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技術 パルス発生回路

出願人 株式会社末松電子製作所
発明者 末松謙一甲田忠渡邉将志遊亀加奈惠西本理恵道家沙耶豊永大樹
出願日 2016年8月25日 (5年1ヶ月経過) 出願番号 2016-164946
公開日 2018年3月1日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2018-033261
状態 特許登録済
技術分野 DC‐DCコンバータ 衝撃電圧、衝撃電流の発生他
主要キーワード 比較形態 予備容量 残存電圧 磁気スイッチ 電圧時間積 高速ダイオード 可飽和トランス 電源効率
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

負荷を破損させるおそれがないパルス発生回路を提供する。

解決手段

パルス発生回路1は、所定の電圧まで充電可能な第1のコンデンサ5と、第1のコンデンサ5に電気的に接続された絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6と、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の一端と電気的に接続された第2のコンデンサ7と、一対の出力端子8と、パルストランス4Aの1次側巻線10の一端と電気的に接続された第1の磁気スイッチ9と、第2のコンデンサ7と電気的に接続されており、かつ、出力端子8から出力されたパルス状電圧の値が最大値に達した場合に、第2のコンデンサ7に充電された電圧を減少可能な第2の磁気スイッチ12とを備える。

概要

背景

オゾンは、フッ素に次ぐ強い酸化作用があり、殺菌、ウィルス不活化脱臭、脱色、有機物の除去などに利用されている。

このようなオゾンを発生させる方法の一つとして、誘電体バリア放電がある。誘電体バリア放電は、絶縁体である誘電体を介して気体交流電圧印加し、気体中に放電を起こすタイプの放電である。
交流電圧だと負荷発熱が大きく、冷却が必要になるため、交流電圧の代わりにパルス状の電圧を印加し、負荷の発熱を抑えることが検討されている。

また、パルス状の電圧を印加するためのパルス発生回路として、従来、様々なものが提案されている。

例えば特許文献1には、図11に示すようなパルス発生回路が記載されている。
すなわち、特許文献1に記載のパルス発生回路100は、トランス112と、トランス112の一次側に接続された直流電源部114と、トランス112の二次側に接続された放電負荷116とを備える。

また、特許文献1に記載のパルス発生回路100は、トランス112の一次巻線118と直流電源部114との間に接続され、逆並列で接続されたダイオード120を有する半導体スイッチ122と、半導体スイッチ122をオンオフ制御して、半導体スイッチ122のオン動作オフ動作とを繰り返す駆動回路124とを備える。

また、直流電源部114は、直流電源126とコンデンサ128(容量C1)とが並列に接続されて構成されている。
また、半導体スイッチ122は、ダイオード120が内蔵されたSiC−MOSFET132を有する。

また、駆動回路124は、半導体スイッチ122をオン/オフ制御するための制御信号Scを生成する制御信号生成回路134と、バッファ136とを有する。

また、半導体スイッチ122のゲートには、制御信号生成回路134からの制御信号Scがバッファ136を介してゲート電圧Vgとして印加され、半導体スイッチ122のオンおよびオフが制御される。

また、放電負荷116は、トランス112の二次側に接続された一対の電極と、一対の電極の間に介在する処理空間とで構成され、これに予備容量を接続することが好ましい旨が特許文献1に記載されている。

概要

負荷を破損させるおそれがないパルス発生回路を提供する。パルス発生回路1は、所定の電圧まで充電可能な第1のコンデンサ5と、第1のコンデンサ5に電気的に接続された絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6と、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の一端と電気的に接続された第2のコンデンサ7と、一対の出力端子8と、パルストランス4Aの1次側巻線10の一端と電気的に接続された第1の磁気スイッチ9と、第2のコンデンサ7と電気的に接続されており、かつ、出力端子8から出力されたパルス状電圧の値が最大値に達した場合に、第2のコンデンサ7に充電された電圧を減少可能な第2の磁気スイッチ12とを備える。

目的

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、負荷を破損させるおそれがないパルス発生回路を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電圧を昇圧可能な昇圧トランスと、充電可能な第1のコンデンサと、制御信号に基づいてオンおよびオフにする制御が可能であり、かつ、前記第1のコンデンサに充電された電圧を前記昇圧トランスの1次側巻線送出可能なトランジスタと、前記昇圧トランスの2次側巻線と電気的に接続されており、かつ、同昇圧トランスから送出された電流で充電可能な第2のコンデンサと、該第2のコンデンサと電気的に接続されており、かつ、同第2のコンデンサに充電された電圧を外部へパルス状に出力可能出力端子と、前記第2のコンデンサと電気的に接続されており、かつ、前記出力端子から出力されたパルス状電圧の値が所定の値に達した場合に、同第2のコンデンサに充電された電圧を減少可能な磁気スイッチとを備えるパルス発生回路

請求項2

前記昇圧トランスは可飽和トランスを有し、前記トランジスタは、前記可飽和トランスが飽和したときにオフにする制御が可能である請求項1に記載のパルス発生回路。

請求項3

前記磁気スイッチは、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとを電気的に連結しており、前記磁気スイッチと電気的に直列で接続されており、かつ、前記第1のコンデンサから前記第2のコンデンサへの電圧の送出を阻止可能なダイオードを備える請求項1または請求項2に記載のパルス発生回路。

請求項4

前記トランジスタは、SiC−MOSFETである請求項1、請求項2または請求項3に記載のパルス発生回路。

技術分野

0001

本発明はパルス発生回路に関する。詳しくは、例えば誘電体バリア放電を行うためのパルス発生回路に係るものである。

背景技術

0002

オゾンは、フッ素に次ぐ強い酸化作用があり、殺菌、ウィルス不活化脱臭、脱色、有機物の除去などに利用されている。

0003

このようなオゾンを発生させる方法の一つとして、誘電体バリア放電がある。誘電体バリア放電は、絶縁体である誘電体を介して気体交流電圧印加し、気体中に放電を起こすタイプの放電である。
交流電圧だと負荷発熱が大きく、冷却が必要になるため、交流電圧の代わりにパルス状の電圧を印加し、負荷の発熱を抑えることが検討されている。

0004

また、パルス状の電圧を印加するためのパルス発生回路として、従来、様々なものが提案されている。

0005

例えば特許文献1には、図11に示すようなパルス発生回路が記載されている。
すなわち、特許文献1に記載のパルス発生回路100は、トランス112と、トランス112の一次側に接続された直流電源部114と、トランス112の二次側に接続された放電負荷116とを備える。

0006

また、特許文献1に記載のパルス発生回路100は、トランス112の一次巻線118と直流電源部114との間に接続され、逆並列で接続されたダイオード120を有する半導体スイッチ122と、半導体スイッチ122をオンオフ制御して、半導体スイッチ122のオン動作オフ動作とを繰り返す駆動回路124とを備える。

0007

また、直流電源部114は、直流電源126とコンデンサ128(容量C1)とが並列に接続されて構成されている。
また、半導体スイッチ122は、ダイオード120が内蔵されたSiC−MOSFET132を有する。

0008

また、駆動回路124は、半導体スイッチ122をオン/オフ制御するための制御信号Scを生成する制御信号生成回路134と、バッファ136とを有する。

0009

また、半導体スイッチ122のゲートには、制御信号生成回路134からの制御信号Scがバッファ136を介してゲート電圧Vgとして印加され、半導体スイッチ122のオンおよびオフが制御される。

0010

また、放電負荷116は、トランス112の二次側に接続された一対の電極と、一対の電極の間に介在する処理空間とで構成され、これに予備容量を接続することが好ましい旨が特許文献1に記載されている。

先行技術

0011

特開2014‐36502号公報

発明が解決しようとする課題

0012

しかしながら、特許文献1に記載のパルス発生回路において予備容量を接続しても、予備容量に余分な電圧が残ってしまい、放電負荷に付与する高電圧パルステールが付いて、時間が経つと放電負荷を破損させてしまうので、正常な放電を行うことができなくなる。

0013

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、負荷を破損させるおそれがないパルス発生回路を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0014

上記の目的を達成するために、本発明のパルス発生回路は、電圧を昇圧可能な昇圧トランスと、充電可能な第1のコンデンサと、制御信号に基づいてオンおよびオフにする制御が可能であり、かつ、前記第1のコンデンサに充電された電圧を前記昇圧トランスの1次側巻線送出可能なトランジスタと、前記昇圧トランスの2次側巻線と電気的に接続されており、かつ、同昇圧トランスから送出された電流で充電可能な第2のコンデンサと、該第2のコンデンサと電気的に接続されており、かつ、同第2のコンデンサに充電された電圧を外部へパルス状に出力可能出力端子と、前記第2のコンデンサと電気的に接続されており、かつ、前記出力端子から出力されたパルス状電圧の値が所定の値に達した場合に、同第2のコンデンサに充電された電圧を減少可能な磁気スイッチとを備える。

0015

ここで、電圧を昇圧可能な昇圧トランスによって、電圧を高くすることができる。

0016

また、第2のコンデンサと電気的に接続されており、かつ、出力端子から出力されたパルス状電圧の値が所定の値に達した場合に、第2のコンデンサに充電された電圧を減少可能な磁気スイッチによって、第2のコンデンサに余分な電圧が残り難いため、発生させた高電圧パルスにテールが付かず、出力端子から出力される電圧のパルス幅を短くすることができる。

0017

また、本発明のパルス発生回路において、昇圧トランスは可飽和トランスを有し、トランジスタは、可飽和トランスが飽和したときにオフにする制御が可能であるものとすることができる。

0018

この場合、昇圧トランスが電圧を昇圧中は第1のコンデンサに充電された電圧を送出でき、昇圧トランスが電圧を昇圧しなくなったときには第1のコンデンサに充電された電圧を送出しなくなるので、第1のコンデンサに充電された電圧を昇圧のために効率よく消費することができる。

0019

さらに、本発明のパルス発生回路において、磁気スイッチは、第1のコンデンサと第2のコンデンサとを電気的に連結しており、本発明のパルス発生回路は、磁気スイッチと電気的に直列で接続されており、かつ、第1のコンデンサから第2のコンデンサへの電圧の送出を阻止可能なダイオードを備えるものとすることができる。

0020

この場合、第2のコンデンサに余分な電圧をさらに残り難くすると共に、第1のコンデンサに残った電圧が第2のコンデンサへ移らないようにすることができ、さらに消費電力を抑えることができる。

0021

また、本発明のパルス発生回路において、トランジスタは、SiC−MOSFETであるものとすることができる。

0022

この場合、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの場合よりもトランジスタのオフ動作が速いので、第1のコンデンサの残存電圧が低くなるということを防いだり、第1のコンデンサに電圧が残らないということを防いだりできる。

発明の効果

0023

本発明に係るパルス発生回路は、負荷を破損させるおそれがない。

図面の簡単な説明

0024

本発明を適用したパルス発生回路の第1の実施形態を示す概略図である。
図1に示した本発明のパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
本発明を適用したパルス発生回路の第2の実施形態を示す概略図である。
図3に示した本発明のパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
本発明を適用したパルス発生回路の第3の実施形態を示す概略図である。
図5に示した本発明のパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
一般的なパルス発生回路の第1の例を示す概略図である。
図7に示したパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
一般的なパルス発生回路の第2の例を示す概略図である。
図9に示したパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
従来のパルス発生回路を示す概略図である。

実施例

0025

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し、本発明の理解に供する。

0026

<第1の実施形態>
図1は、本発明を適用したパルス発生回路の第1の実施形態を示す概略図である。

0027

図1に示す本発明のパルス発生回路1は、第1の回路領域2と第2の回路領域3を備える。ここで、第1の回路領域2と第2の回路領域3は互いに、電圧を昇圧可能な昇圧トランス4を介して電気的に接続されている。

0028

また、昇圧トランス4は、1次側巻線10および2次側巻線11を有するパルストランス(PT)4Aと、1次側巻線17および2次側巻線18を有し、かつ、パルストランス4Aの2次側巻線11に1次側巻線17が電気的に接続された可飽和トランス(ST)4Bとで構成されている。

0029

また、可飽和トランス4Bは、飽和するまで、すなわちオフの間、トランスとして機能し、昇圧を行う。
一方、可飽和トランス4Bは、飽和すると、すなわちオンになると、トランスとして機能しなくなり、昇圧を行なわなくなる。

0030

また、パルストランス4Aの1次側巻線10と2次側巻線11の巻数比は、通常の巻数比を適用できるが、1次側巻線10と2次側巻線11の巻数比は例えば1:4であるものとすることができる。

0031

また、可飽和トランス4Bの1次側巻線17と2次側巻線18の巻数比は、1次側巻線17の巻数の方が2次側巻線18の巻数よりも少ないのであれば、どのような巻数比であってもよいが、例えば1次側巻線17と2次側巻線18の巻数比は例えば2:5であるものとすることができる。

0032

また、本発明のパルス発生回路1の第1の回路領域2は、所定の電圧まで充電される第1のコンデンサ(C0)5と、第1のコンデンサ5の両端に電気的に接続されており第1のコンデンサ5を充電可能な充電器13とを有する。

0033

また、本発明のパルス発生回路1の第1の回路領域2は、パルストランス4Aの1次側巻線10の一端と電気的に接続された第1の磁気スイッチ(SI0)9を有する。

0034

また、本発明のパルス発生回路1の第1の回路領域2は、パルストランス4Aの1次側巻線10の他端と電気的に接続された絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)6を有する。
ここで、絶縁ゲートバイポーラトランジスタはトランジスタの一例である。

0035

また、第1の磁気スイッチ9の、パルストランス4Aに接続された側とは反対側が、第1のコンデンサ5の一端と電気的に接続されている。

0036

また、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6の、パルストランス4Aに接続された側とは反対側が、第1のコンデンサ5の他端と電気的に接続されている。
また、図1に示すように、第1のコンデンサ5の他端側は接地されている。

0037

また、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6は、制御信号に基づいてオンおよびオフにする制御が可能であり、かつ、第1のコンデンサ5に充電された電圧をパルストランス4Aの1次側巻線10へ送出可能である。

0038

また、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6は、可飽和トランス4Bが飽和したときにオフにする制御が可能であるが、SiC−MOSFETよりもオフになる動作が遅い。

0039

また、本発明のパルス発生回路1は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6をオンおよびオフに制御するための制御信号を絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6へ送出可能な制御回路14を備える。

0040

また、本発明のパルス発生回路1の第2の回路領域3は、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の一端と電気的に接続された第2のコンデンサ(C1)7を有する。
また、第2のコンデンサ7は、可飽和トランス4Bの2次側巻線18から送出された電流で充電可能である。

0041

また、本発明のパルス発生回路1の第2の回路領域3は、所定の間隔を設けて配置された一対の出力端子8を有する。
すなわち、一対の出力端子8間には空間が形成されている。

0042

ここで、一方の出力端子8は、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の他端と電気的に接続されている。
また、他方の出力端子8は、第2のコンデンサ7の、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の一端に接続された側とは反対側と電気的に接続されている。

0043

また、一対の出力端子8は、第2のコンデンサ7に充電された電圧を外部へパルス状に出力可能である。
すなわち、一対の出力端子8は、一対の出力端子8間に形成された空間にパルス状電圧を出力可能である。

0044

また、一対の出力端子8間に形成された空間には、昇圧されたパルス状電圧が印加される対象となる負荷15が、出力端子8と電気的に接続されて配置されている。

0045

ここで負荷15は、一対の出力端子8にそれぞれ電気的に接続された一対の電極19と、一対の電極19それぞれの片側を覆うように取付けられた一対のガラスなどの絶縁物20とで構成されている。
また、図1に示すように、一対の絶縁物20間には空間が形成されている。

0046

また、本発明のパルス発生回路1の第2の回路領域3は、図1に示すように一対の出力端子8と電気的に並列に接続された高速ダイオード(FRD)16を有する。
また、図1に示すように、高速ダイオード16の一端側は接地されている。

0047

また、本発明のパルス発生回路1は、第2の磁気スイッチ(SI1)12を備える。
ここで、第2の磁気スイッチ12は、第2のコンデンサ7と電気的に並列に接続されており、かつ、出力端子8から出力されたパルス状電圧の値が所定の値例えば最大値に達した場合に、第2のコンデンサ7に充電された電圧を減少可能、具体的には第2のコンデンサ7に蓄積されたエネルギーを消費可能である。

0048

また、本発明のパルス発生回路において、絶縁ゲートバイポーラトランジスタすなわちトランジスタは、必ずしも可飽和トランスが飽和したときにオフにする制御が可能でなくてもよい。

0049

しかし、トランジスタが、可飽和トランスが飽和したときにオフにする制御が可能であれば、昇圧トランスが電圧を昇圧中は第1のコンデンサに充電された電圧を送出でき、昇圧トランスが電圧を昇圧しなくなったときには第1のコンデンサに充電された電圧を送出しなくなるので、第1のコンデンサが蓄えたエネルギーを出力パルス発生のためだけに使用するので電源効率が良くなり、好ましい。

0050

また、磁気スイッチは、出力端子から出力されたパルス状電圧の値が、例えば電圧時間積0.001〜0.002Vsに達した場合に、第2のコンデンサが蓄積したエネルギーを消費可能であるものとすることができる。

0051

次に、図1に示した本発明のパルス発生回路1がパルス状電圧を負荷15に印加するときの状況を、図1および図2を参照しながら説明する。

0052

図2は、図1に示した本発明のパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
図2に示すグラフにおいて、縦軸電圧値および電流値を示し、横軸は経過時間(秒)を示す。

0053

充電器13が第1のコンデンサ5への充電を開始すると、第1のコンデンサ5は、所定の電圧まで充電される。
第1のコンデンサ5が所定の電圧まで充電されると、第1のコンデンサ5への充電が終了する。

0054

第1のコンデンサ5が所定の電圧まで充電された後、制御回路14から制御信号が絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6へ送出され、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6がオンに制御され、その後、第1の磁気スイッチ9もオンになる(ステップ1A)。

0055

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6と第1の磁気スイッチ9がオンになると、第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)が、パルストランス4Aの1次側巻線10へ送出され、図2に示すように第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)の値は減少する。

0056

第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)の値の減少と共に、図1に示すように本発明のパルス発生回路1の第1の回路領域2に、第1のパルス電流(I0)が流れる。
また、第1のパルス電流(I0)が流れることと同期して、本発明のパルス発生回路1の第2の回路領域3に、第2のパルス電流(I0´)が流れる。
また、第2のパルス電流(I0´)が流れると、第2のコンデンサ7が充電され、図2に示すように第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値が徐々に増加する(ステップ1B)。

0057

一方、第2のコンデンサ7が充電されている途中に、可飽和トランス4Bが飽和し、高速ダイオード16に急峻な逆電流が流れる(ステップ1C)。
すなわち、図2に示すように第2のパルス電流(I0´)の値を示す線が、急峻にグラフの下方へと延び始め、ゼロ基準線36を越えて図2のグラフの上側のプロット領域とは反対側の下側のプロット領域に達する。

0058

なお、図2に示すように逆電流が流れ始めた直後は、まだ順電流の方が多いため、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値は増加を続けるが、第2のパルス電流(I0´)の値を示す線が、ゼロ基準線36を越えて図2のグラフの上側のプロット領域とは反対側の下側のプロット領域に存在している間は、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値は減少を続ける。

0059

高速ダイオード16に急峻な逆電流が流れると、高速ダイオード16が高速で逆電流を遮断するので、一対の出力端子8からパルス状に電圧が出力され、負荷15に電圧(VL)が印加される(ステップ1D)。この電圧が1発目高電圧のパルス状電圧である。

0060

すなわち、逆電流が遮断されると、図2に示すように、第2のパルス電流(I0´)の値を示す線が反転して急峻にグラフの上方へと延び始めるのと同時に、パルス状電圧(VL)の値を示す線が上方へと延び始める。
また、反転した第2のパルス電流(I0´)の値を示す線はゼロ基準線36にまで達する。

0061

そして、図2に示すように、反転した第2のパルス電流(I0´)の値を示す線がゼロ基準線36に到達したときに、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値は最大値となる。

0062

ここで、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)は下記の式で表される。
VL={L(di/dt)+VC1}

0063

「dt」は、第2のパルス電流(I0´)の値を示す線がグラフの上方へ延び始めてからゼロ基準線36に達するまでの経過時間であり、「di」は、「第2のパルス電流(I0´)の値を示す線がグラフの上方へ延び始めたときの第2のパルス電流(I0´)の値」と「第2のパルス電流(I0´)の値を示す線がゼロ基準線36に到達したときの第2のパルス電流(I0´)の値」との差分である。
また、「L」はインダクタンスである。

0064

また、「L(di/dt)」は、飽和後の可飽和トランス4Bに流れる電流変化(di/dt)により、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の両端に発生する電圧である。

0065

次に、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値が最大値に達したときに、第2の磁気スイッチ12が飽和する(ステップ1E)。

0066

第2の磁気スイッチ12が飽和すると、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)を、第2の磁気スイッチ12が放電する、すなわち磁気スイッチ12が消費するので、図2に示すように、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線は負荷によらずゼロ基準線36まで急峻に立ち下がる(ステップ1F)。

0067

また、第2の磁気スイッチ12が、第2のコンデンサ7に蓄積されたエネルギーを消費するので、第2のコンデンサ7には電圧は残らない(ステップ1G)。

0068

また、ステップ1Aからステップ1Gまで進む間も、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6と第1の磁気スイッチ9はオンの状態のままであるので、図2に示すように、第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)の値は減少を続けている。
そして、第1のコンデンサ5に充電されていた電圧(VCO)はゼロになる。

0069

また、第1のコンデンサ5の電圧がゼロになった後、第1の磁気スイッチ9はオフになり、その後、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ6をオフにする(ステップ1H)。
そして、再び充電器13が第1のコンデンサ5への充電を開始し、ステップ1A〜ステップ1Gが行われ、2発目の高電圧のパルス状電圧(VL)を負荷15へ印加する(ステップ1J)。

0070

また、出力されるパルス状電圧の周期Tは制御回路14の制御信号によって自由に可変できる。

0071

このように、第2のコンデンサ7に蓄積されたエネルギーを、第2の磁気スイッチ12が消費するので、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線はゼロ基準線36まで急峻に立ち下がり、出力端子から出力される電圧のパルス幅を短くすることができる。
また、第2のコンデンサ7には電圧は残らないので、発生させた高電圧パルスにテールが付かない。
その結果、負荷15における放電が安定し、放電により発生する物質例えばオゾンも安定する。

0072

<第2の実施形態>
図3は、本発明を適用したパルス発生回路の第2の実施形態を示す概略図である。

0073

図3に示す本発明のパルス発生回路21は、第1の回路領域22と第2の回路領域23を備える。ここで、第1の回路領域22と第2の回路領域23は互いに、電圧を昇圧可能な昇圧トランス4を介して電気的に接続されている。
昇圧トランス4の構成は第1の実施形態で使用された昇圧トランスの構成と同じなので、昇圧トランス4の構成の説明を省略する。

0074

また、本発明のパルス発生回路21の第1の回路領域22は、所定の電圧まで充電される第1のコンデンサ(C0)5と、第1のコンデンサ5の両端に電気的に接続されており第1のコンデンサ5を充電可能な充電器13とを有する。

0075

なお、本発明の第2の実施形態のパルス発生回路21は、本発明の第1の実施形態のパルス発生回路と異なり、パルストランス4Aの1次側巻線10の一端と電気的に接続された磁気スイッチを有していない。

0076

また、パルストランス4Aの1次側巻線10の一端と第1のコンデンサ5の一端とが電気的に接続されている。

0077

また、本発明のパルス発生回路21の第1の回路領域22は、パルストランス4Aの1次側巻線10の他端と電気的に接続されたSiC−MOSFET24を有する。
ここで、SiC−MOSFETはトランジスタの一例である。

0078

また、SiC−MOSFET24の、パルストランス4Aに接続された側とは反対側が、第1のコンデンサ5の他端と電気的に接続されている。
また、図3に示すように、第1のコンデンサ5の他端側は接地されている。

0079

また、SiC−MOSFET24は、制御信号に基づいてオンおよびオフにする制御が可能であり、かつ、第1のコンデンサ5に充電された電圧をパルストランス4Aの1次側巻線10へ送出可能である。

0080

また、SiC−MOSFET24は、可飽和トランス4Bが飽和したときにオフにする制御が可能である。

0081

また、本発明のパルス発生回路21は、SiC−MOSFET24をオンおよびオフに制御するための制御信号をSiC−MOSFET24へ送出可能な制御回路14を備える。

0082

また、本発明のパルス発生回路21の第2の回路領域23は、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の一端と電気的に接続された第2のコンデンサ(C1)7を有する。
また、第2のコンデンサ7は、可飽和トランス4Bの2次側巻線18から送出された電流で充電可能である。

0083

また、本発明のパルス発生回路21の第2の回路領域23は、所定の間隔を設けて配置された一対の出力端子8を有する。
すなわち、一対の出力端子8間には空間が形成されている。

0084

ここで、一方の出力端子8は、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の他端と電気的に接続されている。
また、他方の出力端子8は、第2のコンデンサ7の、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の一端に接続された側とは反対側と電気的に接続されている。

0085

また、一対の出力端子8は、第2のコンデンサ7に充電された電圧を外部へパルス状に出力可能である。
すなわち、一対の出力端子8は、一対の出力端子8間に形成された空間にパルス状電圧を出力可能である。

0086

また、一対の出力端子8間に形成された空間には、昇圧されたパルス状電圧が印加される対象となる負荷15が、出力端子8と電気的に接続されて配置されている。
負荷15の構成は第1の実施形態で使用された負荷の構成と同じなので、負荷15の構成の説明を省略する。

0087

また、本発明のパルス発生回路21の第2の回路領域23は、図3に示すように一対の出力端子8と電気的に並列に接続された高速ダイオード(FRD)16を有する。
また、図3に示すように、高速ダイオード16の一端側は接地されている。

0088

また、本発明のパルス発生回路21は、磁気スイッチ(SI1)25を備える。
ここで、磁気スイッチ25は、第2のコンデンサ7と電気的に並列に接続されており、かつ、出力端子8から出力されたパルス状電圧の値が所定の値例えば最大値に達した場合に、第2のコンデンサ7が蓄積したエネルギーを消費可能である。

0089

次に、図3に示した本発明のパルス発生回路21がパルス状電圧を負荷15に印加するときの状況を、図3および図4を参照しながら説明する。

0090

図4は、図3に示した本発明のパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
図4に示すグラフにおいて、縦軸は電圧値および電流値を示し、横軸は経過時間(秒)を示す。

0091

充電器13が第1のコンデンサ5への充電を開始すると、第1のコンデンサ5は、所定の電圧まで充電される。
第1のコンデンサ5が所定の電圧まで充電されると、第1のコンデンサ5への充電が終了する。

0092

第1のコンデンサ5が所定の電圧まで充電された後、制御回路14から制御信号がSiC−MOSFET24へ送出され、SiC−MOSFET24がオンに制御され、第1のコンデンサ5から第1のパルス電流(I0)が流れる(ステップ21A)。

0093

SiC−MOSFET24がオンになると、第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)が、パルストランス4Aの1次側巻線10へ送出され、図4に示すように第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)の値は減少する。

0094

また、第1のパルス電流(I0)が流れることと同期して、本発明のパルス発生回路21の第2の回路領域23に、第2のパルス電流(I0´)が流れる。
また、第2のパルス電流(I0´)が流れると、第2のコンデンサ7が充電され、図4に示すように第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値が徐々に増加する(ステップ21B)。

0095

一方、第2のコンデンサ7が充電されている途中に、可飽和トランス4Bが飽和し、高速ダイオード16に急峻な逆電流が流れる(ステップ21C)。
すなわち、図4に示すように第2のパルス電流(I0´)の値を示す線が、急峻にグラフの下方へと延び始め、ゼロ基準線36を越えて図4のグラフの上側のプロット領域とは反対側の下側のプロット領域に達する。

0096

また、可飽和トランス4Bの飽和に併せてSiC−MOSFET24をオフにし、図4に示すように第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)の値の減少が止まり、第1のコンデンサ5に電圧(VCO)が残る(ステップ21C)。

0097

なお、図4に示すように逆電流が流れ始めた直後は、まだ順電流の方が多いため、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値は増加を続けるが、第2のパルス電流(I0´)の値を示す線が、ゼロ基準線36を越えて図4のグラフの上側のプロット領域とは反対側の下側のプロット領域に存在している間は、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値は減少を続ける。

0098

高速ダイオード16に急峻な逆電流が流れると、高速ダイオード16が高速で逆電流を遮断するので、一対の出力端子8からパルス状に電圧が出力され、負荷15に電圧(VL)が印加される(ステップ21D)。この電圧が1発目の高電圧のパルス状電圧である。

0099

すなわち、逆電流が遮断されると、図4に示すように、第2のパルス電流(I0´)の値を示す線が反転して急峻にグラフの上方へと延び始めるのと同時に、パルス状電圧(VL)の値を示す線が上方へと延び始める。
また、反転した第2のパルス電流(I0´)の値を示す線はゼロ基準線36にまで達する。

0100

そして、図4に示すように、反転した第2のパルス電流(I0´)の値を示す線がゼロ基準線36に到達したときに、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値は最大値となる。

0101

ここで、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)は、第1の実施形態と同様に下記の式で表される。
VL={L(di/dt)+VC1}

0102

次に、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値が最大値に達したときに、磁気スイッチ25が飽和する(ステップ21E)。

0103

磁気スイッチ25が飽和すると、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)を、磁気スイッチ25が消費するので、図4に示すように、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線は負荷によらずゼロ基準線36まで急峻に立ち下がる(ステップ21F)。

0104

また、磁気スイッチ25が、第2のコンデンサ7に蓄積されたエネルギーを消費するので、第2のコンデンサ7には電圧は残らない(ステップ21G)。

0105

そして、再び充電器13が第1のコンデンサ5への充電を開始し、ステップ21A〜ステップ21Gが行われ、2発目の高電圧のパルス状電圧(VL)を負荷15へ印加する(ステップ21H)。

0106

また、出力されるパルス状電圧の周期Tは制御回路14の制御信号によって自由に可変できる。

0107

このように、第2のコンデンサ7に蓄積されたエネルギーを、磁気スイッチ25が消費するので、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線はゼロ基準線36まで急峻に立ち下がり、出力端子から出力される電圧のパルス幅を短くすることができる。
また、第2のコンデンサ7には電圧は残らないので、発生させた高電圧パルスにテールが付かない。
その結果、負荷15における放電が安定し、放電により発生する物質例えばオゾンも安定する。

0108

さらに、第1の実施形態と異なり、第1のコンデンサ5に電圧が残るので、2発目以降のパルス状電圧を印加するときには、第1のコンデンサ5への充電が早く完了する。

0109

<第3の実施形態>
図5は、本発明を適用したパルス発生回路の第3の実施形態を示す概略図である。

0110

図5に示す本発明のパルス発生回路31は、第1の回路領域32と第2の回路領域33を備える。ここで、第1の回路領域32と第2の回路領域33は互いに、電圧を昇圧可能な昇圧トランス4を介して電気的に接続されている。
昇圧トランス4の構成は第1の実施形態で使用された昇圧トランスの構成と同じなので、昇圧トランス4の構成の説明を省略する。

0111

また、本発明のパルス発生回路31の第1の回路領域32は、所定の電圧まで充電される第1のコンデンサ(C0)5と、第1のコンデンサ5の両端に電気的に接続されており第1のコンデンサ5を充電可能な充電器13とを有する。

0112

なお、本発明の第3の実施形態のパルス発生回路31は、本発明の第1の実施形態のパルス発生回路と異なり、パルストランス4Aの1次側巻線10の一端と電気的に接続された磁気スイッチを有していない。

0113

また、パルストランス4Aの1次側巻線10の一端と第1のコンデンサ5の一端とが電気的に接続されている。

0114

また、本発明のパルス発生回路31の第1の回路領域32は、パルストランス4Aの1次側巻線10の他端と電気的に接続されたSiC−MOSFET24を有する。
ここで、SiC−MOSFETはトランジスタの一例である。

0115

また、SiC−MOSFET24の、パルストランス4Aに接続された側とは反対側が、第1のコンデンサ5の他端と電気的に接続されている。
また、図5に示すように、第1のコンデンサ5の他端側は接地されている。

0116

また、SiC−MOSFET24は、制御信号に基づいてオンおよびオフにする制御が可能であり、かつ、第1のコンデンサ5に充電された電圧をパルストランス4Aの1次側巻線10へ送出可能である。

0117

また、SiC−MOSFET24は、可飽和トランス4Bが飽和したときにオフにする制御が可能である。

0118

また、本発明のパルス発生回路31は、SiC−MOSFET24をオンおよびオフに制御するための制御信号をSiC−MOSFET24へ送出可能な制御回路14を備える。

0119

また、本発明のパルス発生回路31の第2の回路領域33は、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の一端と電気的に接続された第2のコンデンサ(C1)7を有する。
また、第2のコンデンサ7は、可飽和トランス4Bの2次側巻線18から送出された電流で充電可能である。

0120

また、本発明のパルス発生回路31の第2の回路領域33は、所定の間隔を設けて配置された一対の出力端子8を有する。
すなわち、一対の出力端子8間には空間が形成されている。

0121

ここで、一方の出力端子8は、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の他端と電気的に接続されている。
また、他方の出力端子8は、第2のコンデンサ7の、可飽和トランス4Bの2次側巻線18の一端に接続された側とは反対側と電気的に接続されている。

0122

また、一対の出力端子8は、第2のコンデンサ7に充電された電圧を外部へパルス状に出力可能である。
すなわち、一対の出力端子8は、一対の出力端子8間に形成された空間にパルス状電圧を出力可能である。

0123

また、一対の出力端子8間に形成された空間には、昇圧されたパルス状電圧が印加される対象となる負荷15が、出力端子8と電気的に接続されて配置されている。
負荷15の構成は第1の実施形態で使用された負荷の構成と同じなので、負荷15の構成の説明を省略する。

0124

また、本発明のパルス発生回路31の第2の回路領域33は、図5に示すように一対の出力端子8と電気的に並列に接続された高速ダイオード(FRD)16を有する。
また、図5に示すように、高速ダイオード16の一端側は接地されている。

0125

また、本発明のパルス発生回路31は、磁気スイッチ(SI1)34を備える。
ここで、磁気スイッチ34は、第2のコンデンサ7と電気的に接続されており、かつ、出力端子8から出力されたパルス状電圧の値が所定の値例えば最大値に達した場合に、第2のコンデンサ7に充電された電圧を減少可能である。

0126

また、磁気スイッチ34は、図5に示すように第1のコンデンサ5と第2のコンデンサ7とを電気的に連結している。
すなわち、磁気スイッチ34は、出力端子8から出力されたパルス状電圧の値が最大値に達した場合に、第2のコンデンサ7に充電された電圧を第1のコンデンサ5へ送出可能すなわち回生可能である。

0127

また、本発明のパルス発生回路31は、ダイオード35を備える。
ここで、ダイオード35は、図5に示すように磁気スイッチ34と電気的に直列で接続されている。
また、ダイオード35は、第1のコンデンサ5から第2のコンデンサ7への電圧の送出を阻止可能である。

0128

次に、図5に示した本発明のパルス発生回路31がパルス状電圧を負荷15に印加するときの状況を、図5および図6を参照しながら説明する。

0129

図6は、図5に示した本発明のパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
図6に示すグラフにおいて、縦軸は電圧値および電流値を示し、横軸は経過時間(秒)を示す。

0130

充電器13が第1のコンデンサ5への充電を開始すると、第1のコンデンサ5は、所定の電圧まで充電される。
第1のコンデンサ5が所定の電圧まで充電されると、第1のコンデンサ5への充電が終了する。

0131

第1のコンデンサ5が所定の電圧まで充電された後、制御回路14から制御信号がSiC−MOSFET24へ送出され、SiC−MOSFET24がオンに制御され、第1のコンデンサ5から第1のパルス電流(I0)が流れる(ステップ31A)。

0132

SiC−MOSFET24がオンになると、第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)が、パルストランス4Aの1次側巻線10へ送出され、図6に示すように第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)の値は減少する。

0133

また、第1のパルス電流(I0)が流れることと同期して、本発明のパルス発生回路31の第2の回路領域33に、第2のパルス電流(I0´)が流れる。
また、第2のパルス電流(I0´)が流れると、第2のコンデンサ7が充電され、図6に示すように第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値が徐々に増加する(ステップ31B)。

0134

一方、第2のコンデンサ7が充電されている途中に、可飽和トランス4Bが飽和し、高速ダイオード16に急峻な逆電流が流れる(ステップ31C)。
すなわち、図6に示すように第2のパルス電流(I0´)の値を示す線が、急峻にグラフの下方へと延び始め、ゼロ基準線36を越えて図6のグラフの上側のプロット領域とは反対側の下側のプロット領域に達する。

0135

また、可飽和トランス4Bの飽和に伴いSiC−MOSFET24をオフにし、図6に示すように第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)の値の減少が止まり、第1のコンデンサ5に電圧(VCO)が残る(ステップ31C)。

0136

なお、図6に示すように逆電流が流れ始めた直後は、まだ順電流の方が多いため、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値は増加を続けるが、第2のパルス電流(I0´)の値を示す線が、ゼロ基準線36を越えて図6のグラフの上側のプロット領域とは反対側の下側のプロット領域に存在している間は、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値は減少を続ける。

0137

高速ダイオード16に急峻な逆電流が流れると、高速ダイオード16が高速で逆電流を遮断するので、一対の出力端子8からパルス状に電圧が出力され、負荷15に電圧(VL)が印加される(ステップ31D)。この電圧が1発目の高電圧のパルス状電圧である。

0138

すなわち、逆電流が遮断されると、図6に示すように、第2のパルス電流(I0´)の値を示す線が反転して急峻にグラフの上方へと延び始めるのと同時に、パルス状電圧(VL)の値を示す線が上方へと延び始める。
また、反転した第2のパルス電流(I0´)の値を示す線はゼロ基準線36にまで達する。

0139

そして、図6に示すように、反転した第2のパルス電流(I0´)の値を示す線がゼロ基準線36に到達したときに、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値は最大値となる。

0140

ここで、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)は、第1の実施形態と同様に下記の式で表される。
VL={L(di/dt)+VC1}

0141

次に、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値が最大値に達したときに、磁気スイッチ34が飽和する(ステップ31E)。

0142

磁気スイッチ34が飽和すると、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)を、磁気スイッチ34が減少させる。

0143

すなわち、磁気スイッチ34が、第2のコンデンサ7に蓄積されたエネルギーを、第1のコンデンサ5へ回生する。
また、ダイオード35が、第1のコンデンサ5から第2のコンデンサ7への電圧の送出を阻止する。

0144

従って、図6に示すように第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)が増加し、かつ、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線は負荷によらずゼロ基準線36まで急峻に立ち下がる。

0145

また、磁気スイッチ34が、第2のコンデンサ7に蓄積されたエネルギーを、第1のコンデンサ5へ回生し、かつ、ダイオード35が、第1のコンデンサ5から第2のコンデンサ7への電圧の送出を阻止するので、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)の値はゼロになり、そして第1のコンデンサ5に充電された電圧(VCO)の値の増加が止まり、回生が完了する(ステップ31F)。

0146

また、磁気スイッチ34が、第2のコンデンサ7に蓄積されたエネルギーを、第1のコンデンサ5へ回生し、かつ、ダイオード35が、第1のコンデンサ5から第2のコンデンサ7への電圧の送出を阻止するので、第2のコンデンサ7には電圧は残らない(ステップ31G)。

0147

そして、再び充電器13が第1のコンデンサ5への充電を開始し、ステップ31A〜ステップ31Gが行われ、2発目の高電圧のパルス状電圧(VL)を負荷15へ印加する(ステップ31H)。

0148

また、出力されるパルス状電圧の周期Tは制御回路14の制御信号によって自由に可変できる。

0149

このように、磁気スイッチ34が、第2のコンデンサ7に充電された電圧(VC1)を減少させるので、負荷15に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線は負荷によらずゼロ基準線36まで急峻に立ち下がり、出力端子から出力される電圧のパルス幅を短くすることができる。
また、第2のコンデンサ7には電圧は残らないので、発生させた高電圧パルスにテールが付かない。
その結果、負荷15における放電が安定し、放電により発生する物質例えばオゾンも安定する。

0150

さらに、第1の実施形態および第2の実施形態と異なり、磁気スイッチ34が、第2のコンデンサ7に蓄積されたエネルギーを、第1のコンデンサ5へ回生し、かつ、ダイオード35が、第1のコンデンサ5から第2のコンデンサ7への電圧の送出を阻止するので、さらに消費電力を抑えることができる。

0151

<第1の比較形態
図7は、一般的なパルス発生回路の第1の例を示す概略図である。

0152

図7に示す一般的なパルス発生回路61は、本発明の第1の実施形態のパルス発生回路1とは異なり、出力端子68から出力されたパルス状電圧の値が所定の値例えば最大値に達した場合に、第2のコンデンサ67に充電された電圧を減少可能である磁気スイッチを備えていない。

0153

その他の点において、一般的なパルス発生回路61と本発明の第1の実施形態のパルス発生回路1は実質的に同じである。

0154

すなわち、一般的なパルス発生回路61は、第1の回路領域62と第2の回路領域63を備え、第1の回路領域62と第2の回路領域63は昇圧トランス64を介して電気的に接続されている。

0155

また、パルス発生回路61の第1の回路領域62は、第1のコンデンサ(C0)65と、充電器73と、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)66と、絶縁ゲートバイポーラトランジスタが発熱して損失が増すことを防ぐための磁気スイッチ69を有する。
また、パルス発生回路61は制御回路74を備える。

0156

また、パルス発生回路61の第2の回路領域63は、第2のコンデンサ(C1)67と、高速ダイオード(FRD)76と、一対の出力端子68を有する。

0157

また、負荷75が、出力端子68と電気的に接続されて配置されている。ここで、負荷75の構成は、負荷15の構成と実質的に同じであるので、負荷75の構成の説明を省略する。

0158

次に、図7に示したパルス発生回路61がパルス状電圧を負荷75に印加するときの状況を、図7および図8を参照しながら説明する。

0159

図8は、図7に示したパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
図8に示すグラフにおいて、縦軸は電圧値および電流値を示し、横軸は経過時間(秒)を示す。

0160

本発明の第1の実施形態のステップ1A〜ステップ1Dと同様に、充電器73が第1のコンデンサ65を充電し、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ66と磁気スイッチ69がオンになり(ステップ61A)、第2のコンデンサ67に充電された電圧(VC1)の値が徐々に増加し(ステップ61B)、高速ダイオード76に急峻な逆電流が流れ(ステップ61C)、負荷75に1発目の高電圧のパルス状電圧(VL)が印加される(ステップ61D)。

0161

負荷75に印加されたパルス状電圧(VL)の値が最大値に達した後、パルス状電圧(VL)の値が低下してくると放電がつかなくなり、負荷75に電流が流れず、第2のコンデンサ67に残った電荷を放電できずに、図8に示すように第2のコンデンサ67の電圧(VC1)が残ったままとなる(ステップ61E)。

0162

その結果、図8に示すように、負荷75に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線はゼロ基準線36まで急峻に立ち下がらず、大きなテールがパルスに付いてしまい、時間が経つと負荷75を破損させてしまう。

0163

また、ステップ61Aからステップ61Eまで進む間も、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ66と磁気スイッチ69はオンの状態のままであるので、図8に示すように、第1のコンデンサ65に充電された電圧(VCO)の値は減少を続けており、そして、第1のコンデンサ65に充電された電圧(VCO)はゼロになる。

0164

また、第1のコンデンサ65の電圧がゼロになった後、磁気スイッチ69はオフになり、その後、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ66をオフにする(ステップ61F)。

0165

そして、再び充電器73が第1のコンデンサ65への充電を開始し、ステップ61A〜ステップ61Dが行われ、2発目のパルス状電圧(VL)を負荷75へ印加する(ステップ61G)。

0166

しかし、第2のコンデンサ67に残った電圧の影響で、第2のコンデンサ67の充電電流が小さいため、その分、可飽和トランス64Bが飽和したときの逆電流も小さくなり、1発目のパルス状電圧のときよりも電流変化(di/dt)が小さくなるので、負荷75に印加される2発目のパルス状電圧(VL)の最大値は、1発目のパルス状電圧の最大値よりも小さくなる。

0167

このように、本発明の第1の実施形態のパルス発生回路1とは異なり、第1の比較形態のパルス発生回路61は、出力端子68から出力されたパルス状電圧の値が所定の値例えば最大値に達した場合に、第2のコンデンサ67に充電された電圧を減少させないので、負荷75に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線はゼロ基準線36まで急峻に立ち下がらず、出力される電圧のパルス幅を短くすることができない。
また、第2のコンデンサ67に電圧が残るので、発生させた高電圧パルスにテールが付いてしまう。
その結果、負荷75における放電が不安定となり、放電により発生する物質例えばオゾンの量が減って、生成効率が悪くなる。

0168

<第2の比較形態>
図9は、一般的なパルス発生回路の第2の例を示す概略図である。

0169

図9に示す一般的なパルス発生回路81は、図7に示す第1の比較形態のパルス発生回路61とは異なり、絶縁ゲートバイポーラトランジスタではなく、代わりにSiC−MOSFET84を備え、その結果、絶縁ゲートバイポーラトランジスタが発熱して損失が増すことを防ぐための磁気スイッチを備えていない。

0170

その他の点において、一般的なパルス発生回路81と図7に示す第1の比較形態のパルス発生回路61は実質的に同じである。

0171

すなわち、一般的なパルス発生回路81も、出力端子68から出力されたパルス状電圧の値が所定の値例えば最大値に達した場合に、第2のコンデンサ67に充電された電圧を減少可能である磁気スイッチを備えていない。

0172

また、一般的なパルス発生回路81は、第1の回路領域82と第2の回路領域83を備え、第1の回路領域82と第2の回路領域83は昇圧トランス64を介して電気的に接続されている。

0173

また、パルス発生回路81の第1の回路領域82は、第1のコンデンサ(C0)65と充電器73を有する。
また、パルス発生回路81は制御回路74を備える。

0174

また、パルス発生回路81の第2の回路領域83は、第2のコンデンサ(C1)67と、高速ダイオード(FRD)76と、一対の出力端子68を有する。

0175

また、負荷75が、出力端子68と電気的に接続されて配置されている。ここで、負荷75の構成は、負荷15の構成と実質的に同じであるので、負荷75の構成の説明を省略する。

0176

次に、図9に示したパルス発生回路81がパルス状電圧を負荷75に印加するときの状況を、図9および図10を参照しながら説明する。

0177

図10は、図9に示したパルス発生回路における電圧および電流と、経過時間との関係を示すグラフの一例である。
図10に示すグラフにおいて、縦軸は電圧値および電流値を示し、横軸は経過時間(秒)を示す。

0178

本発明の第2の実施形態のステップ21A〜ステップ21Dと同様に、充電器73が第1のコンデンサ65を充電し、SiC−MOSFET84をオンにし、第1のコンデンサ65から第1のパルス電流(I0)が流れ(ステップ81A)、第2のコンデンサ67に充電された電圧(VC1)の値が徐々に増加し(ステップ81B)、可飽和トランス64Bが飽和して高速ダイオード76に急峻な逆電流が流れ(ステップ81C)、負荷75に1発目の高電圧のパルス状電圧(VL)が印加される(ステップ81D)。

0179

負荷75に印加されたパルス状電圧(VL)の値が最大値に達した後、パルス状電圧(VL)の値が低下してくると放電がつかなくなり、負荷75に電流が流れず、第2のコンデンサ67に残った電荷を放電できずに、図8に示すように第2のコンデンサ67の電圧(VC1)が残ったままとなる(ステップ81E)。

0180

その結果、図10に示すように、負荷75に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線はゼロ基準線36まで急峻に立ち下がらず、大きなテールがパルスに付いてしまい、時間が経つと負荷75を破損させてしまう。

0181

なお、パルス発生回路81はSiC−MOSFET84を備えているので、ステップ81Cにおいて可飽和トランス64Bの飽和に併せてSiC−MOSFET84をオフにし、図10に示すように第1のコンデンサ65に充電された電圧(VCO)の減少が止まり、第1のコンデンサ65に電圧(VCO)が残る。

0182

そして、再び充電器73が第1のコンデンサ65への充電を開始し、ステップ81A〜ステップ81Dが行われ、2発目のパルス状電圧(VL)を負荷75へ印加する(ステップ81F)。

0183

しかし、第2のコンデンサ67に残った電圧の影響で、第2のコンデンサ67の充電電流が小さいため、その分、可飽和トランス64Bが飽和したときの逆電流も小さくなり、1発目のパルス状電圧のときよりも電流変化(di/dt)が小さくなるので、負荷75に印加される2発目のパルス状電圧(VL)の最大値は、1発目のパルス状電圧の最大値よりも小さくなる。

0184

このように、本発明の第2の実施形態のパルス発生回路21とは異なり、第2の比較形態のパルス発生回路81は、出力端子68から出力されたパルス状電圧の値が所定の値例えば最大値に達した場合に、第2のコンデンサ67に充電された電圧を減少させないので、負荷75に印加されたパルス状電圧(VL)の値を示す線はゼロ基準線36まで急峻に立ち下がらず、出力される電圧のパルス幅を短くすることができない。
また、第2のコンデンサ67に電圧が残るので、発生させた高電圧パルスにテールが付いてしまう。
その結果、負荷75における放電が不安定となり、放電により発生する物質例えばオゾンの量が減って、生成効率が悪くなる。

0185

以上のように、本発明のパルス発生回路は、第2のコンデンサと電気的に接続されており、かつ、出力端子から出力されたパルス状電圧の値が所定の値に達した場合に、第2のコンデンサに充電された電圧を減少可能な磁気スイッチを備えているので、第2のコンデンサに余分な電圧が残り難いため、発生させた高電圧パルスにテールが付かず、出力端子から出力される電圧のパルス幅を短くすることができる。

0186

従って、本発明のパルス発生回路は、負荷を破損させるおそれがない。

0187

また、本発明のパルス発生回路を用いることで、発生させた高電圧パルスにテールが付かず、電極などの負荷を破損させるおそれがないので、本発明のパルス発生回路は、テールがない高電圧パルスを必要とする全ての回路として用いられることが可能である。
すなわち、本発明のパルス発生回路は、誘電体バリア放電を行う機器や誘電体を使わないで放電を行う機器に用いられることが可能であり、具体的には例えば、空気清浄機エキシマランプに用いられることが可能である。

0188

1パルス発生回路
2 第1の回路領域
3 第2の回路領域
4昇圧トランス
4Aパルストランス
4B可飽和トランス
5 第1のコンデンサ
6絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
7 第2のコンデンサ
8出力端子
9 第1の磁気スイッチ
101次側巻線
112次側巻線
12 第2の磁気スイッチ
13充電器
14制御回路
15負荷
16高速ダイオード
17 1次側巻線
18 2次側巻線
19電極
20絶縁物
21 パルス発生回路
22 第1の回路領域
23 第2の回路領域
24 SiC−MOSFET
25 磁気スイッチ
31 パルス発生回路
32 第1の回路領域
33 第2の回路領域
34 磁気スイッチ
35ダイオード
36 ゼロ基準線

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