(57)【要約】【課題】負荷から電流が帰還する場合にも採用可能であり、効率を著しく低下させることなく繰り返し周波数が高いパルス電圧を発生できるパルス発生回路を提供する。【解決手段】直流源は正極と負極との間に直流電圧を発生する。正極から負極へ至る導通経路には、誘導性素子と、スイッチ回路並列接続体とが挿入される。スイッチ回路並列接続体は、並列に接続される複数のスイッチ回路を備える。スイッチ回路は、駆動回路から入力された駆動信号に応じて導通経路を開閉する。駆動信号は導通経路を閉じてから開かせるオン動作を複数のスイッチ回路に順次に実行させる。誘導性素子にパルス電圧が発生するパルス電圧発生期間が導通経路を閉じてから開くまでのオン期間に続く。導通経路を開いてから閉じるまでのオフ期間はパルス電圧発生期間より長い。【選択図】図１
2012119961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス発生回路であって、
正極と負極との間に直流電圧を発生する直流源と、
前記正極から前記負極へ至る導通経路と、
前記導通経路に挿入される誘導性素子と、
並列に接続され入力された駆動信号に応じて前記導通経路を開閉する複数のスイッチ回路を備え、前記導通経路に挿入されるスイッチ回路並列接続体と、
前記導通経路を閉じてから開かせるオン動作を複数の前記スイッチ回路に順次に実行させる駆動信号を前記スイッチ回路に入力する駆動回路と
を備え、
前記スイッチ回路並列接続体が前記導通経路を閉じてから開くまでのオン期間に前記誘導性素子にパルス電圧が発生するパルス電圧発生期間が続き、
前記駆動回路は、前記導通経路を開いてから閉じるまでのオフ期間がパルス電圧発生期間より長い駆動信号を前記スイッチ回路に入力する
パルス発生回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス発生回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路（以下では「ＩＥＳ回路」という。）においては、直流源の正極から負極へ至る導通経路に、インダクタ、トランス等の誘導性素子と、スイッチング素子とが挿入される。ＩＥＳ回路において、スイッチング素子が導通経路を閉じると、導通経路に電流が流れ、誘導性素子に誘導エネルギーが蓄積される。また、ＩＥＳ回路において、誘導性素子に誘導エネルギーが蓄積された状態でスイッチング素子が導通経路を開くと、自己誘導又は相互誘導により誘導性素子にパルス電圧が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６５２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩＥＳ回路が発生するパルス電圧の繰り返し周波数を高くする一つめの手段は、適切な回路定数を選択し、スイッチング素子のスイッチング周波数を高くすることである。しかし、一つめの手段では、誘導性素子の漏れインダクタンス、スイッチング素子の損失等の影響により、パルス発生回路の効率が著しく低下する。
【０００５】
ＩＥＳ回路が発生するパルス電圧の繰り返し周波数を高くする二つめの手段は、特許文献１のように、複数のＩＥＳ回路を並列に接続し、パルス電圧の発生のタイミングをＩＥＳ回路ごとにずらずことである。しかし、二つめの手段では、複数のＩＥＳ回路同士の干渉を防ぐダイオードにより、負荷から帰還する電流が阻止される。したがって、負荷から電流が帰還する場合には二つめの手段は採用されない。
【０００６】
本発明は、これらの問題を解決するためになされる。本発明の目的は、負荷から電流が帰還する場合にも採用可能であり、効率を著しく低下させることなく繰り返し周波数が高いパルス電圧を発生できるパルス発生回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、パルス発生回路に向けられる。
【０００８】
パルス発生回路においては、直流源が正極と負極との間に直流電圧を発生する。正極から負極へ至る導通経路には、誘導性素子と、スイッチ回路並列接続体とが挿入される。スイッチ回路並列接続体は、並列に接続される複数のスイッチ回路を備える。スイッチ回路は、駆動回路から入力された駆動信号に応じて導通経路を開閉する。駆動信号は導通経路を閉じてから開かせるオン動作を複数のスイッチ回路に順次に実行させる。誘導性素子にパルス電圧が発生するパルス電圧発生期間が導通経路を閉じてから開くまでのオン期間に続く。導通経路を開いてから閉じるまでのオフ期間はパルス電圧発生期間より長い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、負荷から電流が帰還する場合にもパルス発生回路が採用可能になり、効率を著しく低下させることなく繰り返し周波数が高いパルス電圧を発生できる。
【００１０】
これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】パルス発生回路の回路図である。
【図２】駆動信号の時間変化を示すタイムチャートである。
【図３】駆動信号の時間変化を示すタイムチャートである。
【図４】駆動信号の時間変化を示すタイムチャートである。
【図５】パルス発生回路が出力する電圧の時間変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（パルス発生回路の概略）
図１は、本発明のひとつの実施形態のパルス発生回路の回路図である。
【００１３】
図１に示すように、パルス発生回路１００２は、直流源１００６と、トランス１００８と、スイッチ回路並列接続体１０１０と、駆動回路１０１２と、キャパシタ１０１４と、を備える。パルス発生回路１００２は、誘導性素子に蓄積された誘導エネルギーを短時間で放出する誘導エネルギー蓄積型の電源である。
【００１４】
バッテリ等からなる直流源１００６は、正極１０１６と負極１０１８との間に直流電圧を発生する。直流源１００６の正極１０１６から負極１０１８へ至る導通経路１０２０には、トランス１００８の１次側巻線１０２２と、スイッチ回路並列接続体１０１０とが挿入される。トランス１００８の１次側巻線１０２２の一端は直流源１００６の正極１０１６に接続され、トランス１００８の１次側巻線１０２２の他端はスイッチ回路並列接続体１０１０の一端に接続され、スイッチ回路並列接続体１０１０の他端は直流源１００６の負極１０１８に接続される。キャパシタ１０１４は、直流源１００６に並列に接続される。
【００１５】
スイッチ回路並列接続体１０１０が導通経路１０２０を閉じると、導通経路１０２０を電流が流れ、トランス１００８に誘導エネルギーが蓄積される。トランス１００８に誘導エネルギーが蓄積された状態でスイッチ回路並列接続体１０１０が導通経路１０２０を開くと、相互誘導によりトランスの２次側巻線１０２４にパルス電圧が発生する。したがって、トランス１００８の２次側巻線１０２４にパルス電圧が発生するパルス電圧発生期間は、スイッチ回路並列接続体１０１０が導通経路１０２０を閉じてから開くまでのオン期間に続く。
【００１６】
誘導性素子がトランス１００８であることは必須ではなく、トランス１００８の１次側巻線１０２２が挿入されている位置にインダクタが挿入され、インダクタの両端にパルス電圧を発生させてもよい。
【００１７】
トランスの２次側巻線１０２４に発生したパルス電圧は、トランス１００８の２次側巻線１０２４に並列に接続された放電体Ｄに印加される。放電体Ｄが対向する電極対等の容量性の負荷であって放電体Ｄにパルス電圧が印加されると放電体Ｄからパルス発生回路１００２へ電流が還流するキックバックが発生する場合であっても、パルス発生回路１００２は正常に動作する。
【００１８】
（スイッチ回路の駆動）
スイッチ回路並列接続体１０１０においては、複数のスイッチ回路１１００が並列に接続される。１番目，２番目，・・・，ｎ番目のスイッチ回路１１００は、それぞれ、入力された駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２，・・・，Ｓｉｇｎに応じて導通経路１０２０を開閉する。駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２，・・・，Ｓｉｇｎは独立しており、１番目，２番目，・・・，ｎ番目のスイッチ回路１１００は独立して駆動される。１番目，２番目，・・・，ｎ番目のスイッチ回路１１００の一部又は全部が導通経路１０２０を閉じると、導通経路１０２０は閉じられ、１番目，２番目，・・・，ｎ番目のスイッチ回路１１００の全部が導通経路１０２０を開くと、導通経路１０２０は開かれる。
【００１９】
駆動回路１０１２は、駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２，・・・，Ｓｉｇｎをそれぞれ１番目，２番目，・・・，ｎ番目のスイッチ回路１１００に入力し、導通経路１０２０を閉じてから開かせるオン動作を１番目，２番目，・・・，ｎ番目のスイッチ回路１１００に順次に実行させる。これにより、個々のスイッチ回路１１００のスイッチング周波数よりもパルス電圧の繰り返し周波数が高くなり、効率を著しく低下させることなく繰り返し周波数が高いパルス電圧を発生できる。
【００２０】
「順次に」とは、ｊ回目のオン期間において導通経路１０２０を閉じるスイッチ回路１１００とｊ回目のオン期間の次のｊ＋１回目のオン期間において導通経路１０２０を閉じるスイッチ回路１１００とが異なり、スイッチ回路１１００の数ｎに一致する回数ｎのオン期間が繰り返される間に複数のスイッチ回路１１００の全部が１回ずつ導通経路１０２０を閉じることをいう。
【００２１】
（スイッチ回路）
スイッチ回路１１００の各々は、ＳＩ（静電誘導）サイリスタ１１０２と、ＭＯＳＦＥＴ（酸化金属被膜電界効果トランジスタ）１１０４と、を備える。ＳＩサイリスタ１１０２のアノードは、トランス１００８の１次側巻線１０２２の他端に接続され、ＳＩサイリスタ１１０２のカソードはＭＯＳＦＥＴ１１０４のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１０４のソースは、直流源１００６の負極１０１８に接続される。ＳＩサイリスタ１１０２のゲートはダイオード１１０６を介してトランス１００８の１次側巻線１０２２の一端に接続される。ダイオード１１０６のアノードはＳＩサイリスタ１１０２のゲートに接続され、ダイオード１１０６のカソードはトランス１００８の１次側巻線１０２２の一端に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１０４のゲートには駆動回路１０１２から駆動信号Ｓｉｇｋ（ｋ＝１，２，・・・，ｎ）が入力される。
【００２２】
ＭＯＳＦＥＴ１１０４のゲートへのオン信号の入力が始まると、ＭＯＳＦＥＴ１１０４はターンオンする。ＭＯＳＦＥＴ１１０４がターンオンすると、ダイオード１１０６が逆バイアスされ、ダイオード１１０６を経由して微弱な電流がＳＩサイリスタ１１０２のゲートに流入し、サイリスタ１１０２もターンオンする。これにより、スイッチ回路１１００は導通経路１０２０を閉じる。
【００２３】
ＭＯＳＦＥＴ１１０４のゲートへのオン信号の入力が終わると、ＭＯＳＦＥＴ１１０４はターンオフし、トランス１００８の１次側巻線１０２２に流れていた電流がＳＩサイリスタ１１０２のゲートへ転流してＳＩサイリスタ１１０２も高速にターンオフし、スイッチ回路１１００は高速に導通経路１０２０を開く。
【００２４】
図１に示すスイッチ回路１１００には、立ち上がりが早いパルス電圧を発生できるという利点があるが、図１に示すスイッチ回路１１００に代えて他の種類のスイッチ回路が採用されてもよい。
【００２５】
（パルス発生回路の動作）
図２から図５までは、それぞれ、駆動信号Ｓｉｇ１、駆動信号Ｓｉｇ２、駆動信号Ｓｉｇｎ及びパルス発生回路１００２が出力する電圧Ｖｏのタイミングｔ1からｔ2n+1までの一周期の時間変化を示す。
【００２６】
タイミングｔ1からｔ2までの１番目のスイッチ回路１１００のオン期間ＯＮ１には、図２に示すように、１番目のスイッチ回路１１００にオン信号が入力され、導通経路１０２０を電流が流れ、トランス１００８に誘導エネルギーが蓄積される。
【００２７】
導通経路１０２０が閉じた状態から開いた状態へ変化するタイミングｔ2には、図５に示すように、電圧Ｖｏが負方向に急激に上昇し始め、パルス電圧Ｐ１が発生する。
【００２８】
タイミングｔ3からｔ4までの２番目のスイッチ回路１１００のオン期間ＯＮ２には、図３に示すように、２番目のスイッチ回路１１００にオン信号が入力され、トランス１００８に誘導エネルギーが蓄積される。
【００２９】
導通経路１０２０が閉じた状態から開いた状態へ変化するタイミングｔ4には、図５に示すように、電圧Ｖｏが負方向に急激に上昇し始め、パルス電圧Ｐ２が発生する。
【００３０】
同様に、３番目，４番目，・・・，ｎ−１番目のスイッチ回路１１００のオン期間には、それぞれ、３番目，４番目，・・・，ｎ−１番目のスイッチ回路１１００にオン信号が入力され、トランス１００８に誘導エネルギーが蓄積される。そして、導通経路１０２０が閉じた状態から開いた状態へ変化するタイミングには、パルス電圧が発生する。
【００３１】
一周期の最後のタイミングｔ2n-1からｔ2nまでのｎ番目のスイッチ回路１１００のオン期間ＯＮｎには、図４に示すように、ｎ番目のスイッチ回路１１００にオン信号が入力され、トランス１００８に誘導エネルギーが蓄積される。
【００３２】
導通経路１０２０が閉じた状態から開いた状態へ変化するタイミングｔ2nには、図５に示すように、電圧Ｖｏが負方向に急激に上昇し始め、パルス電圧Ｐｎが発生する。
【００３３】
導通経路１０２０を開いてから閉じるまでのオフ期間ＯＦＦはパルス電圧発生期間ＰＬより長く設定される。これにより、蓄積された誘導エネルギーが終わらないうちに新たな誘導エネルギーの蓄積が始まることが抑制される。
【００３４】
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。したがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。
【符号の説明】
【００３５】
１００２  パルス発生回路
１００６  直流源
１００８  トランス
１０１０  スイッチ回路並列接続体
１０１２  駆動回路
１０２０  導通経路
１１００  スイッチ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012119961.tif 000005
【図４】
2012119961.tif 000006
【図５】
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