JPH10224187A

JPH10224187A - パルス電源装置

Info

Publication number: JPH10224187A
Application number: JP2244097A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kishida; 寛之岸田
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 1998-08-21
Anticipated expiration: 2017-02-05
Also published as: JP3612403B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製造コストが安価で、排ガス処理装置に適し
た立ち上がりの高速な高電圧パルスが出力でき、且つ、
エネルギ回収型のパルス電源装置を提供する。【解決手段】低電圧の１次側回路１と高電圧の２次側
回路２をトランス３を介して結合し、１次側回路１は、
トランス３の１次側端子３０、３１間に、直流電源１０
と、直流電源１０からの電力の供給を断続するスイッチ
機能とトランス３の２次側で消費されなかった電力を直
流電源１０側に回収する機能を併せ持ったエネルギ回収
型スイッチ回路１１とを直列接続して構成し、２次側回
路２は、トランス３の２次側端子３２、３３間にインダ
クタ２１とコンデンサ２２を直列接続し、インダクタ２
１とコンデンサ２２の接続点に高電圧用スイッチ素子２
３の一方端子を接続して構成し、高電圧用スイッチ素子
２３の他方端子と、コンデンサ２２と２次側端子３３と
の接続点とを夫々出力端子２４、２５とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧パルス荷電
によりプラズマを発生させてガス中のダスト、有害ガス
等の除去を行う排ガス処理に使用可能なパルス電源装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のパルス電源装置の多く
は、コンデンサを高電圧に充電し、その静電エネルギを
急激に反応負荷へ放電することによってプラズマを発生
させるものがあった。例えば、図６に示すように、コン
デンサＣ_Pを直流電源Ｅ₀で所定電圧Ｖ₀まで充電して
おき、スイッチＳＷを閉じて負荷に、負荷容量Ｃ_Lとイ
ンダクタＬ_Fの共振電圧を印加する回路構成のものがあ
る。前記スイッチＳＷには、ロータリ型または自爆型の
ギャップスイッチ、サイリスタ、サイラトロン等が使用
される。しかし、そのプラズマ生成のために負荷で使用
されるエネルギは前記静電エネルギの一部でしかなく、
大半を抵抗等で消費しているためエネルギ効率が良くな
いという問題があった。

【０００３】そこで、エネルギ効率を改善するために、
図６に示す回路構成に対して、図７に示すような改良を
施したものがある。図７において、スイッチＳＷを閉じ
た後、負荷容量Ｃ_LとインダクタＬ_Fの共振による共振
電流がダイオードＤを介してコンデンサＣ_P側に流れる
半周期の間に前記スイッチＳＷを開き、共振を終了させ
ると、負荷で使用されなかったエネルギの一部をコンデ
ンサＣ_Pに回収できる。この場合、印加電圧側を共振さ
せてエネルギ回収を行うため、前記インダクタＬ_Fを大
きく設定する必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のパルス電源装置を排ガス処理装置に使用する場
合、特に、窒素酸化物やダイオキシン等を効率良く除去
する必要がある場合には、出力パルスをプラズマ発生に
必要な所定の高電圧まで約２００ｎｓ以下の短時間で高
速に立ち上げる必要があり、図６及び図７に示すスイッ
チＳＷとしては、高電圧仕様で応答速度の早いものが要
求される。この要求を満たす高電圧スイッチ素子とし
て、従来よりサイラトロンが一般に使用されるが、スイ
ッチング制御用電圧も同様に高電圧を要するため、スイ
ッチング制御が困難であるばかりか、スイッチング制御
系回路も高耐圧の絶縁が要求され大型化し、サイラトロ
ン自体が大型で非常に高価であることと合わせて、製造
コストが高騰するという問題点や、サイラトロンの最大
スイッチング回数が１億回〜１０億回であることから通
常の使用条件で寿命が約１年と短い点が指摘されてい
た。

【０００５】また、サイラトロン以外の高電圧スイッチ
素子としてサイリスタを使用した場合は、半導体の特性
上、高電圧を高速にスイッチングできず、パルス電圧の
立ち上がり時間が数マイクロ秒以上になり、上記のパル
ス電源装置に適用できないという欠点がある。更に、ロ
ータリ型ギャップスイッチは回転部を有する機械構造の
ため、耐久性の点で問題があるとともに、最大スイッチ
ング周波数もミリ秒オーダであり、約２００ｎｓ以下と
いう短時間のパルス電圧の立ち上がりを共振で実現した
場合、エネルギ回収も同程度に短時間の共振周期内で行
わなければならず、エネルギ回収型のパルス電源装置に
直接使用することができないという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
製造コストが安価で、排ガス処理装置に適した立ち上が
りの高速な高電圧パルスが出力でき、且つ、エネルギ回
収型のパルス電源装置を提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明によるパルス電源装置の第一の特徴構成は、特
許請求の範囲の欄の請求項１に記載した通りであり、低
電圧の１次側回路と高電圧の２次側回路をトランスを介
して結合し、前記１次側回路は、前記トランスの１次側
端子間に、直流電源と、前記直流電源からの電力の供給
を断続するスイッチ機能と前記トランスの２次側で消費
されなかった電力を前記直流電源側に回収する機能を併
せ持ったエネルギ回収型スイッチ回路とを直列接続して
構成し、前記２次側回路は、前記トランスの２次側端子
間にインダクタとコンデンサを直列接続し、前記インダ
クタと前記コンデンサの接続点に高電圧用スイッチ素子
の一方の端子を接続して構成し、前記高電圧用スイッチ
素子の他方の端子と、前記コンデンサと前記トランスの
２次側端子との接続点とを出力端子対とする点にある。

【０００８】同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項２に記載した通りであり、低電圧の１次側回路
と高電圧の２次側回路をトランスを介して結合し、前記
１次側回路は、前記トランスの１次側端子間に、直流電
源と、前記直流電源からの電力の供給を断続するスイッ
チ機能と前記トランスの２次側で消費されなかった電力
を前記直流電源側に回収する機能を併せ持ったエネルギ
回収型スイッチ回路とを直列接続して構成し、前記２次
側回路は、前記トランスの２次側端子間に第１インダク
タとコンデンサを直列接続し、前記第１インダクタと前
記コンデンサの接続点に高電圧用スイッチ素子の一方の
端子を接続し、前記高電圧用スイッチ素子の他方の端子
と第２インダクタの一方の端子を接続して構成し、前記
第２インダクタの他方の端子と、前記コンデンサと前記
トランスの２次側端子との接続点とを出力端子対とする
点にある。

【０００９】同第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項３に記載した通りであり、上述の第一または第
二の特徴構成に加えて、前記高電圧用スイッチ素子がギ
ャップスイッチである点にある。

【００１０】同第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項４に記載した通りであり、上述の第一、第二ま
たは第三の特徴構成に加えて、前記トランスに３次巻線
を設け、前記１次側回路と前記２次側回路の動作に伴う
前記トランスの偏励磁を打ち消すための直流バイアス電
流を前記３次巻線に供給する３次側直流電源を設けてな
る点にある。

【００１１】同第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項５に記載した通りであり、上述の第一、第二ま
たは第三の特徴構成において、前記１次側回路を、前記
エネルギ回収型スイッチ回路を２段２列に同方向に直並
列に接続してなるブリッジ回路とそのブリッジ回路の両
端に接続した前記直流電源とを備え、前記ブリッジ回路
の各直列回路部分の中間点を夫々前記トランスの１次側
端子と接続してなる回路で置換した点にある。

【００１２】以下に、作用並びに効果について説明す
る。第一の特徴構成によれば、前記２次側回路の前記高
電圧用スイッチ素子が開放状態において、前記エネルギ
回収型スイッチ回路の前記スイッチ機能をオンさせ前記
直流電源からの電力供給が開始すると、前記トランスの
２次側に電流が流れ、前記２次側回路の前記インダクタ
と前記コンデンサのＬＣ回路で共振が発生し、前記コン
デンサの両端には前記直流電源の出力電圧に対して１次
側と２次側の巻線比に応じた電圧値の約２倍のピーク電
圧が発生する。前記コンデンサの両端電圧が最大値また
は最大値に近い所定値以上になった時点で、前記高電圧
用スイッチ素子を外部制御によって閉成するか、また
は、前記高電圧用スイッチ素子の両端に印加される電圧
値に自動的に応答して閉成すると、前記コンデンサの両
端に充電されていた電荷が負荷に放電される。この時、
前記コンデンサの容量と負荷容量との間で電荷の分配が
発生し、負荷に現れる出力電圧は、前記コンデンサの容
量と負荷容量の総和に対する負荷容量の比を乗じた電圧
まで充電される。尚、通常は出力端子と負荷を接続する
配線に浮遊インダクタンスが存在するため、この浮遊イ
ンダクタンスと前記コンデンサと負荷容量との間で共振
回路が形成され、前記浮遊インダクタンスが前記インダ
クタのインダクタンスよりも小さく、更に前記コンデン
サと負荷容量の直列キャパシタンスが前記コンデンサの
キャパシタンスより小さいので前記２次側回路内の共振
より高周波の共振が発生し、負荷に現れる出力電圧が急
峻に立ち上がり、ピーク値も前記浮遊インダクタンスが
存在しない場合以上に高電圧となる。

【００１３】前記２次側回路内の低周波の共振が開始し
てから第２半周期に当たる期間内に、つまり、前記コン
デンサの両端電圧が最大値となった直後から、前記負荷
で消費されない電力は前記トランスを介してその１次側
端子間に前記エネルギ回収型スイッチ回路の前記スイッ
チ機能をオンさせた時とは逆方向の電流として現れ、前
記エネルギ回収型スイッチ回路を通して前記直流電源側
に電力が回収される。この第２半周期内に前記スイッチ
機能をオフすると、前記２次側回路内の低周波の共振が
停止する。

【００１４】以上の如く、エネルギ回収のためのスイッ
チング動作は低電圧の前記１次側回路において行うた
め、前記スイッチ機能を実現するための回路素子として
バイポーラトランジスタ等の低電圧用の半導体素子が使
用でき、スイッチング制御も低電圧で行え、そのため高
速スイッチング動作も可能となり、スイッチング素子選
択の自由度が大幅に広がるのである。一方、前記２次側
回路の高電圧用スイッチ素子はエネルギ回収のためのス
イッチング動作に関与しないため、低電圧側と同様に種
々の高電圧用スイッチ素子の中から選択可能となる。以
上のように、従来より問題となっていたスイッチング素
子に対する条件が大幅に緩和されるため、高性能な電気
的特性を維持しながらも、装置全体の小型化、低コスト
化が図れるのである。

【００１５】第二の特徴構成は、第二の特徴構成の前記
２次側回路が前記第２インダクタを備えている点で第一
の特徴構成と相違するものの、前記第２インダクタの存
在は、前記第一の特徴構成の使用形態における出力端子
と負荷を接続する配線に存在する浮遊インダクタンスと
等価であると見なせば、両特徴構成は実質同一であるた
め、第二の特徴構成の作用並びに効果も基本的に第一の
特徴構成のものと同じである。しかしながら、第二の特
徴構成は積極的に前記第２インダクタを前記２次側回路
の構成要素として具備しているため、出力端子と負荷を
接続する配線に存在する浮遊インダクタンスのバラツキ
等を含めた総インダクタンスを所定の立ち上がり時間を
満足する共振周波数になるように調整することができる
のである。

【００１６】第三の特徴構成によれば、各種高電圧用ス
イッチ素子の中ではギャップスイッチが小型で構造が単
純であるため、装置全体の小型化、且つ、低コスト化が
図れる。また、自爆型ギャップスイッチの場合は、オン
・オフのスイッチング制御が不要のため、特別な制御回
路を設ける必要がなく、更に小型化・低コスト化が図れ
る。

【００１７】第一乃至第三の特徴構成の場合、エネルギ
回収型の構成のため前記トランスには交番電流が流れる
が、前記エネルギ回収型スイッチ回路の前記スイッチ機
能をオンさせて前記２次側回路内の低周波の共振を開始
させてからのその共振の第１半周期の電流と第２半周期
のエネルギ回収時の逆極性の電流では、後者の電流値が
前者に比べて当然に小さいため、前記トランスに偏励磁
が生じてしまうが、第四の特徴構成によれば、前記後者
の電流値を補完することで、偏励磁の発生を防止して、
装置の電気的特性の劣化を未然に防止できるのである。

【００１８】第五の特徴構成によれば、前記ブリッジ回
路において、同じ直列回路内になく夫々別の前記トラン
ス１次側端子に接続している二つの前記エネルギ回収型
スイッチ回路を１対の組として２組の前記エネルギ回収
型スイッチ回路の組を形成し、同じ組に属する前記スイ
ッチ機構のオン・オフのスイッチング制御を同時に行
い、何方か一方の組だけが同時にオンするように、各組
交互に前記スイッチ機構をオン・オフさせることで、第
一乃至第三の特徴構成における一連の動作を各部の電圧
・電流の極性を交互に反転させながら実行できる。結果
として、第一乃至第三の特徴構成における高電圧出力パ
ルスを極性を交互に反転させながら発生させることがで
きるのである。この場合、各サイクル毎に、エネルギ回
収時に回収しきれなかったエネルギが、残留電圧として
前記前記２次側回路の前記コンデンサの両端に残って
も、次のサイクル開始時に逆方向に共振が開始するの
で、前記残留電圧によってピーク電圧値が低下しないの
で、前記残留電圧を除去するための特別な回路を設ける
必要がないことに注意を要する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明に係わるパルス電源
装置（以下、本発明装置という）の第１実施形態を示す
ブロック回路図である。図１に示すように、本発明装置
は低電圧の１次側回路１と高電圧の２次側回路２をトラ
ンス３を介して結合した構成となっている。前記１次側
回路１は、前記トランス３の１次側端子３０、３１間
に、直流電源１０と、前記直流電源１０からの電力の供
給を断続するスイッチ機能と前記トランス３の２次側で
消費されなかった電力を前記直流電源１０側に回収する
機能を併せ持ったエネルギ回収型スイッチ回路１１とを
直列接続して構成される。また、前記２次側回路２は、
前記トランス３の２次側端子３２、３３間に第１インダ
クタ２１とコンデンサ２２を直列接続し、前記第１イン
ダクタ２１と前記コンデンサ２２の接続点Ｎ₁に高電圧
用スイッチ素子２３の一方の端子を接続して構成され
る。前記高電圧用スイッチ素子２３の他方の端子と、前
記コンデンサ２２と前記トランスの２次側端子３３との
接続点を、夫々出力端子２４、２５とする。

【００２０】図２は、図１に示すブロック回路図を基
に、より具体化した本発明装置の第２実施形態の回路構
成を示す等価回路図で、前記出力端子２４、２５に負荷
４を接続した状態を示す。尚、各部の符号は、共通する
ものについては、図１と図２で共通して使用している。

【００２１】図２に示すように、前記１次側回路１の前
記エネルギ回収型スイッチ回路１１は前記直流電源１０
からの電力の供給を断続するスイッチ機能を果たすバイ
ポーラトランジスタ１２と前記トランス３の２次側で消
費されなかった電力を前記直流電源１０側に回収する機
能を果たすダイオード１３が、電流の流れる方向を相互
に逆にして並列接続して構成されている。更に、前記１
次側端子３０、３１間に抵抗１４とバイポーラトランジ
スタ１５が直列接続した残留電圧除去回路１６が設けら
れている。前記１次側端子３０、３１間の残留電圧を前
記残留電圧除去回路１６を介して放電することで、前記
２次側端子３２、３３間の残留電圧、つまりは、前記コ
ンデンサ２２の両端の残留電圧を除去することができ
る。尚、各バイポーラトランジスタ１２、１５のベース
端子は、夫々のスイッチング制御用端子である。

【００２２】前記２次側回路２内で、第２インダクタ２
６が前記高電圧用スイッチ素子２３と前記出力端子２４
の間に設けられている。尚、前記高電圧用スイッチ素子
２３として、自爆型スパークギャップスイッチの使用を
想定している。また、この第２インダクタ２６は前記出
力端子２４、２５と前記負荷４の間の浮遊インダクタン
ス成分を含んで等価的に表示されており、更に、前記第
１インダクタ２１も前記トランス３の漏れインダクタン
スを含んで表示されている。

【００２３】前記負荷４は負荷容量４０と負荷抵抗４１
で等価的に表している。前記負荷４が排ガス処理装置の
場合、この負荷抵抗４１は、プラズマ発生前後で、高抵
抗値から低抵抗値に変化する可変抵抗である。

【００２４】図２に示すように、前記トランス３に３次
巻線３４が設けられ、その３次側端子３５、３６間に第
２直流電源５０と第３インダクタ５１、５２を直列接続
して設けてある。この回路構成により、前記１次側回路
１と前記２次側回路２の動作に伴う前記トランス３の偏
励磁を打ち消すための直流バイアス電流を前記３次巻線
３４に供給することができる。尚、前記第３インダクタ
５１、５２は前記負荷４で発生するサージから前記第２
直流電源５０を保護するために設けられている。

【００２５】次に、第２実施形態の回路動作について、
図３に示す電圧波形図に基づいて説明する。尚、図３に
おいて、電圧波形Ａは前記接続点Ｎ₁の電位変化を、電
圧波形Ｂは前記出力端子２４の電位変化を示す。

【００２６】前記１次側端子３０、３１間、前記２次側
端子３２、３３間、及び、前記出力端子２４、２５間に
電位差が無く、前記バイポーラトランジスタ１２がオフ
で、前記高電圧用スイッチ素子２３が開放状態であるの
を初期状態として、時刻ｔ₀において、前記バイポーラ
トランジスタ１２のベース端子を外部から電流制御し
て、前記バイポーラトランジスタ１２をオンさせると、
前記トランス３の１次側で電流が流れ、２次側にその誘
導電流が流れ、前記第１インダクタ２１と前記コンデン
サ２２からなるＬＣ共振回路で共振が発生し、前記接続
点Ｎ₁の電位が周期Ｔ₀の正弦波形で上昇し、時刻ｔ₁
（＝ｔ₀＋Ｔ₀／２）で最大値に達する。

【００２７】前記高電圧用スイッチ素子２３である自爆
型スパークギャップスイッチの自己放電を開始してオン
する電圧を前記最大値に設定することで、時刻ｔ₁で前
記高電圧用スイッチ素子２３が閉成する。尚、一旦オン
した自爆型スパークギャップスイッチはギャップ間のイ
オンが消滅するまでは導通状態が維持され、この時間は
約１ミリ秒以上ある。

【００２８】時刻ｔ₁で前記高電圧用スイッチ素子２３
が閉成すると、前記コンデンサ２２、前記負荷容量４０
と前記第２インダクタ２６からなるＬＣ共振回路で周期
Ｔ₁の共振が開始し、前記出力端子２４に電圧波形Ｂに
示す電圧が現れ、前記負荷４に印加される。尚、電圧波
形Ｂは電圧波形Ａに周期Ｔ₁の共振が重畳されたもので
あるが、その共振の振幅は前記第２インダクタ２６の両
端電圧と共に減衰していく。ここで、時刻ｔ₁から前記
出力端子２４の出力電圧がピーク値に達するまでの時間
が２００ｎｓ以下になるように周期Ｔ₁を設定すべく、
前記負荷容量４０と前記出力端子２４、２５と前記負荷
４の間の浮遊インダクタンスの値から、前記コンデンサ
２２と前記第２インダクタ２６の定数を決定されてい
る。

【００２９】一方、前記トランス３の１次側及び２次側
で流れる電流は、前記電圧波形Ａと同周期で四分の一周
期位相が進んで発振しており、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁の
間、前記１次側端子３０から前記１次側端子３１へ、ま
た、前記２次側端子３３から前記２次側端子３２へ電流
が流れ、時刻ｔ₁でその極性が反転する。よって、時刻
ｔ₁以降は前記１次側回路１では、前記負荷４で消費さ
れない電力に相当する電流が前記ダイオード１３を通し
て前記直流電源１０側に流れ、前記負荷４で消費されな
いエネルギの回収がなされる。時刻ｔ₂（＝ｔ₁＋Ｔ₀
／２）で共振の１周期が終了して、電流の極性が再度反
転するため、回収したエネルギが逆戻りするのを防止す
るために、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの間に前記バイポ
ーラトランジスタ１２をオフすることで時刻ｔ₂からの
次周期の共振の開始を阻止する。

【００３０】以上のように、時刻ｔ₂で一連のパルス発
生にかかる動作が終了し、前記高電圧用スイッチ素子２
３である自爆型スパークギャップスイッチが絶縁回復し
た後、次のパルス発生サイクルを上記と同じ手順で繰り
返す。ところで、実際には前記負荷４で消費されなかっ
たエネルギの回収が完全に行われることはなく、時刻ｔ
₂において、前記接続点Ｎ₁に残留電圧が生じるため、
この残留電圧を放置したまま、次のパルス発生サイクル
を繰り返していくと、徐々に電圧波形Ａの振幅が減衰し
て最終的に共振しなくなる不都合がある。かかる不都合
を取り除くために、図３に示すように、前記残留電圧除
去回路１６のバイポーラトランジスタ１５を時刻ｔ₂以
降の時刻ｔ₃でオンさせて前記１次側端子３０、３１間
を短絡して、前記接続点Ｎ₁の残留電圧を除去する。

【００３１】次に、本発明装置の第２実施形態を変形し
て得られる第３実施形態について、第２実施形態と比較
しながら説明する。図４に示すように、前記２次側回路
２及び前記負荷４は第２実施形態と同じである。前記２
次側回路２及び前記負荷４については説明を省略する。
第２実施形態との相違点は、第一に１次側回路６内の回
路構成が前記１次側回路１と異なる点であり、第二に前
記トランス３が前記３次巻線３４並びにそれに付随する
回路を具備していない点である。

【００３２】図４に示すように、第２実施形態における
前記エネルギ回収型スイッチ回路１１と全く同じ構成で
バイポーラトランジスタとダイオードが並列に接続して
形成されたエネルギ回収型スイッチ回路６１、６２、６
３、６４が、前記エネルギ回収型スイッチ回路６１、６
２とエネルギ回収型スイッチ回路６３、６４を夫々、各
回路の極性が同方向に向くように直列接続したものを２
列並列に、更に各回路の極性が同方向に向くように接続
し、その直並列回路の両端に直流電源６０が接続してい
る。更に、前記エネルギ回収型スイッチ回路６１、６２
の接続点Ｎ₂と前記トランス３の前記１次側端子３０と
を接続し、前記エネルギ回収型スイッチ回路６３、６４
の接続点Ｎ₃と前記トランス３の前記１次側端子３１と
を接続してある。前記エネルギ回収型スイッチ回路６
１、６２、６３、６４は相互に全く等価で、且つ、夫々
のバイポーラトランジスタとダイオードの機能並びに動
作も、第２実施形態における前記エネルギ回収型スイッ
チ回路１１のものと全く同じである。

【００３３】次に、第３実施形態の回路動作について、
図５に示す電圧波形図に基づいて説明する。尚、図５に
おいて、図３と同様に、電圧波形Ａは前記接続点Ｎ₁の
電位を、電圧波形Ｂは前記出力端子２４の電位を示す。

【００３４】前記１次側端子３０、３１間、前記２次側
端子３２、３３間、及び、前記出力端子２４、２５間に
電位差が無く、前記エネルギ回収型スイッチ回路６１、
６２、６３、６４の夫々のバイポーラトランジスタがオ
フで、前記高電圧用スイッチ素子２３が開放状態である
のを初期状態として、時刻ｔ₀において、前記エネルギ
回収型スイッチ回路６１、６４のバイポーラトランジス
タを第２実施形態の場合と同様にオンさせると、前記エ
ネルギ回収型スイッチ回路６１、６４の中間に位置する
前記トランス３の１次側で電流が流れ、以下、第２実施
形態の場合と同様に、２次側にその誘導電流が流れ、前
記第１インダクタ２１と前記コンデンサ２２からなるＬ
Ｃ共振回路で共振が発生し、前記接続点Ｎ₁の電位が周
期Ｔ₀の正弦波形で上昇し、時刻ｔ₁（＝ｔ₀＋Ｔ₀／
２）で最大値に達する。尚、前記エネルギ回収型スイッ
チ回路６２、６３のダイオードは逆バイアス状態である
ため電流は流れない。

【００３５】更に、第２実施形態の場合と同様に、時刻
ｔ₁で前記高電圧用スイッチ素子２３が閉成すると、前
記コンデンサ２２、前記負荷容量４０と前記第２インダ
クタ２６からなるＬＣ共振回路で周期Ｔ₁の共振が開始
し、前記出力端子２４に電圧波形Ｂに示す電圧が現れ、
前記負荷４に印加される。

【００３６】一方、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂（＝ｔ₁＋Ｔ
₀／２）の期間に前記負荷４で消費されない電力に相当
する電流が前記エネルギ回収型スイッチ回路６１、６４
のダイオードを通して、前記直流電源６０側に流れ、前
記負荷４で消費されないエネルギの回収がなされる。第
２実施形態の場合と同様に、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂まで
の間に前記エネルギ回収型スイッチ回路６１、６４のバ
イポーラトランジスタをオフすることで時刻ｔ₂からの
次周期の共振の開始を阻止し、時刻ｔ₂で一連のパルス
発生にかかる動作が終了し、最終的に、前記高電圧用ス
イッチ素子２３である自爆型スパークギャップスイッチ
が絶縁回復した後の時刻ｔ₃で１サイクルが終了する。

【００３７】引き続き、時刻ｔ₃において、前記エネル
ギ回収型スイッチ回路６２、６３のバイポーラトランジ
スタを前サイクルの時刻ｔ₀と同様にオンさせると、前
記エネルギ回収型スイッチ回路６２、６３の中間に位置
する前記トランス３の１次側で電流が前サイクルとは逆
方向に流れ、図５に示すように、時刻ｔ₃以降、前サイ
クルとは極性の反転した同じ共振現象が前記２次側回路
２及び前記負荷４で発生する。時刻ｔ₃で、前記第１イ
ンダクタ２１と前記コンデンサ２２からなるＬＣ共振回
路で共振が発生し、前記接続点Ｎ₁の電位が周期Ｔ₀の
正弦波形で下降し、時刻ｔ₄（＝ｔ₁＋Ｔ₀／２）で最
小値に達する。

【００３８】更に、第２実施形態の場合と同様に、時刻
ｔ₄の直前で前記高電圧用スイッチ素子２３の両端電圧
が放電開始電圧に達し閉成すると、前記コンデンサ２
２、前記負荷容量４０と前記第２インダクタ２６からな
るＬＣ共振回路で、前記サイクルとは極性が反転した周
期Ｔ₁の共振が開始し、前記出力端子２４に電圧波形Ｂ
に示す負電圧が現れ、前記負荷４に印加される。

【００３９】時刻ｔ₄から時刻ｔ₅（＝ｔ₄＋Ｔ₀／
２）の期間に、前サイクルと同様に、前記負荷４で消費
されない電力に相当する電流が前記エネルギ回収型スイ
ッチ回路６２、６３のダイオードを通して、前記直流電
源６０側に流れ、前記負荷４で消費されないエネルギの
回収がなされる。時刻ｔ₄から時刻ｔ₅までの間に前記
エネルギ回収型スイッチ回路６２、６３のバイポーラト
ランジスタをオフすることで時刻ｔ₅からの次周期の共
振の開始を阻止し、時刻ｔ₅で一連の負極性パルス発生
にかかる動作が終了する。

【００４０】第３実施形態では、第２実施形態と同様
に、時刻ｔ₂の時点で前記接続点Ｎ₁に正の残留電圧が
生じ、時刻ｔ₃まで、リークによる低下分を除き略同電
位で推移する。第２実施形態では、次サイクル以降も同
極性のパルスを発生させるため、この残留電圧が徐々に
共振振幅を減衰させるが、第３実施形態では、次サイク
ルで極性が反転するため、この正の残留電圧は極性が反
転した共振に対しては、寧ろ共振の振幅を増大させる方
向に働くため、残留電圧を各サイクル毎に除去する必要
が無くなり、第２実施形態で設けてあった前記残留電圧
除去回路１６は第３実施形態の前記１次側回路６には設
けていない。

【００４１】また、前記エネルギ回収型スイッチ回路６
１、６４と前記エネルギ回収型スイッチ回路６２、６３
を交互に動作させるため、前記トランス３が偏励磁され
ることがなくなり、第２実施形態で設けてあった偏励磁
防止用の回路も設ける必要がない。

【００４２】尚、前記エネルギ回収型スイッチ回路６
１、６４と前記エネルギ回収型スイッチ回路６２、６３
のオン・オフは必ずしも１サイクル毎に交番する必要は
なく、前記残留電圧の影響が顕著に現れない程度に複数
サイクル毎に交番しても構わない。

【００４３】以下に、別実施形態を説明する。前記各エ
ネルギ回収型スイッチ回路１１、６１、６２、６３、６
４、は第２実施形態及び第３実施形態の構成に限定され
るものではない。例えば、夫々の回路におけるバイポー
ラトランジスタとダイオードの機能を兼ね備えた双方向
スイッチ素子を使用しても構わない。但し、この場合
は、スイッチング制御に対してタイミング精度が要求さ
れることに注意を要する。

【００４４】第２実施形態では正のパルス電圧を発生し
ていたが、前記トランス３の１次側または２次側の接続
を反転することで負の出力パルスとしても構わない。ま
た、前記直流電源１０の極性を反転させても構わない。
但し、この場合、前記バイポーラトランジスタ１２とダ
イオード１３の極性も合わせて反転させる必要がある。

【００４５】上記の実施形態では、前記高電圧用スイッ
チ素子２３として、自爆型スパークギャップスイッチの
使用を想定していたが、他のタイプのギャップスイッチ
を使用しても構わない。また、前記高電圧用スイッチ素
子２３は、本発明装置の仕様に応じて、ギャップスイッ
チ以外の高電圧用スイッチ素子に適宜変更しても構わな
い。

【００４６】本発明装置は、排ガス処理装置への応用を
前提として説明したが、前記負荷４は基本的に容量性の
負荷であれば構わない。また、本発明装置の特徴構成
は、その電気的仕様に関わらず、種々の回路への応用が
可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排ガス処理装置に適した立ち上がりの高速な高電圧パル
スが出力できるエネルギ回収型のパルス電源装置が、高
電圧スイッチ素子として種々のものが使用できる設計自
由度の広い、且つ、製造コストの安価なものとして提供
できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパルス電源装置の第１実施形態の
ブロック回路図

【図２】本発明に係るパルス電源装置の第２実施形態の
等価回路図

【図３】本発明に係るパルス電源装置の第２実施形態の
回路動作を示す電圧波形図

【図４】本発明に係るパルス電源装置の第３実施形態の
等価回路図

【図５】本発明に係るパルス電源装置の第３実施形態の
回路動作を示す電圧波形図

【図６】従来のパルス電源装置の回路構成図

【図７】従来のパルス電源装置の回路構成図

【符号の説明】

１１次側回路２２次側回路３トランス４負荷１０直流電源１１エネルギ回収型スイッチ回路２１インダクタ２２コンデンサ２３高電圧用スイッチ素子２４、２５出力端子３０、３１１次側端子３２、３３２次側端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低電圧の１次側回路と高電圧の２次側回
路をトランスを介して結合し、前記１次側回路は、前記トランスの１次側端子間に、直
流電源と、前記直流電源からの電力の供給を断続するス
イッチ機能と前記トランスの２次側で消費されなかった
電力を前記直流電源側に回収する機能を併せ持ったエネ
ルギ回収型スイッチ回路とを直列接続して構成し、前記２次側回路は、前記トランスの２次側端子間にイン
ダクタとコンデンサを直列接続し、前記インダクタと前
記コンデンサの接続点に高電圧用スイッチ素子の一方の
端子を接続して構成し、前記高電圧用スイッチ素子の他方の端子と、前記コンデ
ンサと前記トランスの２次側端子との接続点とを出力端
子対とするエネルギ回収型のパルス電源装置。
【請求項２】低電圧の１次側回路と高電圧の２次側回
路をトランスを介して結合し、前記１次側回路は、前記トランスの１次側端子間に、直
流電源と、前記直流電源からの電力の供給を断続するス
イッチ機能と前記トランスの２次側で消費されなかった
電力を前記直流電源側に回収する機能を併せ持ったエネ
ルギ回収型スイッチ回路とを直列接続して構成し、前記２次側回路は、前記トランスの２次側端子間に第１
インダクタとコンデンサを直列接続し、前記第１インダ
クタと前記コンデンサの接続点に高電圧用スイッチ素子
の一方の端子を接続し、前記高電圧用スイッチ素子の他
方の端子と第２インダクタの一方の端子を接続して構成
し、前記第２インダクタの他方の端子と、前記コンデンサと
前記トランスの２次側端子との接続点とを出力端子対と
するエネルギ回収型のパルス電源装置。
【請求項３】前記高電圧用スイッチ素子がギャップス
イッチである請求項１または２記載のパルス電源装置。
【請求項４】前記トランスに３次巻線を設け、前記１
次側回路と前記２次側回路の動作に伴う前記トランスの
偏励磁を打ち消すための直流バイアス電流を前記３次巻
線に供給する３次側直流電源を設けてなる請求項１、２
または３記載のパルス電源装置。
【請求項５】請求項１、２または３記載のパルス電源
装置において、前記１次側回路を、前記エネルギ回収型
スイッチ回路を２段２列に同方向に直並列に接続してな
るブリッジ回路とそのブリッジ回路の両端に接続した前
記直流電源とを備え、前記ブリッジ回路の各直列回路部
分の中間点を夫々前記トランスの１次側端子と接続して
なる回路で置換したパルス電源装置。