された構成要素は同じ機能を有するものであることを意味するものとする。
【０００３】
誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路１００は、直流電源６０と、平滑コンデンサ７０と、スイッチＳＷと、トランス５０と、を備える。ここで、直流電源６０の出力電圧をＶ0、平滑コンデンサ７０のキャパシタンスをＣ0とする。また、トランス５０の１次巻線５１のインダクタンスをＬ1、２次巻線５２のインダクタンスをＬ2、１次巻線５１と２次巻線５２との巻き数比を「１：ｎ」とする。図中、高電圧パルス発生回路１００の出力側には負荷８０が接続されているものとする。
【０００４】
高電圧パルス発生回路１００のスイッチＳＷを閉じると、トランス５０の１次巻線５１には直流電源６０の電圧Ｖ0とほぼ同じ電圧が印加されて、トランス５０の１次巻線５１に流れ込む電流Ｉが傾きＶ0／Ｌ1で徐々に増加する。トランス５０の１次巻線５１に蓄積されたエネルギーが所定量に達した時点でスイッチＳＷを開放する。このスイッチＳＷの開放により、トランス５０の１次巻線５１に流れていた電流は遮断されてトランス５０の２次巻線５２に誘導起電力が発生し、トランスの１次巻線５１側のエネルギーは２次巻線５２側に誘導（すなわち転送）され、この結果、トランス５０の２次巻線５２の両端に高電圧パルスが発生する。
【０００５】
従来より、さらに改良を加えた高電圧パルス発生回路が種々提案されている。例えば、信頼性の向上およびサイズの小型化を図った高電圧パルス発生回路がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また例えば、動作速度の高速化および電源性能の向上を図った高電圧パルス発生回路がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また例えば、プラズマ処理に高電圧パルス発生回路を用いた例もある（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１７６４１６号公報
【特許文献２】特開２００５−２９５６６７号公報
【特許文献３】特開２００４−２２０９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路では、トランスの１次側にエネルギーを蓄積し、そして所定量まで蓄積されたエネルギーをトランスの２次側に誘導することにより、高電圧パルスを発生する。トランスの１次側に蓄積すべきエネルギー量は、高電圧パルス発生回路に接続される負荷により決定される。
【００１０】
例えば、高電圧パルス発生回路をプラズマ生成の電源回路として用いる場合では、放電エネルギーＪが、トランスの１次インダクタンスＬ1に蓄えなければならないエネルギーの下限となる。放電エネルギーＪは、リアクタに対して絶縁破壊電圧以上の電圧ＶLを印加することにより得られる。トランスの１次巻線のインダクタンスをＬ1、トランスの１次巻線へのエネルギーの蓄積を終えて直流電源とトランスの１次巻線との間の電気的接続を開放する瞬間にトランスの１次巻線へ流れ込む電流の値をＩ0、リアクタのキャパシタンスをＣLとすると、式（１）で示す関係式が得られる。
【００１１】
【数１】
2007181375.tif 000003
【００１２】
このときの高電圧パルスのパルス幅ＴPは、振動周期を式（２）で表されるＴとしたとき、トランスの１次巻線と２次巻線との巻き数比を「１：ｎ」とすれば概ね式（３）で表される。
【００１３】
【数２】
2007181375.tif 000004
【００１４】
【数３】
2007181375.tif 000005
【００１５】
例えば、プラズマ処理を行う場合は、パルス幅が短い電子のみが加速され、イオンや分子などと比べエネルギーを得やすく、高い電子温度を得ることができるため、エネルギー的に効率が良いことが一般的に知られている。すなわち、効率を向上するためには、高電圧パルスのパルス幅を短縮すればよい。ここで、式（３）を参照すると、高電圧パルスのパルス幅ＴPを例えば短縮するためには、トランスの１次巻線のインダクタンスＬ1を小さくすればよいことがわかる。しかしこのとき、トランスの１次巻線のインダクタンスＬ1を小さくした分、直流電源とトランスの１次巻線との間の電気的接続を開放する瞬間にトランスの１次巻線に流れる電流Ｉ0を大きくする必要がある。トランスの１次巻線のインダクタンスＬ1は鉄心の形状、材料の透磁率等で決定されることから、トランスの１次巻線のインダクタンスＬ1の変更には、トランスの設計の大幅な変更を伴う。
【００１６】
このように、高電圧パルスのパルス幅を変更するには、トランスの設計そのものを大幅に見直さなければならないので、手間やコストが非常にかかる。
【００１７】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、高電圧パルスのパルス幅を容易に変更することができる誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路、および、この高電圧パルス発生回路におけるパルス幅変更方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を実現するために、本発明によれば、直流電源によってトランスの１次側に蓄積されたエネルギーを、直流電源とトランスの１次巻線との電気的接続を開放することによってトランスの２次側に誘導し、これによりトランスの２次巻線の両端に高電圧パルスを発生させる誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路は、トランスの１次巻線に対して並列に接続されるパルス幅変更用インダクタを備える。
【００１９】
本発明による高電圧パルス発生回路におけるパルス幅変更方法は、パルス幅変更用インダクタを、高電圧パルス発生回路のトランスの１次巻線に対して並列に付加することにより、高電圧パルスのパルス幅を変更するものである。
【００２０】
誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路内のトランスは、本来、エネルギー蓄積機能と１次側から２次側へエネルギーを転送（誘導）するエネルギー転送機能との２つの機能を有するものであるということができる。これに倣えば、本発明は、エネルギー蓄積機能については主としてパルス幅変更用インダクタが担い、エネルギー転送機能については主としてトランスが担うように、機能を分担したものであるといえる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路が生成する高電圧パルスのパルス幅を、高電圧パルス発生回路内のトランスの設計を変更することなく、低コストで容易に変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の第１の実施例は、単極性の高電圧パルスを発生するエネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路に対して、パルス幅変更用インダクタを、トランスの１次巻線に並列に付加することにより、高電圧パルスのパルス幅を容易に変更できるようにするものである。図１は、本発明の第１の実施例による高電圧パルス発生回路の回路図である。
【００２３】
本発明の第１の実施例による高電圧パルス発生回路１は、トランス５０の１次巻線５１に並列に接続されるパルス幅変更用インダクタ１０を備える。なお、これ以外の回路構成要素については図５に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００２４】
パルス幅変更用インダクタ１０のインダクタンスをＬ0としたとき、図１に示す高電圧パルス発生回路１においては、トランス５０の１次側のインダクタンスは、パルス幅変更用インダクタ１０のインダクタンスＬ0と１次巻線５１のインダクタンスＬ1との合成インダクタンスＬ’である。この合成インダクタンスＬ’は、式（４）のように表すことができる。
【００２５】
【数４】
2007181375.tif 000006
【００２６】
パルス幅変更用インダクタ１０のインダクタンスＬ0が、トランス５０の１次巻線５１のインダクタンスＬ1に比べて十分に小さい場合は、式（４）は、Ｌ’≒Ｌ0のように近似できる。したがって、図１に示す高電圧パルス発生回路１により発生する高電圧パルスのパルス幅Ｔ’Pは、式（３）を用いて、式（５）のように表すことができる。
【００２７】
【数５】
2007181375.tif 000007
【００２８】
式（５）を参照すると、高電圧パルスのパルス幅Ｔ’Pは、トランス５０の１次巻線５１のインダクタンスＬ1には依存せず、パルス幅変更用インダクタ１０のインダクタンスＬ0に依存することがわかる。このことは、パルス幅変更用インダクタ１０のインダクタンスＬ0を変更すれば、高電圧パルス発生回路１が発生する高電圧パルスのパルス幅Ｔ’Pを容易に変更することができるということを意味する。
【００２９】
例えば高電圧パルス発生回路１をプラズマ生成の電源回路として用いる場合は、上述の通り、放電エネルギーＪが、パルス幅変更用インダクタ１０に蓄えなければならないエネルギーの下限となる。スイッチＳＷを開放する瞬間にパルス幅変更用インダクタ１０に流れている電流の値をＩ’0、リアクタのキャパシタンスをＣLとすると、式（６）で示す関係式が得られる。
【００３０】
【数６】
2007181375.tif 000008
【００３１】
なお、例えばパルス幅を短縮するためにはパルス幅変更用インダクタ１０を小さくするが、このとき、パルス幅変更用インダクタ１０を小さくした分、スイッチＳＷを開放する瞬間にパルス幅変更用インダクタ１０に流れる電流Ｉ’0については大きくする必要がある。
【００３２】
本実施例における数１０μＨ以下のパルス幅変更用インダクタ１０は、空芯コイルからなるのが好ましい。空芯コイルは、線形性が良いという利点がある。また、磁束の飽和についても考慮する必要もない。パルス幅変更用インダクタ１０の設計内容の一具体例として、空芯の直径が６．０ｃｍ、巻き線は外径３．２ｍｍ、撚線径１．５ｍｍ、巻き数が２９回で、材質が銅線および塩ビパイプからなる手巻き空芯コイルが考えられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のサイズおよび材質からなる空芯コイルであってもよい。
【００３３】
以上説明したように、本発明の第１の実施例によれば、単極性の高電圧パルスを発生するエネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路に対して、パルス幅変更用インダクタを、トランスの１次巻線に並列に付加することにより、高電圧パルスのパルス幅を容易にかつ低コストで変更することができる。
【００３４】
本発明の第２の実施例は、入力側に直流電源が接続され、出力側にトランスの１次巻線が接続されるブリッジ回路を備えることにより両極性の高電圧パルスを発生するエネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路に対して、パルス幅変更用インダクタを、トランスの１次巻線に並列に付加することにより、高電圧パルスのパルス幅を容易に変更できるようにするものである。図２は、本発明の第２の実施例による高電圧パルス発生回路の回路図である。
【００３５】
本発明の第２の実施例による高電圧パルス発生回路２は、トランス５０の１次巻線５１に並列に接続されるパルス幅変更用インダクタ１０と、入力側に直流電源６０が接続され、出力側にトランス５０の１次巻線５１が接続されるブリッジ回路２０と、を備える。なお、これ以外の回路構成要素については図５に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００３６】
パルス幅変更用インダクタ１０は、トランス５０の１次巻線５１に並列に接続されるので、第１の実施例において説明したトランスの１次側の合成インダクタンスの考え方と同様に、図２に示す高電圧パルス発生回路２により発生する高電圧パルスのパルス幅Ｔ’P については式（５）で表すことができる。したがって、両極性の高電圧パルスを発生するエネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路においても、パルス幅変更用インダクタ１０のインダクタンスＬ0を変更することにより、高電圧パルス発生回路２が発生する高電圧パルスのパルス幅Ｔ’Pを容易に変更することができる。
【００３７】
ここで、高電圧パルス発生回路２による両極性の高電圧パルスの発生原理について説明する。なお、本明細書では便宜上、トランス５０の１次巻線５１およびパルス幅変更用インダクタ１０の合成インダクタに流れる電流ＩLの向きについて、図２における矢印の方向を「矢印方向」と称する。
【００３８】
ブリッジ回路２０は、スイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3およびＳＷ4を備えており、相対する２つのスイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4、ならびにスイッチング素子ＳＷ2およびＳＷ3を１組として、各スイッチング素子をこれらの組ごとに交互に導通もしくは非導通とすることにより、トランス５０の２次巻線５２の両端に両極性の高電圧パルスを発生する。なお、図２に示す高電圧パルス発生回路２では、各スイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3およびＳＷ4をＩＧＢＴモジュールとし、そのダイオード成分をＤ1、Ｄ2、Ｄ3およびＤ4で表している。なお、各スイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3およびＳＷ4はＩＧＢＴモジュールに限定されるものではなく、その他のスイッチング素子の場合もあり得る。
【００３９】
ブリッジ回路２０は、相対する２つのスイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4、ならびにスイッチング素子ＳＷ2およびＳＷ3を１組として、各スイッチング素子をこれらの組ごとに交互に導通もしくは非導通とするように動作する。例えば、全てのスイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3およびＳＷ4が非導通でなおかつパルス幅変更用インダクタ１０にエネルギーが蓄積されていない状態において、スイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4を導通とし、スイッチング素子ＳＷ2およびＳＷ3を非導通とすると、パルス幅変更用インダクタ１０およびトランス５０の１次巻線５１に電流ＩLが図中矢印方向から流れ込み、トランス５０の１次側に、すなわち主としてパルス幅変更用インダクタ１０に、エネルギーが徐々に蓄積されていく。蓄積されたエネルギーが所定量に達した時点でスイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4を非導通とすると、トランス５０の１次巻線５１およびパルス幅変更用インダクタ１０の合成インダクタに流れていた電流ＩLは遮断され、パルス幅変更用インダクタ１０に流れていた電流はトランス５０の１次巻線５１に流れ込み、トランス５０の２次巻線５２に誘導起電力が発生し、トランス５０の１次側のエネルギーは２次側に誘導される。これによりトランス５０の２次巻線５２の両端に高電圧パルスが発生する。このとき、誘導起電力の向きはトランス５０の１次巻線５１に電流ＩLが逆方向から流れ込むので、本明細書では便宜上、トランス５０の２次巻線５２の両端に発生する高電圧パルスの極性を「負」と定義する。
【００４０】
一方、全てのスイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3およびＳＷ4が非導通でなおかつパルス幅変更用インダクタ１０にエネルギーが蓄積されていない状態において、スイッチング素子ＳＷ2およびＳＷ3を導通とし、スイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4を非導通とすると、パルス幅変更用インダクタ１０およびトランス５０の１次巻線５１に電流ＩLが図中矢印方向とは逆方向から流れ込み、トランス５０の１次側に、すなわち主としてパルス幅変更用インダクタ１０に、エネルギーが徐々に蓄積されていく。蓄積されたエネルギーが所定量に達した時点でスイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4を非導通とすると、トランス５０の１次巻線５１およびパルス幅変更用インダクタ１０に流れていた電流ＩLは遮断され、パルス幅変更用インダクタ１０に流れていた電流はトランス５０の１次巻線５１に流れ込み、トランス５０の２次巻線５２に誘導起電力が発生する。このときの誘導起電力の向きは、トランス５０の１次巻線５１に電流ＩLが正方向から流れ込むので、前述の場合とは逆向きとなる。この結果、トランス５０の２次巻線５２の両端に発生する高電圧パルスの極性は、「正」となる。
【００４１】
本発明の第２の実施例による高電圧パルス発生回路２は電力回生機能を有しない。これは次の理由による。図２に示す高電圧パルス発生回路２において、ＩＧＢＴモジュールからなる各スイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3およびＳＷ4はダイオード成分Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3およびＤ4を有している。パルス幅変更用インダクタ１０に蓄えられたエネルギーをトランスの２次側に誘導するために、スイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4あるいはスイッチング素子ＳＷ2およびＳＷ3を導通から非導通へ切り替えると、ダイオード成分Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3およびＤ4の存在ゆえに、ブリッジ回路２０から直流電源６０の方向に電流（いわゆる帰還電流）が流れ始めようとする。より具体的には、スイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4を導通から非導通へ切り替えると、パルス幅変更用インダクタ１０に蓄えられたエネルギーに基づき、帰還電流が、ダイオードＤ2、パルス幅変更用インダクタ１０、およびダイオードＤ3を介して流れようとする。あるいはまた、スイッチング素子ＳＷ2およびＳＷ3を導通から非導通へ切り替えると、パルス幅変更用インダクタ１０に蓄えられたエネルギーにより、帰還電流が、ダイオードＤ4、パルス幅変更用インダクタ１０、およびダイオードＤ1を介して流れようとする。
【００４２】
上述のような帰還電流を阻止するために、ダイオードＤ5がブリッジ回路２０からの帰還電流を阻止する方向に接続される。しかしながら、このダイオードＤ5を設けることにより、結果としてパルス幅変更用インダクタ１０に蓄えられたエネルギーの一部を直流電源６０へ回生することができなくなる。
【００４３】
上述の第２の実施例に対し、本発明の第３の実施例は、電力回生機能を有する、両極性の高電圧パルスを発生するエネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路に係るものである。図３は、本発明の第３の実施例による高電圧パルス発生回路の回路図である。
【００４４】
図３に示すように、本発明の第３の実施例による高電圧パルス発生回路３は、ブリッジ回路２０と、ブリッジ回路２０の入力側に並列に接続されるパルス幅変更用インダクタ１０と、直流電源６０とパルス幅変更用インダクタ１０との電気的接続を開閉する切替手段であって、直流電源６０とパルス幅変更用インダクタ１０との電気的接続が確立した時には直流電源６０に対して順方向のみに電流を導通させる切替手段ＳＷ0と、切替手段ＳＷ0に並列に接続される電力回生用ダイオードＤ0と、を備える。切替手段ＳＷ0と電力回生用ダイオードＤ0とは、例えばＩＧＢＴモジュールを用いれば、一体のものとして実現することができる。なお、これ以外の回路構成要素については図２に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００４５】
切替手段ＳＷ0は、直流電源６０とパルス幅変更用インダクタ１０との電気的接続を開閉するものである。詳細については後述するが、切替手段ＳＷ0が閉じられて直流電源６０とパルス幅変更用インダクタ１０とが電気的に接続されたときは、パルス幅変更用インダクタ１０に電流が流入し、エネルギーが徐々に蓄えられていくことになる。本実施例では、切替手段ＳＷ0はＩＧＢＴモジュールとするが、切替手段ＳＷ0はＩＧＢＴモジュールに限定されるものではなく、高速スイッチング可能なものであればその他のものであってもよく、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯサイリスタモジュール、あるいはＳＩサイリスタモジュールなどであってもよい。あるいはまた複数のスイッチング素子の組み合わせで切替手段ＳＷ0を実現してもよい。切替手段ＳＷ0の短絡時すなわちＩＧＢＴの導通時には、直流電源６０に対して順方向のみに電流を導通させる向きに電流が流れるように、すなわち、図中、電流ＩSWが矢印方向に流れるように、ＩＧＢＴモジュールの接続の向きが定められる。
【００４６】
電力回生用ダイオードＤ0は、パルス幅変更用インダクタ１０に蓄えられたエネルギーの一部を直流電源６０に回生するために、切替手段ＳＷ0に並列に設けられる。
【００４７】
ブリッジ回路２０には、入力側に直流電源６０が接続され、出力側にトランス５０の１次巻線５１が接続される。ブリッジ回路２０は、スイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3およびＳＷ4の接続の向きが、図示のように定められる。すなわち、パルス幅変更用インダクタ１０に蓄えられたエネルギーに基づいて、電流ＩtがダイオードＤ5を介して図中矢印方向に流れてブリッジ回路２０内に流入する場合、導通状態にあるならば流入する電流にとって順方向となるよう、スイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3およびＳＷ4の接続の向きが定められる。ブリッジ回路２０は、相対する２つのスイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4、ならびにスイッチング素子ＳＷ2およびＳＷ3を１組として、各スイッチング素子をこれらの組ごとに交互に導通もしくは非導通とするように動作する。
【００４８】
図３に示す高電圧パルス発生回路３の動作原理を説明すると次の通りである。例えば、切替手段ＳＷ0が非導通でなおかつパルス幅変更用インダクタ１０にエネルギーが蓄積されていない状態において、切替手段ＳＷ0を導通とすると、パルス幅変更用インダクタ１０に電流ＩL’が図中矢印方向から流れ込み、パルス幅変更用インダクタ１０にエネルギーが徐々に蓄積されていく。なお、パルス幅変更用インダクタ１０にエネルギーを蓄積させている間は、スイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3およびＳＷ4は非導通状態であることが好ましい。
【００４９】
この蓄積されたエネルギーが所定量に達して切替手段ＳＷ0を導通から非導通に切り替える時点あるいはその直前に、ブリッジ回路２０内のスイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4の組あるいはスイッチング素子ＳＷ2およびＳＷ3の組のうちの、いずれか一方の組を導通に切り替え、もう一方の組については非導通とする。このとき、切替手段ＳＷ0が非導通になると、パルス幅変更用インダクタ１０とトランス５０の１次巻線５１とは、スイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ4の組あるいはスイッチング素子ＳＷ2およびＳＷ3の組のうちの導通状態にあるスイッチング素子の組を介して並列接続された関係になる。したがって、上述の第２の実施例の場合と同様に、パルス幅変更用インダクタ１０のエネルギーはトランス５０の２次側に誘導（すなわち転送）される。これによりトランス５０の２次巻線５２の両端に高電圧パルスが発生する。なお、第２の実施例の場合と同様に、スイッチング素子の組ごとに導通と非導通を切り替えることにより、トランス５０の２次巻線５２の両端に発生する高電圧パルスの極性を反転させることができる。高電圧パルスの極性が反転するときに、パルス幅変更用インダクタ１０に蓄えられたエネルギーの一部は、電力回生用ダイオードＤ0を介して直流電源６０側に回生される。
【００５０】
図４は、本発明の第３の実施例による高電圧パルス発生回路の変形例を示す回路図である。図３に示す高電圧パルス発生回路３においては、切替手段ＳＷ0および電力回生用ダイオードＤ0を前述のように接地電位側に設けたが、本変形例では、図４に示すように、これらを直流電源６０の高電位側に設ける。この場合も、切替手段ＳＷ0の短絡時すなわちＩＧＢＴの導通時には、直流電源６０に対して順方向のみに電流を導通させる向きに電流が流れるように、すなわち、図中、電流ＩSWが矢印方向に流れるように、ＩＧＢＴモジュールの接続の向きが定められる。一方、電力回生用ダイオードＤ0については、パルス幅変更用インダクタ１０に蓄えられたエネルギーの一部を前記直流電源に回生するために、切替手段ＳＷ0に並列に、かつ、図中、電流ＩSWが矢印方向の向きとは逆向きに流れるように、設けられる。なお、これ以外の回路構成要素については図３に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００５１】
なお、第２および第３の実施例についても、第１の実施例の場合と同様に、数１０μＨ以下のパルス幅変更用インダクタ１０は、空芯コイルからなるのが好ましい。また、第１〜第３の実施例におけるパルス幅変更用インダクタ１０を、インダクタンス可変のリアクトルとして実現してもよい。また、第１〜第３の実施例における直流電源６０を、上述したプラス電源ではなく、マイナス電源としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、単極性もしくは両極性の高電圧パルスを発生することができる誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路に適用することができる。本発明によれば、誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路が生成する高電圧パルスのパルス幅を、高電圧パルス発生回路内のトランスの設計を変更することなく、低コストで容易に変更することができる。
【００５３】
例えばガス発生、ガス分解、脱臭、プラズマ成膜、プラズマエッチング、あるいはレーザ発振など様々な処理に高電圧パルス放電によるプラズマが利用されているが、このプラズマ処理用に、誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路が利用される場合がある。このとき、高電圧パルス発生回路が発生する高電圧パルスのパルス幅を変更もしくは調整しなければならない事態が生じることがある。
【００５４】
例えば、プラズマ処理を用いてオゾンを生成する場合、オゾン生成効率は、高電圧パルス発生回路が発生する高電圧パルスのパルス幅に依存することが一般的に知られている。従来は、誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路が発生する高電圧パルスのパルス幅を変更するには、エネルギーを蓄積するためのトランスの１次巻線のインダクタンスを変更するといったトランスの大幅な設計変更を余儀なくされていた。しかしながら、本発明によれば、高電圧パルス発生回路内のトランスの１次巻線に対してパルス幅変更用インダクタを並列に付加することにより高電圧パルスのパルス幅を変更するので、従来のようなトランスの設計変更を伴わず、非常に低コストであるという効果を奏する。特に、いくつかのパルス幅について実験して最適なパルス幅を見つけ出すような場合に、本発明は非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施例による高電圧パルス発生回路の回路図である。
【図２】本発明の第２の実施例による高電圧パルス発生回路の回路図である。
【図３】本発明の第３の実施例による高電圧パルス発生回路の回路図である。
【図４】本発明の第３の実施例による高電圧パルス発生回路の変形例を示す回路図である。
【図５】従来の一般的な誘導エネルギー蓄積型の高電圧パルス発生回路の回路図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，２、３    高電圧パルス発生回路
１０    パルス幅変更用インダクタ
５０    トランス
５１    １次巻線
５２    ２次巻線
６０    直流電源
７０    平滑コンデンサ
ＳＷ0    切替手段
Ｄ0    電力回生用ダイオード
【図１】
2007181375.tif 000009
【図２】
2007181375.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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