JP2009225559A

JP2009225559A - 電源装置及びそれを用いた殺菌システム

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Publication number: JP2009225559A
Application number: JP2008067043A
Authority: JP
Inventors: Keiji Wada; 圭二和田; Hiroshi Komatsubara; 祐小松原
Original assignee: Tokyo Metropolitan Public University Corp
Current assignee: Tokyo Metropolitan Public University Corp
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】２つの専用電源回路を要することなく、低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の矩形波を発生することが可能な電源装置及びそのような電源装置を用いた殺菌システムを提供する。
【解決手段】電源装置は、第１スイッチング素子Ｑ₁、第２スイッチング素子Ｑ₂、第３スイッチング素子Ｑ₃及び第４スイッチング素子Ｑ₄とからなるブリッジ回路を有する電源装置であって、第１スイッチング素子Ｑ₁をオンとしている期間には、第２スイッチング素子Ｑ₂をオフとし、第３スイッチング素子Ｑ₃をオフとし、第４スイッチング素子Ｑ₄を線形動作させると共に、第２スイッチング素子Ｑ₂をオンとしている期間には、第１スイッチング素子Ｑ₁をオフとし、第４スイッチング素子Ｑ₄をオフとし、第２スイッチング素子Ｑ₂を線形動作させることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、２つの専用電源回路を要することなく、低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の矩形波を発生することが可能な電源装置、及びそのような電源装置を用いることによって、ＤＥＰ濃縮及びＰＥＦ殺菌を行うことができる殺菌システムに関する。

近年、食品衛生などの分野においてパルス状の電界（ＰＥＦ：ＰｕｌｓｅｄＥｌｅｃｔｒｉｃＦｉｅｌｄ）を用いた殺菌法が注目されている。このＰＥＦ殺菌法は電極間に生じる電界を用いて物理的に殺菌を行う技術である。このような物理的な殺菌法は、薬剤殺菌と比べ異物の添加が皆無であり、また加熱殺菌等と比べ飲料水等の処理対象に与える影響が少ないため品質の劣化を防げると言うことが期待されている。その一方で、液状の処理対象においては細菌が低濃度で広範囲に拡散しており、電極によって処理を行うＰＥＦ殺菌ではエネルギー効率の向上が困難であるという課題がある。

そこで、ＰＥＦ殺菌を行う前段において、エネルギー消費が少なくて済む誘電泳動（ＤＥＰ：ＤｉＥｌｅｃｔｒｏＰｈｏｒｅｓｉｓ）法によって、あらかじめ電極近傍に細菌を集めて濃縮しておき、濃縮した後に、ＰＥＦ殺菌を行うことで全体として、殺菌のためのエネルギー効率を高める殺菌システムが提案されている。

例えば、特許文献１（特開２００８−１８３９２号公報）には、流体中の菌を誘電泳動により集めて濃縮する菌濃縮部と、該菌濃縮部で濃縮した菌を物理的に破壊する措置を講ずる物理的破壊手段部とを具えたことを特徴とする殺菌システムが開示されている。
特開２００８−１８３９２号公報

しかしながら、上記のような殺菌システムにおいては一対の電極に対しＤＥＰ濃縮用の低電圧高周波の正弦波とＰＥＦ殺菌用の高電圧低周波の矩形波を交互に印加しているが、この２波形を出力するに適した電源装置が無いため、それぞれの専用の電源を組み合わせて用いる必要があった。このため、殺菌システムの電源装置が大型化してしまい問題となっていた。

また、従来の殺菌システム用電源装置では、低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の矩形波の切り替え方法についての具体的な記載はないが、例えば、機械式リレーによって低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の矩形波を交互に切り替えるようにすると、せっかくＤＥＰ濃縮に期間に菌を集菌したにもかかわらず、切り替えの遅延の間に、菌が分散してしまったり、菌が流路の流れにのって流れてしまったりして、効率の良い殺菌が不可能となってしまう、という問題があった。

上記のような課題を解決するために、請求項１に係る発明は、第１スイッチング素子及び第３スイッチング素子を有する第１アームと、第２スイッチング素子及び第４スイッチング素子を有する第２アームとからなるブリッジ回路と、第１スイッチング素子を制御する第１制御部と、第２スイッチング素子を制御する第２制御部と、第３スイッチング素子を制御する第３制御部と、第４スイッチング素子を制御する第４制御部と、を有する電源装置であって、前記第１制御部が第１スイッチング素子をオンとしている期間には、前記第２制御部は第２スイッチング素子をオフとし、前記第３制御部は第３スイッチング素子
をオフとし、前記第４制御部は第４スイッチング素子を線形動作させると共に、前記第２制御部が第２スイッチング素子をオンとしている期間には、前記第１制御部は第１スイッチング素子をオフとし、前記第４制御部は第４スイッチング素子をオフとし、前記第２制御部は第２スイッチング素子を線形動作させることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、オンすることによって所定の出力端子間に正の電圧を与える第５スイッチング素子と、オンすることによって所定の出力端子間に負の電圧を与える第６スイッチング素子と、第５スイッチング素子を制御する第５制御部と、第６スイッチング素子を制御する第６制御部と、を有する電源装置であって、前記第５制御部が第５スイッチング素子を線形動作させている期間には、前記第６制御部は第６スイッチング素子をオフとし、前記第６制御部が第６スイッチング素子を線形動作させている期間には、前記第５制御部は第５スイッチング素子をオフとすることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の電源装置を用いて、電極対に電圧を印加することを特徴とする殺菌システムである。

本発明の電源装置によれば、簡単で、かつ、部品点数も少なくて済む回路構成なので、電源装置の大型化を抑制することが可能となる。また、正弦波信号源と矩形波信号源を、共通の制御部に切り替えて入力するだけで、低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の矩形波を発生することが可能となる。

また、本発明の電源装置によれば、低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の矩形波を高速に切り替えることが可能となる。

また、本発明の殺菌システムによれば、２つの専用電源を用いることなく、一対の電極に対しＤＥＰ濃縮用の低電圧高周波の正弦波とＰＥＦ殺菌用の高電圧低周波の矩形波を交互に印加することができるので、殺菌システム自体の小型化に寄与することができる。

また、本発明の殺菌システムによれば、一対の電極に印加する２種類の電圧を高速に切り替えることが可能であるので、効率的な殺菌を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の実施の形態に係る電源装置を用いるのに好適な殺菌システムについて説明する。図１は本発明の殺菌システムの概略を示すである。本発明の殺菌システムが採用しているＰＥＦ殺菌は電極間に発生させた強電界を用いて細菌等の細胞膜を破壊、物理的に殺菌を行う技術である。遠隔力によって破壊を行うため、従来の殺菌方式と比べ処理対象の変質、不純物の混入などの悪影響が無くなる。また、薬剤による殺菌では薬剤耐性菌の発生も危惧されるため、このような殺菌方法が注目を浴びている。また、本発明の殺菌システムにおいては、ＰＥＦ殺菌によって効率よく殺菌を行うために、その前段にＤＥＰ濃縮を行っている。

図１はこのような本発明の殺菌システムに用いるための電源を含んだ概略図であり、図１に示す殺菌システムにおいて、１０は殺菌システム用電極対、２０はスイッチ、３０は低電圧・高周波電圧源、４０は高電圧・低周波電圧源をそれぞれ示している。

殺菌システム用電極対１０は、殺菌システムの処理対象となる細菌を含んだ流路を挟むようにして対向している。なお、図１では殺菌システム用電極対１０は平行平板として示しているが、本発明の殺菌システムにおける電極の形状がこのよう平行平板状のもののみに限定されるわけではない。低電圧・高周波電圧源３０は、ＤＥＰ濃縮用の電圧源であり
、高電圧・低周波電圧源４０はＰＥＦ殺菌用の電圧源であり、スイッチ２０によって殺菌システム用電極対１０に印加する電圧源をどちらにするかを選択するように構成されている。なお、本発明は、低電圧・高周波電圧源３０、高電圧・低周波電圧源４０を一体として構成したものであるが、図１では本発明の殺菌システムの概念を明確にするために別体として示している。

図２は本発明の殺菌システムにおける殺菌システム用電極対１０に印加される電圧波形を示す図である。本発明の殺菌システムでは殺菌システム用電極対１０に対して、低電圧・高周波電圧源３０によって１００ｋＨｚ、１０Ｖの正弦波を、また、高電圧・低周波電圧源４０によって、１０Ｈｚ、１００Ｖの矩形波を交互に印加するようにしている。なお、本実施形態においては、電圧源として、１００ｋＨｚ、１０Ｖの正弦波もの及び１０Ｈｚ、１００Ｖの矩形波のものを用いる例に基づいて説明するが、本発明はこれらの波形に限定されるものではない。また、本発明の電源装置においては、それぞれの電圧源に適当な回路構成を付加することによって周波数を可変するように構成することも可能である。

本発明の殺菌システムでは、高周波正弦波によって細菌の捕集を行い高電圧矩形波によって殺菌を行うことから矩形波から正弦波への、スイッチ２０による切替が遅延すると、ＤＥＰ濃縮を併用するメリットが薄れてしまう。このため、正弦波と矩形波の切り替えを行う切替スイッチ２０は、後述するようにスイッチング素子によって構成することで、切り替えが高速となるようにしている。

次に、本発明の殺菌システムにおけるＤＥＰ濃縮及びＰＥＦ殺菌のメカニズムの概要について説明する。図３は本発明の殺菌システムにおけるＤＥＰ濃縮のイメージを模式的に示す図であり、図４は本発明の殺菌システムにおけるＰＥＦ殺菌のイメージを模式的に示す図である。

ＤＥＰ濃縮は不均一電界と複素誘電率の周波数特性とを利用して細菌や細胞を選択的に捕集する技術である。液中に存在する細胞に電界を与えたとしてそれぞれの誘電率が異なる場合、電子密度に偏りが生じて巨視的には電界と平行な電気双極子として扱える。ここで、電界が不均一である事から双極子の両端に掛かるクーロン力に偏りが生じ、細胞は電極に引き寄せられる。電界に依る分極を用いるため固有の電荷を殆ど持たない細胞や細菌に対しても電気的な力で捕集を行う事が可能である。なお、誘電泳動力には溶液や粒子が持つ複素誘電率の実部が係数として含まれており、この係数は周波数特性を持つ。このため、交流電界の周波数を調整することで選択的に細胞の捕集を行うことが可能である。

ＰＥＦ殺菌では殺菌システム用電極対１０に高電圧の矩形波を印加するが、殺菌システム用電極対１０間に電界が発生すると、細胞膜の両側に電荷が発生する。電界が強まるとともに電荷が増えて細胞膜が圧縮され、細胞膜の両面に掛かる電圧が１Ｖを超えると細胞膜に小孔が形成される。さらに電界強度を高めると細胞膜に巨大な孔が形成され不可逆破壊となる。

次に、上記のような殺菌システムに用いるのに好適である本発明の実施形態に係る電源装置の概略について説明する。図５は本発明の実施の形態に係る電源装置の回路を簡略的に示す図である。図５において、Ｖｍａｉｎは主電源、Ｑ₁乃至Ｑ₄はスイッチング素子、１００はＱ₁制御回路、２００はＱ₂制御回路、３００はＱ₃制御回路、４００はＱ₄制御回路、Ｒｐ、Ｒｓは抵抗をそれぞれ示している。

本発明の電源装置では、第１のアームの上アームにｐ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ₁を、第１アームの下アームにｎ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ₂を、第２のアームの上アームにｐ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ₂を、第２
アームの下アームにｎ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ₄を配したフルブリッ
ジ回路が用いられる。

このような回路の上アームについて通常はフォトカプラやパルストランスによる絶縁駆動を行うが、体積の増加や複数の独立電源が必要であるが、これを避けるため、本発明では上アームにｐ型ＭＯＳＦＥＴを用いて駆動回路の小型化を計っている。

また、本発明の電源装置ではこれらのスイッチング素子Ｑ₁、スイッチング素子Ｑ₂、スイッチング素子Ｑ₃、スイッチング素子Ｑ₄をそれぞれ制御するＱ₁制御回路１００、Ｑ₂制御回路２００、Ｑ₃制御回路３００、Ｑ₄制御回路４００が設けられており、これらの制御回路が各スイッチング素子を制御し、各スイッチング素子が主電源Ｖｍａｉｎ（以下、Ｖｄｄなどとも記すことがある）を制御することで、Ｖｏｕｔの出力電圧をコントロールする。この出力電圧Ｖｏｕｔには、殺菌システム用電極対１０が接続されることにより、全体として本発明の殺菌システムが構成される。以下、回路図においては、殺菌システム用電極対１０はキャパシタとして表現することとする。

Ｒｓは電流制限抵抗の抵抗であり、Ｒｐはスイッチング素子のキャパシタ成分などを充放電するための抵抗である。

本発明の電源装置では、上記のような高速なスイッチング素子Ｑ₁乃至Ｑ₄を用いて、スイッチング動作等を行うようにしているので、低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の矩形波を高速に切り替えることが可能となる。また、このような電源装置を用いた殺菌システムによれば、一対の電極に印加する２種類の電圧を高速に切り替えることが可能であるので、効率的な殺菌を行うことができる。

次に、本発明の電源装置の動作について説明する。図６は本発明の電源装置の正弦波出力動作（低電圧・高周波数）時における各部動作状態を示す図であり、図７は本発明の電源装置の矩形波出力動作（高電圧・低周波数）時における各部動作状態を示す図である。図６に示す出力動作は本発明の殺菌システムではＤＥＰ濃縮期間の動作であり、また、図７に示す動作は本発明の殺菌システムではＰＥＦ殺菌期間の動作である。図６及び図７において、ｖ_SIGは不図示の入力信号源の電圧波形を示しており、Ｑ₁乃至Ｑ₄はスイッチン
グ素子Ｑ₁乃至Ｑ₄のドレイン−ソース間の電圧波形、出力ｖ_OUTの電圧波形をそれぞれ表
している。

図６に示すように、電源装置の正弦波出力動作（低電圧・高周波数）時においては、スイッチング素子Ｑ₁とスイッチング素子Ｑ₄、スイッチング素子Ｑ₂とスイッチング素子Ｑ₃をそれぞれ同期して動作、２組のソース接地増幅回路を構成している。入力信号ｖ_SIGを
正弦波としたときの各ＭＯＳＦＥＴの動作状態が図６に示すものである。出力が正である半周期に注目すると、スイッチング素子Ｑ₁がＯＮ状態でスイッチング素子Ｑ₄が線形動作、ほかの２つがＯＦＦ状態であり、負のときはこの逆である。電源装置の正弦波出力動作（低電圧・高周波数）時はこのように、２組のソース接地増幅回路がＢ級プッシュプル動作を行う。前述のペアで上アームをＯＮ状態、下アームを線形動作させると図９に示すようなソース接地増幅回路と等価に扱える。このときｖ_GS＞Ｖ_Tであればｖ_OUTは、
ｖ_OUT＝Ｋ（ｖ_GS−Ｖ_T）² （１）
として表すことができる。ただしＫ＝０．５αＺ_loadであり、αはＭＯＳＦＥＴの特性値、Ｖ_TはＭＯＳＦＥＴの閾値電圧である。殺菌システム用電極対１０のキャパシタンスを
１００ｐＦとすれば１００ｋＨｚの正弦波に対して１６ｋΩのインピーダンスを持つことになり、また式３．１より市販のＭＯＳＦＥＴにおいてαを算出したところ、殺菌システム用電極対１０のインピーダンスに比べ十分小さい（１００以下）ことがわかった。このことから、線形動作時の電圧ゲインは主に殺菌システム用電極対１０のキャパシタンスに
依存して変動すると考えられる。そこで、負帰還制御を行うことで電圧ゲインの安定化を図っている。この負帰還制御については、より詳しい電源装置の回路の説明において触れることとする。

なお、殺菌システム用電極対１０がキャパシタであるため、一度ｖ_OUT＝Ｖ_ddまで充電
された後にｖ_OUTを低下させるには放電する必要が有り、またスイッチング素子Ｑ₄のＣ_ossを充電する必要もある。そこで殺菌システム用電極対１０と並列に接続した抵抗Ｒｐを
通してこれらのキャパシタを充放電させる。

次に、電源装置の矩形波出力動作（高電圧・低周波数）について説明する。この出力動作は、殺菌システムにおけるＰＥＦ殺菌期間の動作に対応している。図７に示すように、電源装置の矩形波出力動作（高電圧・低周波数）時においては、Ｑ₁乃至Ｑ₄のＭＯＳＦＥＴをそれぞれ独立にスイッチングさせ、±Ｖｄｄを出力する２レベルインバータとして動作させる。殺菌システム用電極対１０はキャパシタであるために転流の際に大きな突入電流が流れると予想される。そこでＭＯＳＦＥＴの定格パルス電流値を超えないよう電流制限抵抗Ｒｓを殺菌システム用電極対１０はキャパシタと直列に接続している。

次に、本発明の電源装置のより詳細な回路構成について説明する。図９は本発明の実施の形態に係る電源装置の詳細な回路図である。なお、Ｑ₁制御回路１００とＱ₂制御回路２００、Ｑ₃制御回路３００とＱ₄制御回路４００とは、入力信号の極性が反転していること以外互いに相似の回路となっているので、図示省略している。図９において、Ｖ_SIGは正
弦波信号源、μＣＯＭはマイクロコンピュータ、ＳＷはアナログスイッチ、Ｏｐ₁₁、Ｏｐ₄₁、Ｏｐ₄₂、Ｏｐ₄₃、Ｏｐ₄₄は演算増幅器、Ｑ_L1はスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₄、Ｒ₇、Ｒ₉、Ｒ₁₀、Ｒ₁₃、Ｒ₁₅、Ｒ₁₆、Ｒ_b4u、Ｒ_b4b、Ｒ_b3u、Ｒ_b3bは抵
抗をそれぞれ示している。

マイクロコンピュータμＣＯＭは、矩形波の信号源として機能すると共に、アナログスイッチＳＷのための制御信号を発するように構成されている。また、アナログスイッチＳＷは、マイクロコンピュータμＣＯＭが発生する矩形波信号と、正弦波信号源Ｖ_SIGとを
、マイクロコンピュータμＣＯＭからの制御信号に基づいて切り替えるものである。

アナログスイッチＳＷによって、正弦波信号源Ｖ_SIGが選択されたときには、電源装置
は正弦波出力動作（低電圧・高周波数）をし、マイクロコンピュータμＣＯＭの矩形波信号が選択されたときには、本発明の電源装置は矩形波出力動作（高電圧・低周波数）を行う。

演算増幅器Ｏｐ₁₁はコンパレータとして機能することにより、その非反転入力端子に正の信号が入力されたときに、スイッチング素子Ｑ_L1をオンとする。スイッチング素子Ｑ₁
のソースが５０ＶのＶｄｄに接続されているために、スイッチング素子Ｑ_L1と抵抗Ｒ₁、
Ｒ₂によって構成されるレベルシフト回路でスイッチング素子Ｑ₁のゲートに印加する電圧を調整するようにしている。

図１０は本発明で採用したレベルシフト回路を示す図である。スイッチング素子Ｑ_L1がＯＦＦ状態の時はＲ₁、Ｒ₂に電流が流れず、ｖ_gs＝０であり上アームのスイッチング素子Ｑ₁はＯＦＦ状態である。スイッチング素子Ｑ_L1がＯＮ状態となるとＲ₁、Ｒ₂によって電
源電圧が分圧されｖ_GS1＝ｖ_R2となり、Ｒ₁とＲ₂の比が適切ならば上アームのスイッチン
グ素子Ｑ₁はＯＮ状態となる。

演算増幅器Ｏｐ₄₁、演算増幅器Ｏｐ₄₂、演算増幅器Ｏｐ₄₃、演算増幅器Ｏｐ₄₄はＱ₄制
御回路４００を構成するものであり、ｖ_GS4はスイッチング素子Ｑ₄のゲート端子へ接続さ
れる。また、右上のｖ_DS4とＶ_ddは主回路よりの帰還信号であり、抵抗の分圧によって帰
還ゲインβを掛けられた後、演算増幅器Ｏｐ₄₃及び演算増幅器Ｏｐ₄₄のバッファアンプを通して、演算増幅器Ｏｐ₄₁、演算増幅器Ｏｐ₄₂、へ反転端子に入力される。

電源装置の正弦波出力動作（低電圧・高周波数）時においては、アナログスイッチＳＷを介して４つ全ての制御ブロックにｖ_SIGが入力される。上アームはｖ_SIGの正負をコンパレータにて判断しスイッチングを行っている。下アームのスイッチング素子に対する制御部には負帰還制御をおこなっている。図１１は下アームのスイッチング素子制御部の制御ブロックを示す図である。この制御ブロックにおいてｖ_OUTは、
ｖ_OUT＝ｖ_SIG／（１／Ｋ＋β）（２）
として表される。ただしＫはソース接地増幅回路の電圧ゲイン、βは任意の帰還ゲインである。この式においてＫが十分大きい時には、
ｖ_OUT＝ｖ_SIG／β （３）
が成り立つことを利用して、負荷インピーダンスにかかわらず一定の電圧ゲインを得ている。

ところで、ｖ_OUTはＧＮＤから浮いているため実際は、厳密にｖ_OUTの目標値を利用してフィードバックを行うことができない。そこで、
βｖ_OUT＝β（Ｖ_dd−ｖ_DS4）＝βＶ_dd−βｖ_DS4 （４）
となることを利用している。すなわち、ｖ_OUTの代わりに、Ｖ_dd及びｖ_DS4を利用して負帰還をかけるようにしている。図１２は下アームのスイッチング素子制御部で実際に利用されている制御ブロックを示す図である。本発明の電源装置においては、演算増幅器Ｏｐ₄₁、演算増幅器Ｏｐ₄₂による減算器で構成し（４）を実現するようにしている。演算増幅器Ｏｐ₄₁の減算器で減算（反転）された信号は演算増幅器Ｏｐ₄₂で再び減算（反転）されることから、演算増幅器Ｏｐ₄₁の入力から演算増幅器Ｏｐ₄₂の入力を減算したものが演算増幅器Ｏｐ₄₂の出力となっている。

なお、フルブリッジ回路における全てのアームのスイッチング素子を線形動作させるフルブリッジインバータを本発明の電源装置が採用しない理由について述べる。本発明においては、第１アーム及び第２アームにおける２つのスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子のみ線形動作せるようにしているが、第１アーム及び第２アームにおける２つのスイッチング素子の全てのスイッチング素子を線形動作させるという方式も当然ながら考え得ることである。すなわち、上下アームの接続点をＶ_dd／２とした上で、左右レグを対称的に動作させることで殺菌システム用電極対１０の両端電圧を制御する方式である。しかし、この方式の問題点として、負荷に依らず殺菌システム用電極対１０の両端電圧を確定させるためには上下アームを貫通するバイアス電流が必要となり、消費電力が大きくなることが挙げられる。また、他の問題としては、上アームのＭＯＳＦＥＴを線形駆動することが困難であること、及び、ＭＯＳＦＥＴの特性バラつきが大きく影響すること、を挙げることができる。このように、本発明の電源装置の第１アーム及び第２アームにおける２つのスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子のみを線形動作させる方式は、全てのスイッチング素子を線形動作させる方式より有利な方式であるということがいえる。

以上のように、本発明の電源装置は、複数個のＭＯＳＦＥＴ、演算増幅器などを主体とした構成であり、簡単で、かつ、部品点数も少なくて済む回路構成となっている。しかも、正弦波信号源と矩形波信号源を、共通の制御部に切り替えて入力するだけで、低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の矩形波を発生することができ、それぞれのための独立した専用回路を要することなく、電源装置の大型化を抑制することが可能なる。

本発明の電源装置では、上記のような高速なスイッチング素子Ｑ₁乃至Ｑ₄を用いて、ス
イッチング動作等を行うようにしているので、低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の矩形波を高速に切り替えることが可能となる。

また、このような電源装置を用いた殺菌システムによれば、２つの専用電源を用いることなく、一対の電極に対しＤＥＰ濃縮用の低電圧高周波の正弦波とＰＥＦ殺菌用の高電圧低周波の矩形波を交互に印加することができるので、殺菌システム自体の小型化に寄与することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１３は本発明の他の実施の形態に係る電源装置の回路を簡略的に示す図である。図１３は本発明の他の実施の形態に係る電源装置の回路を簡略的に示す図であり、図１３においてＶｍａｉｎ１及びＶｍａｉｎ２は主電源、Ｑ₅、Ｑ₆はスイッチング素子、５００はＱ₅制御回路、６００はＱ₆制御回路、Ｒｐ、Ｒｓは抵抗をそれぞれ示している。

本実施形態においては、Ｖｍａｉｎ１及びＶｍａｉｎ２の２つの主電源を直列に接続し、これのうちのいずれかの主電源をスイッチング素子Ｑ₅、Ｑ₆によって選択的に制御しつつＶｏｕｔを発生するようにしている。また、本実施形態の電源装置では、ｐ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ₅及びｎ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ₆が図示するように接続されており、スイッチング素子Ｑ₅、Ｑ₆が、Ｑ₅制御回路５００及び
Ｑ₆制御回路６００に制御されることによって、低電圧高周波の正弦波と高電圧低周波の
矩形波の２種類の電圧Ｖｏｕｔが出力される。

図１４は本発明の他の電源装置の正弦波出力動作（低電圧・高周波数）時における各部動作状態を示す図であり、図１５は本発明の他の電源装置の矩形波出力動作（高電圧・低周波数）時における各部動作状態を示す図である。図１４及び図１５において、ｖ_SIGは
不図示の入力信号源の電圧波形を示しており、Ｑ₅Ｑ₆はスイッチング素子Ｑ₅、Ｑ₆のドレイン−ソース間の電圧波形、出力ｖ_OUTの電圧波形をそれぞれ表している。

以上のような本発明の他の実施形態によっても、先に説明した実施形態と同様の効果を奏することが可能である。

本発明の実施の形態に係る殺菌システムの概略を示すである。本発明の殺菌システムにおける殺菌システム用電極対に印加される電圧波形を示す図である。本発明の殺菌システムにおけるＤＥＰ濃縮のイメージを模式的に示す図である。本発明の殺菌システムにおけるＰＥＦ殺菌のイメージを模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係る電源装置の回路を簡略的に示す図である。本発明の電源装置の正弦波出力動作（低電圧・高周波数）時における各部動作状態を示す図である。本発明の電源装置の矩形波出力動作（高電圧・低周波数）時における各部動作状態を示す図である。電源装置の正弦波出力動作（低電圧・高周波数）時の等価回路を示す図である。本発明の実施の形態に係る電源装置の詳細な回路図である。本発明で採用したレベルシフト回路を示す図である。下アームのスイッチング素子制御部の制御ブロックを示す図である。下アームのスイッチング素子制御部で実際に利用されている制御ブロックを示す図である。本発明の他の実施の形態に係る電源装置の回路を簡略的に示す図である。本発明の他の電源装置の正弦波出力動作（低電圧・高周波数）時における各部動作状態を示す図である。本発明の他の電源装置の矩形波出力動作（高電圧・低周波数）時における各部動作状態を示す図である。

符号の説明

１０・・・殺菌システム用電極対、
２０・・・スイッチ、
３０・・・低電圧・高周波電圧源、
４０・・・高電圧・低周波電圧源
１００・・・Ｑ₁制御回路、
２００・・・Ｑ₂制御回路、
３００・・・Ｑ₃制御回路、
４００・・・Ｑ₄制御回路、
５００・・・Ｑ₅制御回路、
６００・・・Ｑ₆制御回路

Claims

第１スイッチング素子及び第３スイッチング素子を有する第１アームと、第２スイッチング素子及び第４スイッチング素子を有する第２アームとからなるブリッジ回路と、
第１スイッチング素子を制御する第１制御部と、
第２スイッチング素子を制御する第２制御部と、
第３スイッチング素子を制御する第３制御部と、
第４スイッチング素子を制御する第４制御部と、を有する電源装置であって、
前記第１制御部が第１スイッチング素子をオンとしている期間には、前記第２制御部は第２スイッチング素子をオフとし、前記第３制御部は第３スイッチング素子をオフとし、前記第４制御部は第４スイッチング素子を線形動作させると共に、
前記第２制御部が第２スイッチング素子をオンとしている期間には、
前記第１制御部は第１スイッチング素子をオフとし、前記第４制御部は第４スイッチング素子をオフとし、前記第２制御部は第２スイッチング素子を線形動作させることを特徴とする電源装置。
オンすることによって所定の出力端子間に正の電圧を与える第５スイッチング素子と、
オンすることによって所定の出力端子間に負の電圧を与える第６スイッチング素子と、
第５スイッチング素子を制御する第５制御部と、
第６スイッチング素子を制御する第６制御部と、を有する電源装置であって、
前記第５制御部が第５スイッチング素子を線形動作させている期間には、前記第６制御部は第６スイッチング素子をオフとし、
前記第６制御部が第６スイッチング素子を線形動作させている期間には、前記第５制御部は第５スイッチング素子をオフとすることを特徴とする電源装置。
請求項１又は請求項２に記載の電源装置を用いて、電極対に電圧を印加することを特徴とする殺菌システム。