JP7235374B1 - パルス電源装置、誘電体バリア放電装置、および誘導加熱装置 - Google Patents

パルス電源装置、誘電体バリア放電装置、および誘導加熱装置 Download PDF

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Abstract

【課題】パルスの高周波化および出力の向上を可能とするパルス電源装置、誘電体バリア放電装置、および誘導加熱装置を提供する。【解決手段】一次巻き線Ｌａと二次巻き線Ｌｂとを備えるトランス７と、一次巻き線Ｌａに接続されており、少なくとも１つのスイッチング素子ＳＷ１を有するパルス発生回路９と、パルス発生回路９と並列接続されており、二次巻き線Ｌｂにおいて発生して一次巻き線Ｌａへ伝達される電気振動エネルギーＥｒを消費させる抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１に直列接続されているスイッチング素子ＳＷ５とを有する消費回路１３と、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部２１と、スイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部２３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、パルス電源装置、当該パルス電源装置を用いた誘電体バリア放電装置、および当該パルス電源装置を用いた誘導加熱装置に関する。
従来、正負のステップ状波形またはパルス波形を例とする、矩形波を出力するパルス電源装置として、４つのスイッチング素子を用いた４石式インバータ回路または４石式パルス回路などが知られている（例えば、特許文献１）。このような４石式回路１００では図３１に示すように、直流電源Ｄの正端子と負端子との間に、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２の直列回路と、第３スイッチング素子Ｑ３および第４スイッチング素子Ｑ４との直列回路とが互いに並列に挿入される。そして第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２の接続点Ｔ１と、第３スイッチング素子Ｑ３および第４スイッチング素子Ｑ４の接続点Ｔ２との間に負荷Ｌａが挿入される。
このような従来の４石式回路１００では、４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のうち第１スイッチング素子Ｑ１および第４スイッチング素子Ｑ４をオンの状態とすることで正のパルス波が発生する。また４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のうち第２スイッチング素子Ｑ２および第３スイッチング素子Ｑ３をオンの状態とすることで負のパルス波が発生する。従来の４石式回路１００では４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオン／オフを適宜切り換えることにより、正のパルス波と負のパルス波とを交互に発生させる。
ここで４石式回路１００において負荷Ｌａとしてモータを例とする誘導性負荷を用いた場合、正のパルス波または負のパルス波を発生させることによって、負荷Ｌａにおいて（１／２）・ＬＩ２に相当するエネルギーが蓄積する。なお、（１／２）・ＬＩ２の数式において、Ｌは自己インダクタンス（単位：Ｈ）を表し、Ｉは電流（単位：Ａ）を表している。当該エネルギーが蓄積した状態でパルスを発生させると、直流電源Ｄからの電流と誘導性負荷からの電流とが重なってパルスの波形が崩れ、所望のパルスを発生させることが困難となる。
そのため特許文献１では、正のパルスまたは負のパルスが発生した後、第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにすることで、負荷Ｌａに蓄積したエネルギーを放電させる操作を行う。すなわち図３１（ｂ）および（ｃ）に示すように、まずは第１スイッチング素子Ｑ１および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにして正のパルス波を発生させる（状態１）。正のパルス波を発生させた後、第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにする（状態２）。第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにすることで、各々のスイッチング素子のオン抵抗および閉ループ回路に元来存在する抵抗成分によって、負荷Ｌａに蓄積したエネルギーは放電される。
正のパルス波の発生によって負荷Ｌａに蓄積したエネルギーが放電された後、第２スイッチング素子Ｑ２および第３スイッチング素子Ｑ３をオンにして負のパルス波を発生させる（状態３）。そして負のパルス波を発生させた後、第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにする（状態４）。第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにすることで、各々のスイッチング素子のオン抵抗および閉ループ回路に存在する抵抗分によって、負荷Ｌａに蓄積したエネルギーは再度放電される。負のパルス波の発生によって負荷Ｌａに蓄積したエネルギーが放電された後、再び状態１となるようにスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を制御する。以下、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の各々について、状態１、状態２、状態３、状態４の組み合わせ態様で、スイッチング制御を順次繰り返す。
このような４石式回路は、誘電体バリア放電装置または誘導加熱装置などに利用される（例えば、特許文献２）。すなわち図３２に示すように、４石式回路１００を用いた誘電体バリア放電装置１０１では、電源として４石式回路１００を高圧トランス１０３の一次側に配置するとともに、平行平板電極１０５を備える放電用回路１０６を高圧トランス１０３の二次側に配置する。平行平板電極１０５を構成する電極１０５ａおよび電極１０５ｂのうち少なくとも一方には誘電板１０７が配設されている。
４石式回路１００のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を図３１（ｂ）に示すようにオン／オフを切り換えることによって正負のパルス波が交互に生成され、高圧トランス１０３を経由して平行平板電極１０５にパルス電圧が印加されることによって平行平板電極１０５においてプラズマ放電が発生する。誘電体バリア放電装置１０１では平行平板電極で発生するプラズマ放電を用いて、基板の表面処理や排ガス処置を例とする各種処理を行う。なお、容量性負荷である平行平板電極１０５の代わりに誘導性負荷を配設することにより、４石式回路１００を誘導加熱装置にも利用できる。
特開昭６３－３１６６７３号公報 特開平１１－１４６６５９号公報
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち従来の構成では、パルス電源である４石式回路１００の高周波化を達成することが困難である。誘電体バリア放電装置では基板表面処理などを行う場合、処理速度を上げるためにパルス電源の出力の向上が要求される。パルス電源の出力を向上させるための主な方法として、４石式回路１００で発生させるパルスの周波数を上げて単位時間あたりのエネルギーを増大させる方法が挙げられる。しかしながら従来の構成では数十ｋＨｚ程度の周波数については所望のパルスを発生できる一方、一例として１００ｋＨｚ程度を超える高周波の条件ではパルス波形が崩れてしまい、所望のプラズマ放電を発生させることができないという問題が懸念されている。その結果、従来の４石式回路１００ではパルス電源としての出力の上限値が低く、高出力のパルス電源を実現することが困難である。
発明者による鋭意検討の結果、パルスの高周波化を妨げる原因としてリンギングが挙げられる。すなわち図３３に示すように、ｎ番目のパルス波Ｐｎが発生した後にリンギングが所定時間発生する。なお、ｎ番目に係るパルス波Ｐｎの発生後にリンギングが発生する所定の時間を以下、リンギング期間Ｒｎとする。リンギングは容量性負荷または各部品に内在する寄生容量とトランスとの間の電気振動などによって発生し、リンギングの波は時間経過によって徐々に減衰する。
パルス電源の周波数が数十ｋＨｚ程度の比較的低い周波数である場合、ｎ番目のパルス波が生成された後に生じるリンギング期間Ｒｎと（ｎ＋１）番目のパルス波Ｐｎ＋１とは重複しないので、パルス波Ｐｎ＋１は所望の波形が維持される。一方でパルス電源の周波数が一例として１００ｋＨｚを超える比較的高い周波数である場合、パルス波Ｐｎとパルス波Ｐｎ＋１との間隔Ｆが短くなるので、ｎ番目のパルス波Ｐｎが生成された後に発生するリンギング期間Ｒｎと（ｎ＋１）番目のパルス波Ｐｎ＋１の発生時間とが重複することとなる。当該重複の結果、リンギング期間Ｒｎに発生するリンギングの波形とパルス波Ｐｎ＋１の波形とが合成されてパルス波Ｐｎ＋１の波形が当初の形状から崩れるので、所望のプラズマ放電を発生させることが困難となる。
また、従来の４石式回路１００ではスイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンの状態にして誘導性負荷Ｌａに蓄積したエネルギーを放電している状態でスイッチング素子Ｑ１またはＱ３をオンの状態にすると、貫通電流が流れて素子が破損する。すなわち誘導性負荷Ｌａに蓄積したエネルギーを放電している間はパルス波を発振させることができないので、従来の４石式回路１００ではパルスの高周波化がさらに困難となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、パルスの高周波化および出力の向上を可能とするパルス電源装置、当該パルス電源装置を用いた誘電体バリア放電装置、および当該パルス電源装置を用いた誘導加熱装置を提供することを目的とする。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち本発明に係るパルス電源装置は、一次巻き線と二次巻き線とを備えるトランスと、前記一次巻き線に接続されており、少なくとも１つのパルス波発生用スイッチング素子を有するパルス波発生回路と、前記パルス波発生回路と並列接続されており、前記二次巻き線において発生して前記一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費させる消費用抵抗と前記消費用抵抗に直列接続されている抵抗用スイッチング素子とを有する電気振動消費回路と、前記パルス波発生用スイッチング素子および前記抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部と、前記抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部と、を備えるものである。
（作用・効果）この構成によれば、トランスの一次巻き線にはパルス波発生回路と電気振動消費回路とが並列接続されている。電気振動消費回路には、消費用抵抗と抵抗用スイッチング素子とが直列接続されている。トランスの二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーは、電気振動消費回路に配設されている消費用抵抗によって消費される。そのため、電気振動に起因して発生するリンギングは電気振動消費回路によって速やかに減衰されるので、パルス波が発生した後のリンギング期間を短縮できる。リンギング期間が短縮されることにより、パルス波の周波数を向上させた場合において、パルス波の後に発生するリンギングの波形が、次回に形成されたパルス波と合成されることを回避できる。従って、パルス波の周波数を向上させつつ当該パルス波の波形が崩れることを防止できるので、より周波数が高いパルス電源装置を実現できる。
また本発明に係るパルス電源装置は、スイッチ制御部と消費時間制御部とを備えている。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子および抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換える。消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子をオンに切り換えることによってパルス波を発生させる。また抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えることによって、二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費用抵抗で消費させる。そのため、パルス波を発生させる状態と、電気振動によるリンギングを速やかに減衰させる状態とを適宜切り換えることができる。
消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御することによって、消費用抵抗によって電気振動のエネルギーが消費されるタイミングおよび期間を制御する。消費時間制御部を備えることにより、電気振動のエネルギーが消費されるタイミングおよび期間を任意に変更できるので、リンギング期間の長さを適宜調節できる。すなわち、パルス電源装置における出力の持続などに必要な分のリンギング波を維持させつつ、不要なリンギング波を速やかに消費できる。従って、パルス電源装置における出力を安定化させつつ、パルス電源装置における周波数を向上させることも可能となる。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち本発明に係るパルス電源装置は、互いに絶縁されている一次巻き線と二次巻き線と三次巻き線とを備えるトランスと、前記一次巻き線に接続されており、少なくとも１つのパルス波発生用スイッチング素子を有するパルス波発生回路と、前記三次巻き線に接続されており、前記二次巻き線において発生して前記三次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費させる消費用抵抗と前記消費用抵抗に直列接続されている抵抗用スイッチング素子とを有する電気振動消費回路と、前記パルス波発生用スイッチング素子および前記抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部と、前記抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部と、を備えるものである。
（作用・効果）この構成によれば、トランスは互いに絶縁されている一次巻き線と二次巻き線と三次巻き線とを備えている。トランスの一次巻き線にはパルス波発生回路が接続されており、トランスの三次巻き線には電気振動消費回路が接続されている。電気振動消費回路には、消費用抵抗と抵抗用スイッチング素子とが直列接続されている。トランスの二次巻き線において発生する電気振動は三次巻き線へ伝達され、電気振動消費回路に配設されている消費用抵抗によって消費される。そのため、電気振動に起因して発生するリンギングは電気振動消費回路によって速やかに減衰されるので、パルス波が発生した後のリンギング期間を短縮できる。リンギング期間が短縮されることにより、パルス波の周波数を向上させた場合において、パルス波の後に発生するリンギングの波形が、次回に形成されたパルス波と合成されることを回避できる。従って、パルス波の周波数を向上させつつ当該パルス波の波形が崩れることを防止できるので、より周波数が高いパルス電源装置を実現できる。
また本発明に係るパルス電源装置は、スイッチ制御部と消費時間制御部とを備えている。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子および抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換える。消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子をオンに切り換えることによってパルス波を発生させる。また抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えることによって、二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費用抵抗で消費させる。そのため、パルス波を発生させる状態と、電気振動によるリンギングを速やかに減衰させる状態とを適宜切り換えることができる。
消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御することによって、消費用抵抗によって電気振動のエネルギーが消費されるタイミングおよび期間を制御する。消費時間制御部を備えることにより、電気振動のエネルギーが消費されるタイミングおよび期間を任意に変更できるので、リンギング期間の長さを適宜調節できる。すなわち、パルス電源装置における出力の持続などに必要な分のリンギング波を維持させつつ、不要なリンギング波を速やかに消費できる。従って、パルス電源装置における出力を安定化させつつ、パルス電源装置における周波数を向上させることも可能となる。
また当該構成では、パルス波を発生させる一次巻き線とは別の三次巻き線において、電気振動のエネルギーが消費される。すなわち電気振動消費回路が配設されている三次巻き線は、パルス波発生回路が配設されている一次巻き線と電気的に絶縁されているので、電気振動消費回路における任意の点にグランドを取ることができる。その結果、電位の不安定化を回避できるので、パルス電源装置における誤動作の発生をより確実に防止できる。
また、上述した発明において、前記電気振動消費回路は、前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備え、互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有していることが好ましい。
（作用・効果）この構成によれば、電気振動消費回路は電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備えている。電気振動消費回路において、コンデンサと消費用抵抗は並列接続されている。そして当該コンデンサおよび消費用抵抗の各々は、抵抗用スイッチング素子に直列接続されている。このような構成を備えることにより、抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えると、消費用抵抗による電気振動のエネルギーの消費と並行して、コンデンサによる電気振動のエネルギーの蓄積が行われる。その結果、電気振動のエネルギーの処理効率を大きく向上できるので、リンギング期間をより短縮させることができる。すなわちリンギング期間をより短縮させることにより、さらに周波数を向上させることが可能となる。
また、上述した発明において、前記電気振動消費回路は、前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサと、前記コンデンサに蓄積された前記電気振動のエネルギーを回生させるエネルギー回生部と、をさらに備え、前記コンデンサと前記エネルギー回生部とが並列接続された構成を有する回生回路および前記消費用抵抗が並列接続されているとともに、前記消費用抵抗と前記回生回路との各々が前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有していることが好ましい。
（作用・効果）この構成によれば、電気振動消費回路は電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備えている。電気振動消費回路において、コンデンサと消費用抵抗は並列接続されている。そして当該コンデンサおよび消費用抵抗の各々は、抵抗用スイッチング素子に直列接続されている。このような構成を備えることにより、抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えると、消費用抵抗による電気振動のエネルギーの消費と並行して、コンデンサによる電気振動のエネルギーの蓄積が行われる。その結果、電気振動のエネルギーの処理効率を大きく向上できるので、リンギング期間をより短縮させることができる。すなわちリンギング期間をより短縮させることにより、さらに周波数を向上させることが可能となる。
また当該構成は、コンデンサに蓄積された電気振動のエネルギーを回生させるエネルギー回生部をさらに備えている。エネルギー回生部はコンデンサと並列接続されて回生回路を構成する。回生回路は、消費抵抗と並列接続されている。そして消費用抵抗と回生回路との各々は、抵抗用スイッチング素子に直列接続されている。このような構成を有することにより、コンデンサに蓄積された電気振動のエネルギーは回生回路によって回生エネルギーとして再利用できる。そのため、パルス電源装置の周波数を向上させるとともに、パルス電源装置におけるエネルギー効率を向上させることができる。
また、上述した発明において、前記パルス波発生回路は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５の各々について、次の表１に示す状態１ないし状態４の４つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行うことが好ましい。
Figure 0007235374000002
（作用・効果）この構成によれば、パルス波発生回路はＨブリッジ回路であり、スイッチング素子の制御について状態１ないし状態４の態様を順次繰り返す。この場合、スイッチング素子の制御について状態１と状態３とを交互に繰りかえすことにより、互いに極性が逆向きである正負のパルス波を交互に発生させることができる。また状態１と状態３との間において、抵抗用スイッチング素子をオンにする状態２となるようにスイッチ制御部が作動することにより、状態１において発生した電気振動は速やかに消費されてリンギングが減衰する。よって周波数が比較的高い条件下であっても、状態１の後に発生するリンギングに起因して状態３に係るパルス波の波形が崩れるという事態を回避できる。さらに状態３と状態１との間において、抵抗用スイッチング素子をオンにする状態４となるようにスイッチ制御部が作動することにより、状態３において発生した電気振動は速やかに消費されてリンギングが減衰する。よって周波数が比較的高い条件下であっても、状態３の後に発生するリンギングに起因して状態１に係るパルス波の波形が崩れるという事態を回避できる。
また、上述した発明において、前記パルス波発生回路は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、前記電気振動消費回路は、互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を２組有しており、
前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および２つの前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６の各々について、次の表２に示す状態１ないし状態６の６つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行うことが好ましい。
Figure 0007235374000003
（作用・効果）この構成によれば、パルス波発生回路はＨブリッジ回路であり、互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を２組有している。そしてスイッチング素子の制御について状態１ないし状態６の態様を順次繰り返す。
この場合、スイッチング素子の制御について状態１と状態４とを交互に繰りかえすことにより、互いに極性が逆向きである正負のパルス波を交互に発生させることができる。また状態１の後、一方の抵抗用スイッチング素子ＳＷ５をオンにする状態２となるようにスイッチ制御部が作動することにより、状態１において発生した電気振動は消費用抵抗に消費される。このとき消費用抵抗で消費しきれない電気振動はコンデンサへ迅速に蓄積されるので、リンギングをさらに迅速に減衰させることができる。よって周波数をさらに向上させつつ、状態１の後に発生するリンギングに起因して状態４に係るパルス波の波形が崩れる事態を回避できる。
そして状態２の後において、全てのスイッチング素子をオフにする状態３を実行する。コンデンサと消費用抵抗とを並列接続することにより、抵抗用スイッチング素子がオフになっている状態であっても、コンデンサに蓄積している電気振動エネルギーを消費抵抗で消費させ続けることができる。そのため、抵抗用スイッチング素子をオンにする時間を短縮させつつ、効率的に電気振動エネルギーを消費させることができる。
また状態４の後、他方の抵抗用スイッチング素子ＳＷ６をオンにする状態５となるようにスイッチ制御部が作動することにより、状態４において発生した電気振動は消費用抵抗に消費される。このとき消費用抵抗で消費しきれない電気振動はコンデンサへ迅速に蓄積されるので、リンギングをさらに迅速に減衰させることができる。よって周波数をさらに向上させつつ、状態４の後に発生するリンギングに起因して状態１に係るパルス波の波形が崩れる事態を回避できる。さらに、状態１において発生するリンギングを減衰させるために用いる電気振動消費回路と、状態４において発生するリンギングを減衰させるために用いる電気振動消費回路とを別々に設けることにより、より大きな電気振動エネルギーを迅速に消費できる。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち本発明に係る誘電体バリア放電装置は、上述した特徴を有するパルス電源装置と、前記パルス電源装置の負荷回路として前記二次巻き線に接続された誘電体バリア放電部と、を備えるものである。
（作用・効果）この構成によれば、誘電体バリア放電装置の電源装置として上述のパルス電源装置を用いており、当該パルス電源装置の負荷回路としてトランスの二次巻き線に接続された誘電体バリア放電部を備えている。よって、パルス波の波形を維持しつつパルス波の周波数を向上できる。その結果、より高い周波数の条件下でプラズマを発生させて各種プラズマ処理を好適に行うことができる。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち本発明に係る誘導加熱装置は、上述した特徴を有するパルス電源装置と、前記パルス電源装置の負荷回路として前記二次巻き線に接続された誘導加熱部と、を備えるものである。
（作用・効果）この構成によれば、誘導加熱装置の電源装置として上述のパルス電源装置を用いており、当該パルス電源装置の負荷回路としてトランスの二次巻き線に接続された誘導加熱部を備えている。よって、パルス波の波形を維持しつつパルス波の周波数を向上できる。その結果、より高い周波数の条件下で誘導加熱を好適に行うことができる。
本発明に係るパルス電源装置、誘電体バリア放電装置、および誘導加熱装置によれば、トランスの一次巻き線にはパルス波発生回路と電気振動消費回路とが並列接続されている。電気振動消費回路には、消費用抵抗と抵抗用スイッチング素子とが直列接続されている。トランスの二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動は、電気振動消費回路に配設されている消費用抵抗によって消費される。そのため、電気振動に起因して発生するリンギングは電気振動消費回路によって速やかに減衰されるので、パルス波が発生した後のリンギング期間を短縮できる。リンギング期間が短縮されることにより、パルス波の周波数を向上させた場合において、パルス波の後に発生するリンギングの波形が、次回に形成されたパルス波と合成されることを回避できる。従って、パルス波の周波数を向上させつつ当該パルス波の波形が崩れることを防止できるので、より周波数が高いパルス電源装置を実現できる。
また本発明に係るパルス電源装置は、スイッチ制御部と消費時間制御部とを備えている。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子および抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換える。消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子をオンに切り換えることによってパルス波を発生させる。また抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えることによって、二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動を消費用抵抗で消費させる。そのため、パルス波を発生させる状態と、電気振動によるリンギングを速やかに減衰させる状態とを適宜切り換えることができる。
消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御することによって、消費用抵抗によって電気振動が消費されるタイミングおよび期間を制御する。消費時間制御部を備えることにより、電気振動が消費されるタイミングおよび期間を任意に変更できるので、リンギング期間の長さを適宜調節できる。すなわち、パルス電源装置における出力の持続などに必要な分のリンギング波を維持させつつ、不要なリンギング波を速やかに消費できる。従って、パルス電源装置における出力を安定化させつつ、パルス電源装置における周波数を向上させることも可能となる。
実施例１に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。 実施例１に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。 実施例１に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。 実施例１に係るパルス電源装置の状態１を示す図である。 実施例１に係るパルス電源装置の状態２を示す図である。 実施例１に係るパルス電源装置の効果を説明する図である。（ａ）は従来例に係るパルス電源装置の出力電圧波形を示す図であり、（ｂ）は実施例１に係るパルス電源装置の出力電圧波形を示す図であり、（ｃ）は実施例１に係るパルス電源装置について、パルス波を高周波化させた場合の出力電圧波形を示す図である。 実施例１に係るパルス電源装置について、デッドタイムＤＴ２を長くさせた比較例の構成を説明する図である。（ａ）は実施例１の比較例に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートであり、（ｂ）は実施例１の比較例に係るパルス電源装置の出力電圧波形を示す図である。 実施例２に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。 実施例２に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。 実施例２に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。 実施例２に係るパルス電源装置の状態２を示す図である。 実施例２に係るパルス電源装置の状態３を示す図である。 実施例２に係るパルス電源装置の状態４を示す図である。 実施例３に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。 実施例４に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。 実施例４に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。 実施例４に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。 実施例４に係るパルス電源装置の状態２を示す図である。 実施例４に係るパルス電源装置の状態５を示す図である。 実施例５に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。 実施例５に係るパルス電源装置の状態２を示す図である。 第１の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。 第２の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。 第３の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。 第４の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置を説明する図である。（ａ）は第４の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図であり、（ｂ）は第４の変形例に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートであり、（ｃ）は第４の変形例に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。 第４の変形例に係るパルス電源装置の出力電圧波形を示す図である。 第５の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。 第５の変形例に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。 第５の変形例に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。 実施例１に係るパルス電源装置を備えた誘導加熱装置の全体構成を示す図である。 従来例の構成を示す図である。（ａ）は従来例に係る４石式回路を示す図であり、（ｂ）は従来例に係る４石式回路のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートであり、（ｃ）は従来例に係る４石式回路の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。 従来例に係る４石式回路を備えた誘電体バリア放電装置を説明する図である。 従来例に係る４石式回路を備えた誘電体バリア放電装置の出力電圧波形を示す図である。 第６の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。
以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。図１は実施例１に係るパルス電源装置３を備えた誘電体バリア放電装置１の概略図である。
＜全体構成の説明＞
実施例１に係る誘電体バリア放電装置１は図１に示すように、パルス電源装置３と放電器５とを備えている。パルス電源装置３は、トランス７と、パルス発生回路９と、電源１１と、消費回路１３と、主制御部１５とを備えている。
トランス７は、一次巻き線Ｌａと二次巻き線Ｌｂとを備えており、パルス電源装置３の出力を適宜昇圧して放電器５へ伝送する。パルス発生回路９は一次巻き線Ｌａに接続されており、パルス波を生成する。電源１１はパルス発生回路９に接続されており、パルス発生回路９へ電力を供給する。実施例１では電源１１として直流電源を用いるものとする。
放電器５は二次巻き線Ｌｂに接続されており、容量性負荷に相当する平行平板電極１７を備えている。平行平板電極１７は、第１電極１７ａと第２電極１７ｂとを備えている。第１電極１７ａおよび第２電極１７ｂは、所定の空間を空けて互いに対向するよう、平行に配置されている。第１電極１７ａと第２電極１７ｂのうち少なくとも一方には誘電体１９が配設されている。図１では第１電極１７ａに誘電体１９が設けられている構成を例として示している。 パルス電源装置３から出力されたパルス電圧が平行平板電極１７へ印加されることにより、第１電極１７ａおよび第２電極１７ｂで挟まれる空間において誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。放電器５は、本発明における誘電体バリア放電部に相当する。
実施例１において、パルス発生回路９は４石式回路であるＨブリッジ型回路が用いられるものとする。すなわち実施例１に係るパルス発生回路９は図１に示すように、電源１１の正端子と負端子との間に、第１のスイッチング素子ＳＷ１および第２のスイッチング素子ＳＷ２が直列接続された第１回路と、第３のスイッチング素子ＳＷ３および第４のスイッチング素子ＳＷ４が直列接続された第２回路とが互いに並列に挿入されている。そしてスイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ２の接続点Ｔ１と、スイッチング素子ＳＷ３およびスイッチング素子ＳＷ４の接続点Ｔ２との間に、誘導性負荷に相当する一次巻き線Ｌａが挿入される。
パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のオン／オフの状態によって、パルス発生回路９におけるパルス波の発生のオン／オフおよび発生するパルス波の極性が制御される。実施例１において、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４は本発明におけるパルス波発生用スイッチング素子に相当する。
消費回路１３は、パルス発生回路９と並列接続されている。消費回路１３は、抵抗Ｒ１とスイッチング素子ＳＷ５とが直列接続された構成を有している。抵抗Ｒ１は、トランス７と容量性負荷である平行平板電極１７との間で主に発生する電気振動のエネルギーを消費することでリンギングを抑制する。消費回路１３に設けられているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態になることで、電気振動のエネルギーが抵抗Ｒ１へと伝送され、当該電気振動のエネルギーを抵抗Ｒ１で消費できるようになる。また、スイッチング素子ＳＷ５をオフの状態にすることで、消費回路１３はパルス発生回路９から電気的に切り離されるように構成されている。実施例１において、抵抗Ｒ１は本発明における消費用抵抗に相当する。実施例１において、スイッチング素子ＳＷ５は本発明における抵抗用スイッチング素子に相当する。
主制御部１５は、パルス電源装置３の各構成を統括制御する制御回路であり、スイッチ制御部２１と消費時間制御部２３とを備えている。スイッチ制御部２１は、パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４、および消費回路１３に設けられているスイッチング素子ＳＷ５の各々について、オン／オフの状態を切り換える制御を独立に行う制御回路である。スイッチ制御部２１が各スイッチング素子を切り換える態様については後述する。
消費時間制御部２３は、スイッチング素子ＳＷ５をオンの状態にするタイミングおよび期間について、予め定められたタイミングおよび期間となるようにスイッチ制御部２１を制御する制御回路である。スイッチング素子ＳＷ５をオンの状態にするタイミングおよび期間については、操作者の指示を入力する入力部（図示しない）を用いて入力された内容などに基づいて予め定められる。入力部の構成の例として、キーボード式、マウス式、タッチパネル式の入力装置が挙げられる。主制御部１５は、当該入力部を用いて入力された指示内容に従って、パルス電源装置３の各構成を統括制御する。消費時間制御部２３が、スイッチング素子ＳＷ５をオンの状態にするタイミングおよび期間を制御することにより、パルス波（インパルス信号）が生成された後にリンギングが発生する期間（リンギング期間）を所望の長さとなるように調節できる。
＜パルス電源装置の動作＞
ここで実施例１において、パルス電源装置３を備える誘電体バリア放電装置１の動作について説明する。実施例１に係る誘電体バリア放電装置１では図２および図３に示すように、スイッチング素子ＳＷ１ないしスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせについて、状態１ないし状態４を１周期として当該４つの状態が繰り返される。以下、各々の状態におけるスイッチ制御部２１の制御動作および誘電体バリア放電装置１の動作について詳細に説明する。
第１に、状態１における動作について説明する。状態１では、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ４がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ２、スイッチング素子ＳＷ３、およびスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。
状態１の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａとパルス発生回路９とが電気的に接続される。そして電源１１からパルス発生回路９に電力が供給され、図４に示すようにスイッチング素子ＳＷ１を経由してＦ１の方向に電流が流れる。その結果、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへと正のパルス波Ｐｘによる正のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生する。すなわち、第１電極１７ａと第２電極１７ｂとの間に誘電体バリア放電によるプラズマＰｒが発生する。なお図４などにおいて、主制御部１５の記載を適宜省略している。
二次巻き線Ｌｂを経由して平行平板電極１７にパルス電圧が印加されると、容量性負荷である平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生する。すなわち平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生すると、放電の停止後においても平行平板電極１７において（１／２）・ＣＶ２に相当するエネルギーが蓄積しており、平行平板電極１７とトランス７との間で当該エネルギーが共振されて電気振動が発生する。なお、（１／２）・ＣＶ２の数式において、Ｃは静電容量（単位：Ｆ）を表し、Ｖは電圧（単位：Ｖ）を表している。
トランス７において一次側巻き線Ｌａと二次側巻き線Ｌｂは電磁結合されているので、発生した当該電気振動はトランス７を経由して二次側（放電部５の側）から一次側（パルス電源装置３の側）へと伝達される。当該電気振動は、パルス波の生成後にリンギング波が発生する原因となる。すなわち図６（ａ）に示すように、電気振動に起因して正のパルス波Ｐｘの発振後にリンギング波Ｋｘが発生する。そこで実施例１に係るパルス電源装置３では、状態２の動作によってリンギング波Ｋｘを減衰させる。
第２に、状態２における動作について説明する。状態２では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。
状態２の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａとパルス発生回路９との電気的接続が断たれるとともに、一次巻き線Ｌａと消費回路１３とが電気的に接続される。その結果、図５に示すように電気振動のエネルギー（電気振動エネルギーＥｒ）が消費回路１３へと流れ、消費回路１３に設けられている抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消費される。抵抗Ｒ１においてエネルギーが消費されることにより、一次側において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消失していく。この場合、一次側巻き線Ｌａと二次側巻き線Ｌｂは電磁結合されているため、一次側から二次側に対して電気振動エネルギーＥｒが伝達されることも防止される。その結果、一次側に抵抗Ｒ１を配設することで二次側においても電気振動エネルギーＥｒが速やかに消失する。よって、状態１において正のパルス波Ｐｘが生成された後に発生するリンギング波Ｋｘは、状態２の動作によって迅速に減衰されて消滅する。従って、状態１においてパルス信号（パルス波）が発振された後のリンギング期間を大幅に短縮できる。
第３に、状態３における動作について説明する。状態３では、スイッチング素子ＳＷ２およびスイッチング素子ＳＷ３がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ１、スイッチング素子ＳＷ４、およびスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。
状態３の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａとパルス発生回路９とが電気的に接続され、電源１１からパルス発生回路９に電力が供給される。そしてスイッチング素子ＳＷ３を経由して、図４に示される符号Ｆ１とは逆方向に電流が流れる。すなわち状態３では状態１とは逆極性の電圧が印加される。その結果、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへと負のパルス波Ｐｙによる負のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生する。すなわち、第１電極１７ａと第２電極１７ｂとの間に誘電体バリア放電によるプラズマＰｒが発生する。
平行平板電極１７に負のパルス電圧が印加されると、状態１と同様に、容量性負荷である平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生する。すなわち図６（ａ）に示すように、放電後の電気振動に起因して負のパルス波Ｐｙの生成後にリンギング波Ｋｙが発生する。そこで実施例１に係るパルス電源装置３では、状態４の動作によってリンギング波Ｋｙを減衰させる。
第４に、状態４における動作について説明する。状態４では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。すなわち、状態４におけるスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５のオン／オフの組み合わせ態様は状態２における組み合わせ態様と同じである。
状態４の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａと消費回路１３とが電気的に接続される。その結果、図５に示すように電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３へと流れ、抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消費される。一次側巻き線Ｌａと二次側巻き線Ｌｂは電磁結合されているため、抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒが消費されることにより、トランス７の一次側において電気振動は速やかに消失していく。その結果、トランス７の二次側においても電気振動は速やかに消失する。よって、状態３において負のパルス信号（負のパルス波Ｐｙ）が発振された後に発生するリンギングの波（リンギング波Ｋｙ）は、状態４の動作によって迅速に減衰される。従って、状態３において負のパルス波Ｐｙが発振された後のリンギング期間Ｒｙについても大幅に短縮できる。
状態４の動作が完了することによって、状態１ないし状態４を１周期とする一連の動作が完了する。その後、状態４から状態１に戻り、状態１ないし状態４からなる一連の動作を適宜繰り返すことで誘電体バリア放電によるプラズマ処理を実行する。
なお図２に示すように、パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のいずれかと、消費回路１３に設けられているスイッチング素子ＳＷ５とが同時にオンの状態にならないよう、デッドタイムＤＴ１およびＤＴ２が設けられている。すなわちスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられてからデッドタイムＤＴ１が経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４がオンの状態に切り換えられて状態１が開始される。そしてスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４がオフの状態に切り換えられて状態１が終了したタイミングからデッドタイムＤＴ２を経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ５はオフの状態からオンの状態に切り換えられて状態２が開始される。
なお状態３の前後においても、同様にデッドタイムＤＴ３およびＤＴ４が設けられている。すなわちスイッチング素子ＳＷがオフの状態に切り換えられてからデッドタイムＤＴ３が経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３がオンの状態に切り換えられて状態３が開始される。そしてスイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３がオフの状態に切り換えられて状態３が終了したタイミングからデッドタイムＤＴ４を経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ５はオフの状態からオンの状態に切り換えられて状態４が開始される。
デッドタイムＤＴ１～ＤＴ４の長さは、図示しない入力部を用いて所望の数値を入力することによって設定できる。消費時間制御部２３は設定されたデッドタイムＤＴ１～ＤＴ４の数値に応じてスイッチ制御部２１の動作を制御することにより、状態１ないし状態４の開始タイミングおよび実行期間を制御する。すなわち消費時間制御部２３によって、状態２および状態４の開始タイミングおよび実行期間、言い換えると電気振動エネルギーＥｒを消費する動作の開始タイミングおよび実行期間が制御される。
＜実施例１の構成による効果＞
実施例１に係るパルス電源装置３では、パルス発生回路９と並列に消費回路１３を配設することで、パルス信号の周波数を向上できる。図６は、実施例１に係るパルス電源装置３による周波数向上の効果を示す図である。図６（ａ）は従来の電源装置における出力側の電圧波形を示す図であり、図６（ｂ）は実施例１のパルス電源装置３における出力側の電圧波形を示す図である。
一般的に、パルス電源装置においてパルス信号を生成させると、トランスの二次巻き線側において電気振動が発生して一次巻き線側へと伝達される。その結果、図６（ａ）に示すように、状態１のようにスイッチング素子を切り換えて正のパルス波Ｐｘを発振させた後にリンギング波Ｋｘが発生する。また、状態３のようにスイッチング素子を切り換えて負のパルス波Ｐｙを発振させた後においてもリンギング波Ｋｙが発生する。
従来の電源装置では、電気振動を積極的に消費させることを目的とする回路が設けられていないため、パルス波を発生させる回路に設けられているスイッチング素子や線路などに元来存在する抵抗成分によって、電気振動は徐々に減衰していく、そのため、従来の構成では電気振動が減衰するために比較的長時間を要する。そのため図６（ａ）に示すようにリンギング波Ｋｘが発生するリンギング期間Ｒｘ、およびリンギング波Ｋｙが発生するリンギング期間Ｒｙの各々が長期化する。リンギング期間Ｒｘが長い場合、パルス波Ｐｘとパルス波Ｐｙとの間隔Ｆを短くするとパルス波Ｐｙがリンギング波Ｋｘと重複し、パルス波Ｐｙの波形が崩れるという事態が容易に発生する。パルス波Ｐｙの波形が崩れると所望の誘電体バリア放電を実行することが困難になる。よって、リンギング期間ＲｘおよびＲｙが比較的長い従来の構成では、パルス波の形状を維持しつつ、パルス波の周波数を向上させることが困難である。
一方、実施例１に係るパルス電源装置３では、パルス波ＰｘおよびＰｙを生成させるパルス発生回路９とは別に、消費回路１３を備えている。そして、トランス７の一次巻き線Ｌａの側においてパルス発生回路９と消費回路１３とは並列接続されている。消費回路１３はスイッチング素子ＳＷ５と抵抗Ｒ１とを備えており、スイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられると一次巻き線Ｌａと消費回路１３が電気的に接続され、抵抗Ｒ１による電気振動の消費が開始されるように構成されている。
すなわち実施例１に係る装置では、パルス波を発生させるパルス発生回路９とは別の回路として、電気振動のエネルギーを消費することを目的とする消費回路１３を備えている。この場合、パルス波の生成によってプラズマ放電を発生させた後にスイッチング素子ＳＷ５をオンにすることで、パルス波の生成後に発生する電気振動のエネルギーは、消費回路１３によって速やかに消費されて消失する。その結果、図６（ｂ）に示すように、電気振動に起因してパルス波の生成後に発生するリンギング波Ｋｘおよびリンギング波Ｋｙは、速やかに減衰して消滅していく。よって、リンギング波Ｋｘが発生するリンギング期間Ｒｘ、およびリンギング波Ｋｙが発生するリンギング期間Ｒｙの各々は従来のパルス電源装置と比べて大幅に短縮化される。
リンギング期間ＲｘおよびＲｙが短縮化すると、図６（ｃ）に示すように、パルス波Ｐｘとパルス波Ｐｙとの間隔Ｆを短くしても、パルス波Ｐｙの発振時間がリンギング期間Ｒｘと重複することを回避できる。すなわち、間隔Ｆを短くしてパルス波を高周波数化した場合であっても、パルス波Ｐｙとリンギング波Ｋｘが合成されてパルス波Ｐｙが所望の形状から崩れることを防止できるので、パルス波ＰｘおよびＰｙの周波数を向上させつつパルス波ＰｘおよびＰｙの波形を所望の形状に維持させることが可能となる。よって、好適なパルス波の発振とパルス波の高周波化とを兼ね備えたパルス電源装置の実現が可能となる。
また実施例１に係るパルス電源装置３では、消費回路１３にスイッチング素子ＳＷ５を備えており、スイッチ制御部２１および消費時間制御部２３によってスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフを切り換えるタイミングと期間とを任意に変更できる構成となっている。すなわち、状態１において正のパルス波Ｐｘを発振させた後、状態２を開始するタイミングと状態２を継続させる期間とを任意に設定できる。同様に、状態３において負のパルス波Ｐｙを発振させた後、状態４を開始するタイミングと状態４を継続させる期間とを任意に設定できる。言い換えると、スイッチング素子ＳＷ５、スイッチ制御部２１、および消費時間制御部２３を備えることにより、図２に示されるデッドタイムＤＴ２およびＤＴ４の長さを適宜変更できる。
パルス電源装置では、パルス波の出力条件またはトランスの出力側における構成などによっては、リンギング波を一定量残存させることが望ましい場合がある。一例として、プラズマを発生させる誘電体バリア放電装置１にパルス電源装置３を用いる構成において、プラズマ放電の持続性を向上させるためにパルス波に加えて一定期間はリンギング波を維持させることが好ましい場合がある。実施例１ではデッドタイムＤＴ２などの長さを適宜変更することにより、リンギング期間Ｒｘなどの長さを任意に調整できる。
図７（ａ）および図７（ｂ）は、図２に示すタイミングチャートと比べてデッドタイムＤＴ２の長さを長くしている構成を実施例１の比較例として挙げている。図７（ａ）で示す比較例では、状態１と状態２との間のデッドタイムについて符号ＤＴ２Ａを付し、実施例１におけるデッドタイムＤＴ２と区別することとする。すなわち実施例１に係るデッドタイムＤＴ２と比べて、比較例に係るデッドタイムＤＴ２Ａは長い時間である。
当該比較例の構成では、正のパルス波Ｐｘが発振される状態１が終了した後、デッドタイムＤＴ２Ａが経過した後に状態２の動作が開始される。すなわちスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４がオフになった後、デッドタイムＤＴ２Ａが経過するまでの間はスイッチング素子ＳＷ５もオフの状態となっており消費回路１３に電気振動エネルギーＥｒが流れない。よってデッドタイムＤＴ２Ａの間は電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３に消費されることがないので、パルス波Ｐｘの後に発生するリンギング波Ｋｘは減衰されることなく残存する。
そして比較例ではデッドタイムＤＴ２Ａが経過すると状態２に係る動作が開始する。すなわちスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられ、抵抗Ｒ１による電気振動エネルギーＥｒの消費が開始されてリンギング波Ｋｘは速やかに減衰する。その結果、比較例では図７（ｂ）に示すように、パルス波Ｐｘの後に発生するリンギング期間Ｒｘの長さは図２に示される実施例１と比べて、デッドタイムＤＴ２Ａの長さに応じて長くなる。なお図７（ａ）および図７（ｂ）では、１往復分のリンギング波Ｒｘが減衰されることなく維持される程度にデッドタイムＤＴ２Ａの長さが調整されている。このようにリンギング期間Ｒｘを必要に応じて長くすることにより、プラズマ放電の維持などに必要な分のリンギング波Ｋｘのみを発生させる一方で、パルス波の高周波化の妨げとなる分のリンギング波は速やかに減衰させることができる。よって、パルス電源装置３において、パルス波出力の好適化とパルス波の高周波化とを両立させることができる。
また実施例１に係るパルス電源装置３では、電気振動エネルギーＥｒを消費させて電気振動を減衰させる消費回路１３をトランス７の一次側に配設させている。平行平板電極１７を例とする、トランス７の二次側（トランス７の出力側）の回路の電圧は一例として数ｋＶ程度であり、一例として２００Ｖ程度であるトランス７の一次側の回路と比べて高い電圧となっている。そのためトランス７の二次側に電気振動を減衰させる回路を配設させた場合、二次側の高電圧に耐えることができる部品などが必要となるのでパルス電源装置のコストが高くなるとともに構成が大型化、複雑化するという問題が懸念される。
一方、実施例１では比較的低電圧である一次側に消費回路１３を配設させているので、比較的安価な材料を用いて電気振動を減衰させる構成を実現できる。また、一次側において電気振動を減衰させることで、トランス７の一次側から二次側に伝達する電気振動を低減できるので、結果として一次側と二次側との間における電気振動は速やかに減衰して消失させることができる。従って、トランス７の一次側の回路に消費回路１３を配設することにより、パルス電源装置３の低コスト化とパルス波の高周波化とを両立させることができる。
また実施例１では、パルス波を発生させるパルス発生回路９と、電気振動エネルギーＥｒを消費させる消費回路１３とを並列接続させている。すなわち抵抗Ｒ１は電気振動の消費に専ら用いられる回路である消費回路１３に配置されており、パルス波を発生させるパルス発生回路９には、抵抗Ｒ１を例とする、電気振動エネルギーＥｒを積極的に消費させることを目的とした構成が配設されていない。そのため、パルス波ＰｘまたはＰｙを発振させる場合（状態１または状態３）において、抵抗Ｒ１などがパルス波の生成を妨げてしまいパルス波の出力が低減するという事態を回避できる。一方、リンギング波を減衰させる必要がある事態になった場合には状態２または状態４に移行してスイッチング素子ＳＷ５をオンの状態に切り換え、消費回路１３を活性化させて電気振動を抵抗Ｒ１によって消費させる。従ってパルス電源装置３において、パルス波Ｐｘなどの出力効率を向上させつつ、電気振動エネルギーＥｒの減衰効率も向上させることができる。
次に、本発明の実施例２を説明する。なお、実施例１で説明した誘電体バリア放電装置１およびパルス電源装置３と同一構成については同一符号を付すに留め、異なる構成部分である構成について詳述する。実施例２に係るパルス電源装置３Ａは、消費回路１３の代わりに消費回路１３Ａを備えているという点において、実施例１に係るパルス電源装置３と相違する。すなわち実施例２に係る消費回路１３Ａについて、実施例１に係る消費回路１３と比較しつつ重点的に説明する。
実施例２に係る消費回路１３Ａは図８に示すように、スイッチング素子ＳＷ５および抵抗Ｒ１に加えてコンデンサＣ１を備えている。コンデンサＣ１は、抵抗Ｒ１と並列接続されている。そしてコンデンサＣ１および抵抗Ｒ１の各々は、スイッチング素子ＳＷ５と直列接続されている。コンデンサＣ１は、パルス波の発振後に発生する電気振動エネルギーＥｒを蓄積する。
＜実施例２の動作＞
ここで、実施例２に係るパルス電源装置３Ａを備えた誘電体バリア放電装置１Ａの動作について説明する。実施例２に係る誘電体バリア放電装置１Ａでは図９および図１０に示すように、スイッチング素子ＳＷ１ないしスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせについて、状態１ないし状態６を１周期として当該６つの状態が繰り返される。以下、各々の状態におけるスイッチ制御部２１の制御動作および誘電体バリア放電装置１Ａの動作について説明する。
第１に、状態１における動作について説明する。状態１では実施例１と同様に、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ４がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ２、スイッチング素子ＳＷ３、およびスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。
状態１の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、消費回路１３Ａは一次巻き線Ｌａから電気的に切り離される一方、パルス発生回路９が一次巻き線Ｌａと電気的に接続される。そして電源１１からパルス発生回路９に電力が供給され、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへとパルス波による正のパルス電圧が印加される。その結果、平行平板電極１７において誘電体バリア放電によるプラズマＰｒが発生する（図４を参照）。平行平板電極１７に正のパルス電圧が印加されると、容量性負荷である平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生する。
第２に、状態２における動作について説明する。実施例２に係る状態２のスイッチング操作は実施例１に係る状態２と同様である。すなわち、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３Ａに配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。そして状態２の動作によってリンギングを減衰させる。
図１１は、実施例２の状態２における電気振動エネルギーＥｒの流れを示している。状態２の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、パルス発生回路９が一次巻き線Ｌａから電気的に切り離される一方、一次巻き線Ｌａと消費回路１３Ａとが電気的に接続される。その結果、電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａへと流れる。
消費回路１３Ａに設けられている抵抗Ｒ１は電気振動エネルギーＥｒを消費するが、単位時間あたりに消費できる電気振動エネルギーＥｒは上限がある。従って、大量の電気振動エネルギーＥｒが発生して消費回路１３Ａに流れると、短い時間では電気振動エネルギーＥｒの全てを抵抗Ｒ１では消費しきれない場合がある。
一方、消費回路１３Ａにおいて抵抗Ｒ１と並列接続されているコンデンサＣ１は、単位時間あたりに蓄積できる電気振動エネルギーＥｒが非常に高い。言い換えると、コンデンサＣ１のエネルギー蓄積効率の上限は、抵抗Ｒ１のエネルギー消費効率の上限と比べて非常に高い。そのため、実施例２では消費回路１３Ａに流れる電気振動エネルギーＥｒのうち、抵抗Ｒ１では消費しきれない分はコンデンサＣ１に流れて迅速に蓄積される。言い換えると、電気振動エネルギーＥｒのうち一部（電気振動エネルギーＥｒ１）は抵抗Ｒ１において消費され、残りの大部分の電気振動エネルギーＥｒ（電気振動エネルギーＥｒ２）はコンデンサＣ１に蓄積される。
このように、実施例２に係る消費回路１３Ａでは抵抗Ｒ１による電気振動エネルギーＥｒの消費とコンデンサＣ１による電気振動エネルギーＥｒの蓄積とが並行して行われるので、抵抗Ｒ１による消費のみを行う実施例１の消費回路１３と比べて、電気振動エネルギーＥｒをより迅速に消費回路１３Ａによって消費または蓄積できる。言い換えると、実施例２に係る消費回路１３Ａは電気振動エネルギーＥｒをより迅速に処理できる。その結果、実施例２では電気振動に起因して発生するリンギング波Ｋｘの減衰効率をさらに向上できる。
なお実施例２では実施例１と同様に、状態１において正のパルス波Ｐｘの生成が完了してからデッドタイムＤＴ２が経過した後、状態２の動作が開始される。またデッドタイムＤＴ２の長さは任意に変更可能である。そのため実施例１と同様に、実施例２においてもリンギング波Ｋｘの減衰が開始されるタイミングを任意に調節できる。
実施例２では、抵抗Ｒ１による消費およびコンデンサＣ１による蓄積の結果、電気振動エネルギーＥｒが全て消費回路１３Ａに消費または蓄積されることで、状態２の動作は完了する。すなわち消費回路１３を備える実施例１では、電気振動エネルギーＥｒを全て抵抗Ｒ１で消費しなければ状態２が完了されない。その一方で消費回路１３Ａを備える実施例２では、電気振動エネルギーＥｒを全て抵抗Ｒ１で消費しきれなくとも一時的にコンデンサＣ１へ残りの電気振動エネルギーＥｒを全て蓄積させることで状態２を完了できる。状態２を維持する期間の長さは、電気振動エネルギーＥｒの量などの諸条件に応じて、入力部などを用いて任意に設定可能である。消費時間制御部２３は設定された時間に応じて、状態２を維持するようにスイッチ制御部２１を制御する。電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａによって消費または蓄積されると、状態２から状態３へと移行する。すなわち状態１に係るパルス波の生成によって発生した電気振動エネルギーＥｒが全て消費回路１３Ａにまたは蓄積されると、状態２から状態３へと移行する。
第３に、実施例２の状態３における動作について説明する。実施例２の状態３は実施例１に存在しない過程である。実施例２において状態３では、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５の全てがオフの状態に切り換えられる。パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４はオフの状態であるので、パルス波は発振されない。また、消費回路１３Ａに設けられているスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態であるので、消費回路１３Ａへ新たに電気振動エネルギーＥｒが流れることもない。
しかし、消費回路１３Ａでは並列接続されている抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とによって閉ループ回路が形成されており、スイッチング素子ＳＷ５がオフの状態であっても当該閉ループ回路は接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ５がオフの状態である場合、消費回路１３Ａはパルス発生回路９から電気的に切り離されている。そのため、状態３が開始されると、図１２に示すように、状態２においてコンデンサＣ１に蓄積された電気振動エネルギーＥｒ２が抵抗Ｒ１へと流れ、抵抗Ｒ１において当該エネルギーＥｒ２が消費される。
このように実施例２に係る消費回路１３Ａではスイッチング素子ＳＷ５をオフに切り換えた状態であっても、コンデンサＣ１に蓄積されている電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費し続けることができる。消費回路１３Ａにおいて消費され続ける電気振動エネルギーは、時定数τ＝ＣＲに相当する時間をかけて減少する。なお時定数τ＝ＣＲの式において、Ｃは静電容量（単位：Ｆ）を表し、Ｒは電気抵抗（単位：Ω）を表す。状態３が開始された後、適宜のタイミングにおいて状態４へと移行する。
第４に、実施例２の状態４における動作について説明する。実施例２の状態４は、実施例１の状態３と同様の過程である。すなわち実施例２の状態４では、スイッチング素子ＳＷ２およびスイッチング素子ＳＷ３がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ１、スイッチング素子ＳＷ４、およびスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。
状態４の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、電源１１からパルス発生回路９に電力が供給される。そしてスイッチング素子ＳＷ３を経由して、図４に示される符号Ｆ１とは逆方向に電流が流れる。すなわち実施例２の状態４では、実施例２の状態１とは逆極性の電圧が印加される。その結果、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへとパルス波Ｐｙによる負のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生する。
なお実施例２の状態４ではスイッチング素子ＳＷ５がオフに切り換えられているので、消費回路１３Ａはパルス発生回路９および一次巻き線Ｌａの各々から電気的に切り離されている。そのため、状態４においても状態３と同様に、コンデンサＣ１に蓄積している電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費させ続けることができる。
状態４において誘電体バリア放電が発生した結果、状態１と同様に平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生するので、負のパルス波Ｐｙが生成された後にリンギング波Ｋｙが発生する。そのため状態４の動作を行ったあと、状態５の動作によってリンギング波Ｋｙを減衰させる。図９に示すように、状態４において負のパルス波Ｐｘの発振が完了してからデッドタイムＤＴ４が経過した後、状態５の動作が開始される。実施例１と同様に、実施例２においてもデッドタイムＤＴ４の長さは任意に変更可能であり、リンギング波Ｋｙの減衰が開始されるタイミングを任意に調節できる。
第５に、実施例２の状態５における動作について説明する。実施例２の状態５における動作は実施例２の状態２と同様である。すなわち実施例２の状態５では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。
状態５の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａと消費回路１３とが電気的に接続されて電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａへと流れる（図５を参照）。そして状態２と同様に、消費回路１３Ａにおいて、一部の電気振動エネルギーＥｒ１は抵抗Ｒ１で消費され、残りの電気振動エネルギーＥｒ２はコンデンサＣ１に蓄積される。その結果、状態４によって発生した電気振動エネルギーＥｒは全て速やかに消費回路１３Ａによって消費または蓄積され、一次側において電気振動は速やかに消失していく。よって、電気振動はトランス７の二次側へ伝達されなくなるので、状態４において負のパルス波Ｐｙが生成された後に発生するリンギング波Ｋｙは、状態５の動作によって迅速に減衰される。従って、状態４において負のパルス波Ｐｙが生成された後のリンギング期間Ｒｙについても大幅に短縮できる。状態４によって発生した電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａによって消費または蓄積されると、状態５から状態６へと移行する。
第６に、実施例２の状態６における動作について説明する。実施例２の状態６に係る動作は実施例２の状態３と同様である。すなわち実施例２の状態６では、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５の全てがオフの状態に切り換えられる。状態６においてスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態になることで、消費回路１３Ａはパルス発生回路９から電気的に切り離される。その結果、状態５においてコンデンサＣ１に蓄積された電気振動エネルギーＥｒ２が抵抗Ｒ１へと流れ、抵抗Ｒ１において当該電気振動エネルギーＥｒ２が消費される（図１２を参照）。
状態６の動作が完了することによって、状態１ないし状態６を１周期とする一連の動作が完了する。その後、状態６から状態１に戻り、状態１ないし状態６からなる一連の動作を適宜繰り返すことで誘電体バリア放電によるプラズマ処理を実行する。
＜実施例２の構成による効果＞
実施例２に係るパルス電源装置３Ａでは、パルス発生回路９と並列に消費回路１３Ａを配設することで、パルス信号の周波数をさらに向上できる。消費回路１３Ａは抵抗Ｒ１に加えてコンデンサＣ１を備えており、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１は並列接続されている。そのため、消費回路１３Ａにおいて電気振動エネルギーＥｒの一部を抵抗Ｒ１で消費しつつ残りの電気振動エネルギーＥｒを一時的にコンデンサＣ１へ蓄積させることで、パルス波ＰｘまたはＰｙの発振によって発生した電気振動をより迅速に消失できる。よって、消費回路１３Ａを備える実施例２の構成ではリンギング期間ＲｘおよびＲｙを実施例１よりも短縮できるので、パルス信号の周波数をさらに向上できる。
また消費回路１３Ａはスイッチング素子ＳＷ５をオフに切り換えることによってパルス発生回路９から電気的に切り離される。そのためスイッチング素子ＳＷ５をオフにした状態とすることで、一時的にコンデンサＣ１へ蓄積されていた電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費させることができる。つまり、全てのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５がオフの状態（状態３または状態６）のみならず、スイッチング素子ＳＷ５がオフであってパルス発生回路９が一次巻き線Ｌａと接続されてパルス波を発振する状態（状態１または状態４）であっても、コンデンサＣ１へ蓄積されていた電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費させることができる。言い換えると、パルス発生回路９でパルス波を新たに生成させる動作と並行して、前回のパルス波を生成させた時に発生した電気振動エネルギーＥｒを消費回路１３Ａで消費させることが可能となる。このような動作は、スイッチ制御部２１はコンデンサＣ１に電気振動エネルギーＥｒが蓄積されている状態で、消費回路１３Ａのスイッチング素子ＳＷ５をオフの状態に切り換えるとともにスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４の少なくとも１つをオンに切り換えることで実行される。
具体的な例として、実施例２の状態３において、コンデンサＣ１に蓄積している電気振動エネルギーＥｒ２を抵抗Ｒ１で消費している状態でスイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３をオンに切り換えて状態４に移行する場合を挙げて説明する。この場合、図１３に示すように、消費回路１３ＡではコンデンサＣ１に蓄積している電気振動エネルギーＥｒ２を抵抗Ｒ１で消費する動作が状態２から継続して行われる。その一方、パルス発生回路９ではスイッチング素子ＳＷ３を経由して符号Ｆ２で示す方向に電流が流れ、負のパルス波Ｐｙが発振されて放電器５においてプラズマＰｒが発生する。
すなわち実施例２では、状態４において負のパルス波Ｐｙを生成させつつ、以前に正のパルス波Ｐｘの生成時に発生してコンデンサＣ１に蓄積した電気振動エネルギーＥｒ２を抵抗Ｒ１で消費させることができる。言い換えると実施例２の構成では、電気振動エネルギーＥｒ２をコンデンサＣ１に蓄積させた場合、スイッチング素子ＳＷ５をオフにした状態であってもコンデンサＣ１に蓄積されたエネルギーを抵抗Ｒ１で消費できる。そしてスイッチング素子ＳＷ５をオフにすると消費回路１３Ａはパルス発生回路９と電気的に分離されるので、次にスイッチング素子をオンの状態にするまではパルス発生回路９を作動させ、パルス波を生成させつつ電気振動エネルギーＥｒ２を抵抗Ｒ１で消費できる。
よって図９において符号Ｍ１で示される、状態２が開始してから状態５が開始されるまでの期間において、状態１の後に発生した電気振動エネルギーＥｒを消費回路１３Ａの抵抗Ｒ１で消費すれば、パルス電源装置３Ａの動作に支障は生じない。同様に、状態４の後に発生する電気振動エネルギーＥｒは、状態５の開始時から次の状態２の終了時までの期間において、消費回路１３Ａで消費することができる。すなわちコンデンサＣ１による電力の蓄積が可能であり、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とが接続されている消費回路１３Ａを備えることにより、コンデンサＣ１に電気振動エネルギーＥｒが蓄積された状態でスイッチング素子ＳＷ５をオフの状態に切り換えつつパルス発生回路９のスイッチング素子をオンの状態に切り換えることで、パルス発生回路９からパルス波を発生させつつ、消費回路１３ＡにおいてコンデンサＣ１に蓄積されている電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費させることができる。その結果、電気振動エネルギーＥｒの消費可能時間をより長く確保できるので、パルス波をさらに高周波化することも可能となる。
なお、消費回路１３を備える実施例１ではコンデンサＣ１を備えていないので、スイッチング素子ＳＷ５がオンの状態である期間のみ（状態２または状態４の期間のみ）、抵抗Ｒ１による電気振動エネルギーＥｒの消費が可能である。よって実施例１では抵抗Ｒ１による電気振動エネルギーＥｒの消費が完了するまで状態２を維持する（スイッチング素子ＳＷ５をオンにする）必要がある。スイッチング素子ＳＷ５がオンの状態にして電気振動エネルギーＥｒを消費している際に、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のいずれかをオンの状態にしてパルス発生回路９を作動させると、抵抗Ｒ１があるために、電圧降下が起こってトランス７に十分な電圧がかからなくなり、トランス７の二次側に所望の電圧を得ることができなくなる。
一方で消費回路１３Ａを備える実施例２では、全てのスイッチング素子ＳＷをオフにする状態３において、任意のタイミングで状態４へと移行して次のパルス波を発振させることができる。同様に、状態６における任意のタイミングで次の状態１へと移行できる。その結果、状態１で発振されるパルス波Ｐｘと状態４で発振されるパルス波Ｐｙとの間隔Ｆをより短くできるので、パルス電源装置３Ａにおいてパルス波をより高周波化できる。また、実施例２では実施例１と比べてスイッチング素子ＳＷ５をオンの状態に維持する期間を短くできるので、スイッチング素子ＳＷ５に負担がかかることを回避できる。さらには、処理対象物によっては、パルス波にリンギング波の成分を付加した方が最適なプラズマとなる場合がある。この場合、消費回路１３Ａはスイッチング素子ＳＷ５がオフの時にエネルギーを消費している為、実施例１に係る消費回路１３と比べて、デッドタイムのタイミングコントロールが取りやすくなる。
次に、本発明の実施例３を説明する。図１４は、実施例３に係るパルス電源装置３Ｂを備える誘電体バリア放電装置１Ｂの構成を示す図である。実施例３に係るパルス電源装置３Ｂは、消費回路１３の代わりに消費回路１３Ｂを備えているという点において、実施例１に係るパルス電源装置３と相違する。
実施例３に係る消費回路１３Ｂは図１４に示すように、スイッチング素子ＳＷ５、抵抗Ｒ１、およびコンデンサＣ１に加えて、コンバータ２５を備えている。コンバータ２５は、コンデンサＣ１に蓄積した電気振動エネルギーＥｒを回生させる回生回路として機能する。すなわち実施例３に係る消費回路１３Ｂは、実施例２に係る消費回路１３Ａに加えて、コンバータ２５を有する回生回路を備えている。
実施例３に係る消費回路１３Ｂにおいて、コンデンサＣ１は抵抗Ｒ１と並列接続されている。そしてコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との各々は、スイッチング素子ＳＷ５と直列接続されている。コンバータ２５は、コンデンサＣ１の両端に取り付けられている。コンバータ２５の出力の＋側は電源１１の＋側に接続されており、コンバータ２５のグランド側は電源１１のグランド側に接続されている。
実施例３に係る誘電体バリア放電装置１Ｂの動作は、基本的に図９および図１０に示す実施例２の動作と共通する。但し、状態３における電気振動エネルギーＥｒの処理に関する点について、実施例３は実施例２と相違する。
実施例３では実施例２と同様、状態１においてパルス発生回路９で正のパルス波Ｐｘを生成させる。正のパルス波Ｐｘが生成された後に状態２へ移行してスイッチング素子ＳＷ５をオンに切り換えると、正のパルス波Ｐｘの生成によって発生した電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ｂへと流れる。そして一部の電気振動エネルギーＥｒ１は抵抗Ｒ１によって消費され、残りの電気振動エネルギーＥｒ２はコンデンサＣ１に蓄積される。その結果、正のパルス波Ｐｘの生成後に発生したリンギング波Ｋｘは速やかに減衰する。電気振動エネルギーＥｒの全てが消費回路１３Ｂに消費または蓄積されると、状態３へと移行する。
状態３へと移行すると、スイッチ制御部２１はスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を全てオフの状態に切り換える。スイッチング素子ＳＷ５がオフの状態になると、コンデンサＣ１に蓄積されていた電気振動エネルギーＥｒ２はコンバータ２５によって電源１１へと回生される。回生された電気振動エネルギーＥｒ２は、以降の状態４または状態１においてプラズマＰｒを発生させるための電力として再利用される。
電気振動エネルギーＥｒ２を回生させる動作は、実施例３の状態６においても同様に行われる。実施例３では電気振動エネルギーＥｒを回生させる構成として、コンバータ２５を用いたがこれに限ることはなく、電気振動エネルギーＥｒを回生させる回路構成であれば適宜の材料を用いてよい。
実施例２では状態２においてコンデンサＣ１に蓄積された電気振動エネルギーＥｒ２は状態３において抵抗Ｒ１によって消費される。一方、実施例３では状態２においてコンデンサＣ１に蓄積された電気振動エネルギーＥｒ２を状態３において回生させて再利用する。そのため、実施例３に係るパルス電源装置３Ｂのエネルギー効率を向上させることができる。
次に、本発明の実施例４を説明する。図１５は、実施例４に係るパルス電源装置３Ｃを備える誘電体バリア放電装置１Ｃの構成を示す図である。実施例４に係るパルス電源装置３Ｃは、消費回路１３の代わりに消費回路１３Ｃを備えているという点において、実施例１に係るパルス電源装置３と相違する。
実施例４に係る消費回路１３Ｃは、スイッチング素子と抵抗とコンデンサとを有する消費回路、すなわち消費回路１３Ａに相当する回路を複数備えている。図１５では、消費回路１３Ａを２組備えている消費回路１３Ｃを例示している。２組の消費回路１３Ａのうち、一方を消費回路１３Ａｐ、他方を消費回路１３Ａｓとして両者を区別する。消費回路１３Ｃにおいて、消費回路１３Ａｐおよび消費回路１３Ａｓは並列接続されている。なお、消費回路１３Ｃが備える消費回路１３Ａの数は２つに限ることはなく、３以上であってもよい。
消費回路１３Ｃが備える２つの消費回路１３Ａのうち、消費回路１３Ａｐは、スイッチング素子ＳＷ５と抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とを備える。消費回路１３Ａｓは、スイッチング素子ＳＷ６と抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とを備える。消費回路１３Ａｐは実施例２と同様に、並列接続した抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１に、スイッチング素子ＳＷ５が直列接続された回路である。消費回路１３Ａｐは、並列接続した抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２に、スイッチング素子ＳＷ６が直列接続された回路である。後述するように、実施例４では一方の消費回路１３Ａｐは正のパルス波Ｐｘの発振後に発生するリンギング波Ｋｘを減衰させる際に用いられ、他方の消費回路１３Ａｓは負のパルス波Ｐｙの発振後に発生するリンギング波Ｋｙを減衰させる際に用いられる。実施例４ではスイッチング素子ＳＷ５およびスイッチング素子ＳＷ６が、本発明に係る抵抗用スイッチング素子に相当する。
＜実施例４の動作＞
ここで、実施例４に係るパルス電源装置３Ｃを備えた誘電体バリア放電装置１Ｃの動作について説明する。実施例４に係る誘電体バリア放電装置１Ｃでは図１６および図１７に示すように、スイッチング素子ＳＷ１ないしスイッチング素子ＳＷ６のオン／オフの状態の組み合わせについて、状態１ないし状態６を１周期として当該６つの状態が繰り返される。以下、各々の状態におけるスイッチ制御部２１の制御動作および誘電体バリア放電装置１Ａの動作について説明する。
第１に、状態１における動作について説明する。状態１では、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ４がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ２、スイッチング素子ＳＷ３、スイッチング素子ＳＷ５、およびスイッチング素子ＳＷ６がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を制御する。スイッチング素子ＳＷ５およびＳＷ６の各々がオフの状態であるので、消費回路１３Ｃは一次巻き線Ｌａから電気的に切り離される。
状態１の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が切り換えられることにより、電源１１からパルス発生回路９に電力が供給され、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへと正のパルス波Ｐｘによる正のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７において誘電体バリア放電によるプラズマＰｒが発生する（図４を参照）。平行平板電極１７に正のパルス電圧が印加されると、容量性負荷である平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生する。当該電気振動に起因して正のパルス波Ｐｘの発振後にリンギング波Ｋｘが発生するため、状態２によってリンギング波Ｋｘを減衰させる動作を行う。
第２に、状態２における動作について説明する。実施例４の状態２では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる。また消費回路１３Ｃのうち、消費回路１３Ａｐに配設されているスイッチング素子ＳＷ５はオンの状態に切り換えられる一方、消費回路１３Ａｓに配設されているスイッチング素子ＳＷ６はオフの状態に切り換えられる。スイッチ制御部２１は、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４をオフの状態に切り換えて状態１を終了させた後、予め定められたデッドタイムＤＴ２が経過した後にスイッチング素子ＳＷ５をオンに切り換えて状態２を開始させる。そして状態２の動作によって、正のパルス波Ｐｘの生成後に発生するリンギング波Ｋｘを減衰させる。
状態２の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が切り換えられることにより、消費回路１３Ｃのうち消費回路１３Ａｐの部分が一次巻き線Ｌａと電気的に接続される。その結果、図１８に示すように電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ｃへと流れ、オンの状態になっているスイッチング素子ＳＷ５を有する消費回路１３Ａｐへ流れる。
消費回路１３Ａｐへ流れた電気振動エネルギーＥｒは実施例２と同様に、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１によって消費または蓄積される。すなわち一部の電気振動エネルギーＥｒ１は抵抗Ｒ１で消費され、並行して残りの電気振動エネルギーＥｒ２はコンデンサＣ１に蓄積される。電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａｐによって速やかに消費または蓄積される結果、正のパルス波Ｐｘの生成後に発生するリンギング波Ｋｘは、状態２の動作によって迅速に減衰して消失する。状態１の後に発生した電気振動エネルギーＥｒの全てが消費回路１３Ａｐによって消費または蓄積されると、状態２から状態３へと移行する。
第３に、状態３における動作について説明する。実施例４の状態３における動作は実施例２の状態３と基本的に共通する。実施例４の状態３では、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６の全てがオフの状態に切り換えられる。パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４は全てオフの状態であるので、パルス波は生成されない。そして消費回路１３Ｃにおいてスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられることで、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１による閉ループ回路がパルス発生回路９および一次巻き線Ｌａの各々から電気的に切り離される。そのため、状態３が開始されると、状態２においてコンデンサＣ１に蓄積されていた電気振動エネルギーＥｒ２が抵抗Ｒ１へと流れ、抵抗Ｒ１において当該エネルギーＥｒ２が消費される（図１２を参照）。
このように実施例４の状態３では実施例２の状態３と同様に、スイッチング素子ＳＷ５をオフに切り換えた状態で、コンデンサＣ１に蓄積されている分の電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費し続ける。すなわち状態２においてコンデンサＣ１を用いて電気振動エネルギーＥｒの大部分を蓄積させて電気振動エネルギーＥｒを迅速にパルス発生回路９から消失させた後、電気振動エネルギーＥｒが蓄積されている消費回路１３Ａｐを状態３においてパルス発生回路９から電気的に切り離し、消費回路１３Ａｐにおいて電気振動エネルギーＥｒの消費を続行させる。消費回路１３Ａｐにおいて消費され続ける電気振動エネルギーは、時定数τ＝ＣＲに相当する時間をかけて減少する。パルス波を生成するパルス発生回路９から消費回路１３Ａｐを電気的に切り離すことにより、適宜のタイミングにおいて状態４へと移行して負のパルス波Ｐｙの生成を開始できる。
第４に、状態４における動作について説明する。状態４では、スイッチング素子ＳＷ２およびスイッチング素子ＳＷ３がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ１、スイッチング素子ＳＷ４、スイッチング素子ＳＷ５、およびスイッチング素子ＳＷ６がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を制御する。
状態４の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が切り換えられることにより、電源１１からパルス発生回路９に電力が供給される。そしてスイッチング素子ＳＷ３を経由して、図４に示される符号Ｆ１とは逆方向に電流が流れる。その結果、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへと負のパルス波Ｐｙによる負のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生する。
なお実施例４の状態４では実施例２の状態４と同様に、スイッチング素子ＳＷ５がオフに切り換えられているので、消費回路１３Ａｐはパルス発生回路９から電気的に切り離されている。そのため、状態４においても状態３と同様に、コンデンサＣ１に蓄積している電気振動エネルギーＥｒ２を抵抗Ｒ１で消費させ続けることができる。
状態４において平行平板電極１７に負のパルス電圧が印加されると、容量性負荷である平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生する。当該電気振動に起因して負のパルス波Ｐｙの発振後にリンギング波Ｋｙが発生するため、状態５に移行してリンギング波Ｋｙを減衰させる動作を行う。
第５に、実施例４の状態５における動作について説明する。実施例４の状態５では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる。また消費回路１３Ｃのうち、消費回路１３Ａｐに配設されているスイッチング素子ＳＷ５はオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３Ａｓに配設されているスイッチング素子ＳＷ６はオンの状態に切り換えられる。スイッチ制御部２１は、スイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３をオフの状態に切り換えて状態４を終了させた後、予め定められたデッドタイムＤＴ４が経過した後にスイッチング素子ＳＷ６をオンに切り換えて状態５を開始させる。そして状態５の動作によって、負のパルス波Ｐｙの生成後に発生するリンギング波Ｋｙを減衰させる。
状態５の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が切り換えられることにより、消費回路１３Ｃのうち消費回路１３Ａｓの部分が一次巻き線Ｌａと電気的に接続される。その結果、図１９に示すように電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ｃへと流れ、オンの状態になっているスイッチング素子ＳＷ６を有する消費回路１３Ａｓへ流れる。
消費回路１３Ａｓへ流れた電気振動エネルギーＥｒは、消費回路１３Ａｓに設けられている抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２によって消失する。すなわち一部の電気振動エネルギーＥｒ１は抵抗Ｒ２で消費され、並行して残りの電気振動エネルギーＥｒ２はコンデンサＣ２に蓄積される。電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａｓによって速やかに消失する結果、負のパルス波Ｐｙの発振後に発生するリンギング波Ｋｙは、状態５の動作によって迅速に減衰して消失する。状態４の後に発生した電気振動エネルギーＥｒの全てが消費回路１３Ａｐによって消費または蓄積されると、状態５から状態６へと移行する。
第６に、状態６における動作について説明する。実施例４の状態６では実施例４の状態３と同様に、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６の全てがオフの状態に切り換えられる。パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４はオフの状態であるので、パルス波は発振されない。そして消費回路１３Ｃにおいてスイッチング素子ＳＷ６がオフの状態に切り換えられることで、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２による閉ループ回路がメインのパルス発生回路９から電気的に切り離される。そのため、状態６が開始されると、状態５においてコンデンサＣ２に蓄積されていた電気振動エネルギーＥｒ２が抵抗Ｒ２へと流れ、抵抗Ｒ２において当該エネルギーＥｒ２が消費される。
このように実施例４の状態６では、スイッチング素子ＳＷ６をオフに切り換えた状態で、コンデンサＣ２に蓄積された分について、電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ２で消費し続ける。すなわち状態５においてコンデンサＣ２を用いて電気振動エネルギーＥｒの大部分を蓄積させて電気振動エネルギーＥｒを迅速にパルス派生回路９から消失させた後、電気振動エネルギーＥｒが蓄積されている消費回路１３Ａｓを状態６においてパルス発生回路９から電気的に切り離し、消費回路１３Ａｓにおいて電気振動エネルギーＥｒの消費を続行させる。
パルス波を生成するパルス発生回路９から消費回路１３Ａｓを電気的に切り離すことにより、適宜のタイミングにおいて状態６から状態１へと移行して再び正のパルス波Ｐｘの発振を開始できる。以下、状態１ないし状態６を１周期とする一連の動作を適宜繰り返すことで誘電体バリア放電によるプラズマ処理を実行する。
＜実施例４の構成による効果＞
実施例４に係るパルス電源装置３Ｃでは、複数の消費回路１３Ａを有する消費回路１３Ｃを備えている。そしてパルス波の生成後に発生する電気振動エネルギーＥｒを消費させる際に、パルス波の生成条件等に応じて複数の消費回路１３Ａを使い分けるように構成されている。実施例４では一例として図１６および図１７に示すように、正のパルス波Ｐｘの生成によって発生する電気振動エネルギーＥｒを消費させる場合は消費回路１３Ａｐを用いる（状態１～３）。一方で、負のパルス波Ｐｙの生成によって発生する電気振動エネルギーＥｒを消費させる場合は消費回路１３Ａｓを用いる（状態４～６）。言い換えると、リンギング波Ｋｘを減衰させる場合は消費回路１３Ｃのうち消費回路１３Ａｐを用い、リンギング波Ｋｙを減衰させる場合は消費回路１３Ｃのうち消費回路１３Ａｓを用いるように構成されている。
このように複数の消費回路１３Ａを備え、電気振動エネルギーＥｒの消費に用いる消費回路１３Ａをパルス波の生成毎に交替させることにより、より大きい電気振動エネルギーＥｒの処理が可能となる。すなわち状態２においてオンの状態になったスイッチング素子ＳＷ５は、状態１の後に発生した電気振動エネルギーＥｒをコンデンサＣ１で全て蓄積した後にオフの状態に切り換えられる（状態３）。その後、再度状態２が開始されるまではスイッチング素子ＳＷ５はオフの状態であり消費回路１３Ａｐはパルス発生回路９から電気的に切り離される。
よって図１６において符号Ｍ２で示される、状態２が開始してから次の状態２が開始されるまでの期間において、状態１の後に発生した電気振動エネルギーＥｒを消費回路１３Ａｐの抵抗Ｒ１で消費すれば、パルス電源装置３Ｃの動作に支障は生じない。すなわち複数の消費回路１３Ａを備えることにより、電気振動エネルギーＥｒの消費可能時間をより長く確保できるので、より大きな電気振動エネルギーＥｒを消費回路１３Ｃで処理できるようになる。その結果、パルス波をさらに高周波化することも可能となる。
また、消費回路１３Ｃを備える実施例４では、全てのスイッチング素子がオフに切り換えられる状態３において、任意のタイミングで状態４へと移行して次のパルス波を発振させることができる。同様に、状態６における任意のタイミングで次の状態１へと移行できる。その結果、状態１で発振されるパルス波Ｐｘと状態４で発振されるパルス波Ｐｙとの間隔Ｆをより短くできるので、パルス電源装置３Ｃにおいてパルス波をより高周波化できる。また、実施例４では複数のスイッチング素子ＳＷ５とスイッチング素子ＳＷ６を有している為、１つのスイッチング素子ＳＷ５を備える実施例２の消費回路１３Ａと比べて、消費回路１３Ｃが備えるスイッチング素子をオンの状態に維持する期間をさらに短くでき、さらにはオンの回数も少なくなるので、消費回路１３Ｃが備えるスイッチング素子ＳＷ５、およびスイッチング素子ＳＷ６にかかる負担をさらに低減できる。さらには、処理対象物によっては、パルス波にリンギング波の成分を付加した方が最適なプラズマとなる場合がある。この場合、消費回路１３Ｃはスイッチング素子ＳＷ５およびＳＷ６がオフの時に電気振動エネルギーＥｒを消費している為、実施例２に係る消費回路１３Ａと比べて、デッドタイムのタイミングコントロールがさらに取りやすくなる。
なお、複数の消費回路１３Ａを備える実施例４の構成では、より多様なインピーダンスに対応してリンギングを好適に減衰させることができる。すなわち抵抗Ｒ１の抵抗値と抵抗Ｒ２の抵抗値とを異ならせる、またはコンデンサＣ１の容量値とコンデンサＣ２の容量値とを異ならせることにより、消費回路１３Ａｐと消費回路１３Ａｓの特性が異なることとなる。このように複数の消費回路１３Ａの特性を異ならせることにより、一例として電気振動の周波数が変化した場合、当該変化後のインピーダンスに対応した消費回路１３Ａを選択的に用いてリンギング波を減衰させることができる。
一例として消費回路１３Ａｐの方がリンギング波の減衰に適した条件である場合、パルス波の生成が完了した後、状態２の組み合わせ態様でスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を切り換える。すなわちスイッチング素子ＳＷ５のみをオンの状態に切り換える。また消費回路１３Ａｓの方がリンギング波の減衰に適した条件である場合、パルス波の生成が完了した後、状態５の組み合わせ態様でスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を切り換える。すなわちスイッチング素子ＳＷ６のみをオンの状態に切り換える。このように特性が異なる複数の消費回路１３Ａの中から適したものを選択的に用いることで、パルス電源装置３Ｃの汎用性をより向上できる。
次に、本発明の実施例５を説明する。図２０は、実施例５に係るパルス電源装置３Ｄを備える誘電体バリア放電装置１Ｄの構成を示す図である。実施例５に係るパルス電源装置３Ｄは、トランス７Ｄが一次巻き線Ｌａおよび二次巻き線Ｌｂに加えて三次巻き線Ｌｃを備えているという点で、実施例１に係るパルス電源装置３と相違する。
トランス７Ｄが備える三次巻き線Ｌｃは、一次巻き線Ｌａおよび二次巻き線Ｌｂの各々と電気的に絶縁されている。そして直列接続された抵抗Ｒ１とスイッチング素子ＳＷ５とを備える消費回路１３は、三次巻き線Ｌｃに並列接続されている。すなわち実施例５はトランス７Ｄの三次側に消費回路１３が配設されているという点において、トランス７の一次側に消費回路１３が配設されている実施例１と相違する。
＜実施例５の動作＞
実施例５に係る誘電体バリア放電装置１Ｄの動作は、実施例１に係る誘電体バリア放電装置１の動作と共通する。すなわち実施例５におけるスイッチング素子ＳＷ１ないしスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせは図２および図３に示す通りであり、状態１ないし状態４を１周期として当該４つの状態が繰り返される。
まず状態１ではスイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ４がオンの状態に切り換えられることにより、パルス発生回路９と一次巻き線Ｌａとが電気的に接続される。またスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態になることで消費回路１３が三次巻き線Ｌｃから電気的に切り離される。そしてトランス７の一次側に配設されるパルス発生回路９において正のパルス波Ｐｘが生成され、平行平板電極１７に正のパルス電圧が印加されて誘電体バリア放電が発生する。
当該誘電体バリア放電の停止後においても、平行平板電極１７において（１／２）・ＣＶ２に相当するエネルギーが蓄積しており、平行平板電極１７とトランス７Ｄとの間で当該エネルギーが共振して電気振動が発生する。一次側巻き線Ｌａと二次側巻き線Ｌｂと三次巻き線Ｌｃは電磁結合されているので、当該電気振動は、トランス７Ｄを経由して二次側から一次側および三次側（消費回路１３の側）の各々へと伝達される。当該電気振動は、パルス波Ｐｘの生成後にリンギング波Ｋｘが発生する原因となる。そこで実施例５に係るパルス電源装置３Ｄでは、状態２の動作によってリンギング波Ｋｘを減衰させる。
第２に、状態２における動作について説明する。状態２では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。
状態２の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａとパルス発生回路９とが電気的に切り離される一方、三次巻き線Ｌｃと消費回路１３とが電気的に接続される。その結果、図２１に示すように電気振動エネルギーＥｒが三次側に配設されている消費回路１３へと流れ、消費回路１３に設けられている抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消費される。抵抗Ｒ１においてエネルギーが消費されることにより、三次側において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消失していく。この場合、一次巻き線Ｌａと二次巻き線Ｌｂと三次巻き線Ｌｃは電磁結合されているため、三次側から二次側に対して電気振動エネルギーＥｒが伝達されなくなる。その結果、三次側に抵抗Ｒ１を配設することで二次側においても電気振動エネルギーＥｒが速やかに消失する。よって、状態１において正のパルス波Ｐｘが生成された後に発生するリンギング波Ｋｘは、状態２の動作によって迅速に減衰されて消失する。リンギング波Ｋｘが消失することで、状態２から状態３へと移行する。
第３に、状態３における動作について説明する。状態３では、スイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられることで消費回路１３が三次巻き線Ｌｃから電気的に切り離される。そしてスイッチング素子ＳＷ２およびスイッチング素子ＳＷ３がオンの状態に切り換えられることにより、トランス７Ｄの一次側に配設されるパルス発生回路９において負のパルス波Ｐｙが生成され、平行平板電極１７に負のパルス電圧が印加されて誘電体バリア放電が発生する。一次巻き線Ｌａと二次巻き線Ｌｂと三次巻き線Ｌｃは電磁結合されているため、負のパルス波Ｐｙの生成後、状態１と同様に電気振動が発生し、トランス７Ｄを経由して二次側から一次側および三次側の各々へと伝達される。当該電気振動は、負のパルス波Ｐｙの生成後にリンギング波Ｋｙが発生する原因となる。そのため状態３において負のパルス波Ｐｙを生成すると、状態４へと移行してリンギング波Ｋｙを減衰させる。
第４に、状態４における動作について説明する。状態４では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。すなわち、状態４におけるスイッチ制御の態様は状態２におけるスイッチ制御の態様と同じである。
状態４の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、三次巻き線Ｌｃと消費回路１３とが再度電気的に接続される。その結果、図２１に示すように電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３へと流れ、抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消費される。よって、状態３において負のパルス波Ｐｙが生成された後に発生するリンギング波Ｋｙは、状態４の動作によって迅速に減衰されて消失する。従って、状態３において負のパルス波Ｐｙが生成された後のリンギング期間Ｒｙについても大幅に短縮できる。
状態４の動作が完了することによって、状態１ないし状態４を１周期とする一連の動作が完了する。その後、状態４から状態１に戻り、状態１ないし状態４からなる一連の動作を適宜繰り返すことで誘電体バリア放電によるプラズマ処理を実行する。
＜実施例５の構成による効果＞
実施例５に係るパルス電源装置３Ｄでは、トランス７Ｄにおいて一次巻き線Ｌａおよび二次巻き線Ｌｂに加えて三次巻き線Ｌｃをさらに配設し、消費回路１３を三次巻き線Ｌｃに接続させる。トランス７Ｄの一次巻き線Ｌａに接続されているパルス発生回路９がパルス波を生成すると、トランス７Ｄの二次巻き線Ｌｂに接続されている平行平板電極１７においてプラズマ放電が発生する。当該放電によって電気振動が発生してトランス７Ｄの二次側から三次側へ伝達されるが、当該電気振動のエネルギーＥｒは消費回路１３によって消費される。
一次巻き線Ｌａと二次巻き線Ｌｂと三次巻き線Ｌｃは電磁結合されているため、三次側において電気振動エネルギーＥｒが消費されると、トランス７Ｄの一次側と二次側との電気振動も減衰する。その結果、一次側および二次側においてもリンギングは速やかに減衰する。すなわちトランス７Ｄの三次側において電気振動エネルギーＥｒを消費することにより、実施例１と同様にリンギング波ＫｘまたはＫｙを速やかに減衰させることができる。またスイッチ制御部２１および消費時間制御部２３を備えることによって、デッドタイムＤＴ２およびＤＴ４の長さを任意に制御できるので、リンギング期間ＲｘおよびＲｙの長さを任意に調節できる。
そして三次巻き線Ｌｃは一次巻き線Ｌａおよび二次巻き線Ｌｂの各々と電気的に絶縁されている。すなわち消費回路１３は、パルス波を生成するパルス発生回路９と電気的に絶縁されている。よって、消費回路１３を備える三次巻き線Ｌｃにおいて、任意の場所にグランドを設置することができるので、消費回路１３の動作をより安定化できる。従って、パルス電源装置３Ｄにおける誤動作の発生をより確実に防止できる。
＜他の実施形態＞
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲、並びに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。例として、本発明は下記のように変形実施することができる。
（１）実施例５に係る、トランス７Ｄの三次側に消費回路を配設させる構成は、実施例１のみならず実施例２ないし実施例４にも適用できる。図２２は実施例２に対して実施例５のトランス７Ｄを適用させた、第１の変形例の構成を示す図である。図２３は実施例３に対して実施例５のトランス７Ｄを適用させた、第２の変形例の構成を示す図である。図２４は実施例４に対して実施例５のトランス７Ｄを適用させた、第３の変形例の構成を示す図である。
図２２に示す第１の変形例に係るパルス電源装置３Ｅでは、トランス７Ｄの三次巻き線Ｌｃに消費回路１３Ａが接続されている。消費回路１３Ａは実施例２と同様に、直列接続された抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１と、これら各々に並列接続されたスイッチング素子ＳＷ５とを備えている。第１の変形例に係るパルス電源装置３Ｅを備えた誘電体バリア放電装置１Ｅの動作は、実施例２と共通する。すなわち第１の変形例におけるスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせは図９および図１０に示す通りであり、状態１ないし状態６を１周期として当該６つの状態が繰り返される。
第１の変形例では、実施例２の構成に対して実施例５に係るトランス７Ｄなどの構成を適用することにより、実施例２の効果と実施例５の効果との両方を得ることができる。すなわち消費回路１３Ａに備えられたコンデンサＣ１によって、パルス波の生成後に二次側から三次側へと伝達される電気振動エネルギーＥｒは速やかに蓄積される。よって、第１の変形例では実施例５と比べてリンギング波の減衰効率をさらに向上できる。また消費回路１３Ａは三次巻き線Ｌｃに接続されており、パルス発生回路９から電気的に絶縁されている。よって、消費回路１３Ａを備える三次巻き線Ｌｃにおける任意の場所にグランドを設置することができるので、消費回路１３Ａの動作をより安定化できる。従って、パルス電源装置３Ｅにおける誤動作の発生をより確実に防止できる。
図２３に示す第２の変形例に係るパルス電源装置３Ｆでは、トランス７Ｄの三次巻き線Ｌｃに消費回路１３Ｂが接続されている。消費回路１３Ｂは実施例３と同様に、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とスイッチング素子ＳＷ５とに加えて、コンバータ２５をさらに備えている。第２の変形例に係るパルス電源装置３Ｆを備えた誘電体バリア放電装置１Ｆの動作は、実施例３と共通する。すなわち第２の変形例におけるスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせは図９および図１０に示す通りであり、状態１ないし状態６を１周期として当該６つの状態が繰り返される。
第２の変形例では、実施例３の構成に対して実施例５に係るトランス７Ｄなどの構成を適用することにより、実施例３の効果と実施例５の効果とを得ることができる。すなわち消費回路１３Ｂに備えられたコンデンサＣ１によって、パルス波の生成後に二次側から三次側へと伝達される電気振動エネルギーＥｒは速やかに蓄積される。よって、第１の変形例では実施例５と比べてリンギング波の減衰効率をさらに向上できる。またコンバータ２５を備えることにより、コンデンサＣ１に蓄積された電気振動エネルギーＥｒを回生して再利用できるので、パルス電源装置３Ｆのエネルギー効率を向上できる。そして消費回路１３Ｂは三次巻き線Ｌｃに接続されており、パルス発生回路９から電気的に絶縁されている。よって、消費回路１３Ｂを備える三次巻き線Ｌｃにおける任意の場所にグランドを設置することができるので、消費回路１３Ｂの動作をより安定化できる。従って、パルス電源装置３Ｆにおける誤動作の発生をより確実に防止できる。
図２４に示す第３の変形例に係るパルス電源装置３Ｇでは、トランス７Ｄの三次巻き線Ｌｃに消費回路１３Ｃが接続されている。消費回路１３Ｃは実施例４と同様に、２組の消費回路１３Ａすなわち消費回路１３Ａｐと消費回路１３Ａｓとを備えている。消費回路１３Ａｐは、直列接続された抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１と、これら各々に並列接続されたスイッチング素子ＳＷ５とを備えている。消費回路１３Ａｓは、直列接続された抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２と、これら各々に並列接続されたスイッチング素子ＳＷ６とを備えている。
第３の変形例に係るパルス電源装置３Ｇを備えた誘電体バリア放電装置１Ｇの動作は、実施例４と共通する。すなわち第３の変形例におけるスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のオン／オフの状態の組み合わせは図１６および図１７に示す通りであり、状態１ないし状態６を１周期として当該６つの状態が繰り返される。
第３の変形例では、実施例４の構成に対して実施例５に係るトランス７Ｄなどの構成を適用することにより、実施例４の効果と実施例５の効果とを得ることができる。すなわち消費回路１３Ｃに備えられた複数の消費回路１３Ａを、パルス波の生成条件等に応じて使い分けるように構成されている。一例として、電気振動エネルギーＥｒの消費に用いる消費回路１３Ａをパルス波の生成毎に交替させることにより、より大きい電気振動エネルギーＥｒの処理が可能となる。そして消費回路１３Ｃは三次巻き線Ｌｃに接続されており、パルス発生回路９から電気的に絶縁されている。よって、消費回路１３Ｃを備える三次巻き線Ｌｃにおける任意の場所にグランドを設置することができるので、消費回路１３Ｃの動作をより安定化できる。従って、パルス電源装置３Ｇにおける誤動作の発生をより確実に防止できる。
（２）上述した各実施例および変形例において、パルス発生回路９は図１に示すような４石式回路に限ることはなく、パルス波を生成する回路であれば１石式回路または２石式回路を例とする他の回路を適宜用いてよい。またパルス発生回路９は互いに逆極性である正のパルス波Ｐｘと負のパルス波Ｐｙとを生成する回路に限ることはなく、一例として同極性のパルス波を生成し続ける回路であってもよい。
図２５（ａ）は、実施例５に係るパルス電源装置３Ｄの変形例として、１石式回路であるパルス発生回路９Ｈを備えるパルス電源装置３Ｈを示している。当該第４の変形例では、パルス電源装置３Ｈと放電器５とによって誘電体バリア放電装置１Ｈを構成している。第４の変形例に係るパルス電源装置３Ｈは、トランス７Ｄと、パルス発生回路９Ｈとを備えている。トランス７Ｄは実施例５と同様に、一次巻き線Ｌａと二次巻き線Ｌｂと三次巻き線Ｌｃとを備えている。一次巻き線Ｌａにはパルス発生回路９Ｈが接続されており、三次巻き線Ｌｃには消費回路１３が接続されている。
パルス発生回路９Ｈは、電源１１と、１つのスイッチング素子ＳＷ１とを備えている。電源１１とスイッチング素子ＳＷ１と一次巻き線Ｌａとは直列接続されている。消費回路１３は実施例１および実施例５と同様に、抵抗Ｒ１とスイッチング素子ＳＷ５とが直列接続された構成を有している。
ここで、誘電体バリア放電装置１Ｈの動作について説明する。第４の変形例に係る誘電体バリア放電装置１Ｈでは図２５（ｂ）および図２５（ｃ）に示すように、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせについて、状態１と状態２とを１周期として当該２つの状態が繰り返される。
なお実施例１などと同様に、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ５とが同時にオンの状態にならないよう、デッドタイムＤＴ１およびＤＴ２が設けられている。すなわちスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられてからデッドタイムＤＴ１が経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ１がオンの状態に切り換えられて状態１が開始される。そしてスイッチング素子ＳＷ１がオフの状態に切り換えられて状態１が終了してからデッドタイムＤＴ２を経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ５はオフの状態からオンの状態に切り換えられて状態２が開始される。
まず、第４の変形例における状態１について説明する。状態１では、パルス発生回路９Ｈに設けられているスイッチング素子ＳＷ１がオンの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に設けられているスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１による制御が行われる。
状態１の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａとパルス発生回路９Ｈとが電気的に接続される。そして電源１１からパルス発生回路９Ｈに電力が供給され、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへと正のパルス波Ｐｘによる正のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生する。すなわち図２６に示すように、状態１において正のパルス波Ｐｘが生成される。状態１において正のパルス波Ｐｘが生成されると電気振動が発生するため、状態２に移行して電気振動に起因するリンギング波Ｋｘを減衰させる。
第４の変形例における状態２では、パルス発生回路９Ｈに設けられているスイッチング素子ＳＷ１がオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に設けられているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１による制御が行われる。
状態２の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ５が切り換えられることにより、三次巻き線Ｌｃと消費回路１３とが電気的に接続される。そして電気振動エネルギーＥｒはトランス７Ｄの二次巻き線Ｌｂから三次巻き線Ｌｃを経由して消費回路１３へと流れ、消費回路１３に設けられている抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消費される。抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒが消費されることにより、図２６に示すように、状態１において正のパルス波Ｐｘが発振された後に発生するリンギング波Ｋｘは、状態２の動作によって迅速に減衰される。従って、状態１においてパルス波Ｐｘが発振された後のリンギング期間Ｒｘは大幅に短縮される。
状態２の動作が完了することによって、状態１ないし状態２を１周期とする一連の動作が完了する。その後、状態２から状態１に戻り、状態１ないし状態２からなる一連の動作を適宜繰り返すことで誘電体バリア放電によるプラズマ処理を実行する。このように１石式回路であるパルス発生回路９Ｈを備える第４の変形例では、正のパルス波Ｐｘのみを連続的に発振する。
次に、２石式回路を備える変形例について説明する。図２７は、実施例５に係るパルス電源装置３Ｄの変形例として、２石式回路であるパルス発生回路９Ｊを備えるパルス電源装置３Ｊを示している。当該第５の変形例では、パルス電源装置３Ｊと放電器５とによって誘電体バリア放電装置１Ｊを構成している。第５の変形例に係るパルス電源装置３Ｊは、トランス７Ｄと、パルス発生回路９Ｊとを備えている。トランス７Ｄは実施例５と同様に、一次巻き線Ｌａと二次巻き線Ｌｂと三次巻き線Ｌｃとを備えている。一次巻き線Ｌａにはパルス発生回路９Ｊが接続されており、三次巻き線Ｌｃには消費回路１３が接続されている。
パルス発生回路９Ｊは、電源１１の正端子と負端子との間に、第１のスイッチング素子ＳＷ１および第２のスイッチング素子ＳＷ２が直列接続された第１回路と、コンデンサＣ３およびコンデンサＣ４が直列接続された第２回路とが互いに並列に挿入されている。そしてスイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ２の接続点Ｔ１と、コンデンサＣ３およびコンデンサＣ４の接続点Ｔ２との間に一次巻き線Ｌａが挿入される。消費回路１３は実施例１および実施例５と同様に、抵抗Ｒ１とスイッチング素子ＳＷ５とが直列接続された構成を有している。
コンデンサＣ３およびコンデンサＣ４の各々は、電圧源と等価となるように構成されている。すなわち、電源１１の電圧の半分がコンデンサＣ３およびコンデンサＣ４の各々にかかるように構成されている。スイッチング素子ＳＷ１がオンである場合、コンデンサＣ３が電圧源として用いられる。またスイッチング素子ＳＷ２がオンである場合、コンデンサＣ４が電圧源として用いられる。
ここで、誘電体バリア放電装置１Ｊの動作について説明する。第５の変形例に係る誘電体バリア放電装置１Ｊでは図２８および図２９に示すように、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせについて、状態１ないし状態４を１周期として当該４つの状態が繰り返される。
第５の変形例における状態１では、スイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ５をオフに切り換える一方でスイッチング素子ＳＷ１をオンに切り換える。具体的にはスイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ５がオフの状態に切り換えられてからデッドタイムＤＴ１が経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ１がオンの状態に切り換えられて状態１が開始される。
状態１が開始されると電源１１から電力がパルス発生回路９Ｊに供給され、スイッチング素子ＳＷ１を経由して電流が流れる。その結果、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへとパルス波Ｐｘによる正のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７においてプラズマＰｒが発生する。当該放電により、電気振動に起因するリンギング波Ｋｘが発生する。そこで正のパルス波Ｐｘを生成させる状態１が完了すると、状態２に移行してリンギング波Ｋｘを減衰させる動作を行う。
第５の変形例における状態２では、パルス発生回路９Ｊのスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ２をオフに切り換える一方で、消費回路１３のスイッチング素子ＳＷ５をオンに切り換える。具体的にはスイッチング素子ＳＷ１がオフの状態に切り換えられて状態１が終了してからデッドタイムＤＴ２を経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ５はオフの状態からオンの状態に切り換えられて状態２が開始される。
状態２の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ５が切り換えられることにより、三次巻き線Ｌｃと消費回路１３とが電気的に接続される。そして電気振動エネルギーＥｒはトランス７Ｄの二次巻き線Ｌｂから三次巻き線Ｌｃを経由して消費回路１３へと流れ、消費回路１３に設けられている抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消費される。抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒが消費されることにより、状態１において正のパルス波Ｐｘが発振された後に発生するリンギング波Ｋｘは、状態２の動作によって迅速に減衰される。従って、状態１においてパルス波Ｐｘが発振された後のリンギング期間Ｒｘは大幅に短縮される。リンギング波Ｋｘが減衰して消失すると、状態２から状態３に移行して負のパルス波Ｐｙを生成させる。
第５の変形例における状態３では、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ５をオフに切り換える一方でスイッチング素子ＳＷ２をオンに切り換える。具体的にはスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ５がオフの状態に切り換えられてからデッドタイムＤＴ３が経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ２がオンの状態に切り換えられて状態３が開始される。
状態３が開始されると電源１１から電力がパルス発生回路９Ｊに供給され、スイッチング素子ＳＷ２を経由して、状態１とは逆向きの電流が流れる。その結果、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへとパルス波Ｐｙによる負のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７においてプラズマＰｒが発生する。当該放電により、電気振動に起因するリンギング波Ｋｙが発生する。そこで負のパルス波Ｐｙを生成させる状態１が完了すると、状態２に移行してリンギング波Ｋｙを減衰させる動作を行う。
第５の変形例における状態４では状態２と同様に、パルス発生回路９Ｊのスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ２をオフに切り換える一方で、消費回路１３のスイッチング素子ＳＷ５をオンに切り換える。具体的にはスイッチング素子ＳＷ２がオフの状態に切り換えられて状態３が終了してからデッドタイムＤＴ４を経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ５はオフの状態からオンの状態に切り換えられて状態４が開始される。
状態４が開始されると、三次巻き線Ｌｃと消費回路１３とが再び電気的に接続される。そして電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３へと流れ、消費回路１３に設けられている抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消費される。抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒが消費されることにより、状態３において負のパルス波Ｐｙが発振された後に発生するリンギング波Ｋｙは、状態４の動作によって迅速に減衰される。
状態４の動作が完了することによって、状態１ないし状態４を１周期とする一連の動作が完了する。その後、状態４から状態１に戻り、状態１ないし状態４からなる一連の動作を適宜繰り返すことで誘電体バリア放電によるプラズマ処理を実行する。
このようにパルス発生回路９は４石式回路に限ることはなく、１石式回路または２石式回路などを用いる場合であっても、リンギングを速やかに消費してパルスの高周波化を可能とするパルス電源装置３を実現できる。すなわち各実施例に係るパルス電源装置３において、パルス発生回路９を作動させてパルス波を生成させた後、消費回路１３を作動させて電気振動エネルギーＥｒを消費させて電気振動を減衰させる制御を行うことにより、パルス波の生成後に発生するリンギングを速やかに消費できる。
（３）上述した各実施例および変形例において、パルス電源装置３と放電器５とを組み合わせた誘電体バリア放電装置１を例として説明したが、各実施例等に係るパルス電源装置３は、誘導加熱装置を例とする他の装置にも適用できる。ここでは図３０に示すように、実施例１に係るパルス電源装置３を備える誘導加熱装置３１を例として説明する。
当該誘導加熱装置３１は、実施例１に係るパルス電源装置３と誘導加熱器３３とを備えている。誘導加熱器３３はトランス７の二次巻き線Ｌｂに接続されており、誘導性負荷に相当する加熱用コイル３５を備えている。加熱用コイル３５は、内部に導電性の被加熱物を収容できるように構成されている。パルス電源装置３から出力されたパルス電圧が加熱用コイル３５へ印加されることによって加熱用コイル３５の周囲に磁界が発生し、導電性の被加熱物は加熱用コイル３５に非接触の状態で加熱される。加熱用コイル３５は本発明における誘導加熱部に相当する。
パルス電源装置３を備える誘導加熱装置３１の動作は、パルス電源装置３を備える誘電体バリア装置１の動作と共通する。すなわち図２および図３に示すように、パルス電源装置３に設けられているスイッチング素子ＳＷ１ないしスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせについて、状態１ないし状態４を１周期として当該４つの状態が繰り返される。状態１において正のパルス波Ｐｘが生成され、加熱用コイル３５に正のパルス電圧が印加されて誘導加熱が行われる。正のパルス波Ｐｘの生成によって発生するリンギング波Ｋｘは、状態２において電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３で消費されることによって速やかに減衰する。
その後、状態３において負のパルス波Ｐｙが生成され、加熱用コイル３５に負のパルス電圧が印加されて誘導加熱が再び行われる。負のパルス波Ｐｙの生成によって発生するリンギング波Ｋｙは、状態４において電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３で消費されることによって速やかに減衰する。そして状態４から状態１に戻り、状態１ないし状態４を１周期として当該４つの状態が繰り返される。このように、誘電体バリア放電装置１に限ることはなく、誘導加熱装置３１を例とする他の装置においてもパルス電源装置３を適用することにより、パルス波の波形を所望の形状に維持させつつパルス波の高周波化が可能となる。よって、好適にパルス電圧を印加させるとともに、パルス電圧の出力をさらに向上できる。
（４）上述した実施例４において、消費回路１３Ｃは実施例２に係る消費回路１３Ａを複数備える構成を例示したがこれに限られない。すなわち消費回路１３Ｃは、実施例１に係る消費回路１３を複数備える構成であってもよいし、実施例３に係る消費回路１３Ｂを複数備える構成であってもよい。
またパルス電源装置３が複数の消費回路１３を備える構成において、各々の消費回路１３は、適した電気振動の周波数が異なることが好ましい。一例として、特性が異なる消費回路１３を２つ備えるパルス電源装置３Ｋの構成を図３４に示している。図３４は、当該第６の変形例に係るパルス電源装置３Ｋを備える誘電バリア装置１Ｋの構成を示している。
第６の変形例に係るパルス電源装置３Ｋでは、一方の消費回路１３（消費回路１３Ｘ）は比較的周波数が高い電気振動の消費に適しており、他方の消費回路１３（消費回路１３Ｙ）は比較的周波数が低い電気振動の消費に適した構成を備える構成が挙げられる。消費回路１３Ｘは、直列接続されている抵抗Ｒｘとスイッチング素子ＳＷ５ｘとを備えている。消費回路１３Ｙは、直列接続されている抵抗Ｒｙとスイッチング素子ＳＷ５ｙとを備えている。パルス電源装置３Ｋでは、抵抗Ｒｘは周波数が比較的高い電気振動の消費に適した抵抗値に設定されており、抵抗Ｒｙは周波数が比較的低い電気振動の消費に適した抵抗値に設定されているものとする。
このようなパルス電源装置３Ｋでは、電気振動の周波数を例とする条件の変化に応じて、複数の消費回路１３の中から最も電気振動の消費に適したものを選択し、選択された消費回路１３を用いて電気振動エネルギーＥｒの消費を行う。すなわち当該パルス電源装置３において、電気振動の周波数を検知する検知部３６が備えられており、さらに主制御部１５は消費回路選択部３７をさらに備える。
消費回路選択部３７は、複数の消費回路１３の中から最も電気振動の消費に適したものを選択し、選択された消費回路１３の情報をスイッチ制御部２１へ送信する。スイッチ制御部２１は、選択された消費回路１３が備えているスイッチング素子ＳＷ５をオンの状態に切り換えることにより、消費回路選択部によって選択された消費回路１３を作動させて電気振動エネルギーＥｒを消費させる。
具体例として、比較的高い周波数の電気振動が発生した場合、検知部３６は電気振動の周波数を検知することにより、当該周波数の情報を消費回路選択部３７に送信する。消費回路選択部３７は、比較的高い周波数である電気振動が発生したことに基づいて、一方の消費回路１３Ｘを選択する旨の情報をスイッチ制御部２１に送信する。スイッチ制御部２１は状態２などにおいて、消費回路１３Ｘおよび消費回路１３Ｙのうち消費回路１３Ｘに設けられているスイッチング素子ＳＷ５ｘをオンに切り換える制御を行う。スイッチ制御部２１の制御により、電気振動エネルギーＥｒは消費回路１３Ｘと消費回路１３Ｙとのうち消費回路１３Ｘへと流れ、比較的高周波の電気振動に適している抵抗Ｒｘによって好適に消費される。
このように複数の消費回路１３を備えることにより、多様な周波数の電気振動に対して好適に対応可能なパルス電源装置３を実現できる。そのため、電気振動の周波数が変化した場合であっても、変化後の周波数に係るインピーダンスに対応した消費回路１３を選択的に用いてリンギング波を減衰させることができる。
１ …誘電体バリア放電装置
３ …パルス電源装置
５ …放電器（誘電体バリア放電部）
７ …トランス
９ …パルス発生回路
１１ …電源
１３ …消費回路（電気振動消費回路）
１５ …主制御部
１７ …平行平板電極
１７ａ …第１電極
１７ｂ …第２電極
１９ …誘電体
２１ …スイッチ制御部
２３ …消費時間制御部
２５ …コンバータ
３１ …誘導加熱装置
３３ …誘導加熱器
３５ …加熱用コイル
３６ …検知部
３７ …消費回路選択部
Ｒ１ …抵抗
Ｃ１ …コンデンサ
Ｄ１ …ダイオード
ＳＷ１～ＳＷ４ …スイッチング素子（パルス波発生用スイッチング素子）
ＳＷ５～ＳＷ６ …スイッチング素子（抵抗用スイッチング素子）
Ｌａ …一次巻き線
Ｌｂ …二次巻き線
Ｌｃ …三次巻き線
Ｅｒ …電気振動エネルギー

Claims (12)

  1. 一次巻き線と二次巻き線とを備えるトランスと、
    前記一次巻き線に接続されており、少なくとも１つのパルス波発生用スイッチング素子を有するパルス波発生回路と、
    前記パルス波発生回路と並列接続されており、前記二次巻き線において発生して前記一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費させる消費用抵抗と前記消費用抵抗に直列接続されている抵抗用スイッチング素子とを有する電気振動消費回路と、
    前記パルス波発生用スイッチング素子および前記抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部と、
    前記抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部と、
    を備える
    ことを特徴とするパルス電源装置。
  2. 請求項１に記載のパルス電源装置において、
    前記電気振動消費回路は、
    前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備え、
    互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有している
    ことを特徴とするパルス電源装置。
  3. 請求項１に記載のパルス電源装置において、
    前記電気振動消費回路は、
    前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサと、
    前記コンデンサに蓄積された前記電気振動のエネルギーを回生させるエネルギー回生部と、
    をさらに備え、
    前記コンデンサと前記エネルギー回生部とが並列接続された構成を有する回生回路および前記消費用抵抗が並列接続されているとともに、前記消費用抵抗と前記回生回路との各々が前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有している
    ことを特徴とするパルス電源装置。
  4. 請求項１に記載のパルス電源装置において、
    前記パルス波発生回路は、
    ４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、
    前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５の各々について、次の表１に示す状態１ないし状態４の４つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行う
    ことを特徴とするパルス電源装置。
    Figure 0007235374000004
  5. 請求項２に記載のパルス電源装置において、
    前記パルス波発生回路は、
    ４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、
    前記電気振動消費回路は、
    互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を２組有しており、
    前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および２つの前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６の各々について、次の表２に示す状態１ないし状態６の６つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行う
    ことを特徴とするパルス電源装置。
    Figure 0007235374000005
  6. 互いに絶縁されている一次巻き線と二次巻き線と三次巻き線とを備えるトランスと、
    前記一次巻き線に接続されており、少なくとも１つのパルス波発生用スイッチング素子を有するパルス波発生回路と、
    前記三次巻き線に接続されており、前記二次巻き線において発生して前記三次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費させる消費用抵抗と前記消費用抵抗に直列接続されている抵抗用スイッチング素子とを有する電気振動消費回路と、
    前記パルス波発生用スイッチング素子および前記抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部と、
    前記抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部と、
    を備える
    ことを特徴とするパルス電源装置。
  7. 請求項６に記載のパルス電源装置において、
    前記電気振動消費回路は、
    前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備え、
    互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有している
    ことを特徴とするパルス電源装置。
  8. 請求項６に記載のパルス電源装置において、
    前記電気振動消費回路は、
    前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサと、
    前記コンデンサに蓄積された前記電気振動のエネルギーを回生させるエネルギー回生部と、
    をさらに備え、
    前記コンデンサと前記エネルギー回生部とが並列接続された構成を有する回生回路および前記消費用抵抗が並列接続されているとともに、前記消費用抵抗と前記回生回路との各々が前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有している
    ことを特徴とするパルス電源装置。
  9. 請求項６に記載のパルス電源装置において、
    前記パルス波発生回路は、
    ４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、
    前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５の各々について、次の表１に示す状態１ないし状態４の４つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行う
    ことを特徴とするパルス電源装置。
    Figure 0007235374000006
  10. 請求項７に記載のパルス電源装置において、
    前記パルス波発生回路は、
    ４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、
    前記電気振動消費回路は、
    互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を２組有しており、
    前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および２つの前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６の各々について、次の表２に示す状態１ないし状態６の６つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行う
    ことを特徴とするパルス電源装置。
    Figure 0007235374000007
  11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のパルス電源装置と、
    前記パルス電源装置の負荷回路として前記二次巻き線に接続された誘電体バリア放電部と、
    を備えたことを特徴とする誘電体バリア放電装置。
  12. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のパルス電源装置と、
    前記パルス電源装置の負荷回路として前記二次巻き線に接続された誘導加熱部と、
    を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
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