JP2011114429A - パルス発生回路 - Google Patents

Abstract

【課題】極めて短いパルス幅のパルス電圧を発生するパルス発生回路を提供する。
【解決手段】パルス発生回路１００４は、誘導エネルギーを蓄積するトランス１００８と、トランス１００８の第１の巻線（１次側巻線）１２０４への直流の供給経路１０１２と、供給経路１０１２を開閉するスイッチ１０１６と、第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とを自律的に短絡に近い状態にする補助回路１０２０と、トランス１００８の第２の巻線（２次側巻線）１２０８からのパルス電圧の出力経路１０２４と、直流を供給する直流電源１０２８と、直流電源１０２８からの直流の供給を安定させるキャパシタ１０３２と、を備える。補助回路１０２０は、第１の巻線１２０４に誘導起電力が発生してから短い時間が経過した後に第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とを自律的に短絡に近い状態にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス発生回路に関する。

特許文献１，２は、インダクタ・トランス等への直流の供給経路を開閉しパルス電圧を発生する誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路（パルス電源回路）に関する。

特許文献１のパルス発生回路は、ターンオフが高速な静電誘導サイリスタ等を用いたスイッチにより供給経路を開閉し、パルス幅が短いパルス電圧を発生する。

特許文献２のパルス発生回路は、パルス電圧が発生しているときにトランスの巻線の両端をスイッチにより短絡し、パルス幅の短いパルス電圧を発生する。

特許第３８１１６８１号公報 特開２００９−５４９８号公報

特許文献１のパルス発生回路では、スイッチ・インダクタ・トランス等の浮遊容量のため、極めて短いパルス幅、例えば、数１００ｎｓ以下のパルス幅のパルス電圧を発生することは困難である。

また、特許文献２のパルス発生回路では、パルス幅が短いパルス電圧を発生させようとすると、トランスの巻線の両端を短絡するスイッチによる開閉のタイミングを高精度で制御する必要がある。このため、特許文献２のパルス発生回路でも、極めて短いパルス幅のパルス電圧を発生させることは困難である。

本発明は、この問題を解決するためになされたもので、極めて短いパルス幅のパルス電圧を発生するパルス発生回路を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、パルス発生回路であって、誘導エネルギーを蓄積する誘導エネルギー蓄積体と、前記誘導エネルギー蓄積体への直流の供給経路と、前記供給経路を開閉する第１のスイッチと、前記供給経路が開かれたときに誘導起電力が発生する前記誘導エネルギー蓄積体の第１端と第２端とを接続する補助回路と、を備え、前記補助回路は、誘導起電力の短絡経路と、前記短絡経路に挿入される可飽和リアクトルと、を備える。

請求項２の発明は、請求項１のパルス発生回路において、前記補助回路は、ダイオードと抵抗との並列接続体、をさらに備え、前記並列接続体は、前記供給経路が開かれたときに発生する誘導起電力により前記ダイオードが順バイアスされるように前記短絡経路に挿入される。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２のパルス発生回路において、前記補助回路は、前記短絡経路に挿入され前記短絡経路を開閉する第２のスイッチ、をさらに備える。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までいずれかのパルス発生回路において、前記誘導エネルギー蓄積体からのパルス電圧の出力経路、をさらに備え、前記誘導エネルギー蓄積体は、磁気結合された第１の巻線と第２の巻線とを備えるトランスであり、前記供給経路により前記第１の巻線へ直流が供給され、前記出力経路により前記第２の巻線からパルス電圧が出力され、前記補助回路は、前記第１の巻線の両端を接続する。

請求項５の発明は、請求項１から請求項３までいずれかのパルス発生回路において、前記誘導エネルギー蓄積体からのパルス電圧の出力経路、をさらに備え、前記誘導エネルギー蓄積体は、磁気結合された第１の巻線と第２の巻線とを備えるトランスであり、前記供給経路により前記第１の巻線へ直流が供給され、前記出力経路により前記第２の巻線からパルス電圧が出力され、前記補助回路は、前記第２の巻線の両端を接続する。

請求項６の発明は、請求項１から請求項３までいずれかのパルス発生回路において、前記誘導エネルギー蓄積体からのパルス電圧の出力経路、をさらに備え、前記誘導エネルギー蓄積体は、磁気結合された第１の巻線と第２の巻線と第３の巻線とを備えるトランスであり、前記供給経路により前記第１の巻線へ直流が供給され、前記出力経路により前記第２の巻線からパルス電圧が出力され、前記補助回路は、前記第３の巻線の両端を接続する。

請求項１から請求項６までの発明によれば、誘導エネルギー蓄積体に誘導起電力が発生してから短い時間が経過した後に誘導エネルギー蓄積体の第１端と第２端とが自律的に短絡される。このため、短いパルス幅のパルス電圧を発生させることが容易になる。

請求項２の発明によれば、第１のスイッチにより供給経路が閉じられるごとに可飽和リアクトルの状態が初期化されるので、パルス発生回路がパルス電圧を繰り返し発生する場合にパルス電圧が均一化する。

請求項３の発明によれば、パルス発生回路の寄与の有無が容易に切り替えられるので、パルス電圧のパルス幅の切り替えが容易になる。

第１実施形態のパルス発生回路の回路図である。 可飽和リアクトルの磁性体コアのＢ−Ｈカーブの例を示す図である。 パルス発生回路の動作を説明する図である。 パルス発生回路の動作を説明する図である。 パルス発生回路の動作を説明する図である。 パルス発生回路の動作を説明する図である。 パルス発生回路の動作を説明する図である。 パルス発生回路の動作を説明する図である。 第２実施形態のパルス発生回路の回路図である。 第３実施形態のパルス発生回路の回路図である。 第４実施形態のパルス発生回路の回路図である。 第５実施形態のパルス発生回路の回路図である。

＜第１実施形態＞
（パルス発生回路１００４の概略）
第１実施形態は、パルス発生回路１００４に関する。パルス発生回路１００４は、誘導性素子に誘導エネルギーを蓄積しパルス電圧を出力する誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路である。

図１は、パルス発生回路１００４の回路図である。図１に示すように、パルス発生回路１００４は、誘導エネルギーを蓄積するトランス１００８と、トランス１００８の第１の巻線（１次側巻線）１２０４への直流の供給経路１０１２と、供給経路１０１２を開閉するスイッチ１０１６と、第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とを自律的に短絡に近い状態にする補助回路１０２０と、トランス１００８の第２の巻線（２次側巻線）１２０８からのパルス電圧の出力経路１０２４と、直流を供給する直流電源１０２８と、直流電源１０２８からの直流の供給を安定させるキャパシタ１０３２と、を備える。

パルス発生回路１００４においては、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が閉じられると、第１の巻線１２０４に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後に、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が開かれると、第１の巻線１２０４には自己誘導により誘導起電力が発生し、第２の巻線１２０８には相互誘導により誘導起電力が発生する。トランス１００８の第２の巻線１２０８に発生した誘導起電力は、パルス電圧として出力経路１０２４を経由して負荷１０３６へ出力される。

補助回路１０２０は、第１の巻線１２０４に誘導起電力が発生してから短い時間が経過した後に第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とを自律的に短絡に近い状態にする。これにより、第２の巻線１２０８からのパルス電圧の出力が停止され、パルス幅が短いパルス電圧が発生する。短絡に近い状態にすることが自律的であることは、複雑な制御を不要にし、短いパルス幅のパルス電圧を発生させることを容易にする。「自律的」とは、短絡のタイミングを決める信号の入力を受けることなく、誘導起電力の発生に応答して短絡に近い状態にすることを意味する。

（補助回路１０２０）
補助回路１０２０は、第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とを接続する。

補助回路１０２０は、誘導起電力の短絡経路１１０４と、印加される電圧の時間積分値が特定値を超過するとインダクタンスが急激に低下する可飽和リアクトル１１０８と、短絡経路１１０４の電流の流れやすさに異方性を付与するダイオード１１２０と抵抗１１２４との並列接続体１１１２と、を備える。

可飽和リアクトル１１０８は、短絡経路１１０４に挿入される。並列接続体１１１２は、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が開かれたときに第１の巻線１２０４に発生する誘導起電力によりダイオード１１２０が順バイアスされるように短絡経路１１０４に挿入される。すなわち、ダイオード１１２０のカソードが可飽和リアクトル１１０８を介して第１の巻線１２０４の第１端１２１２に接続され、ダイオード１１２０のアノードが第１の巻線１２０４の第２端１２１６に接続される。なお、可飽和リアクトル１１０８の挿入位置と並列接続体１１１２の挿入位置とを入れ替えてもよい。

図２は、可飽和リアクトル１１０８の磁性体コア１１１６のＢ−Ｈカーブの例を示す図である。

スイッチ１０１６により供給経路１０１２が閉じられると、第１の巻線１２０４の第１端１２１２の電圧が第２端１２１６の電圧よりも高くなる。これにより、補助回路１０２０においては、ダイオード１１２０が逆バイアスされ、第１の巻線１２０４の第１端１２１２から第２端１２１６へ向かう電流が流れる。第１の巻線１２０４の第１端１２１２から第２端１２１６へ向かう電流は、可飽和リアクトル１１０８及び抵抗１１２４を主に経由する。

抵抗１１２４の抵抗値は、このときに可飽和リアクトル１１０８に流れる電流により磁性体コア１１１６が図２に示す飽和状態Ｓ１となるように決められる。これにより、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が閉じられるごとに可飽和リアクトル１１０８が一定の状態に初期化される。この動作を以下では「初期化動作」ともいう。このことは、パルス発生回路１００４がパルス電圧を繰り返し発生する場合にパルス電圧を均一化することに寄与する。また、抵抗１１２４の抵抗値が小さくなりすぎると、抵抗１１２４で消費される電力が大きくなり、大容量の抵抗を使用する必要が発生するため、抵抗１１２４の抵抗値は、上記の初期化動作を妨げない範囲で、できるだけ大きい値に決められる。

一方、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が開かれると、第１の巻線１２０４の第２端１２１６の電圧が第１端１２１２の電圧よりも高くなる。これにより、補助回路１０２０においては、ダイオード１１２０が順バイアスされ、可飽和リアクトル１１０８には、上記の初期化動作とは逆方向の電圧が印加される。

このとき、可飽和リアクトル１１０８に印加される電圧により、磁性体コア１１１６は、磁化反転を起こし、図２に示す飽和状態Ｓ２となる。これにより、可飽和リアクトル１１０８のインダクタンスが急激に低下し、第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とが短絡に近い状態になる。

並列接続体１１１２に代えて、並列接続体１１１２と同様の電流の流れ易さの異方性を有する素子又は素子群を使用してもよい。

（トランス１００８）
トランス１００８は、誘導エネルギーを蓄積する誘導エネルギー蓄積体である。誘導エネルギーとは、誘導性素子に電流を流すことによって蓄積される磁気エネルギーを意味する。トランス１００８の第１の巻線１２０４と第２の巻線１２０８とは磁気結合される。第１の巻線１２０４に電流を流すことによってトランス１００８に蓄積された誘導エネルギーは、第２の巻線１２０８から電気エネルギーとして取り出される。

第１の巻線１２０４の第１端１２１２は、直流電源１０２８の正極及びキャパシタ１０３２の一端に接続され、第１の巻線１２０４の第２端１２１６は、スイッチ１０１６を介して直流電源１０２８の負極及びキャパシタ１０３２の他端に接続される。

トランス１００８に代えて単一の巻線を備えるインダクタを誘導エネルギー蓄積体として使用し、インダクタから直接的にパルス電圧を出力してもよい。

（スイッチ１０１６）
スイッチ１０１６は、供給経路１０１２を開閉するＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）１３０４と、ＭＯＳＦＥＴ１３０４を駆動する駆動回路１３０８と、ＭＯＳＦＥＴ１３０４に続いて供給経路１０１２を開閉するＳＩサイリスタ（静電誘導サイリスタ）１３１２と、ＳＩサイリスタ１３１２へのバイアス付与経路１３１８と、ＳＩサイリスタ１３１２のゲートへ電流が流入することを抑制しＳＩサイリスタ１３１２のゲートから電流が流出することを許容するダイオード１３１４と、を備える。

ＳＩサイリスタ１３１２及びＭＯＳＦＥＴ１３０４は、ターンオンしたときに供給経路１０１２を閉じターンオフしたときに供給経路１０１２を開くように供給経路１０１２に直列に挿入される。すなわち、ＳＩサイリスタ１３１２のアノードは、第１の巻線１２０４の第２端１２１６に接続され、ＳＩサイリスタ１３１２のカソードは、ＭＯＳＦＥＴ１３０４のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１３０４のソースは、直流電源１０２８の負極及びキャパシタ１０３２の他端に接続される。ＳＩサイリスタ１３１２のゲートは、バイアス付与経路１３１８により第１の巻線１２０４の第１端１２１２に接続される。バイアス付与経路１３１８により、第１の巻線１２０４に発生した誘導起電力でＳＩサイリスタ１３１２がバイアスされる。ダイオード１３１４は、バイアス付与経路１３１８に挿入される。ダイオード１１２０のカソードは、第１の巻線１２０４の第１端１２１２に接続され、ダイオード１１２０のアノードは、ＳＩサイリスタ１３１２のゲートに接続される。ダイオード１１２０により、ＳＩサイリスタ１３１２が電圧駆動により正バイアスされ電流駆動により負バイアスされる。

ＭＯＳＦＥＴ１３０４がターンオンすると、高インピーダンスのダイオード１３１４を介してＳＩサイリスタ１３１２のゲートが正バイアスされ、ＳＩサイリスタ１３１２もターンオンする。これにより、供給経路１０１２が閉じられ、第１の巻線１２０４への直流の供給が始まる。

ＭＯＳＦＥＴ１３０４がターンオフすると、トランス１００８に蓄積されたエネルギーにより、ＳＩサイリスタ１３１２のカソードに流れていた電流がゲートへ転流し、ＳＩサイリスタ１３１２の内部に充電されていたキャリアが排出され、ＳＩサイリスタ１３１２も高速にターンオフする。これにより、供給経路１０１２が開かれ、第１の巻線１２０４への直流の供給が終わる。

図１に示すスイッチ１０１６には、単純であるにもかかわらず、供給経路１０１２を高速に開くことができるという利点がある。このことは、立ち上がりの早いパルス電圧を発生することに寄与する。しかし、他の形式のスイッチ１０１６で供給経路１０１２が開閉されてもよい。

例えば、ＳＩサイリスタ１３１２がバイポーラトランジスタ・ＧＴＯ（ゲートターンオフ）サイリスタ・ＭＯＳＦＥＴ・ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）・ＳＩＴ（静電誘導トランジスタ）等の他の種類のスイッチング素子に変更されてもよい。ＳＩサイリスタ１３１２が他の種類のスイッチング素子に変更される場合は、必要に応じて、スイッチング素子の挿入位置が変更され、バイアス付与経路が変更される。

ＭＯＳＦＥＴ１３０４がバイポーラトランジスタ・ＧＴＯサイリスタ・ＭＯＳＦＥＴ・ＩＧＢＴ・ＳＩＴ・ＳＩサイリスタ等の他の種類のスイッチング素子に変更されてもよい。ＭＯＳＦＥＴ１３０４が他の種類のスイッチング素子に変更される場合は、必要に応じて、駆動回路１３０８が変更され、転流回路が設けられる。

２種類のスイッチング素子を備えるスイッチ１０１６に代えて１種類のスイッチング素子のみを備えるスイッチを使用してもよい。

（パルス発生回路１００４の動作）
図３〜図８は、パルス発生回路１００４の動作を説明する図である。図３〜図８は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ１３０４の駆動信号、第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６との間の電圧Ｖ１、第１の巻線１２０４に流れる電流Ｉ１、第２の巻線１２０８の第１端１２２０と第２端１２２４との間の電圧Ｖ２、第２の巻線１２０８に流れる電流Ｉ２及び補助回路１０２０に流れる電流Ｉ３の時間変化を示す。

タイミングｔ０において、図３に示すように駆動回路１３０８からＭＯＳＦＥＴ１３０４へのオン信号の入力が始まると、ＭＯＳＦＥＴ１３０４及びＳＩサイリスタ１３１２がターンオンし、供給経路１０１２が閉じられる。供給経路１０１２が閉じられると、図５に示すように、電流Ｉ１が正方向に増加し始め、トランス１００８への誘導エネルギーの蓄積が始まる。このとき、図４に示すように、電圧Ｖ１が正方向へ上昇するので、図８に示すように、電流Ｉ３が負方向へ増加し始め、やがて直流電源電圧と抵抗１１２４の抵抗値で決まる電流で一定となる。この負方向への電流Ｉ３の増加により、可飽和リアクトル１１０８の状態が初期化される。

タイミングｔ１において、図３に示すように駆動回路１３０８からＭＯＳＦＥＴ１３０４へのオン信号の入力が終わると、ＭＯＳＦＥＴ１３０４及びＳＩサイリスタ１３１２がターンオフし、供給経路１０１２が開かれる。供給経路１０１２が開かれると、図４に示すように自己誘導により電圧Ｖ１が負方向に反転して電圧Ｖ１が負方向に急激に上昇し始め、図６に示すように相互誘導により電圧Ｖ２が負方向に急激に上昇し始める。これにともない、第２の巻線１２０８から負荷１０３６へのパルス電圧の出力が始まり、図７に示すように電流Ｉ２が負方向に急激に増加する。しかし、この時点では、磁性体コア１１１６は飽和しておらず、可飽和リアクトル１１０８のインダクタンスも低下していないので、第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とは短絡に近い状態にはなっておらず、図８に示すように、電流Ｉ３は０に近い。

タイミングｔ２において、磁性体コア１１１６が飽和し、可飽和リアクトル１１０８のインダクタンスが低下すると、図８に示すように電流Ｉ３が正方向に増加し、第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とが短絡に近い状態になる。第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とが短絡に近い状態になると、図４に示すように電圧Ｖ１が０に近くなり、図６に示すように電圧Ｖ２が０に近くなる。これにともない、第２の巻線１２０８から負荷１０３６へのパルス電圧の出力が終わり、図７に示すように電流Ｉ２が０に近くなる。

タイミングｔ０からタイミングｔ１までの時間Ｔ１、すなわち、誘導エネルギーが蓄積される時間Ｔ１は、例えば、３μｓである。タイミングｔ１からタイミングｔ２までの時間Ｔ２、すなわち、パルス電圧のパルス幅Ｔ２は、例えば、５０ｎｓである。

パルス電圧の発生が繰り返し行われる場合、その周期Ｔ３は、例えば、２００μｓである。周波数に換算すれば、５ｋｐｐｓである。

電圧Ｖ１のピーク値Ｖ１ｐは、概ね、数１００〜４ｋＶである。また、電圧Ｖ２のピーク値Ｖ２ｐは、概ね、１ｋ〜４０ｋＶである。

（パルス幅）
可飽和リアクトル１１０８の両端の電圧ｖ、すなわち、可飽和リアクトル１１０８に印加される電圧ｖは、可飽和リアクトル１１０８の巻き数Ｎ及び実効断面積Ａｅ並びに磁性体コア１１１６の中の磁束密度Ｂを用いて、式（１）であらわされる。

式（１）の両辺を時間ｔについて積分して変形すると、式（２）が得られる。

式（２）は、磁性体コア１１１６が図２に示す飽和状態Ｓ２になるまでの時間は、可飽和リアクトル１１０８に印加される電圧ｖの時間積分値が、磁性体コア１１１６の材質並びに可飽和リアクトル１１０８の巻き数Ｎ及び実効断面積Ａｅによって決まる特定値になるまでの時間によって決まることを示す。したがって、パルス電圧のパルス幅Ｔ２は、磁性体コア１１１６の材質並びに可飽和リアクトル１１０８の巻き数Ｎ及び実効断面積Ａｅによって決まる。なお、ダイオード１１２０の順方向電圧は、第１の巻線１２０４に発生する誘導起電力よりも著しく低いので、可飽和リアクトル１１０８に印加される電圧ｖは、電圧Ｖ１と同視され、可飽和リアクトル１１０８に印加される電圧ｖの時間積分値は、図４のハッチングを付した領域の面積と同視される。

ここで、電圧Ｖ１がピーク値Ｖ１ｐに達したときに可飽和リアクトル１１０８の磁性体コア１１１６が図２の飽和状態Ｓ１になるように磁性体コア１１１６の材質並びに可飽和リアクトル１１０８の巻き数Ｎ及び実効断面積Ａｅを決めておけば、パルス電圧のピーク値を維持しながら、流れる電流を減らすことができる。

（用途）
第１実施形態のパルス発生回路１００４は、どのような用途に使用されてもよいが、例えば、パルスプラズマ放電を発生させる装置のパルス電源として使用される。パルスプラズマ放電を発生させる装置には、例えば、プラズマＣＶＤ（化学気相蒸着）装置、ガス処理装置、表面処理装置等がある。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、パルス発生回路２００４に関する。

図９は、パルス発生回路２００４の回路図である。パルス発生回路２００４は、補助回路１０２０が補助回路２０２０に置き換えられたこと以外は、パルス発生回路１００４と同じく構成される。

補助回路２０２０は、補助回路１０２０と同じく、誘導起電力の短絡経路２１０４と、印加される電圧の時間積分値が特定値を超過するとインダクタンスが低下する可飽和リアクトル２１０８と、短絡経路２１０４の電流の流れやすさに異方性を付与するダイオード２１２０と抵抗２１２４との並列接続体２１１２と、を備える。可飽和リアクトル２１０８及び並列接続体２１１２は、補助回路１０２０と同じく、短絡経路２１０４に挿入される。

補助回路１０２０と補助回路２０２０との違いは、補助回路２０２０においては、短絡経路２１０４を開閉するスイッチ２１２８が短絡経路２１０４に挿入されることにある。

スイッチ２１２８は、短絡経路２１０４を開閉するＭＯＳＦＥＴ２１３２と、ＭＯＳＦＥＴ２１３２を駆動する駆動回路２１３６と、を備える。

ＭＯＳＦＥＴ２１３２は、ターンオンしたときに短絡経路２１０４を閉じターンオフしたときに短絡経路２１０４を開くように短絡経路２１０４に挿入される。

ＭＯＳＦＥＴ２１３２がバイポーラトランジスタ・ＧＴＯサイリスタ・ＩＧＢＴ・ＳＩＴ・ＳＩサイリスタ等の他の種類のスイッチング素子に変更されてもよい。ＭＯＳＦＥＴ２１３２が他の種類のスイッチング素子に変更される場合は、必要に応じて、駆動回路２１３６が変更され、転流回路が設けられる。

スイッチ２１２８により短絡経路２１０４が開かれた場合、補助回路２０２０がパルス電圧の発生に寄与しないので、パルス発生回路２００４は、相対的にパルス幅が長いパルス電圧を発生する。一方、スイッチ２１２８により短絡経路２１０４が閉じられた場合、パルス発生回路２００４がパルス電圧の発生に寄与するので、補助回路２０２０は、パルス発生回路１００４と同じように動作し、補助回路２０２０は、相対的にパルス幅が短いパルス電圧を発生する。

スイッチ２１２８による短絡経路２１０４の開閉は、一のパルス電圧の発生とそれに続く他のパルス電圧の発生との間に行われればよいので、補助回路２０２０の寄与の有無は容易に切り替えられ、パルス電圧の幅も容易に切り替えられる。したがって、パルスプラズマ放電を発生させる装置にパルス発生装置２００４が使用された場合、処理対象物の違いに応じてパルス幅を調整することが容易である。２種類のパルス幅のパルス電圧を発生するために２種類のパルス発生回路を設けることも不要である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、パルス発生回路３００４に関する。

図１０は、パルス発生回路３００４の回路図である。パルス発生回路３００４は、補助回路１０２０が補助回路群３０３６に置き換えられたこと以外は、パルス発生回路１００４と同じく構成される。

図１０に示すように、補助回路群３０３６は、２個以上の補助回路３０２０の並列接続体である。補助回路群３０３６を構成する補助回路３０２０の各々は、補助回路２０２０と同じく、誘導起電力の短絡経路３１０４と、印加される電圧の時間積分値が特定値を超過するとインダクタンスが低下する可飽和リアクトル３１０８と、短絡経路３１０４の電流の流れやすさに異方性を付与するダイオード３１２０と抵抗３１２４との並列接続体３１１２と、短絡経路３１０４を開閉するスイッチ３１２８と、を備える。可飽和リアクトル３１０８、並列接続体３１１２及びスイッチ３１２８は、補助回路２０２０と同じく、短絡経路３１０４に挿入される。ただし、パルス幅を決める磁性体コア３１１６の材質並びに可飽和リアクトル１１０８の巻き数Ｎ及び実効断面積Ａｅによって決まる特定値、すなわち、補助回路３０２０が第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とを短絡に近い状態にするまでの時間は、補助回路３０２０ごとに異なる。

パルス発生回路３００４は、全部のスイッチ３１２８が短絡経路３１０４を開いた状態又はいずれか１個のスイッチ３１２８が短絡経路３１０４を閉じた状態でパルス電圧を発生する。これにより、パルス発生回路３００４は、３種類以上のパルス幅のパルス電圧を発生する。

＜第４実施形態＞
第４実施形態は、パルス発生回路４００４に関する。

図１１は、パルス発生回路４００４の回路図である。パルス発生回路４００４は、補助回路１０２０が、第１の巻線１２０４の第１端１２１２と第２端１２１６とを接続するのではなく、第２の巻線１２０８の第１端１２２０と第２端１２２４とを接続し、第２の巻線１２０８の第１端１２２０と第２端１２２４とを自律的に短絡に近い状態にすること以外は、パルス発生回路１００４と同じく構成される。並列接続体１１１２は、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が開かれたときに第２の巻線１２０８に発生する誘導起電力によりダイオード１１２０が順バイアスされるように短絡経路１１０４に挿入される。

パルス発生回路４００４においては、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が閉じられると、第１の巻線１２０４に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後に、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が開かれると、第１の巻線１２０４には自己誘導により誘導起電力が発生し、第２の巻線１２０８には相互誘導により誘導起電力が発生する。トランス１００８の第２の巻線１２０８に発生した誘導起電力は、パルス電圧として出力経路１０２４を経由して負荷１０３６へ出力される。

補助回路１０２０は、第２の巻線１２０８に誘導起電力が発生してから短い時間が経過した後に第２の巻線１２０８の第１端１２２０と第２端１２２４とを自律的に短絡に近い状態にする。これにより、第２の巻線１２０８からのパルス電圧の出力が停止され、パルス幅が短いパルス電圧が発生する。

パルス発生回路４００４においても、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が閉じられたときに第２の巻線１２０８に発生する誘導起電力により、可飽和リアクトル１１０８の状態が初期化される。

パルス発生回路４００４においても、補助回路１０２０を補助回路２０２０又は補助回路群３０３６に置き換えてもよい。

＜第５実施形態＞
第５実施形態は、パルス発生回路５００４に関する。

図１２は、パルス発生回路５００４の回路図である。パルス発生回路５００４は、トランス１００８が第１の巻線５２０４及び第２の巻線５２０８に加えて第３の巻線５２２８を備えるトランス５００８に置き換えられ、補助回路１０２０が、第１の巻線５２０４の第１端５２１２と第２端５２１６とを接続するのではなく、第３の巻線５２２８の第１端５２３２と第２端５２３６とを接続し、第３の巻線５２２８の第１端５２３２と第２端５２３６とを自律的に短絡に近い状態にすること以外は、パルス発生回路１００４と同じく構成される。並列接続体１１１２は、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が開かれたときに第３の巻線５２２８に発生する誘導起電力によりダイオード１１２０が順バイアスされるように短絡経路１１０４に挿入される。

トランス５００８の第１の巻線５２０４と第２の巻線５２０８と第３の巻線５２２８とは磁気結合される。

パルス発生回路５００４においては、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が閉じられると、第１の巻線５２０４に電流が流れトランス５００８に誘導エネルギーが蓄積される。トランス５００８に誘導エネルギーが蓄積された後に、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が開かれると、第１の巻線５２０４には自己誘導により誘導起電力が発生し、第２の巻線５２０８及び第３の巻線５２２８には相互誘導により誘導起電力が発生する。トランス５００８の第２の巻線５２０８に発生した誘導起電力は、パルス電圧として出力経路１０２４を経由して負荷１０３６へ出力される。

補助回路１０２０は、第３の巻線５２２８に誘導起電力が発生してから短い時間が経過した後に第３の巻線５２２８の第１端５２３２と第２端５２３６とを自律的に短絡に近い状態にする。これにより、第２の巻線５２０８からのパルス電圧の出力が停止され、パルス幅が短いパルス電圧が発生する。

パルス発生回路５００４においても、スイッチ１０１６により供給経路１０１２が閉じられたときに第３の巻線５２２８に発生する誘導起電力により、可飽和リアクトル１１０８の状態が初期化される。

パルス発生回路５００４においても、補助回路１０２０を補助回路２０２０又は補助回路群３０３６に置き換えてもよい。

＜その他＞
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において例示であり、この発明は上記の説明に限定されない。例示されない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定されうる。

１００４，２００４，３００４，４００４，５００４ パルス発生回路
１００８，５００８ トランス
１０１２ 供給経路
１０１６ スイッチ
１０２０，２０２０、３０２０ 補助回路
１０２４ 出力経路

Claims (6)

1. パルス発生回路であって、
   誘導エネルギーを蓄積する誘導エネルギー蓄積体と、
   前記誘導エネルギー蓄積体への直流の供給経路と、
   前記供給経路を開閉する第１のスイッチと、
   前記供給経路が開かれたときに誘導起電力が発生する前記誘導エネルギー蓄積体の第１端と第２端とを接続する補助回路と、
   を備え、
   前記補助回路は、
   誘導起電力の短絡経路と、
   前記短絡経路に挿入される可飽和リアクトルと、
   を備えるパルス発生回路。
2. 請求項１のパルス発生回路において、
   前記補助回路は、
   ダイオードと抵抗との並列接続体、
   をさらに備え、
   前記並列接続体は、
   前記供給経路が開かれたときに発生する誘導起電力により前記ダイオードが順バイアスされるように前記短絡経路に挿入される、
   パルス発生回路。
3. 請求項１又は請求項２のパルス発生回路において、
   前記補助回路は、
   前記短絡経路に挿入され前記短絡経路を開閉する第２のスイッチ、
   をさらに備えるパルス発生回路。
4. 請求項１から請求項３までいずれかのパルス発生回路において、
   前記誘導エネルギー蓄積体からのパルス電圧の出力経路、
   をさらに備え、
   前記誘導エネルギー蓄積体は、磁気結合された第１の巻線と第２の巻線とを備えるトランスであり、
   前記供給経路により前記第１の巻線へ直流が供給され、
   前記出力経路により前記第２の巻線からパルス電圧が出力され、
   前記補助回路は、
   前記第１の巻線の両端を接続する、
   パルス発生回路。
5. 請求項１から請求項３までいずれかのパルス発生回路において、
   前記誘導エネルギー蓄積体からのパルス電圧の出力経路、
   をさらに備え、
   前記誘導エネルギー蓄積体は、磁気結合された第１の巻線と第２の巻線とを備えるトランスであり、
   前記供給経路により前記第１の巻線へ直流が供給され、
   前記出力経路により前記第２の巻線からパルス電圧が出力され、
   前記補助回路は、
   前記第２の巻線の両端を接続する、
   パルス発生回路。
6. 請求項１から請求項３までいずれかのパルス発生回路において、
   前記誘導エネルギー蓄積体からのパルス電圧の出力経路、
   をさらに備え、
   前記誘導エネルギー蓄積体は、磁気結合された第１の巻線と第２の巻線と第３の巻線とを備えるトランスであり、
   前記供給経路により前記第１の巻線へ直流が供給され、
   前記出力経路により前記第２の巻線からパルス電圧が出力され、
   前記補助回路は、
   前記第３の巻線の両端を接続する、
   パルス発生回路。

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