JPH11145791A - バイアス機能付パルス電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流バイアス電圧に重畳されたパルス電圧を
得るためには２つの電源が必要であり、装置の大型化、
高コスト化を招いた。可飽和リアクトルを用いるとパル
ス幅や波形の調節が困難であり、高周波動作に限界があ
った。スイッチを接地できないため高耐圧の絶縁が必要
であり、信頼性の向上が困難であった。 【解決手段】 第１の電圧に充電される第１のコンデン
サ８と、第１の電圧より低い第２の電圧に充電される第
２のコンデンサ１７と、負荷装置１１への電圧供給を制
御する第１のスイッチ手段１４と、を備え、第１の電圧
及び第２の電圧は、第１のスイッチ手段を開閉させるこ
とにより、第１の供給回路（閉ループＢ）及び第２の供
給回路（閉ループＤ）をそれぞれ通じて負荷装置へ供給
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば銅蒸気レ
ーザー、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、炭酸ガス
レーザー等のパルスレーザー、イオンビーム装置、集塵
器、ノイズシミュレータ等に用いられる高周波電源の高
周波での繰り返し動作に必要な、バイアス電圧に重畳さ
れた高電圧パルスを発生するバイアス機能付パルス電源
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、例えば特開平４−３５４５４９
号公報に示された従来のパルス電源装置である。図６に
おいて、従来のパルス電源装置は、直流電源１、その直
流電源１の出力に接続されたコンデンサ２、スイッチ
３、５、ダイオード４、６、リアクトル７、コンデンサ
８、可飽和リアクトル９、コンデンサ１０、負荷１１、
リアクトル１２および直流電源１３を備える。

【０００３】コンデンサ２は、スイッチ３、ダイオード
４、リアクトル７を介する経路と、スイッチ５、ダイオ
ード６、リアクトル７を介する経路とでコンデンサ８に
接続されており、それぞれ異なる一方向の電流を流すよ
うにダイオード４、６が並列接続されている。

【０００４】また、図６に示すように、コンデンサ８、
可飽和リアクトル９、コンデンサ１０および負荷１１
は、閉ループを形成するように接続されている。同様
に、負荷１１、リアクトル１２および直流電源１３は、
閉ループを形成するように接続されている。

【０００５】次に、図６を用いてこのパルス電源装置の
動作について説明する。まず、コンデンサ２が直流電源
１によって、直流電源１の出力電圧値まで充電される。
スイッチ５をオンすると、コンデンサ２から、スイッチ
５、ダイオード６、リアクトル７を介してコンデンサ８
に電流が流れ、コンデンサ８が充電される。

【０００６】コンデンサ８が充電されると、可飽和リア
クトル９には、コンデンサ８の電圧が印加されるが、可
飽和リアクトル９のインピーダンスは高いため、コンデ
ンサ８が放電されることはない。また、スイッチ３をオ
フ状態に保持しておくと、スイッチ３、ダイオード４、
コンデンサ２およびコンデンサ８によって形成される閉
ループが開放されることにより、コンデンサ８からコン
デンサ２へ電流が流れることはないので、コンデンサ８
の電圧は保持される。なお、この時点でスイッチ５をオ
フしておく。

【０００７】可飽和リアクトル９に印加される電圧の時
間積が所定の値を超えると、可飽和リアクトル９が飽和
状態に到達することにより、インピーダンスが急激に減
少する。この結果、コンデンサ８の充電電圧は、可飽和
リアクトル９、コンデンサ１０を介して負荷１１に印加
される。

【０００８】こうして、負荷１１にはパルス電圧が印加
される。このパルス電圧の立上がりは、コンデンサ８、
１０の静電容量と負荷１１のインピーダンスによって決
定する。負荷１１に静電容量がある場合は、コンデンサ
８、１０と負荷１１の各静電容量の合成値と、コンデン
サ８、可飽和リアクトル９、コンデンサ１０、負荷１１
の閉ループのインダクタンス値に基づく共振周波数によ
って、パルス幅が決定する。

【０００９】負荷１１の静電容量が充電されると、可飽
和リアクトル９には、上述の動作時とは逆方向の電圧が
印加される。この逆方向電圧は、可飽和リアクトル９が
電圧の時間積に達する時点で飽和するものであり、その
間は負荷１１の静電容量の充電電圧が保持される。可飽
和リアクトル９の逆方向電圧が飽和すると、負荷１１、
コンデンサ１０および可飽和リアクトル９を通る経路で
コンデンサ８が再び充電される。

【００１０】コンデンサ８が充電された後、スイッチ３
をオンすると、コンデンサ８からリアクトル７、ダイオ
ード４、スイッチ３を通り、コンデンサ２に電流が流
れ、再びコンデンサ２は直流電源１の出力電圧値に充電
される。以上のような動作が繰り返し行われる。

【００１１】一方、負荷１１には、これらの動作とは無
関係に上述したパルス電圧と同一極性で、直流電源１３
からリアクトル１２を介して直流電圧が印加されてい
る。直流電源１３による電圧と、上述した回路動作との
干渉を防ぐため、コンデンサ１０によって直流成分の分
離が行われ、また、リアクトル１２によって高周波成分
の分離が行われる。従って、負荷１１には、正電圧の直
流電圧が常時加えられるとともに、同一極性のパルス状
電圧波形が繰り返し重畳される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
パルス電源装置において直流バイアス電圧にパルス電圧
を重畳した電圧を負荷に供給するためには、１つの電源
からパルス電圧と直流電圧とを供給することができない
ため、これら２種類の電圧をそれぞれ供給するために２
つの直流電源が必要であった。また、パルス電圧のパル
ス幅は可飽和リアクトルの電圧の時間積で決定するた
め、パルス幅を長くするためには、可飽和リアクトルの
磁性体を大量に用いる必要があった。これらの理由か
ら、従来のパルス電源装置においては、装置の大型化お
よび高コスト化は避けられないという構造面における課
題があった。

【００１３】また、上述のような構造面での課題のみな
らず、以下に示すような性能面における課題もあった。
例えば、負荷に供給するパルス電圧を高周波にするため
には、可飽和リアクトルの電圧の時間積による制限が生
じるため、パルスの周波数に限界があった。また、回路
の構造的にスイッチを接地することができないため、ス
イッチ駆動回路、駆動用電源に高耐圧の絶縁処理を施す
ことが必要であり、バイアス機能付パルス電源装置とし
て高い信頼性を得るのが困難となっていた。

【００１４】さらに、パルス電圧の波形の立ち上がり時
および立ち下がり時における所要時間は可飽和リアクト
ルの電圧の時間積によって決定するため、波形の調整を
行うことが困難であった。そしてこれらの結果、パルス
電圧のピーク電圧値を出力できる直流電源が必要である
ため、経済性に欠けていた。

【００１５】この発明は、上述のような様々な課題を解
消するためになされたものであり、その目的は、出力電
圧の低い直流電源を１つのみ用いる構成において、スイ
ッチを接地することができる回路構成とし、小型かつ低
コストで、信頼性の高いパルス電源装置を得ることによ
り、パルス幅の制御および繰り返し動作の制御を自在に
行うことができるとともに、電圧の極性の組み合わせに
対応することのできるパルス電源装置を提供することで
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明のバイアス機能
付パルス電源装置は、第１の充電経路を通じて直流電源
に接続された第１のコンデンサと、第１のコンデンサの
第１の電圧を負荷装置に供給するための第１の供給回路
に配設された第１の整流手段と、第１の供給回路に配設
され、負荷装置への電圧供給を制御する第１のスイッチ
手段と、第１のコンデンサの第１の電圧が負荷装置に供
給されているときに、第１のコンデンサによって第２の
充電経路を通じて第１の電圧とは異なる第２の電圧に充
電される第２のコンデンサと、負荷装置への第１の電圧
の非供給時に負荷装置に第２の電圧を供給するための第
２の供給回路に配設された第２の整流手段と、を備えて
なり、第１のスイッチ手段が閉成されると、第１の電圧
が負荷装置に供給されると共に第２のコンデンサは第２
の電圧に充電されるが、第１のスイッチ手段が開放され
ると、第１のコンデンサが第１の電圧に充電されると共
に、第２の電圧が負荷装置に供給されることを特徴とす
る。

【００１７】また、上記第１の充電経路に電圧誘導手
段、第３の整流手段および第４の整流手段をさらに備
え、第１のスイッチ手段の閉成時には第３の整流手段お
よび第４の整流手段が第１のコンデンサに充填された電
荷の第１の充電経路への逆流を阻止するが、第１のスイ
ッチ手段が開放されて第１の充電経路の順方向に流れる
電流が遮断されると電圧誘導手段に誘導電圧が発生して
誘導電圧が第１のコンデンサに印加されることにより、
第１のコンデンサは、直流電源の出力電圧から第１の電
圧にまで充電されることを特徴とする。

【００１８】また、上記第１のスイッチ手段、上記負荷
装置、上記直流電源、上記第２の整流手段および上記第
４の整流手段の各一端は、共通電位とされていることを
特徴とする。

【００１９】また、上記第１のスイッチ手段の閉成時に
第２のコンデンサに充電される第２の電圧を、第１のコ
ンデンサに充電された第１の電圧を変換することにより
供給する電圧変換手段を第２の充電経路に備える。

【００２０】また、上記電圧変換手段に直列接続された
第２のスイッチ手段を第１の充電経路に備え、第１のス
イッチ手段の閉成時に第２のスイッチ手段の開閉制御を
行うことにより、第２のコンデンサを第２の電圧に充電
することを特徴とする。

【００２１】また、上記第１のスイッチ手段は、直列接
続された第３のスイッチ手段および第４のスイッチ手段
とから構成されると共に、第３のスイッチ手段および第
４のスイッチ手段の接続点と第２のコンデンサとの間の
第２の充電経路に第５の整流手段を備え、第３のスイッ
チ手段が閉成されると共に第４のスイッチ手段が開放さ
れると、電圧誘導手段に電流が流れることにより発生す
る誘導電圧と直流電源の充電電圧とを加算した第２の電
圧に第２のコンデンサを充電し、第３のスイッチ手段お
よび第４のスイッチ手段を同時に開閉することにより、
負荷装置に第１の電圧または第２の電圧を供給すること
を特徴とする。

【００２２】また、上記第４のスイッチ手段、上記負荷
装置、上記直流電源、上記第４の整流手段および上記第
２のコンデンサの各一端は、共通電位とされていること
を特徴とする。

【００２３】また、上記第１ないし第４の整流手段およ
び直流電源は、第１のコンデンサおよび第２のコンデン
サから負荷装置に供給される第１の電圧および第２の電
圧が共に負電圧となるような極性で配設されていること
を特徴とする。

【００２４】また、上記第１ないし第４の整流手段およ
び直流電源は、第１のコンデンサおよび第２のコンデン
サから負荷装置に供給される第１の電圧および第２の電
圧が共に正電圧となるような極性で配設されていること
を特徴とする。

【００２５】また、上記第１ないし第５の整流手段およ
び直流電源は、第１のコンデンサから負荷装置に供給さ
れる第１の電圧が負電圧となると共に、第２のコンデン
サから負荷装置に供給される第２の電圧が正電圧となる
ような極性で配設されていることを特徴とする。

【００２６】さらに、上記第１ないし第５の整流手段お
よび直流電源は、第１のコンデンサから負荷装置に供給
される第１の電圧が正電圧となると共に、第２のコンデ
ンサから負荷装置に供給される第２の電圧が負電圧とな
るような極性で配設されていることを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の各実施の形態に
ついて説明する。 実施の形態１．図１は、この発明のバイアス機能付パル
ス電源装置の回路構成を概略的に示す図である。図１に
おいて、従来の技術と同一の部分あるいは相当する部分
には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００２８】この発明のバイアス機能付パルス電源装置
は、従来と同様の直流電源１、コンデンサ２、コンデン
サ５、ダイオード６、リアクトル７、コンデンサ８、負
荷１１を備える。ただし、詳細については後述するが接
続方法は異なる。また、この発明のバイアス機能付パル
ス電源装置は、スイッチ１４、ダイオード１５、ダイオ
ード１６、コンデンサ１７、ダイオード１８、抵抗器１
９を備える。

【００２９】図１において、直流電源１およびコンデン
サ２の並列接続体、リアクトル７、ダイオード６、コン
デンサ８、ダイオード１５はこの順に接続されて第１の
充電経路としての閉ループＡを形成し、第３の整流手段
としてのダイオード６及び第４の整流手段としてのダイ
オード１５はこの方向が順方向となるように接続されて
いる。

【００３０】また、第１のコンデンサとしてのコンデン
サ８、第１のスイッチ手段としてのスイッチ１４、負荷
装置としての負荷１１、第１の整流手段としてのダイオ
ード１６は、この順で接続されて第１の供給回路として
の閉ループＢを形成し、ダイオード１６はこの方向が順
方向となるように接続されている。さらに、コンデンサ
８、スイッチ１４、電圧変換手段としての抵抗器１９、
第２のコンデンサとしてのコンデンサ１７、ダイオード
１６は、この順で接続されて第２の充電経路としての閉
ループＣを形成し、ダイオード１６はこの方向が順方向
になるように接続されている。

【００３１】また、コンデンサ１７、第２の整流手段と
してのダイオード１８、負荷１１はこの順に接続されて
第２の供給回路としての閉ループＤを形成し、第２の整
流手段としてのダイオード１８はこの方向が順方向とな
るように接続されている。なお、上述した回路では、直
流電源１、コンデンサ２、スイッチ１４、ダイオード１
５のカソード端子、抵抗器１９、ダイオード１８のカソ
ード端子、負荷１１は共通電位としてのアース電位に接
続されている。

【００３２】次に、動作について説明する。図１におい
て、コンデンサ２は直流電源１と並列接続されているた
め、常に直流電源１の出力電圧に充電される。スイッチ
１４がオフされているときに、コンデンサ８は閉ループ
Ａによりコンデンサ２を電圧源として充電される。スイ
ッチ１４がオンされると、リアクトル７には単調増加す
る電流が流れることによって電磁エネルギーが蓄積され
る。そして、再びスイッチ１４がオフされると、リアク
トル７に発生する誘導電圧の極性は反転する（図中右側
が高電位となる）ため、コンデンサ８の電圧はコンデン
サ２の充電電圧にリアクトルの誘導電圧を加算した第１
の電圧となる。

【００３３】ここで、スイッチのオン時間をＴＯＮ、オ
フ時間をＴＯＦＦ、コンデンサ２の電圧をＶ２、コンデ
ンサ８の電圧をＶ８とすると、 Ｖ８／Ｖ２＝（ＴＯＮ＋ＴＯＦＦ）／ＴＯＦＦ と表され、ＴＯＮの値が大きいほど（即ちオン時間が長
いほど）昇圧率が大きくなる昇圧チョッパ回路動作とな
る。このような動作により、コンデンサ８の充電電圧
は、コンデンサ２の充電電圧よりも高く設定できる。

【００３４】また、スイッチ１４のオン時には、ダイオ
ード１５及びダイオード１８は、逆バイアスが印加され
ることによってオフされるが、ダイオード１６は順バイ
アスが印加されることによってオンされるので、閉ルー
プＢにより負荷１１の両端には、コンデンサ８の充電電
圧（第１の電圧）が印加される。さらに、このとき閉ル
ープＣにより、ダイオード１６が順方向となる極性でコ
ンデンサ１７が充電される。すなわち、コンデンサ１７
の図中の下側の端子（接地されている端子）の電位が、
上側の端子（ダイオード１６に接続されている端子）の
電位よりも高くなる。

【００３５】ここで、負荷１１が抵抗器である場合にそ
の抵抗値をＲＬ、抵抗器１９の抵抗値をＲＢとすると、
第２の電圧としてのコンデンサ１７の電圧ＶＢは、コン
デンサ１７の電荷量の入出量が等しく、定常状態である
ときの関係式を用いると、（Ｖ８−ＶＢ）／ＲＢ×ＴＯ
Ｎ＝ＶＢ／ＲＬ×ＴＯＦＦと表され、ここから、 ＶＢ＝Ｖ８／｛（ＴＯＦＦ／ＴＯＮ）×（ＲＢ／ＲＬ）
＋１｝ と表される。この式から分かるように、コンデンサ１７
の電圧ＶＢは、（ＴＯＦＦ／ＴＯＮ）項および（ＲＢ／
ＲＬ）項の値に反比例する。

【００３６】従って、コンデンサ８は、スイッチ１４が
オンされている間は、負荷１１にコンデンサ８の充電電
圧を印加すると共に、コンデンサ１７の充電を行う。一
方、スイッチ１４がオフされると、コンデンサ８が閉ル
ープＡにより充電されると共に、ダイオード１６は逆バ
イアスが印加されることによりオフされ、ダイオード１
８が閉ループＤにより順バイアスとなってオンされるの
で、負荷１１の両端にはコンデンサ１７の充電電圧ＶＢ
（第２の電圧）が印加される。

【００３７】前述したように、スイッチ１４のオン時に
負荷１１に印加されるコンデンサ８の充電電圧である第
１の電圧は、スイッチ１４のオフ時に負荷１１に供給さ
れるコンデンサ１７の充電電圧である第２の電圧より高
くなる。従って、スイッチ１４のオン、オフを繰り返し
行うことにより、この動作に同期して、スイッチ１４の
オン時に上述した第１の電圧をピーク電圧とするパルス
電圧が負荷１１に供給され、スイッチのオフ時に第２の
電圧を直流バイアスとする電圧が負荷１１に印加され
る、負電圧バイアス付負電圧パルス電源装置としてのバ
イアス機能付パルス電源装置を提供することができる。

【００３８】この発明の実施の形態１に係るバイアス機
能付パルス電源装置によれば、パルスの周波数や幅、さ
らには、パルス発生のタイミングなどをスイッチのオ
ン、オフによって自在に制御することができる。また、
スイッチ手段に電流遮断機能のある半導体デバイスを用
いれば、寿命が半永久的となり交換が不要であり、簡略
な構成で、信頼性が高く、低コストなバイアス付のパル
ス電源装置を得ることができる。

【００３９】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２に係るバイアス機能付パルス電源装置の回路構成
を概略的に示す図である。図２において、バイアス機能
付パルス電源装置は、実施の形態１と同様に、直流電源
１、ダイオード６、１５、１６、１８を備えるが、実施
の形態１の場合とは全て逆極性で接続されている。直流
電源１は負電圧供給源として用いられている。

【００４０】上述のような接続方法により、電圧および
電流の極性が実施の形態１の場合とすべて逆となるが、
動作原理に変わりはないので、スイッチ１４のオン期間
中には第１の電圧として正極性のパルス電圧が負荷１１
に印加され、スイッチ１４のオフ期間中において負荷１
１に第２の電圧として正極性のバイアス電圧を印加する
ことができる。従って、図２に示すように、実施の形態
１の場合と直流電源１およびダイオード６、１５、１
６、１８を逆極性で接続することによって、正電圧バイ
アス付正電圧パルス電源としてのバイアス付パルス電源
装置を提供することができる。

【００４１】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３に係るバイアス機能付パルス電源装置の構成を概
略的に示す図である。図３において、閉ループＣのスイ
ッチ１４と抵抗器１９の間には、スイッチ２０が配設さ
れている。

【００４２】図３において、スイッチ１４のオン期間中
に第１の電圧としてのコンデンサ８の充電電圧が負荷１
１に印加され、スイッチ１４のオフ期間中にコンデンサ
１７の充電電圧ＶＢが直流バイアスとして負荷１１に印
加されるのは実施の形態１と同様である。しかし、この
ような構成では、スイッチ１４のオン時におけるスイッ
チ２０のオン、オフ制御によって、第２の電圧としての
コンデンサ１７の充電電圧を制御することができる。

【００４３】例えば、スイッチ１４のオン時において、
スイッチ２０がオンされた時にのみ、閉ループＣにダイ
オード１６の順方向の電流が流れるので、スイッチ２０
のオン期間をスイッチ１４のオン期間に対して短くすれ
ば、第２の電圧としてのコンデンサ１７の充電電圧値を
小さく設定することができる。従って、例えば、スイッ
チ１４のオン、オフ動作の繰り返し周波数に対して、ス
イッチ２０のオン、オフ動作の繰り返し周波数を１桁以
上大きくしておけば、スイッチ２０のオン、オフ期間の
割合を変えることによってもコンデンサ１７の充電電圧
を制御することができる。

【００４４】以上のように、閉ループＣに配設されたス
イッチ２０をオン、オフさせることにより、負荷１１に
バイアス電圧として印加されるコンデンサ１７の充電電
圧値を制御することができる。このようにして、バイア
ス電圧値を任意に変えることのできる負電圧バイアス付
負電圧パルス電源としてのバイアス機能付パルス電源装
置を提供することができる。

【００４５】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４に係るバイアス機能付パルス電源装置の構成を概
略的に示す図である。図４において、実施の形態１の構
成と同一の部分あるいは相当する部分には同一符号を付
してその説明を省略する。

【００４６】実施の形態４においては、スイッチ手段
は、第３のスイッチ手段としてのスイッチ１４ａと第４
のスイッチ手段としてのスイッチ１４ｂから構成されて
いる。スイッチ１４ａおよびスイッチ１４ｂの中間点
と、第２のコンデンサとしてのコンデンサ２３およびダ
イオード１８の中間点との間には、第５の整流手段とし
てのダイオード２１が図示する極性で配設されている。
また、ダイオード１６および負荷１１の中間点と、ダイ
オード１８との間には、リアクトル２２が配設されてい
る。

【００４７】このような構成のバイアス機能付パルス電
源装置において、コンデンサ２、リアクトル７、ダイオ
ード６、スイッチ１４ａおよびスイッチ１４ｂは、閉ル
ープＥを構成している。また、スイッチ１４ｂ、ダイオ
ード２１、コンデンサ２３の順に閉ループＦを形成して
いる。なお、前述したように、ダイオード２１は、この
方向が順方向となるように接続されている。

【００４８】さらに、コンデンサ２３、ダイオード１
８、リアクトル２２、負荷１１で第２の供給回路として
の閉ループＧを構成している。なお、図示するように、
ダイオード１８は、この方向が順方向となるように接続
されている。また、コンデンサ２、リアクトル７、ダイ
オード６、スイッチ１４ａ、ダイオード２１、コンデン
サ２３は、第２の充電経路としての閉ループＨを形成し
ている。

【００４９】また、コンデンサ２、リアクトル７、ダイ
オード６、コンデンサ８およびダイオード１５は、実施
の形態１と同様に第１の充電経路としての閉ループＡを
構成している。なお、実施の形態１と同様に、コンデン
サ８、スイッチ１４ａ、スイッチ１４ｂ、負荷１１およ
びダイオード１６は、第１の供給回路としての閉ループ
Ｂを構成している。

【００５０】次に動作について説明する。図４におい
て、スイッチ１４ａ及びスイッチ１４ｂがともにオンし
ている場合は、閉ループＥにダイオード６の順方向の電
流が流れることにより、リアクトル７に電磁エネルギー
が蓄積される。

【００５１】次にスイッチ１４ａのオン状態を保持しな
がらスイッチ１４ｂをオフすると、電流経路が閉ループ
Ｈに切り替わるので、コンデンサ２の電圧と、リアクト
ル７に発生する誘導電圧とを加算した第２の電圧がコン
デンサ２３に充電される。なお、このとき、リアクトル
７に発生する電圧の極性は、電流が単調増加しているこ
とから、図中左側の端子がプラスで、図中右側の端子が
マイナスとなるため、コンデンサ２３に充電される電圧
（第２の電圧）は、実質的には、コンデンサ２の電圧か
らリアクトル７に生じる誘導電圧の絶対値を減算した値
となる。

【００５２】その後、スイッチ１４ａをオフすることに
より、スイッチ１４ａおよびスイッチ１４ｂがともにオ
フ状態になると、前述した極性とは逆極性のリアクトル
７の誘導電圧がコンデンサ８に印加されることにより、
コンデンサ８の充電電圧はコンデンサ２の電圧にリアク
トル７の誘導電圧を加算した第１の電圧となる。また、
このようにスイッチ１４ａおよび１４ｂが共にオフされ
ている間は、コンデンサ２３に充電された電圧によっ
て、閉ループＧにダイオード１８の順方向に電流が流
れ、負荷１１にはコンデンサ２３の充電電圧値である第
２の電圧が正電圧バイアスとして印加される。そして、
スイッチ１４ａ、スイッチ１４ｂを共にオンすると、コ
ンデンサ８の電圧が負荷８に負電圧パルスとして印加さ
れる。

【００５３】以上の動作を繰り返し行うことにより、ス
イッチ１４ａ及びスイッチ１４ｂがともにオンしている
期間中は、負荷１１に負極性の第１の電圧をピーク値と
するパルス電圧が印加され、スイッチ１４ａ及びスイッ
チ１４ｂが共にオフされた場合には、コンデンサ２３に
蓄えられた第２の電圧としての正極性のバイアス電圧が
負荷１１に直流バイアスとして印加されることにより、
正電圧バイアス付負電圧パルス電源としてのバイアス機
能付パルス電源装置を提供することができる。

【００５４】実施の形態５．図５は、この発明の実施の
形態５に係るバイアス機能付パルス電源装置の構成を概
略的に示す構成図である。図５において、実施の形態４
における直流電源１、ダイオード６、１５、１６、１
８、２１は、全て逆極性で接続されている。

【００５５】従って、電圧および電流の極性がすべて逆
となるが、同様の動作を行なうものであるから、スイッ
チ１４のオン時に第１の電圧としての正電圧をピークと
するパルス電圧を負荷１１に供給すると共に、スイッチ
１４のオフ時に第２の電圧としての負電圧を直流バイア
スとして負荷１１に提供する負電圧バイアス付正電圧パ
ルス電源としてのバイアス機能付パルス電源装置を提供
することができる。

【００５６】

【発明の効果】この発明のバイアス機能付パルス電源装
置は、第１の充電経路を通じて直流電源に接続された第
１のコンデンサと、第１のコンデンサの第１の電圧を負
荷装置に供給するための第１の供給回路に配設された第
１の整流手段と、第１の供給回路に配設され、負荷装置
への電圧供給を制御する第１のスイッチ手段と、第１の
コンデンサの第１の電圧が負荷装置に供給されていると
きに、第１のコンデンサによって第２の充電経路を通じ
て第１の電圧とは異なる第２の電圧に充電される第２の
コンデンサと、負荷装置への第１の電圧の非供給時に負
荷装置に第２の電圧を供給するための第２の供給回路に
配設された第２の整流手段と、を備えてなり、第１のス
イッチ手段が閉成されると、第１の電圧が負荷装置に供
給されると共に第２のコンデンサは第２の電圧に充電さ
れるが、第１のスイッチ手段が開放されると、第１のコ
ンデンサが第１の電圧に充電されると共に、第２の電圧
が負荷装置に供給されることを特徴とするので、１つの
直流電源で、実質的に直流バイアス電圧にパルス電圧を
重畳させた電圧を負荷装置に供給することができると共
に、装置全体の小型化および低コスト化を図ることがで
き、さらに、スイッチ手段をオン、オフさせることによ
り、パルス幅を任意に設定できると共に高周波のパルス
電圧を供給することができる。

【００５７】また、上記第１の充電経路に電圧誘導手
段、第３の整流手段および第４の整流手段をさらに備
え、第１のスイッチ手段の閉成時には、第３の整流手段
および第４の整流手段が第１のコンデンサに充填された
電荷の第１の充電経路への逆流を阻止するが、第１のス
イッチ手段が開放されて第１の充電経路の順方向に流れ
る電流が遮断されると、電圧誘導手段に誘導電圧が発生
して誘導電圧が第１のコンデンサに印加されることによ
り、第１のコンデンサは、直流電源の出力電圧から第１
の電圧にまで充電されることを特徴とするので、直流電
源の出力電圧よりも大きい電圧をパルス電圧として負荷
装置に印加でき、高価な高電圧直流電源を用いる必要が
なく、また、可飽和リアクトルを用いない構成であるた
め、リセット回路等の付属回路が不要である。

【００５８】また、上記第１のスイッチ手段、上記負荷
装置、上記直流電源、上記第２の整流手段および上記第
４の整流手段の各一端は、共通電位とされていることを
特徴とするので、スイッチ手段を接地することができ、
駆動回路系、電源系の絶縁や実装がし易く、高い信頼性
を得ることができる。

【００５９】また、上記第１のスイッチ手段の閉成時に
第２のコンデンサに充電される第２の電圧を、第１のコ
ンデンサに充電された第１の電圧を変換することにより
供給する電圧変換手段を第２の充電経路に備えるので、
簡単な構成により、１つの直流電源から第１の電圧とは
電圧値の異なる直流バイアス用の第２の電圧を得ること
ができる。

【００６０】また、上記電圧変換手段に直列接続された
第２のスイッチ手段を第１の充電経路に備え、第１のス
イッチ手段の閉成時に第２のスイッチ手段の開閉制御を
行うことにより、第２のコンデンサを第２の電圧に充電
することを特徴とするので、簡単な構成により、１つの
直流電源から第１の電圧とは電圧値の異なる直流バイア
ス用の第２の電圧を得ることができる。

【００６１】また、上記第１のスイッチ手段は、直列接
続された第３のスイッチ手段および第４のスイッチ手段
とから構成されると共に、第３のスイッチ手段および第
４のスイッチ手段の接続点と第２のコンデンサとの間の
第２の充電経路に第５の整流手段を備え、第３のスイッ
チ手段が閉成されると共に第４のスイッチ手段が開放さ
れると、電圧誘導手段に電流が流れることにより発生す
る誘導電圧と直流電源の充電電圧とを加算した第２の電
圧に第２のコンデンサを充電し、第３のスイッチ手段お
よび第４のスイッチ手段を同時に開閉することにより、
負荷装置に第１の電圧または第２の電圧を供給すること
を特徴とするので、簡単な構成のスイッチ手段により、
１つの直流電源から第１の電圧とは電圧値および極性の
異なる直流バイアス用の第２の電圧を得ることができ
る。

【００６２】また、上記第４のスイッチ手段、上記負荷
装置、上記直流電源、上記第４の整流手段および上記第
２のコンデンサの各一端は、共通電位とされていること
を特徴とするので、スイッチ手段を接地することがで
き、駆動回路系、電源系の絶縁や実装がし易く、高い信
頼性を得ることができる。

【００６３】また、上記第１ないし第４の整流手段およ
び直流電源は、第１のコンデンサおよび第２のコンデン
サから負荷装置に供給される第１の電圧および第２の電
圧が共に負電圧となるような極性で配設されていること
を特徴とするので、負電圧バイアス付負電圧パルス電源
としてのバイアス機能付パルス電源装置を提供すること
ができる。

【００６４】また、上記第１ないし第４の整流手段およ
び直流電源は、第１のコンデンサおよび第２のコンデン
サから負荷装置に供給される第１の電圧および第２の電
圧が共に正電圧となるような極性で配設されていること
を特徴とするので、正電圧バイアス付正電圧パルス電源
としてのバイアス機能付パルス電源装置を提供すること
ができる。

【００６５】また、上記第１ないし第５の整流手段およ
び直流電源は、第１のコンデンサから負荷装置に供給さ
れる第１の電圧が負電圧となると共に、第２のコンデン
サから負荷装置に供給される第２の電圧が正電圧となる
ような極性で配設されていることを特徴とするので、正
電圧バイアス付負電圧パルス電源としてのバイアス機能
付パルス電源装置を提供することができる。

【００６６】さらに、上記第１ないし第５の整流手段お
よび直流電源は、第１のコンデンサから負荷装置に供給
される第１の電圧が正電圧となると共に、第２のコンデ
ンサから負荷装置に供給される第２の電圧が負電圧とな
るような極性で配設されていることを特徴とするので、
負電圧バイアス付正電圧パルス電源としてのバイアス機
能付パルス電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係るバイアス機能
付パルス電源装置の構成を概略的に示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態２に係るバイアス機能
付パルス電源装置の構成を概略的に示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態３に係るバイアス機能
付パルス電源装置の構成を概略的に示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態４に係るバイアス機能
付パルス電源装置の構成を概略的に示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態５に係るバイアス機能
付パルス電源装置の構成を概略的に示す図である。

【図６】 従来のバイアス機能付パルス電源装置の構成
を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１ 直流電源、６ ダイオード（第３の整流手段）、７
リアクトル（電圧誘導手段）、８ コンデンサ（第１
のコンデンサ）、１１ 負荷（負荷装置）、１４、１４
ａ、１４ｂ スイッチ（第１のスイッチ手段）、１５
ダイオード（第５の整流手段）、１６ ダイオード（第
１の整流手段）、１７ コンデンサ（第２のコンデン
サ）、１８ ダイオード（第２の整流手段）、１９ 抵
抗器（電圧変換手段）、２０ スイッチ（第２のスイッ
チ手段）、２１ ダイオード（第５の整流手段）、２３
コンデンサ（第２のコンデンサ）、閉ループＡ（第１
の充電経路）、閉ループＢ（第１の供給回路）、閉ルー
プＣ、閉ループＨ（第２の充電経路）、閉ループＤ、閉
ループＧ（第２の供給回路）。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の充電経路を通じて直流電源に接続
   された第１のコンデンサと、 上記第１のコンデンサの第１の電圧を上記負荷装置に供
   給するための第１の供給回路に配設された第１の整流手
   段と、 上記第１の供給回路に配設され、上記負荷装置への電圧
   供給を制御する第１のスイッチ手段と、 上記第１のコンデンサの上記第１の電圧が上記負荷装置
   に供給されているときに、上記第１のコンデンサによっ
   て第２の充電経路を通じて上記第１の電圧とは異なる第
   ２の電圧に充電される第２のコンデンサと、 上記負荷装置への上記第１の電圧の非供給時に上記負荷
   装置に上記第２の電圧を供給するための第２の供給回路
   に配設された第２の整流手段と、 を備えてなり、 上記第１のスイッチ手段が閉成されると、上記第１の電
   圧が上記負荷装置に供給されると共に上記第２のコンデ
   ンサは上記第２の電圧に充電されるが、上記第１のスイ
   ッチ手段が開放されると、上記第１のコンデンサが上記
   第１の電圧に充電されると共に、上記第２の電圧が上記
   負荷装置に供給されることを特徴とするバイアス機能付
   パルス電源装置。
2. 【請求項２】 上記第１の充電経路に電圧誘導手段、第
   ３の整流手段および第４の整流手段をさらに備え、上記
   第１のスイッチ手段の閉成時には上記第３の整流手段お
   よび第４の整流手段が上記第１のコンデンサに充填され
   た電荷の上記第１の充電経路への逆流を阻止するが、上
   記第１のスイッチ手段が開放されて上記第１の充電経路
   の順方向に流れる電流が遮断されると上記電圧誘導手段
   に誘導電圧が発生して当該誘導電圧が上記第１のコンデ
   ンサに印加されることにより、上記第１のコンデンサ
   は、上記直流電源の出力電圧から上記第１の電圧にまで
   充電されることを特徴とする請求項１に記載のバイアス
   機能付パルス電源装置。
3. 【請求項３】 上記第１のスイッチ手段、上記負荷装
   置、上記直流電源、上記第２の整流手段および上記第４
   の整流手段の各一端は、共通電位とされていることを特
   徴とする請求項２に記載のバイアス機能付パルス電源装
   置。
4. 【請求項４】 上記第１のスイッチ手段の閉成時に上記
   第２のコンデンサに充電される第２の電圧を、上記第１
   のコンデンサに充電された第１の電圧を変換することに
   より供給する電圧変換手段を上記第２の充電経路に備え
   る請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバイアス
   機能付パルス電源装置。
5. 【請求項５】 上記電圧変換手段に直列接続された第２
   のスイッチ手段を上記第２の充電経路に備え、上記第１
   のスイッチ手段の閉成時に上記第２のスイッチ手段の開
   閉制御を行うことにより、上記第２のコンデンサを第２
   の電圧に充電することを特徴とする請求項４に記載のバ
   イアス機能付パルス電源装置。
6. 【請求項６】 上記第１のスイッチ手段は、直列接続さ
   れた第３のスイッチ手段および第４のスイッチ手段とか
   ら構成されると共に、上記第３のスイッチ手段および上
   記第４のスイッチ手段の接続点と上記第２のコンデンサ
   との間の上記第２の充電経路に第５の整流手段を備え、
   上記第３のスイッチ手段が閉成されると共に上記第４の
   スイッチ手段が開放されると、上記電圧誘導手段に電流
   が流れることにより発生する誘導電圧と上記直流電源の
   充電電圧とを加算した第２の電圧に上記第２のコンデン
   サを充電し、上記第３のスイッチ手段および上記第４の
   スイッチ手段を同時に開閉することにより、上記負荷装
   置に上記第１の電圧または上記第２の電圧を供給するこ
   とを特徴とする請求項２に記載のバイアス機能付パルス
   電源装置。
7. 【請求項７】 上記第４のスイッチ手段、上記負荷装
   置、上記直流電源、上記第４の整流手段および上記第２
   のコンデンサの各一端は、共通電位とされていることを
   特徴とする請求項６に記載のバイアス機能付パルス電源
   装置。
8. 【請求項８】 上記第１ないし第４の整流手段および上
   記直流電源は、上記第１のコンデンサおよび第２のコン
   デンサから上記負荷装置に供給される上記第１の電圧お
   よび第２の電圧が共に負電圧となるような極性で配設さ
   れていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のい
   ずれかに記載のバイアス機能付パルス電源装置。
9. 【請求項９】 上記第１ないし第４の整流手段および上
   記直流電源は、上記第１のコンデンサおよび第２のコン
   デンサから上記負荷装置に供給される上記第１の電圧お
   よび第２の電圧が共に正電圧となるような極性で配設さ
   れていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のい
   ずれかに記載のバイアス機能付パルス電源装置。
10. 【請求項１０】 上記第１ないし第５の整流手段および
    上記直流電源は、上記第１のコンデンサから上記負荷装
    置に供給される上記第１の電圧が負電圧となると共に、
    上記第２のコンデンサから上記負荷装置に供給される上
    記第２の電圧が正電圧となるような極性で配設されてい
    ることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のバ
    イアス機能付パルス電源装置。
11. 【請求項１１】 上記第１ないし第５の整流手段および
    上記直流電源は、上記第１のコンデンサから上記負荷装
    置に供給される上記第１の電圧が正電圧となると共に、
    上記第２のコンデンサから上記負荷装置に供給される上
    記第２の電圧が負電圧となるような極性で配設されてい
    ることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のバ
    イアス機能付パルス電源装置。