JP2012120017A

JP2012120017A - Pulse discharge generation device

Info

Publication number: JP2012120017A
Application number: JP2010269146A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Terasawa; 達矢寺澤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-06-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulse discharge generation device that can generate a pulse voltage of a high repetition frequency without significantly lowering efficiency.SOLUTION: A primary winding of a transformer and a drain-source junction of a MOSFET are inserted in a conductive path from a positive electrode to a negative electrode of a DC source. When a channel of the MOSFET changes from a conducting state to a nonconducting state, a current flowing through the conductive path is interrupted and a main pulse voltage is output to a secondary winding of the transformer by mutual induction. When the pulse voltage is applied to a discharger, a kickback occurs to bias a parasitic diode of the MOSFET forward, and the parasitic diode of the MOSFET conducts reversely and then recovers reversely to output an accompanying pulse voltage to the secondary winding of the transformer. The main pulse generated induces the accompanying pulse, which in turn induces the next accompanying pulse. The length of an off period is set such that one or more accompanying pulse voltages are generated in the off period.

Description

本発明は、パルス放電発生装置に関する。 The present invention relates to a pulse discharge generator.

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、直流電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。 In an inductive energy storage type pulse generation circuit (hereinafter referred to as “IES circuit”), an inductive element such as an inductor and a transformer and a switching element are inserted in a conduction path from a positive electrode to a negative electrode of a DC power supply. . In the IES circuit, when the switching element closes the conduction path, a current flows through the conduction path, and inductive energy is accumulated in the inductive element. In the IES circuit, when the switching element opens a conduction path in a state where inductive energy is accumulated in the inductive element, a pulse voltage is generated in the inductive element by self-induction or mutual induction.

特開２００９−１６５２０１号公報JP 2009-165201 A

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、ＩＥＳ回路の効率を著しく低下させる。 The first means for increasing the repetition frequency of the pulse voltage generated by the IES circuit is to select an appropriate circuit constant and increase the switching frequency of the switching element. However, the first means significantly reduces the efficiency of the IES circuit due to the influence of the leakage inductance of the inductive element, the loss of the switching element, and the like.

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。 The second means for increasing the repetition frequency of the pulse voltage generated by the IES circuit is to connect a plurality of IES circuits in parallel and shift the timing of generating the pulse voltage to each IES circuit as in Patent Document 1. It is. However, in the second means, the current returning from the load is blocked by the diode that prevents interference between the plurality of IES circuits. Therefore, the second means is not adopted when current returns from the load.

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パルス放電発生装置において、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することである。 The present invention is made to solve these problems. An object of the present invention is to generate a pulse voltage having a high repetition frequency without significantly reducing the efficiency in a pulse discharge generator in which current is fed back from a load.

本発明は、パルス放電発生装置に向けられる。 The present invention is directed to a pulse discharge generator.

本発明の第１の局面によれば、誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路が発生したパルス電圧が容量性の負荷に印加される。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、誘導性素子及びユニポーラ型のスイッチング素子が挿入される。スイッチング素子のチャネルには、寄生ダイオードが寄生する。スイッチング素子は、寄生ダイオードを経由して負極から正極へ流れる電流が寄生ダイオードの順方向電流となるように導通経路に挿入される。チャネルは、スイッチング素子に入力された駆動信号に応じて導通状態が変化する。駆動回路は、チャネルを導通させるオン期間とチャネルを導通させないオフ期間とを交互に繰り返す駆動信号をスイッチング素子に入力する。オフ期間の長さは、チャネルが導通した状態から導通していない状態へ変化したときに発生する主パルス電圧の発生が始まる第１のタイミングから、パルス電圧が印加された負荷から帰還する電流により逆導通した寄生ダイオードが逆回復したときに発生する付随パルス電圧の発生が終わる第２のタイミングまで、の時間より長く設定される。 According to the first aspect of the present invention, the pulse voltage generated by the inductive energy storage type pulse generation circuit is applied to the capacitive load. The direct current source generates a direct current voltage between the positive electrode and the negative electrode. An inductive element and a unipolar type switching element are inserted into the conduction path from the positive electrode to the negative electrode. A parasitic diode is parasitic on the channel of the switching element. The switching element is inserted into the conduction path so that the current flowing from the negative electrode to the positive electrode via the parasitic diode becomes the forward current of the parasitic diode. The channel changes its conduction state according to the drive signal input to the switching element. The drive circuit inputs, to the switching element, a drive signal that alternately repeats an on period in which the channel is conducted and an off period in which the channel is not conducted. The length of the off period depends on the current fed back from the load to which the pulse voltage is applied from the first timing at which the generation of the main pulse voltage that occurs when the channel changes from the conductive state to the non-conductive state. It is set longer than the time until the second timing at which the generation of the accompanying pulse voltage that occurs when the reversely conductive parasitic diode is reversely recovered.

本発明の第２の局面によれば、誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路が発生したパルス電圧が容量性の負荷に印加される。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、誘導性素子及びユニポーラ型のスイッチング素子が挿入される。スイッチング素子のチャネルには、寄生ダイオードが寄生する。スイッチング素子は、寄生ダイオードを経由して負極から正極へ流れる電流が寄生ダイオードの順方向電流となるように導通経路に挿入される。チャネルは、スイッチング素子に入力された駆動信号に応じて導通状態が変化する。駆動回路は、チャネルを導通させるオン期間とチャネルを導通させないオフ期間とを交互に繰り返す駆動信号をスイッチング素子に入力する。外付けダイオードは、外付けダイオードを経由して負極から正極へ流れる電流が順方向電流となるようにチャネルに並列に接続される。オフ期間の長さは、チャネルが導通した状態から導通していない状態へ変化したときに発生する主パルス電圧の発生が始まる第１のタイミングから、パルス電圧が印加された負荷から帰還する電流により逆導通した寄生ダイオード及び外付けダイオードが逆回復したときに発生する付随パルス電圧の発生が終わる第２のタイミングまで、の時間より長く設定される。 According to the second aspect of the present invention, the pulse voltage generated by the inductive energy storage type pulse generation circuit is applied to the capacitive load. The direct current source generates a direct current voltage between the positive electrode and the negative electrode. An inductive element and a unipolar type switching element are inserted into the conduction path from the positive electrode to the negative electrode. A parasitic diode is parasitic on the channel of the switching element. The switching element is inserted into the conduction path so that the current flowing from the negative electrode to the positive electrode via the parasitic diode becomes the forward current of the parasitic diode. The channel changes its conduction state according to the drive signal input to the switching element. The drive circuit inputs, to the switching element, a drive signal that alternately repeats an on period in which the channel is conducted and an off period in which the channel is not conducted. The external diode is connected in parallel to the channel so that the current flowing from the negative electrode to the positive electrode via the external diode becomes a forward current. The length of the off period depends on the current fed back from the load to which the pulse voltage is applied from the first timing at which the generation of the main pulse voltage that occurs when the channel changes from the conductive state to the non-conductive state. It is set longer than the time until the second timing when the generation of the accompanying pulse voltage generated when the reversely conductive parasitic diode and the external diode are reversely recovered.

本発明によれば、オフ期間に２回以上のパルス電圧が発生し、発生するパルス電圧の繰り返し周波数がスイッチング素子のスイッチング周波数より高くなり、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。 According to the present invention, the pulse voltage is generated twice or more in the off period, the repetition frequency of the generated pulse voltage is higher than the switching frequency of the switching element, and the pulse voltage having a high repetition frequency is obtained without significantly reducing the efficiency. Can occur.

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。 These and other objects, features, aspects and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description of the invention when considered in conjunction with the accompanying drawings.

第１実施形態のパルス放電発生装置の回路図である。It is a circuit diagram of the pulse discharge generator of a 1st embodiment. 駆動信号の時間変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the time change of a drive signal. 導通経路を流れる電流の時間変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the time change of the electric current which flows through a conduction | electrical_connection path | route. 放電体へ流れる電流の時間変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the time change of the electric current which flows into a discharge body. 放電体に印加される電圧の時間変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the time change of the voltage applied to a discharge body. 第２実施形態のパルス放電発生装置の回路図である。It is a circuit diagram of the pulse discharge generator of a 2nd embodiment.

｛第１実施形態｝
（パルス放電発生装置の概略）
第１実施形態は、パルス放電発生装置に関する。 {First embodiment}
(Outline of pulse discharge generator)
The first embodiment relates to a pulse discharge generator.

図１は、第１実施形態のパルス放電発生装置の回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram of the pulse discharge generator of the first embodiment.

図１に示すように、パルス放電発生装置１０００は、パルス発生回路１００２と、放電体１００４と、を備える。パルス発生回路１００２が発生したパルス電圧は放電体１００４に印加され、放電体１００４にはパルス放電が発生する。これにより、放電体１００４においてプラズマが発生する。パルス放電発生装置１０００がプラズマの発生以外の用途に用いられてもよい。 As shown in FIG. 1, the pulse discharge generator 1000 includes a pulse generation circuit 1002 and a discharge body 1004. The pulse voltage generated by the pulse generation circuit 1002 is applied to the discharge body 1004, and pulse discharge is generated in the discharge body 1004. Thereby, plasma is generated in the discharge body 1004. The pulse discharge generator 1000 may be used for purposes other than plasma generation.

放電体１００４は、対向する電極の容量性の負荷である。パルス放電発生装置１０００においては、放電体１００４にパルス電圧が印加されパルス発生回路１００２から放電体１００４へ電流が流れると、放電体１００４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。 The discharge body 1004 is a capacitive load of opposing electrodes. In the pulse discharge generator 1000, when a pulse voltage is applied to the discharge body 1004 and a current flows from the pulse generation circuit 1002 to the discharge body 1004, kickback in which current flows back from the discharge body 1004 to the pulse generation circuit 1002 occurs.

（パルス発生回路）
パルス発生回路１００２は、直流源１００６と、トランス１００８と、ＭＯＳＦＥＴ（酸化金属被膜電界効果トランジスタ）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。 (Pulse generation circuit)
The pulse generation circuit 1002 includes a DC source 1006, a transformer 1008, a MOSFET (metal oxide film field effect transistor) 1010, a drive circuit 1012, and a capacitor 1014. The pulse generation circuit 1002 is an inductive energy storage type power source that releases inductive energy stored in the inductive element in a short time.

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、ＭＯＳＦＥＴ１０１０のドレイン−ソース間とが挿入される。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ＭＯＳＦＥＴ１０１０のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１０１０のソースは直流源１００６の負極１０１８に接続される。トランス１００８の２次側巻線１０２４からはパルス電圧が出力され、トランス１００８の２次側巻線１０２４に並列に接続された放電体１００４にはパルス発生回路１００２から出力されたパルス電圧が印加される。キャパシタ１０１４は、直流源１００６に並列に接続される。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、インダクタの両端からパルス電圧が出力されてもよい。 A DC source 1006 made of a battery or the like generates a DC voltage between the positive electrode 1016 and the negative electrode 1018. In the conduction path 1020 from the positive electrode 1016 to the negative electrode 1018 of the DC source 1006, the primary winding 1022 of the transformer 1008 and the drain-source of the MOSFET 1010 are inserted. One end of the primary winding 1022 of the transformer 1008 is connected to the positive electrode 1016 of the DC source 1006, the other end of the primary winding 1022 of the transformer 1008 is connected to the drain of the MOSFET 1010, and the source of the MOSFET 1010 is the DC source 1006. Connected to the negative electrode 1018. A pulse voltage is output from the secondary winding 1024 of the transformer 1008, and the pulse voltage output from the pulse generation circuit 1002 is applied to the discharge body 1004 connected in parallel to the secondary winding 1024 of the transformer 1008. The Capacitor 1014 is connected to DC source 1006 in parallel. It is not essential that the inductive element is the transformer 1008. An inductor may be inserted at a position where the primary winding 1022 of the transformer 1008 is inserted, and a pulse voltage may be output from both ends of the inductor.

ＭＯＳＦＥＴ１０１０のドレイン−ソース間には、ＭＯＳＦＥＴ１０１０のゲートに入力された駆動信号Ｓｉｇ１に応じて導通状態が変化するチャネル１０２６がある。チャネル１０２６には寄生ダイオード１０２８が寄生する。ＭＯＳＦＥＴ１０１０のドレイン−ソース間は、寄生ダイオード１０２８を経由して直流源１００６の負極１０１８から正極１０１６へ流れる電流が寄生ダイオード１０２８の順方向電流となるように導通経路１０２０に挿入される。寄生ダイオード１０２８は、「保護ダイオード」、「ボディダイオード」、「内部逆接続ダイオード」、「フライホイールダイオード」等とも呼ばれる。 Between the drain and source of the MOSFET 1010, there is a channel 1026 whose conduction state changes according to the drive signal Sig 1 input to the gate of the MOSFET 1010. A parasitic diode 1028 is parasitic on the channel 1026. Between the drain and source of the MOSFET 1010, the current flowing from the negative electrode 1018 to the positive electrode 1016 of the DC source 1006 via the parasitic diode 1028 is inserted into the conduction path 1020 so as to become the forward current of the parasitic diode 1028. The parasitic diode 1028 is also called “protection diode”, “body diode”, “internal reverse connection diode”, “flywheel diode”, or the like.

ＭＯＳＦＥＴ１０１０のゲートには駆動回路１０１２から駆動信号Ｓｉｇ１が入力される。駆動信号Ｓｉｇ１は、ＭＯＳＦＥＴ１０１０のチャネル１０２６を導通させるオン期間とチャネル１０２６を導通させないオフ期間とを交互に繰り返す。 A drive signal Sig 1 is input from the drive circuit 1012 to the gate of the MOSFET 1010. The drive signal Sig1 alternately repeats an on period in which the channel 1026 of the MOSFET 1010 is conducted and an off period in which the channel 1026 is not conducted.

パルス発生回路１００２においては、チャネル１０２６が導通した状態から導通していない状態へ変化すると、導通経路１０２０を流れる電流Ｉｉが遮断され、トランス１００８の２次側巻線１０２４に相互誘導によりパルス電圧が出力される。以下では、このパルス電圧を「主パルス電圧」という。 In the pulse generation circuit 1002, when the channel 1026 changes from the conductive state to the non-conductive state, the current Ii flowing through the conductive path 1020 is cut off, and the pulse voltage is applied to the secondary winding 1024 of the transformer 1008 by mutual induction. Is output. Hereinafter, this pulse voltage is referred to as “main pulse voltage”.

また、パルス発生回路１００２においては、オフ期間に寄生ダイオード１０２８が順方向にバイアスされると、直流源１００６の負極１０１８から正極１０１６へ向かう電流Ｉ１が寄生ダイオード１０２８を経由して導通経路１０２０を流れる。電流Ｉ１が流れなくなった直後も、寄生ダイオード１０２８は逆導通しており、直流源１００６の正極１０１６から負極１０１８へ向かう電流Ｉ２が寄生ダイオード１０２８を経由して導通経路１０２０を流れる。寄生ダイオード１０２８が逆回復すると、電流Ｉ２は流れなくなる。したがって、寄生ダイオード１０２８が順方向にバイアスされると、チャネル１０２６が導通した状態から導通していない状態へ変化したときと同じように導通経路１０２０を流れる電流Ｉｉが変化し、トランス１００８の２次側巻線１０２４にパルス電圧が出力される。以下では、このパルス電圧を「付随パルス電圧」という。 In the pulse generation circuit 1002, when the parasitic diode 1028 is forward-biased during the off period, the current I1 from the negative electrode 1018 to the positive electrode 1016 of the DC source 1006 flows through the conduction path 1020 via the parasitic diode 1028. . Immediately after the current I1 stops flowing, the parasitic diode 1028 is in reverse conduction, and the current I2 from the positive electrode 1016 to the negative electrode 1018 of the DC source 1006 flows through the conduction path 1020 via the parasitic diode 1028. When the parasitic diode 1028 reversely recovers, the current I2 stops flowing. Therefore, when the parasitic diode 1028 is forward-biased, the current Ii flowing through the conduction path 1020 changes in the same way as when the channel 1026 changes from the conductive state to the non-conductive state, and the secondary of the transformer 1008 changes. A pulse voltage is output to the side winding 1024. Hereinafter, this pulse voltage is referred to as “accompanying pulse voltage”.

一方、先述したように、パルス放電発生装置１０００においては、放電体１００４にパルス電圧が印加された後に、放電体１００４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し、寄生ダイオード１０２８が順方向にバイアスされる。 On the other hand, as described above, in the pulse discharge generator 1000, after a pulse voltage is applied to the discharge body 1004, a kickback in which current flows back from the discharge body 1004 to the pulse generation circuit 1002 occurs, and the parasitic diode 1028 Biased forward.

これらのことから、パルス放電発生装置１０００においては、主パルスが発生すると付随パルスが誘起され、付随パルスが発生すると次の付随パルスが誘起される。したがって、パルス放電発生装置１０００においては、主パルスが発生すると付随パルスが繰り返し発生する。そこで、パルス放電発生装置１０００においては、オフ期間に１回以上の付随パルス電圧が発生するようにオフ期間の長さが設定される。これにより、オフ期間に２回以上のパルス電圧が発生し、発生するパルス電圧の繰り返し周波数がスイッチング素子のスイッチング周波数より高くなり、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。 For these reasons, in the pulse discharge generator 1000, the accompanying pulse is induced when the main pulse is generated, and the next accompanying pulse is induced when the accompanying pulse is generated. Therefore, in the pulse discharge generator 1000, when the main pulse is generated, the accompanying pulse is repeatedly generated. Therefore, in the pulse discharge generator 1000, the length of the off period is set so that one or more accompanying pulse voltages are generated in the off period. Thereby, the pulse voltage is generated twice or more in the off period, the repetition frequency of the generated pulse voltage becomes higher than the switching frequency of the switching element, and the pulse voltage having a high repetition frequency can be generated without significantly reducing the efficiency.

（パルス放電発生装置の動作）
図２から図５までは、それぞれ、駆動信号Ｓｉｇ１、導通経路１０２０を流れる電流Ｉｉ、パルス発生回路１００２から放電体１００４へ流れる電流Ｉｏ、放電体１００４に印加される電圧（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ｔ１３までの一周期の時間変化を示す。 (Operation of pulse discharge generator)
2 to 5, respectively, the drive signal Sig1, the current Ii flowing through the conduction path 1020, the current Io flowing from the pulse generation circuit 1002 to the discharge body 1004, and the voltage applied to the discharge body 1004 (the output of the pulse generation circuit 1002 is output). The voltage changes in one cycle from Vo timing t1 to t13.

タイミングｔ１からｔ２までのオン期間には、図２に示すように、オン信号がＭＯＳＦＥＴ１０１０のゲートに入力され、チャネル１０２６が導通し、導通経路１０２０が閉じられる。オン期間には、図３に示すように、電流Ｉｉが正方向に増加し、トランス１００８に誘導エネルギーが蓄積される。 In the ON period from timing t1 to t2, as shown in FIG. 2, an ON signal is input to the gate of the MOSFET 1010, the channel 1026 is conducted, and the conduction path 1020 is closed. In the ON period, as shown in FIG. 3, the current Ii increases in the positive direction, and inductive energy is accumulated in the transformer 1008.

タイミングｔ２からタイミングｔ１３までのオフ期間には、図２に示すように、オフ信号がＭＯＳＦＥＴ１０１０のゲートに入力され、チャネル１０２６が導通せず、導通経路１０２０が開かれる。オフ期間には、トランス１００８に蓄積された誘導エネルギーが放出され、図５に示すように、最初に主パルス電圧Ｐ１が発生し、続いて付随パルス電圧Ｐ２及びＰ３が発生する。図５には、付随パルス電圧が発生する回数が２回である場合が示されるが、付随パルス電圧が発生する回数は１回であってもよく３回以上であってもよい。付随パルス電圧が発生する回数は、オフ期間の長さ、寄生ダイオード１０２８の逆回復特性等によって決まる。 In an off period from timing t2 to timing t13, as shown in FIG. 2, an off signal is input to the gate of the MOSFET 1010, the channel 1026 is not conducted, and the conduction path 1020 is opened. In the off period, the induced energy accumulated in the transformer 1008 is released, and as shown in FIG. FIG. 5 shows the case where the accompanying pulse voltage is generated twice, but the accompanying pulse voltage may be generated once or three times or more. The number of times that the accompanying pulse voltage is generated is determined by the length of the off period, the reverse recovery characteristic of the parasitic diode 1028, and the like.

チャネル１０２６が導通した状態から導通していない状態へ変化するタイミングｔ２には、図４に示すように、電流Ｉｏが負方向に急激に上昇してから下降し始め、図５に示すように、電圧Ｖｏが負方向に急激に上昇し始め、主パルス電圧Ｐ１の発生が始まる。 At the timing t2 when the channel 1026 changes from the conductive state to the non-conductive state, as shown in FIG. 4, the current Io starts to rapidly decrease in the negative direction and then decreases, and as shown in FIG. The voltage Vo starts to rise rapidly in the negative direction, and the generation of the main pulse voltage P1 begins.

タイミングｔ３には、図４に示すように、主パルス電圧Ｐ１が印加された放電体１００４からの電流の還流により電流Ｉｏが負方向から正方向へ反転し正方向へ上昇し始め、図５に示すように、電圧Ｖｏがピークに達し下降し始める。 At timing t3, as shown in FIG. 4, the current Io reverses from the negative direction to the positive direction due to the return of the current from the discharge body 1004 to which the main pulse voltage P1 is applied, and starts to rise in the positive direction. As shown, the voltage Vo reaches a peak and begins to drop.

タイミングｔ４には、寄生ダイオード１０２８が順方向にバイアスされ、図３に示すように、電流Ｉｉが負方向に急激に上昇してから下降し始め、図４に示すように、電流Ｉｏが急激に下降し、図５に示すように、電圧Ｖｏが急激に下降し、主パルス電圧Ｐ１の発生が終わる。 At the timing t4, the parasitic diode 1028 is biased in the forward direction, and as shown in FIG. 3, the current Ii starts to fall after suddenly rising in the negative direction, and as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the voltage Vo drops rapidly, and the generation of the main pulse voltage P1 ends.

タイミングｔ５には、主パルス電圧Ｐ１が印加された放電体１００４からの電流の還流により寄生ダイオード１０２８が逆導通し、図３に示すように、電流Ｉｉが負方向から正方向に反転し正方向へ増加し始める。 At timing t5, the parasitic diode 1028 reversely conducts due to the return of current from the discharge body 1004 to which the main pulse voltage P1 is applied, and the current Ii is reversed from the negative direction to the positive direction as shown in FIG. Begin to increase.

タイミングｔ６には、寄生ダイオード１０２８が逆回復し、図３に示すように、電流Ｉｉが急激に下降し、図４に示すように、電流Ｉｏが負方向に急激に上昇してから下降し始め、図５に示すように、電圧Ｖｏが負方向に急激に上昇し始め、１回目の付随パルス電圧Ｐ２の発生が始まる。 At timing t6, the parasitic diode 1028 reversely recovers, the current Ii rapidly decreases as shown in FIG. 3, and the current Io starts to decrease after rapidly increasing in the negative direction as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the voltage Vo starts to rise rapidly in the negative direction, and the first incidental pulse voltage P2 is generated.

タイミングｔ７には、図４に示すように、１回目の付随パルス電圧Ｐ２が印加された放電体１００４からの電流の還流により電流Ｉｏが負方向から正方向へ反転し正方向へ上昇し始め、図５に示すように、電圧Ｖｏがピークに達し下降し始める。 At timing t7, as shown in FIG. 4, the current Io reverses from the negative direction to the positive direction and starts to rise in the positive direction due to the return of the current from the discharge body 1004 to which the first accompanying pulse voltage P2 is applied. As shown in FIG. 5, the voltage Vo reaches a peak and starts to fall.

タイミングｔ８においては、寄生ダイオード１０２８が順方向にバイアスされ、図３に示すように、電流Ｉｉが負方向に急激に上昇してから下降し始め、図４に示すように、電流Ｉｏが急激に下降し、図５に示すように、電圧Ｖｏが急激に下降し、１回目の付随パルス電圧Ｐ２の発生が終わる。 At timing t8, the parasitic diode 1028 is biased in the forward direction, and as shown in FIG. 3, the current Ii starts to fall after suddenly rising in the negative direction, and as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the voltage Vo drops sharply, and the generation of the first incidental pulse voltage P2 ends.

タイミングｔ９には、１回目の付随パルス電圧Ｐ２が印加された放電体１００４からの電流の還流により寄生ダイオード１０２８が逆導通し、図３に示すように、電流Ｉｉが負方向から正方向に反転し正方向へ増加し始める。 At timing t9, the parasitic diode 1028 reversely conducts due to the return of current from the discharge body 1004 to which the first accompanying pulse voltage P2 is applied, and the current Ii is inverted from the negative direction to the positive direction as shown in FIG. Then start to increase in the positive direction.

タイミングｔ１０には、寄生ダイオード１０２８が逆回復し、図３に示すように、電流Ｉｉが急激に下降し、図４に示すように、電流Ｉｏが負方向に急激に上昇してから下降し始め、図５に示すように、電圧Ｖｏが負方向に急激に上昇し始め、２回目の付随パルス電圧Ｐ３の発生が始まる。 At timing t10, the parasitic diode 1028 reversely recovers, the current Ii rapidly decreases as shown in FIG. 3, and the current Io starts to decrease after rapidly increasing in the negative direction as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the voltage Vo starts to rise rapidly in the negative direction, and the generation of the second incidental pulse voltage P3 starts.

タイミングｔ１１には、図４に示すように、２回目の付随パルス電圧Ｐ３が印加された放電体１００４からの電流の還流により電流Ｉｏが負方向から正方向へ反転し正方向へ上昇し始め、図５に示すように、電圧Ｖｏがピークに達し下降し始める。 At timing t11, as shown in FIG. 4, the current Io reverses from the negative direction to the positive direction and starts to rise in the positive direction due to the return of the current from the discharge body 1004 to which the second accompanying pulse voltage P3 is applied, As shown in FIG. 5, the voltage Vo reaches a peak and starts to fall.

タイミングｔ１２には、寄生ダイオード１０２８が順方向にバイアスされ、図４に示すように、電流Ｉｏが急激に下降し、図５に示すように、電圧Ｖｏが急激に下降し、２回目の付随パルス電圧Ｐ３の発生が終わる。 At the timing t12, the parasitic diode 1028 is forward-biased, the current Io rapidly decreases as shown in FIG. 4, the voltage Vo decreases rapidly as shown in FIG. 5, and the second incident pulse Generation of the voltage P3 ends.

オフ期間の長さは、タイミングｔ２から、主パルス電圧又は付随パルス電圧が印加された放電体１００４から還流する電流により逆導通した寄生ダイオード１０２８が逆回復したときに発生する付随パルス電圧の発生が終わるタイミングｔ８，ｔ１２等までの時間より長く設定される。これにより、オフ期間に２回以上のパルス電圧が発生する。パルス電圧が発生する回数は、オフ期間の長さにより調整される。 The length of the off-period is the generation of the accompanying pulse voltage that occurs when the parasitic diode 1028 that is reversely conductive reversely recovers from the timing t2 due to the current returning from the discharge body 1004 to which the main pulse voltage or the accompanying pulse voltage is applied. It is set longer than the time until the end timing t8, t12, etc. Thereby, the pulse voltage is generated twice or more in the off period. The number of times the pulse voltage is generated is adjusted by the length of the off period.

｛第２実施形態｝
（パルス放電発生装置の概略）
第２実施形態は、パルス放電発生装置に関する。 {Second Embodiment}
(Outline of pulse discharge generator)
The second embodiment relates to a pulse discharge generator.

図６は、第２実施形態のパルス発生装置の回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram of the pulse generator of the second embodiment.

図６に示すように、パルス放電発生装置２０００は、第１実施形態のパルス放電発生装置１０００と同じように、パルス発生回路２００２と、放電体２００４と、を備える。パルス発生回路２００２は、第１実施形態のパルス発生回路１００２と同じように、直流源２００６と、トランス２００８と、ＭＯＳＦＥＴ２０１０と、駆動回路２０１２と、キャパシタ２０１４と、を備える。パルス発生回路２００２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。直流源２００６は、正極２０１６と負極２０１８との間に直流電圧を発生する。直流源２００６の正極２０１６から負極２０１８へ至る導通経路２０２０には、トランス２００８の１次側巻線２０２２と、ＭＯＳＦＥＴ２０１０のドレイン−ソース間とが挿入される。トランス２００８の２次側巻線２０２４からはパルス電圧が出力される。 As shown in FIG. 6, the pulse discharge generator 2000 includes a pulse generator circuit 2002 and a discharge body 2004 as in the pulse discharge generator 1000 of the first embodiment. Similar to the pulse generation circuit 1002 of the first embodiment, the pulse generation circuit 2002 includes a DC source 2006, a transformer 2008, a MOSFET 2010, a drive circuit 2012, and a capacitor 2014. The pulse generation circuit 2002 is an inductive energy storage type power source that releases inductive energy stored in the inductive element in a short time. The direct current source 2006 generates a direct current voltage between the positive electrode 2016 and the negative electrode 2018. In the conduction path 2020 from the positive electrode 2016 to the negative electrode 2018 of the DC source 2006, the primary winding 2022 of the transformer 2008 and the drain-source of the MOSFET 2010 are inserted. A pulse voltage is output from the secondary winding 2024 of the transformer 2008.

パルス放電発生装置１０００とパルス発生装置２０００との違いは、パルス発生装置２０００においては、外付けダイオード２１００がさらに設けられることにある。外付けダイオード２１００は、外付けダイオード２１００を経由して直流電源の負極１０１８から正極１０１６へ流れる電流が順方向電流となるようにチャネル２０２６に並列に接続される。外付けダイオード２１００のアノードはＭＯＳＦＥＴ２０１０のソースに接続され、外付けダイオード２１００のカソードはＭＯＳＦＥＴ２０１０のドレインに接続される。 The difference between the pulse discharge generator 1000 and the pulse generator 2000 is that the pulse generator 2000 is further provided with an external diode 2100. The external diode 2100 is connected in parallel to the channel 2026 so that the current flowing from the negative electrode 1018 to the positive electrode 1016 of the DC power supply via the external diode 2100 becomes a forward current. The anode of external diode 2100 is connected to the source of MOSFET 2010, and the cathode of external diode 2100 is connected to the drain of MOSFET 2010.

パルス放電発生装置２０００は、パルス放電発生装置１０００と同じように動作するが、付随パルス電圧Ｐ２及びＰ３の発生が始まるタイミングｔ６及びｔ１０は、パルス電圧が印加された放電体２００４から帰還する電流により逆導通した寄生ダイオード２０２８及び外付けダイオード２１００が逆回復したときである。また、オフ期間の長さは、タイミングｔ２から、主パルス電圧又は付随パルス電圧が印加された放電体２００４から還流する電流により逆導通した寄生ダイオード２０２８及び外付けダイオード２１００が逆回復したときに発生する付随パルス電圧Ｐ２及びＰ３の発生が終わるタイミングｔ８，ｔ１２等までの時間より長く設定される。 The pulse discharge generator 2000 operates in the same manner as the pulse discharge generator 1000. However, the timings t6 and t10 at which the generation of the accompanying pulse voltages P2 and P3 starts are based on the current fed back from the discharge body 2004 to which the pulse voltage is applied. This is when the reversely conductive parasitic diode 2028 and the external diode 2100 are reversely recovered. Further, the length of the off period is generated when the parasitic diode 2028 and the external diode 2100 which are reversely conductive by the current returning from the discharge body 2004 to which the main pulse voltage or the accompanying pulse voltage is applied are reversely recovered from the timing t2. It is set longer than the time until the timings t8, t12, etc., at which the accompanying pulse voltages P2 and P3 end.

パルス放電発生装置２０００においては、オフ期間に２回以上のパルス電圧が発生し、発生するパルス電圧の繰り返し周波数がスイッチング素子のスイッチング周波数より高くなり、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ことに加えて、外付けダイオード２１００により、逆回復特性が適切に設定される。 In the pulse discharge generator 2000, a pulse voltage is generated twice or more in the off period, the repetition frequency of the generated pulse voltage is higher than the switching frequency of the switching element, and the pulse having a high repetition frequency without significantly reducing the efficiency. In addition to being able to generate a voltage, the external diode 2100 sets the reverse recovery characteristic appropriately.

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。 While the invention has been shown and described in detail, the above description is illustrative in all aspects and not restrictive. Thus, it will be appreciated that numerous modifications and variations can be devised without departing from the scope of the invention.

１０００，２０００パルス放電発生装置
１００２，２００２パルス発生回路
１００４，２００４放電体
１００６，２００６直流源
１００８，２００８トランス
１０１０，２０１０ＭＯＳＦＥＴ
１０１２，２０１２駆動回路
１０２０，２０２０導通経路
１０２６，２０２６チャネル
１０２８，２０２８寄生ダイオード
２１００外付けダイオード 1000, 2000 Pulse discharge generator 1002, 2002 Pulse generator circuit 1004, 2004 Discharge body 1006, 2006 DC source 1008, 2008 Transformer 1010, 2010 MOSFET
1012, 2012 Drive circuit 1020, 2020 Conduction path 1026, 2026 Channel 1028, 2028 Parasitic diode 2100 External diode

Claims

A pulse discharge generator,
An inductive energy storage type pulse generation circuit for generating a pulse voltage;
A capacitive load to which the pulse voltage generated by the pulse generation circuit is applied;
With
The pulse generation circuit includes:
A DC source that generates a DC voltage between the positive electrode and the negative electrode;
A conduction path from the positive electrode to the negative electrode;
An inductive element inserted into the conduction path;
A channel whose conduction state changes according to an input drive signal, and a parasitic diode is parasitic on the channel, and a current flowing from the negative electrode to the positive electrode via the parasitic diode is forward direction of the parasitic diode. A unipolar switching element inserted into the conduction path so as to become an electric current;
A drive circuit for inputting a drive signal to the switching element that alternately repeats an on period for conducting the channel and an off period for not conducting the channel;
With
The length of the off period is
From the first timing when the generation of the main pulse voltage that occurs when the channel changes from a conductive state to a non-conductive state,
Until the second timing when generation of the accompanying pulse voltage that occurs when the parasitic diode reversely turned on by the current fed back from the load to which the pulse voltage is applied is reversely recovered ends,
Pulse discharge generator set longer than the time.

A pulse discharge generator,
An inductive energy storage type pulse generation circuit for generating a pulse voltage;
A capacitive load to which the pulse voltage generated by the pulse generation circuit is applied;
With
The pulse generation circuit includes:
A DC source that generates a DC voltage between the positive electrode and the negative electrode;
A conduction path from the positive electrode to the negative electrode;
An inductive element inserted into the conduction path;
A channel whose conduction state changes according to an input drive signal, and a parasitic diode is parasitic on the channel, and a current flowing from the negative electrode to the positive electrode via the parasitic diode is forward direction of the parasitic diode. A unipolar switching element inserted into the conduction path so as to become an electric current;
A drive circuit for inputting a drive signal to the switching element that alternately repeats an on period for conducting the channel and an off period for not conducting the channel;
An external diode connected in parallel to the channel;
With
The external diode is connected in parallel to the channel so that a current flowing from the negative electrode to the positive electrode via the external diode becomes a forward current,
The length of the off period is
From the first timing when the generation of the main pulse voltage that occurs when the channel changes from a conductive state to a non-conductive state,
Until the second timing when generation of the accompanying pulse voltage that occurs when the parasitic diode and the external diode reversely conducted by the current fed back from the load to which the pulse voltage is applied is reversely recovered ends,
Pulse discharge generator set longer than the time.