JP6595433B2 - 波形発生回路 - Google Patents

Description

本発明は、波形発生回路に関し、詳しくは、巻線トランスを用いた変圧回路であって、二次巻線側に出力されたパルス波形について、任意の極性のパルス波形のみを発生させることができる波形発生回路に関する。

従来から、巻線トランスを利用して変圧し、パルス状の高電圧を発生することができる波形発生回路が種々知られている。かかる波形発生回路は、一次巻線側にパルス状の電圧を印加し、これを変圧して、二次巻線側にてパルス状の高電圧を発生させる構成である。
上記のような波形発生回路の公知例として、特許文献１が挙げられる。

特許文献１に記載の技術は、「一次巻き線および二次巻き線を有する巻き線トランスと、正極性の複数のパルス電圧から成る正極側パルス列と、負極性の複数のパルス電圧から成る負極側パルス列とのうち少なくともいずれかを出力して、該一次巻き線に印加するパルス列出力回路と、該パルス列出力回路に制御信号を与える制御回路とを備え、該パルス列の該一次巻き線への印加に応じてパルス状の正極性の高電圧およびパルス状の負極性の高電圧のうち少なくともいずれかを該二次巻き線から出力する高圧電源であって、
前記パルス列出力回路は、前記正極側パルス列の各パルス電圧のパルス幅と該正極側パルス列において互いに隣り合うパルス電圧同士の間の幅であるパルス休止幅とのうちの少なくともいずれか一方と、前記負極側パルス列の各パルス電圧のパルス幅と該負極側パルス列において互いに隣り合うパルス電圧同士の間の幅であるパルス休止幅とのうちの少なくともいずれか一方とを、前記制御回路から与えられる制御信号に応じて調整可能に構成されており、
前記制御回路は、前記制御信号により、前記パルス列出力回路から出力される前記パルス列の各パルス電圧の前記パルス幅と前記パルス休止幅とのうちの少なくともいずれか一方を制御することにより、前記二次巻き線から出力される前記パルス状の高電圧の波高値を制御する構成の高圧電源」である。

上記技術の基本構成は、エイチブリッジとも呼称される回路構成であって、４つのトランジスタを２つ１組で使用し、電流の向きを変更するスイッチの役割を果たすものである。これにより、一次巻線に印加するパルス電圧の極性を切り替え、出力されるパルス状の高電圧の極性を制御することができる。

しかし、特許文献１に記載の技術では、一次巻線にパルス電流を供給すると、この一次巻線における電圧波形に、微分波形やリンギングといった過渡現象が発生し、これらの現象が、二次巻線側に出力されたパルス波形にも現れるといった問題があった。例えば、一次巻線側に正極性のパルス電圧を印加すると、このパルス電圧の立上り時には、二次巻線側で正極性のパルス波形を出力させることができるが、パルス電圧の立下り時に、逆極性である負極性のパルス波形をも発生させてしまうという問題があった。即ち、これらの問題により、二次巻線側に発生させた高電圧は、任意の極性のみならず、逆極性のパルス波形をも生じさせ、一方の極性のパルス波形のみを発生させることができないという問題があった。

かかる問題は、特に、従来の波形発生回路をイオン発生装置等に使用した場合で問題となる。イオン発生装置等は、出力するイオンの極性が重要であり、この極性を完全に制御したいという要望があるため、意図した極性のみならず、逆極性のパルス波形をも生じさせるという問題は極めて不都合となる。

特開２００９−４１７７

そこで、本発明の課題は、巻線トランスを用いた波形発生回路について、二次巻線側から出力されるパルス波形の微分波形やリンギングといった過渡現象や、逆極性の発生を抑えることで、高い精度での極性制御を可能とすることを第一の課題とし、少ない入力電流で、高い波高値の出力パルス波形を得ることで、省エネルギーに貢献し得る波形発生回路を提供することを第二の課題とする。

上記本発明の課題は、下記の手段により達成される。
１．第１巻線と第２巻線の２つの巻線をセンタータップ接続した一次巻線と、二次巻線とを有する巻線トランスと、
前記センタータップに接続された電圧源と、
前記第１巻線に第１パルス電流を供給する第１電流供給回路と、
前記第２巻線に第２パルス電流を供給する第２電流供給回路とを備える構成であって、
前記第１巻線には、第１ダイオードと第１開閉器からなる直列回路が並列接続されると共に、前記第２巻線には、第２ダイオードと第２開閉器からなる直列回路が並列接続され、
前記第１ダイオードと第２ダイオードのそれぞれのアノード側が、前記電圧源に接続された構成であることを特徴とする波形発生回路。

２．第１パルス電流と第２パルス電流は、時間的に重複して供給されることがなく、
前記第１パルス電流が供給されている期間は、第１開閉器が開状態であり、該第１パルス電流は第１巻線に供給される構成であり、
前記第２パルス電流が供給されている期間は、第２開閉器が開状態であり、該第２パルス電流は第２巻線に供給される構成であること
を特徴とする前記１に記載の波形発生回路。

３．第１パルス電流が供給されていない期間は、第１開閉器が閉状態であり、第１ダイオードが順方向動作する場合にのみ、第１巻線に電圧を発生させない構成であり、
第２パルス電流が供給されていない期間は、第２開閉器が閉状態であり、第２ダイオードが順方向動作する場合にのみ、第２巻線に電圧を発生させない構成であること
を特徴とする前記２に記載の波形発生回路。

４．第１電流供給回路、第２電流供給回路、第１開閉器及び第２開閉器の動作を制御する制御回路が設けられ、
前記制御回路によって、第１電流供給回路又は第２電流供給回路から第１パルス電流又は第２パルス電流が供給される時間的タイミングが制御されると共に、
第１開閉器又は第２開閉器の開閉動作が制御される構成であること
を特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の波形発生回路。

５．第１パルス電流と第２パルス電流が、第１巻線と第２巻線に対して、次に掲げる（１）〜（３）の時系列で供給されることを特徴とする前記１〜４のいずれかに記載の波形発生回路。
（１）第１パルス電流の立下りと、第２パルス電流の立上りが連続的であること
（２）第２パルス電流の立下りと、第１パルス電流の立上りが連続的であること
（３）上記（１）と（２）の組み合わせ

６．前記１〜５のいずれかに記載の波形発生回路を搭載したことを特徴とするイオン発生装置。

前記１に示す発明は、一次巻線を構成する第１巻線と第２巻線の２つの巻線をセンタータップ接続し、２つの電流源（第１電流供給回路と第２電流供給回路）を設けた構成であり、第１巻線と第２巻線のそれぞれに、第１ダイオードと第１開閉器の直列回路、第２ダイオードと第２開閉器の直列回路が並列接続された構成である。

一次巻線にダイオードが並列接続されていない従来の構成では、一次巻線における電圧波形に、微分波形やそのリンギング波形が現れる。また、入力されたパルス電流の立上り時に正極性のパルス電圧が生じた場合、パルス電流の立下り時には逆極性である負極性のパルス電圧が生じ、その結果、二次巻線側に出力されるパルス電圧にも、この逆極性の波形が生ずるという問題がある。即ち、従来の構成では、意図しないパルス電圧の発生が問題となる。

本発明では、この意図しないパルス電圧を発生させないため、入力されたパルス電流の立上り時には、電流が巻線に供給されてパルス電圧を発生させるが、そのパルス発生後（入力パルスが発生していない時間）は、巻線に電圧を発生させないために、並列接続されたダイオードを順方向動作させる構成である。この構成であれば、意図しないパルス電圧が発生する時間には、巻線に電圧が発生しないので、意図しないパルス電圧が発生しない。かかる作用を応用して、意図しないパルス電圧の発生を防止することができる。

更に、各ダイオードには、開閉器が設けられ、この開閉器の開閉によって、巻線に電流を供給させるか、ダイオードを有効にするか否かを選択できる構成である。開閉器の開閉といった簡易な手段で、巻線における電圧の発生有無を制御でき、この構成により、出力されるパルス電圧の極性を高い精度で制御することができる。

上述のとおり、意図しないパルス電圧の発生を防止できれば、二次巻線側においても、意図しないパルスの発生、即ち、逆極性のパルス波形は発生しないので、二次巻線側から出力される高圧パルスの極性を高い精度で制御することができる。

前記２に示す発明は、前記１の回路構成において、パルス電流の供給時間と、開閉器の開閉動作を具体的に限定している。まず、第１パルス電流と第２パルス電流が供給される時間的タイミングについて、これらが時間的に重複して供給されない旨の限定がされている。

また、第１開閉器の開閉動作について、第１パルス電流が供給されている期間は開状態とされる構成であり、この場合、第１パルス電流は第１巻線に流れる構成である。また、第２開閉器の開閉動作について、第２パルス電流が供給されている期間は開状態とされる構成であり、この場合、第２パルス電流は第２巻線に流れる構成である。

第１パルス電流が供給されていない期間について、第１開閉器の開閉動作に限定はないが、少なくとも、第２パルス電流が供給されている期間については第１開閉器は閉状態とされる。また同様に、第２パルス電流が供給されていない期間について、第２開閉器の開閉動作に限定はないが、少なくとも、第１パルス電流が供給されている期間については第２開閉器は閉状態とされる。

詳しくは後述するが、前記２に示す発明の構成によって、第１パルス電流の発生によって生じる意図しないパルス電圧の発生は、第２ダイオードによって防止することができ、第２パルス電流の発生によって生じる意図しないパルス電圧の発生は、第１ダイオードによって防止することができる。

前記３に示す発明は、前記２の構成に加えて、第１パルス電流又は第２パルス電流が供給されていない期間において、第１開閉器又は第２開閉器の開閉動作を限定している。詳しくは、第１開閉器の開閉動作について、第１パルス電流が供給されていない期間は閉状態とされる構成であり、第２開閉器の開閉動作について、第２パルス電流が供給されていない期間は閉状態とされる構成である。

第１開閉器が閉状態の場合には、第１ダイオードが順方向動作するときに、第１巻線に生じようとする電圧を発生させない構成である。即ち、第１パルス電流が供給されていない期間でも、第２パルス電流が供給されている期間であれば、一次巻線における誘導電流の発生により、第１巻線にも電圧が発生し得るが、前記３に示す発明ではこの誘導電流を第１ダイオードで消費することができるので、この第１巻線に発生し得る電圧を発生させない構成である。
同じく、第２開閉器が閉状態の場合には、第２ダイオードが順方向動作するときに、第２巻線に生じようとする電圧を発生させない構成である。即ち、第２パルス電流が供給されていない期間でも、第１パルス電流が供給されている期間であれば、一次巻線における誘導電流の発生により、第２巻線にも電圧が発生し得るが、前記３に示す発明ではこの誘導電流を第２ダイオードで消費することができるので、この第２巻線に発生し得る電圧を発生させない構成である。

よって、前記３に示す発明の構成によって、第１パルス電流の発生によって生じる意図しないパルス電圧の発生は、第２ダイオードによって防止することができ、第２パルス電流の発生によって生じる意図しないパルス電圧の発生は、第１ダイオードによって防止することができる。

前記４に示す発明では、第１電流供給回路、第２電流供給回路、第１開閉器及び第２開閉器の動作を集中制御でき、パルス電流の供給タイミングと開閉器の開閉動作を制御でき、パルス電流が流れる方向を巻線側とダイオード側とで制御することができる。

前記５に示す発明によれば、第１パルス電流と第２パルス電流のタイミングを規定することによって、二次巻線側から出力されるパルス電圧波形の波高値を高くすることができる。この構成により、少ない入力電流で、高い波高値の出力パルス波形を得ることができ、省エネルギーに貢献し得る波形発生回路を提供することができる。

前記６に示す発明によれば、波形発生回路にて発生させるパルス状の高電圧の極性や波高値が制御されているので、イオンの極性や発生量が制御されたイオン発生装置を得ることができる。

本発明に係る波形発生回路の一実施例を示す概略回路図 ダイオードが接続されていない構成の概略回路図 図２の回路構成における入力及び出力波形図 ダイオードが第１巻線にのみ並列接続された構成の概略回路図 図４の回路構成における入力及び出力波形図 図４の回路構成に開閉器が加えられた構成の概略回路図 図６の回路構成における入力及び出力波形図 本発明に係る図１の回路構成における入力及び出力波形図 一次巻線に供給されたパルス電流と第１巻線に発生したパルス電圧の関係を説明するための概略波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が連続的である場合） 一次巻線に供給されたパルス電流と第２巻線に発生したパルス電圧の関係を説明するための概略波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が連続的である場合）

本発明は、パルス電流を供給すると、巻線トランスの作用によって変圧され、高電圧のパルス電圧を出力することができる波形発生回路に関する。この波形発生回路は、特にイオン発生装置に用いることができる。尚、本願において、イオン発生装置とは、イオナイザー、静電気除去装置、除電器等を含む概念である。

本発明に係る波形発生回路（以下、単に「波形発生回路」という。）１の一実施例を示す概略回路図を、図１に示す。波形発生回路１は、図１に示されるように、少なくとも、一次巻線２と二次巻線３とからなる巻線トランスと、センタータップ４と、電圧源５と、第１電流供給回路６と、第２電流供給回路７によって構成される。

そして、一次巻線２は、第１巻線Ｌ１と、第２巻線Ｌ２からなり、この第１巻線Ｌ１と第２巻線Ｌ２のそれぞれに、第１ダイオードＤ１と第１開閉器Ｓ１からなる直列回路、又は、第２ダイオードＤ２と第２開閉器Ｓ２からなる直列回路が、並列接続された構成である。また、図１に示される波形発生回路１は、第１電流供給回路６、第２電流供給回路７、第１開閉器Ｓ１及び第２開閉器Ｓ２を制御する制御回路８が設けられた構成である。

巻線トランスは、一次巻線２と二次巻線３によって構成される。一次巻線２は、巻数が略等しい２つの巻線がセンタータップ接続された構成であり、２つの巻線のうち、第１電流供給回路６に接続された側を第１巻線Ｌ１とし、第２電流供給回路７に接続された側を第２巻線Ｌ２とする。
電圧源５は、一次巻線２への電流供給源であり、センタータップ４に接続される。

第１電流供給回路６は、一次巻線２を構成する第１巻線Ｌ１に対して、第１のパルス状の電流（以下、「第１パルス電流」という。）を供給する回路であり、第２電流供給回路７は、一次巻線２を構成する第２巻線Ｌ２に対して、第２のパルス状の電流（以下、「第２パルス電流」という。）を供給する回路である。
尚、第１電流供給回路６と第２電流供給回路７には、パルス電流の発生を制御、特にパルス電流を発生させる時間的タイミングや、パルス幅、パルス列配置又は電流値を制御するための制御回路８が接続されることが好ましい。

第１ダイオードＤ１は、第１巻線Ｌ１に並列で接続され、第２ダイオードＤ２は、第２巻線Ｌ２に並列で接続される。
図１の概略回路図に示されるように、ダイオードＤには、開閉器Ｓが直列に接続される。図１の実施例では、第１ダイオードＤ１には、第１開閉器Ｓ１が直列に接続されて直列回路を構成し、第２ダイオードＤ２には、第２開閉器Ｓ２が直列に接続されて直列回路を構成する。

第１開閉器Ｓ１が閉の場合には、ここに何らかの電流が供給されたとしても、第１ダイオードＤ１が順方向動作するときに、これと並列の第１巻線Ｌ１には電圧が発生しない。同じく、第２開閉器Ｓ２が閉の場合には、ここに何らかの電流が供給されたとしても、第２ダイオードＤ２が順方向動作するときに、これと並列の第２巻線Ｌ２には電圧が発生しない構成である。
他方、第１開閉器Ｓ１が開の場合には、第１巻線Ｌ１に電流が供給される。同じく、第２開閉器Ｓ２が開の場合には、第２巻線Ｌ２に電流が供給される構成である。
本発明は、ダイオードの特性を利用したものである。即ち、順方向に電圧がかかった場合には電流が流れるが、逆方向に電圧がかかった場合には電流が流れないという特性を利用したものである。このダイオードの特性を利用して、ダイオードが順方向に動作する場合にのみ、当該ダイオードと並列に接続された巻線に電圧が発生しないという効果、換言すれば、当該巻線における電圧の発生を防止できるという効果を得ることができる。

開閉器Ｓは、第１電流供給回路６又は第２電流供給回路７からのパルス電流の発生の有無により、開閉されることが好ましい。
第１巻線Ｌ１側を例にとって説明すれば、第１電流供給回路６から供給される第１パルス電流のパルスが発生している時間（期間）には、第１開閉器Ｓ１は開となり、電流は第１巻線Ｌ１に流れる。

一方で、第１パルスのパルスが発生していない時間（期間）には、少なくとも、第２パルス電流が発生している期間は、第１開閉器Ｓ１は閉となり、この回路は第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しない構成である。
上記構成を詳述する。第２パルス電流が第２巻線Ｌ２に供給されることにより、同じ一次巻線の一部である第１巻線Ｌ１にも誘導電流が流れることになる。この誘導電流により、第１巻線Ｌ１に電圧が発生し、意図しないパルス電圧が出力される原因となる。そこで、本発明は、かかる場合に、第１ダイオードＤ１が順方向動作するときには誘導電流を消費し、第１巻線Ｌ１に電圧を発生させない構成とし、その結果、意図しないパルス電圧の発生を防ぐものである。
なお、第１パルスのパルスが発生していない時間（期間）について、第２パルス電流が供給されているか否かにかかわらず、第１開閉器Ｓ１を閉とする構成としてもよい。

次に、第２巻線Ｌ２側を例にとって説明すれば、第２電流供給回路７から供給される第２パルス電流のパルスが発生している時間（期間）には、第２開閉器Ｓ２は開となり、電流は第２巻線Ｌ２に流れる。

一方で、第２パルスのパルスが発生していない時間（期間）には、少なくとも、第１パルス電流が発生している期間は、第２開閉器Ｓ２は閉となり、この回路は第２ダイオードＤ２が順方向動作する場合には、第２巻線Ｌ２には電圧が発生しない構成である。
第１巻線Ｌ１の場合と同様だが、上記構成を詳述する。第１パルス電流が第１巻線Ｌ１に供給されることにより、同じ一次巻線の一部である第２巻線Ｌ２にも誘導電流が流れることになる。この誘導電流により、第２巻線Ｌ２に電圧が発生し、意図しないパルス電圧が出力される原因となる。そこで、本発明は、かかる場合に、第２ダイオードＤ２が順方向動作するときに誘導電流を消費し、第２巻線Ｌ２に電圧を発生させない構成とし、その結果、意図しないパルス電圧の発生を防ぐものである。
なお、第２パルスのパルスが発生していない時間（期間）について、第１パルス電流が供給されているか否かにかかわらず、第２開閉器Ｓ２を閉とする構成としてもよい。

制御回路８は、第１電流供給回路６、第２電流供給回路７、第１開閉器Ｓ１及び第２開閉器Ｓ２の動作を集中制御するものである。制御回路８で、これらを集中制御できれば、第１パルス電流と第２パルス電流を供給する時間的タイミングを制御すると共に、第１開閉器と第２開閉器の開閉動作を同時に制御でき、パルス電流を巻線側（第１巻線又は第２巻線）に流すのか又はダイオード（第１ダイオードＤ１又は第２ダイオード）を有効にするか否かを選択し制御することができる。

制御回路８の構成に限定はなく、第１電流供給回路６と第２電流供給回路７を制御し、
第１パルス電流と第２パルス電流を供給する時間的タイミングを制御でき、第１開閉器Ｓ１と第２開閉器Ｓ２の開閉動作を制御できる構成であればよい。

図１に示される回路構成により得られる作用効果については、後述する。

＜図２に示される回路構成について＞
波形発生回路１の動作を説明するため、先ず、図２に示される概略回路図の動作について説明する。図２に示される概略回路図は、本発明の実施例である図１と異なり、一次巻線２の第１巻線Ｌ１又は第２巻線Ｌ２に、ダイオードＤが接続されていない構成であり、従来から知られた構成である。図２の回路構成であっても、巻線トランスの作用により、二次巻線３側から高圧のパルス波形を出力することができる。

しかし、図２に示される回路構成では、一次巻線２にパルス電流を供給した際、一次巻線２における電圧波形に、微分波形やそのリンギング波形といった意図しない波形が現れるという問題がある。また、入力されたパルス電流の立上り時に正極性のパルス電圧が生じた場合、パルス電流の立下り時には逆極性である負極性のパルス電圧が生じ、その結果、二次巻線３側に出力されるパルス電圧にも、この逆極性の波形が生ずるという問題がある。即ち、従来の構成では、これらの意図しないパルス電圧の発生が問題となる。

図３は、図２に示される回路構成において、（ａ）第１電流供給回路６から供給される第１パルス電流I(1)、（ｂ）第２電流供給回路７から供給される第２パルス電流I(2)、（ｃ）第１巻線Ｌ１における電圧波形V(L1)、（ｄ）第２巻線Ｌ２における電圧波形V(L2)、（ｅ）二次巻線３から出力されるパルス電圧V(out)の波形の関係を説明するための概略波形図である。

図３に示されるように、第２電流供給回路７から第２パルス電流I(2)が供給されると、第２巻線Ｌ２に電流が流れ、トランスの鉄心に磁束が生ずる影響により、第１巻線Ｌ１にも電流が流れる。よって、第１巻線Ｌ１にも電圧が発生する。第１巻線Ｌ１における電圧V(L1)は、第２パルス電流I(2)の立上り時に正極性に振れ、リンギング等が現れた後、第
２パルス電流I(2)の立下り時に逆極性（負極）へ振れ、同じくリンギング等が現れる。
第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)は、第２パルス電流I(2)の立上り時に、V(L1)とは逆極性の負極性に振れ、リンギング等が現れた後、第２パルス電流I(2)の立下り時に逆極性（正極）へ振れ、同じくリンギング等が現れる。

次に、第１電流供給回路６から第１パルス電流I(1)が供給されると、第１巻線Ｌ１における電圧V(L1)は、第１パルス電流I(1)の立上り時に負極性に振れ、リンギング等が現れ
た後、第１パルス電流I(1)の立下り時に逆極性（正極）へ振れ、同じくリンギング等が現れる。
第１パルス電流I(1)が供給されると、第１巻線Ｌ１に電流が流れ、トランスの鉄心に磁束が生ずる影響により、第２巻線Ｌ２にも電流が流れる。よって、第２巻線Ｌ２にも電圧が発生する。第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)は、第１パルス電流I(1)の立上り時に、V(L1)とは逆極性の正極性に振れ、リンギング等が現れた後、第１パルス電流I(1)の立下り時に逆極性（負極）へ振れ、同じくリンギング等が現れる。

そして、二次巻線３から出力されるパルス電圧V(out)は、第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)における波形と略同一の形状に現れる（波高値は異なる。）。
上述のとおり、従来の回路構成（図２）では、リンギングや、入力パルスの立下り時に逆極性へのパルス電圧が発生するという問題があることが分かる。

＜図４に示される回路構成について＞
続いて、図４に示される概略回路図の動作について説明する。
図４に示される概略回路図は、図２に示される回路構成に比して、第１巻線Ｌ１にのみ第１ダイオードＤ１が並列接続された構成である。第１ダイオードＤ１に開閉器Ｓは接続されておらず、この第１ダイオードＤ１は常時接続された状態である。

図５は、図４に示される回路構成において、（ａ）第１電流供給回路６から供給される第１パルス電流I(1)、（ｂ）第２電流供給回路７から供給される第２パルス電流I(2)、（ｃ）第１巻線Ｌ１における電圧波形V(L1)、（ｄ）第２巻線Ｌ２における電圧波形V(L2)、（ｅ）二次巻線３から出力されるパルス電圧V(out)の波形の関係を説明するための概略波形図である。

先ず、図５において、第２電流供給回路７から第２パルス電流I(2)が供給された場合について説明する。
第２電流供給回路７から第２パルス電流I(2)が供給されると、第１巻線Ｌ１における電圧V(L1)は、第２パルス電流I(2)の立上り時に正極性に振れる。しかし、図３において現
れたリンギングや逆極性パルスは発生しない。第１巻線Ｌ１には、第１ダイオードＤ１が並列に常時接続されおり、この第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しない。よって、第２パルス電流I(2)の立上り時に現れた正極性へのパルスは、第２巻線Ｌ２に流れた電流によって発生したものである。

一方で、第２電流供給回路７から第２パルス電流I(2)が供給された場合に、第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)は、第２パルス電流I(2)の立上り時に負極性に振れるが、図３にお
いて現れたリンギングや逆極性パルスは発生しない。これは、第２巻線Ｌ２にはダイオードが接続されていないので電流が流れ、第２パルス電流I(2)の立上り時に、パルス電圧が発生するが、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１側に現れる電圧が発生しない。これにより、図３においては現れたリンギングが、図５では発生しない。第２パルス電流I(2)の立下り時における逆極性パルスは、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、図３において第１巻線Ｌ１に発生していた電圧が発生しない。

上述のような作用によって、第２巻線Ｌ２におけるリンギングや逆極性パルスが、第１巻線Ｌ１に並列接続された第１ダイオードＤ１によって消滅したことになる。

次に、図５において、第１電流供給回路６から第１パルス電流I(1)が供給された場合について説明する。
第１電流供給回路６から第１パルス電流I(1)が供給された場合、第１巻線Ｌ１における電圧V(L1)及び第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)共に、出力が現れない。これは、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１に電圧が発生しないためである。第１巻線Ｌ１に電圧が発生しないので、第２巻線Ｌ２にも電圧が発生しない。

＜図６に示される回路構成について＞
続いて、図６に示される概略回路図の動作について説明する。
図６に示される概略回路図は、図４に示される回路構成に対して、第１開閉器Ｓ１が加えられた構成である。この第１開閉器Ｓ１は、第１ダイオードＤ１に直列接続されている。

図６に示される回路構成では、第１開閉器Ｓ１が閉の場合には、第１ダイオードＤ１が順方向動作するときに、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しない構成である。一方で、第１開閉器Ｓ１が開の場合には、第１巻線Ｌ１に電流が流れる構成である。

第１開閉器Ｓ１は、第１電流供給回路６からパルス電流が発生されているか否かにより
、開閉される構成である。詳しくは、第１電流供給回路６から供給される第１パルス電流のパルスが発生している期間は、第１開閉器Ｓ１は開状態となり、電流は第１巻線Ｌ１に流れる。一方で、第１パルス電流のパルスが発生していない時間には、第１開閉器Ｓ１は閉状態となり、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合に、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しない構成である。

図７は、図６に示される回路構成において、（ａ）第１電流供給回路６から供給される第１パルス電流I(1)、（ｂ）第２電流供給回路７から供給される第２パルス電流I(2)、（ｃ）第１巻線Ｌ１における電圧波形V(L1)、（ｄ）第２巻線Ｌ２における電圧波形V(L2)、（ｅ）二次巻線３から出力されるパルス電圧V(out)の波形の関係を説明するための概略波形図である。

図７に示されるように、第２電流供給回路７から第２パルス電流I(2)が供給されると、第１巻線Ｌ１における電圧V(L1)は、第２パルス電流I(2)の立上り時に正極性に振れるが
、図５の場合と同様に、リンギングや逆極性パルスは発生しない。
ここでは、第１電流供給回路６から第１パルス電流I(1)が発生していないので、第１開閉器Ｓ１は閉であり、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しない。よって、第２パルス電流I(2)の立上り時に現れた正極性へのパルスは、第２巻線Ｌ２に流れた電流によって発生したものである。

一方で、第２電流供給回路７から第２パルス電流I(2)が供給された場合に、第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)は、入力パルス電流I(2)の立上り時に負極性に振れるが、図３にお
いて現れたリンギングや逆極性パルスが発生しない。これは、第２巻線Ｌ２にはダイオードが接続されていないので電流が流れ、第２パルス電流I(2)の立上り時に、パルス電圧が発生するが、第１巻線Ｌ１側に現れる成分が第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合に電圧が発生しない。これにより、図３においては現れたリンギングが、図７には発生しない。第２パルス電流I(2)の立下り時における逆極性パルスは、図３において第１巻線Ｌ１に発生していた電圧が、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には発生しない。

上述のような作用によって、第２巻線Ｌ２におけるリンギングや逆極性パルスが、第１巻線Ｌ１に並列接続された第１ダイオードＤ１によって消滅したことになる。ここまでは、図４に示される回路構成における、図５に示される概略波形図と同様である。

次に、図７において、第１電流供給回路６から第１パルス電流I(1)が供給された場合について説明する。
第１電流供給回路６から第１パルス電流I(1)が供給された場合、第１開閉器Ｓ１は開状態となり、電流は第１巻線Ｌ１に流れ、ここで電圧が発生する。これにより、トランスの鉄心に磁束が生じるので、第２巻線Ｌ２にも電圧が発生する。

図７に示されるように、第１電流供給回路６から第１パルス電流I(1)が供給された場合、第１巻線Ｌ１における電圧V(L1)及び第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)は、第１パルス電流I(1)の立上り時にパルスが発生し、その後にリンギング等の意図しない波形が生じている。また、第１パルス電流I(1)の立下り時には、立上り時とは逆極性のパルスが生じ、ここまでは図３に示される波形図と同様である。これは、電流が第１巻線Ｌ１に流れているためである。

一方で、第１パルス電流I(1)の立下り時に、立上り時とは逆極性のパルスが生じるが、その後にリンギング等の意図しない波形が発生していない点は、図３の波形とは異なる。これは、第１パルス電流I(1)の立下りにより、第１開閉器Ｓ１は閉となり、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１に電圧が発生しないためである。

＜図１に示される本発明の一実施例を示す回路構成について＞
最後に、本発明の一実施例である回路構成（図１）について説明する。
図１に示される概略回路図は、第１巻線Ｌ１には第１ダイオードＤ１が、第２巻線Ｌ２には第２ダイオードＤ２がそれぞれ並列接続された構成である。また、第１ダイオードＤ１には第１開閉器Ｓ１が、第２ダイオードＤ２には第２開閉器Ｓ２がそれぞれ直列接続された構成である。

図１に示される回路構成では、第１開閉器Ｓ１が閉状態の場合には、第１ダイオードＤ１が順方向動作するときに、これと並列の第１巻線Ｌ１には電圧が発生しない構成である。他方、第１開閉器Ｓ１が開状態の場合には、第１巻線Ｌ１に電流が流れる構成である。

同様に、第２開閉器Ｓ２が閉状態の場合には、第２ダイオードＤ２が順方向動作するときに、これと並列の第２巻線Ｌ２には電圧が発生しない構成である。他方、第２開閉器Ｓ２が開状態の場合には、第２巻線Ｌ２に電流が流れる構成である。

第１開閉器Ｓ１又は第２開閉器Ｓ２は、第１電流供給回路６又は第２電流供給回路７からのパルス電流の発生の有無により、開閉される構成である。詳しくは、第１電流供給回路６から供給される第１パルス電流のパルスが発生している時間は、第１開閉器Ｓ１は開となり、電流は第１巻線Ｌ１に流れる。一方で、第１パルス電流のパルスが発生していない時間には、第１開閉器Ｓ１は閉となり、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合に、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しない構成である。

同様に、第２電流供給回路７から供給される第２パルス電流のパルスが発生している時間は、第２開閉器Ｓ２は開となり、電流は第２巻線Ｌ２に流れる。一方で、第２パルス電流のパルスが発生していない時間には、第２開閉器Ｓ１は閉となり、第２ダイオードＤ２が順方向動作する場合に、第２巻線Ｌ２には電圧が発生しない構成である。

図８は、図１に示される回路構成において、（ａ）第１電流供給回路６から供給される第１パルス電流I(1)、（ｂ）第２電流供給回路７から供給される第２パルス電流I(2)、（ｃ）第１巻線Ｌ１における電圧波形V(L1)、（ｄ）第２巻線Ｌ２における電圧波形V(L2)、（ｅ）二次巻線３から出力されるパルス電圧V(out)の波形の関係を説明するための概略波形図である。

図８に示されるように、第２電流供給回路７から第２パルス電流I(2)が供給された場合における第１巻線Ｌ１における電圧V(L1)と第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)の波形は、図７に示される波形と略同じである。
ここでは、第１電流供給回路６から第１パルス電流I(1)が発生していないので、第１開閉器Ｓ１は閉であり、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しない。一方の第２巻線Ｌ２は、第２パルス電流の発生により第２開閉器は開となり、電流は第２巻線Ｌ２に流れる。
この状態は、図６の回路構成において、第２電流供給回路７から第２パルス電流I(2)が供給された場合と同じであるため、図８の波形は、図７の波形と略同じとなる。

次に、図８において、第１電流供給回路６から第１パルス電流I(1)が供給された場合について説明する。
ここでは、第１パルス電流I(1)の発生により、第１開閉器Ｓ１が開となり、電流は第１巻線Ｌ１に流れる。一方の第２巻線は、第２パルス電流I(2)が発生していないので、第２開閉器Ｓ２は閉であり、第２ダイオードＤ２が順方向動作する場合には、第２巻線Ｌ２には電圧が発生しない。

第１パルス電流I(1)の立上り時において、第１巻線Ｌ１における電圧V(L1)は負極性に
振れる。一方で、リンギング等の意図しない波形は発生しない。これは、第２ダイオードＤ２が順方向動作する場合には、第２巻線Ｌ２において電圧が発生しないためである。

次に、第１パルス電流I(1)の立下り時においては、第１巻線Ｌ１における電圧V(L1)が
発生しない。これは、入力パルス電流I(1)の立下りにより、第１開閉器Ｓ１は閉となり、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しないためである。

第１パルス電流I(1)の立上り時において、第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)は正極性に
振れる。これは、第２巻線には第２ダイオードＤ２により電流が流れず電圧も発生しないが、第１巻線Ｌ１に電流が流れたことにより、トランスの鉄心に磁束が生ずる影響により、第２巻線Ｌ２にも電流が流れ、これにより、第２巻線Ｌ２にも電圧が発生したものである。一方で、リンギング等の意図しない波形は発生しない。これは、第１巻線Ｌ１においてもリンギング等の意図しない波形が発生していないためである。

次に、第１パルス電流I(1)の立下り時においては、第２巻線Ｌ２における電圧V(L2)が
発生しない。これは、第２巻線Ｌ２には電流が流れていないことに加え、第１パルス電流I(1)の立下りにより第１開閉器Ｓ１も閉となり、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しないためである。

上述した作用により、第１巻線Ｌ１の電圧V(L1)における意図しない波形は、第２巻線
Ｌ２側の第２ダイオードＤ２によって消滅し、第２巻線Ｌ２の電圧V(L2)における意図し
ない波形は、第１巻線Ｌ１側の第１ダイオードＤ１によって消滅することになる。
かかる作用効果により、波形発生回路１は、一次巻線２における微分波形やリンギングといった過渡現象や、逆極性パルスの発生といった意図しない波形の発生を抑えることができる。そして、一次巻線２側で意図しない波形の発生を抑えることによって、二次巻線３から出力される波形についても、微分波形やリンギングといった過渡現象や、逆極性パルスの発生といった意図しない波形の発生を抑えることができる。

＜第１パルス電流と第２パルス電流を連続的に供給する構成について＞
本発明に係る波形発生回路１を用いて、第１パルス電流と第２パルス電流を一次巻線２に供給する時間的なタイミングを調整することで、二次巻線３から出力される出力パルス電圧について、約２倍の波高値を出力することができる。

第１パルス電流と第２パルス電流を一次巻線２に供給するタイミングについて、時系列で表すと次のようになる。
（１）第１パルス電流の立下りと、第２パルス電流の立上りが連続的であること
（２）第２パルス電流の立下りと、第１パルス電流の立上りが連続的であること
（３）上記（１）と（２）の組み合わせ
上記（１）は、後述する図９（ａ）において、左側に示される波形であり、上記（２）は、後述する図９（ａ）において、右側に示される波形であり、上記（３）は、上記（１）と（２）が任意の順で供給されることを示すものである。

上記（１）〜（３）における「連続的」とは、先のパルス電流の立下りと後のパルス電流の立上りとが実質的に連続している状態をいい、厳密に連続していることを限定する意味ではない。即ち、先のパルス電流の立下りの後、時間差をおいて後のパルス電流の立上りが始まること、及び、先のパルス電流が立ち下がり終わる前に、後のパルス電流の立上りが始まること、を許容する意味であり、先のパルス電流の立下りによって生ずる出力パ
ルス電圧の波形と、後のパルス電流の立上りによって生ずる出力パルス電圧の波形との加算によって生ずる出力パルス電圧の波形の波高値が、先のパルス電流の立上り又は後のパルス電流の立下りによって生じた出力パルス電圧の波形の波高値よりも高くなるタイミングであればよい。

第１パルス電流と第２パルス電流を一次巻線２に供給するタイミングについて、二次巻線３から出力されるパルス電圧を基準として、効果が得られる範囲を規定すると、次のとおりである。
（Ａ）第１パルス電流の立下りによって二次巻線から出力されたパルス状の高電圧と、第２パルス電流の立上りによって二次巻線から出力されたパルス状の高電圧とが、時間的に重複して発生すること
（Ｂ）第２パルス電流の立下りによって二次巻線から出力されたパルス状の高電圧と、第１パルス電流の立上りによって二次巻線から出力されたパルス状の高電圧とが、時間的に重複して発生すること
（Ｃ）上記（Ａ）と（Ｂ）の組み合わせ
上記（Ａ）のタイミングでは、負極性に波高値が高いピークが生じ、上記（Ｂ）のタイミングでは、正極性に波高値が高いピークが生じる構成であり、上記（Ｃ）は、上記（Ａ）と（Ｂ）が任意の順で供給されることを示すものである。
上記のタイミングについて換言すれば、先のパルス電流の立下りによって生ずる出力パルス電圧の波形と、後のパルス電流の立上りによって生ずる出力パルス電圧の波形との加算によって生ずる出力パルス電圧の波形の波高値が、先のパルス電流の立上り又は後のパルス電流の立下りによって生じた出力パルス電圧の波形の波高値よりも高くなるタイミングであればよい。

図９は、第１パルス電流と第２パルス電流とが、一次巻線２に対して時間的に連続して供給された場合における、出力パルス電圧との関係が表わされた概略説明図である。図９では、例として、第１巻線Ｌ１におけるパルス電圧の波形を示す。
図９（ａ）には、第１パルス電流又は第２パルス電流の波形が示され、図９（ｂ）には、第１パルス電流によって第１巻線Ｌ１に発生したパルス電圧の波形が示され、図９（ｃ）には、第２パルス電流によって第１巻線Ｌ１に発生した出力パルス電圧の波形が示され、図９（ｄ）には、上記図９（ｂ）と（ｃ）の電圧が加算された第１巻線Ｌ１に発生したパルス電圧の波形が示されている。

先ず、図９（ｂ）について説明する。
図９（ｂ）は、第１パルス電流によって第１巻線Ｌ１に発生したパルス電圧の波形を示している。図９（ｂ）に示されるように、第１パルス電流の供給により、第１開閉器Ｓ１は開になるので、第１巻線Ｌ１に電流が供給され、第１パルス電流の立上り時に、第１巻線Ｌ１には負極性のパルスが発生する。図３では、この立上り時のパルスに続いて、リンギング等の意図しない波形が発生しているが、ここでは、上述のとおり、第１パルス電流が発生し、第２パルス電流が発生していない状態であるため、第２開閉器Ｓ２は閉であり、第２ダイオードＤ２が順方向動作する場合には、第２巻線Ｌ２には電圧が発生しないので、この意図しない波形は発生しない。

続いて、第１パルス電流の立下り時に、第１巻線Ｌ１には正極性のパルスが発生する。図８においては、この立下り時のパルスは、第１巻線Ｌ１及び第２巻線Ｌ２のいずれにも電流が流れないため発生しない。しかし、ここでは、図９（ａ）に示されるように、第１パルス電流の立下りと、第２パルス電流の立上りが連続しており、第１パルス電流の供給が終えると略同時に、第２パルス電流の供給が開始され、これにより、第２巻線Ｌ２に電流が供給される。よって、図９（ｂ）に示されるように、第１パルス電流の立下り時に、第１巻線Ｌ１には正極性のパルスが発生するのである。

次に、図９（ｃ）について説明する。
図９（ｃ）は、第２パルス電流によって第１巻線Ｌ１に発生したパルス電圧の波形を示している。図９（ｃ）に示されるように、第２パルス電流の供給により、第２開閉器Ｓ２は開になるので、第２巻線Ｌ２に電流が供給され、第２パルス電流の立上り時に、第１巻線Ｌ１には第２巻線Ｌ２とは逆極性である正極性のパルスが発生する。図３では、この立上り時のパルスに続いて、リンギング等の意図しない波形が発生しているが、ここでは、上述のとおり、第２パルス電流が発生し、第１パルス電流が発生していない状態であるため、第１開閉器Ｓ１は閉であり、第１ダイオードＤ１が順方向動作する場合には、第１巻線Ｌ１には電圧が発生しないので、この意図しない波形は発生しない。

続いて、第２パルス電流の立下り時に、第１巻線Ｌ１にはパルスが発生しない。図８の説明でも記載したとおり、立下り時のパルスは、第１巻線Ｌ１及び第２巻線Ｌ２のいずれにも電流が流れないため発生しない。

最後に、図９（ｄ）について説明する。
図９（ｄ）は、図９（ｂ）と（ｃ）の電圧が加算された第１巻線Ｌ１に発生したパルス電圧の波形を示している。上述のとおり、第１パルス電流の立下りと、第２パルス電流の立上りは連続的であるが、この時の第１巻線Ｌ１には、第１パルス電流によって正極性のパルスが生じ（図９（ｂ）参照）、第２パルス電流によっても正極性のパルスが生じている（図９（ｂ）参照）。これらの正極性パルスは加算され、約２倍の波高値を有する正極性のパルス電圧を発生させることができる。

図９では、第１巻線Ｌ１に発生したパルス電圧の波形について説明したが、第２巻線Ｌ２に発生するパルス電圧の波形を図１０に示す。第２巻線Ｌ２に発生するパルス電圧の波形は、図３、５、７又は８にも示されるように、第１巻線Ｌ１とは逆極性であるが対称の形状をした波形である。
二次巻線３から出力されるパルス電圧は、同じく図３、５、７又は８にも示されるように、第２巻線に発生するパルス電圧の波形と略同じである（波高値は異なる。）。

これらの特定を利用すれば、二次巻線３から出力されるパルス電圧について、本来得られる波高値に対して、約２倍の波高値を得ることができる。

本発明に係る波形発生回路１をイオン発生装置に搭載すれば、意図しない逆極性のイオンが発生することを防止でき、逆極性のパルス発生による影響を最小限に抑制することができる。

１ 波形発生回路
２ 一次巻線
Ｌ１ 第１巻線
Ｌ２ 第２巻線
３ 二次巻線
４ センタータップ
５ 電圧源
６ 第１電流供給回路
７ 第２電流供給回路
８ 制御回路
Ｄ ダイオード
Ｄ１ 第１ダイオード
Ｄ２ 第２ダイオード
Ｓ 開閉器
Ｓ１ 第１開閉器
Ｓ２ 第２開閉器

Claims (6)

1. 第１巻線と第２巻線の２つの巻線をセンタータップ接続した一次巻線と、二次巻線とを有する巻線トランスと、
   前記センタータップに接続された電圧源と、
   前記第１巻線に第１パルス電流を供給する第１電流供給回路と、
   前記第２巻線に第２パルス電流を供給する第２電流供給回路とを備える構成であって、
   前記第１巻線には、第１ダイオードと第１開閉器からなる直列回路が並列接続されると共に、前記第２巻線には、第２ダイオードと第２開閉器からなる直列回路が並列接続され、
   前記第１ダイオードと第２ダイオードのそれぞれのアノード側が、前記電圧源に接続された構成であることを特徴とする波形発生回路。
2. 第１パルス電流と第２パルス電流は、時間的に重複して供給されることがなく、
   前記第１パルス電流が供給されている期間は、第１開閉器が開状態であり、該第１パルス電流は第１巻線に供給される構成であり、
   前記第２パルス電流が供給されている期間は、第２開閉器が開状態であり、該第２パルス電流は第２巻線に供給される構成であること
   を特徴とする請求項１に記載の波形発生回路。
3. 第１パルス電流が供給されていない期間は、第１開閉器が閉状態であり、第１ダイオードが順方向動作する場合にのみ、第１巻線に電圧を発生させない構成であり、
   第２パルス電流が供給されていない期間は、第２開閉器が閉状態であり、第２ダイオードが順方向動作する場合にのみ、第２巻線に電圧を発生させない構成であること
   を特徴とする請求項２に記載の波形発生回路。
4. 第１電流供給回路、第２電流供給回路、第１開閉器及び第２開閉器の動作を制御する制御回路が設けられ、
   前記制御回路によって、第１電流供給回路又は第２電流供給回路から第１パルス電流又は第２パルス電流が供給される時間的タイミングが制御されると共に、
   第１開閉器又は第２開閉器の開閉動作が制御される構成であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の波形発生回路。
5. 第１パルス電流と第２パルス電流が、第１巻線と第２巻線に対して、次に掲げる（１）〜（３）の時系列で供給されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波形発生回路。
   （１）第１パルス電流の立下りと、第２パルス電流の立上りが連続的であること
   （２）第２パルス電流の立下りと、第１パルス電流の立上りが連続的であること
   （３）上記（１）と（２）の組み合わせ
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の波形発生回路を搭載したことを特徴とするイオン発生装置。