JPH11288796A - プラズマ発生用電源装置 - Google Patents

プラズマ発生用電源装置

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JPH11288796A
JPH11288796A JP10087288A JP8728898A JPH11288796A JP H11288796 A JPH11288796 A JP H11288796A JP 10087288 A JP10087288 A JP 10087288A JP 8728898 A JP8728898 A JP 8728898A JP H11288796 A JPH11288796 A JP H11288796A
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inductor
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inductance
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昌樹 葛本
Noboru Wada
昇 和田
Yoichiro Tabata
要一郎 田畑
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 力率が高く、小型で安価な電源システムを提
供する。 【解決手段】 放電負荷5に力率補償用の並列インダク
タ6と力率補償用の直列インダクタ7を接続する。特
に、放電負荷5の合成容量と共振するように並列インダ
クタ6、直列インダクタ7のインダクタンスを設定する
ことにより、力率改善度合いを高く設計することができ
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、オゾン発生器、
レーザ発振器などのプラズマ発生用電源装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来より、オゾン発生器、レーザ発振器
などには、プラズマ発生用電源装置が用いられている。
図16は、オゾナイザハンドブック(227頁、図2.
63、コロナ社、昭和35年6月15日発行)に記載さ
れた従来のオゾン発生器用のプラズマ発生用電源装置の
電源回路図である。この図16において、1は交流の入
力電源、2は整流器、3はインバータ、4はトランス
(変圧器)、5は電極を有する放電負荷、6は放電負荷
5に対して並列に接続された力率改善用の並列インダク
タである。
【0003】次に動作について説明する。入力電源1の
商用の交流電圧は整流器2によって直流に変換され、さ
らにインバータ3によって規定の周波数の交流電圧に変
換される。さらにトランス4により放電開始に至る電圧
に昇圧され、放電負荷5に高電圧が印加される。この印
加された高電圧により放電負荷5で放電が発生し、この
放電によりガス粒子が励起される。ここで、放電電極間
に誘電体を挿入した放電負荷を用いた場合、この放電負
荷5は電気的にはコンデンサとして働き、電圧に対して
電流の位相が進むことが知られている。このため皮相電
力と有効電力との比である力率が低くなり、放電負荷5
にエネルギーを投入するためには、必要以上の電流を流
す必要がある。
【0004】従って、トランス4や入力電源1を構成す
る素子は大きな電流に耐えるオーバースペックのものを
使用しなければならず、電源装置の大型化、コストの増
大要因となる。並列インダクタ6は、放電負荷で電流が
進む分を補償するために放電負荷5と並列に接続された
ものである。並列インダクタ6は電圧に対し電流の位相
を遅らす役目を果たす。放電負荷5での電流の進み分と
並列インダクタ6による電流の遅れ分を等しく設定する
と電流と電圧の位相が合致し、最も小さい電流で放電負
荷5に効率的にエネルギーを注入することができる。こ
のとき力率は100%となり、いわゆる共振状態とな
る。
【0005】従来のプラズマ発生用電源装置では、この
ように放電負荷5と並列に並列インダクタ6を接続する
ことにより、力率を改善し、小容量で安価な電源素子を
用い、小型で安価な電源装置を構成している。図16で
は、トランス4の2次側に並列インダクタ6を接続した
場合について示したが、図17に示すようにトランス4
の1次側に並列に並列インダクタ62を接続しても同様
の効果がある。但し、この場合、耐圧の低い素子を使え
る反面、トランス4の力率は改善されないという欠点も
ある。図16に示すように2次側にインダクタを接続し
た場合には、トランス4を含むすべての力率が改善され
るため、有効である。
【0006】次に図18はオゾン発生器など電極間に誘
電体を介装した放電負荷5の詳細な等価回路である。こ
の図18において、51は容量値C1を有する電極間の
誘電体静電容量、52は容量値C2を有する放電空間の
ガス静電容量,53はプラズマのオン・オフに伴う非線
形性を示すためのツェナーダイオードとしての特性を有
するプラズマ負荷である。
【0007】このプラズマ負荷53の抵抗値は、放電電
圧V*未満では無限大となって非放電状態であることを
示し、放電電圧V*以上では、このプラズマ負荷53は
導通状態となって放電状態であることを示す。このため
放電開始前には、放電負荷5は誘電体静電容量51の値
C1とガス静電容量52の値C2が直列に結合して式
(6)によって表される値を有する容量性負荷となり、
放電後は容量値C1単独の容量性負荷となる。 C=(C1×C2/(C1+C2)) ・・・(6) 但し、C:合成容量の値
【0008】従来のオゾン発生器では、ガス静電容量5
2の容量値C2に比べて誘電体静電容量51の容量値C
1が十分大きくなるように設計されているため、放電発
生の有無によらず負荷容量は、常にほぼ値C1となり、
共振条件を満たすインダクタンスの値は放電の有無に依
存しなかった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマ発生用
電源装置は以上のように放電負荷5に対して1種類のイ
ンダクタで放電負荷5の静電容量を補償するように構成
されているので、たとえば放電ギャップ長を小さく設定
した場合のように誘電体静電容量51の値C1に比較し
てガス静電容量52の値C2が無視できない程度に大き
くなった場合には、放電発生の有無により放電負荷5の
静電容量が大きく変化し、力率補償ができなくなり、必
要以上の容量をもった電気素子を用いる必要が生じる。
しかし、このような大きな容量を有する電気素子を用い
ると電源装置が大きくなり、高価になってしまう。従来
のプラズマ発生用電源装置には、このように解決しなけ
ればならない課題があった。
【0010】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、放電空間のガスの静電容量が誘電
体の静電容量に比べて無視できないような放電負荷に対
しても、力率が高く、小型で安価なプラズマ発生用電源
装置を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係るプラズマ
発生用電源装置は、2つの電極間で等価的に誘電体静電
容量とガス静電容量とを有し、放電してガスを励起し、
プラズマを発生させる放電負荷に対し、並列に接続され
た並列インダクタと、直列に接続された直列インダクタ
とを備えたものである。
【0012】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、並列インダクタ及び直列インダクタをトランスの2
次側に接続したものである。
【0013】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、並列インダクタ及び直列インダクタをトランスの1
次側に接続したものである。
【0014】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、直列インダクタ及び並列インダクタが、式(1)を
満足するインダクタンスを有しているものである。 Lp=Ls=(C1+C2)/(C1×C2×(2πf)2) ・・・(1) 但し、Lp:並列インダクタのインダクタンス Ls:直列インダクタのインダクタンス C1:誘電体静電容量の値 C2:ガス静電容量の値 f:交流電力の周波数
【0015】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、トランスの漏れインダクタンスを利用して直列イン
ダクタを構成したものである。
【0016】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、直列インダクタが式(2)を満足するインダクタン
スを有し、並列インダクタは、当該インダクタンスが非
放電時には式(3)の値を満足し、放電時には、式
(3)の値未満に変化するように構成されたものであ
る。 Ls=1/(C1(2πf)2) ・・・(2) Lp=1/(C2(2πf)2) ・・・(3) 但し、Ls:直列インダクタのインダクタンス Lp:並列インダクタのインダクタンス C1:誘電体静電容量の値 C2:ガス静電容量の値 f:交流電力の周波数
【0017】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、並列インダクタと直列に接続され、非放電時に回路
を閉じ、放電時にこの並列インダクタの回路を開くスイ
ッチング手段を備えたものである。
【0018】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、放電負荷の負荷電圧を検出する電圧検出手段を備
え、スイッチング手段は該電圧検出手段からの信号に基
づいて前記並列インダクタの回路を開閉するものであ
る。
【0019】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、放電負荷の負荷電流を検出する電流検出手段を備
え、スイッチング手段は該電流検出手段によって検出さ
れた電流の変化に基づいて前記並列インダクタの回路を
開閉するものである。
【0020】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、放電の発光を検出する光検出手段を備え、スイッチ
ング手段は該光検出手段によって検出された光の変化に
基づいて前記並列インダクタの回路を開閉するものであ
る。
【0021】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、並列インダクタが式(4)を満足するインダクタン
スを有し、直列インダクタのインダクタンスが非放電時
には式(5)の値を満足し、放電時には、式(5)の値
未満に変化するように直列インダクタが構成されたもの
である。 Lp=1/(C2(2πf)2) ・・・(4) Ls=1/(C1(2πf)2) ・・・(5) 但し、Ls:直列インダクタのインダクタンス Lp:並列インダクタのインダクタンス C1:誘電体静電容量の値 C2:ガス静電容量の値 f:交流電力の周波数
【0022】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、直列インダクタに過飽和リアクトルを使用したもの
である。
【0023】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、過飽和リアクトルの飽和条件を放電開始条件に合わ
せたものである。
【0024】この発明に係るプラズマ発生用電源装置
は、過飽和リアクトルのコアにフェライトもしくは鉄を
用い、当該過飽和リアクトルの両端電圧と電圧印加時間
との積が放電開始条件に合わせて、設定された所定しき
い値を超えたときに磁束が飽和するように過飽和リアク
トルが構成されているものである。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1によるプ
ラズマ発生用電源装置を示す回路図である。図1におい
て、1は交流の入力電源、2は整流器、3はインバー
タ、4はトランス(変圧器)、5は電極を有する放電負
荷、6は放電負荷5、トランス4の2次側巻線に対して
並列に接続され、インダクタンスLpを有する力率改善
用の並列インダクタ、7は放電負荷5、トランス4の2
次側巻線に対して直列に接続され、インダクタンスLs
を有する力率補償用の直列インダクタである。
【0026】このプラズマ発生用電源装置は、例えばオ
ゾン発生器用電源に適用される。但し、これに限られる
ものではなく、誘電体を介した放電を用いる装置であれ
ば、例えばレーザ、プラズマディスプレーパネル、ラン
プなど、放電を用いた粒子励起装置にも同じように用い
ることができる。以下の実施の形態についても同様であ
る。
【0027】また、51は容量値C1を有する電極間の
誘電体静電容量、52は容量値C2を有する放電空間の
ガス静電容量、53はプラズマのオン・オフに伴う非線
形性のツェナーダイオードとしての特性を有するプラズ
マ負荷である。実施の形態1は、直列インダクタ7を備
えている点で図16に示す従来の構成と異なっている。
【0028】次に動作について説明する。入力電源1の
商用の交流電圧は整流器2によって直流に変換され、さ
らにインバータ3によって規定の周波数の交流電圧に変
換される。さらにトランス4により放電開始に至る電圧
に昇圧され、放電負荷5に高電圧が印加される。この印
加された高電圧により放電負荷5で放電が発生し、この
放電によりガス粒子が励起される。
【0029】図1において、放電負荷5に対して並列イ
ンダクタ6だけでなく、直列インダクタ7を接続するこ
とにより、並列インダクタ6を単独に接続した場合に比
較して、皮相電力と有効電力との比である力率の改善度
合いが向上する。
【0030】特に並列インダクタ6、直列インダクタ7
のインダクタンスが式(7)をほぼ満足する値である場
合、放電負荷5の合成容量と共振し、90%程度の力率
が得られることが判明した。 Lp=Ls=(C1+C2)/(C1×C2×(2πf)2) ・・・(7) 但し、Lp:並列インダクタ6のインダクタンス Ls:直列インダクタ7のインダクタンス f:インバータ3の出力周波数(交流電力の周波数、以
下、同じ)
【0031】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、放電負荷5に対して並列に力率補償用の並列インダ
クタ6を、直列に力率補償用の直列インダクタ7を接続
したので、並列インダクタ6を単独に接続した場合より
も、放電負荷5の変化に対して安定的に力率を改善する
ことができる。特に、式(7)を満足する値を有し、放
電負荷5の合成容量と共振する2つのインダクタを用い
ることにより、力率改善度合いを高く設計することがで
きるという効果が得られる。
【0032】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図であ
る。図2において、61はトランス4の1次側巻線と並
列に接続され、インダクタンスLp1を有する並列イン
ダクタ、71はトランス4の1次側巻線と直列に接続さ
れ、インダクタンスLs2を有する直列インダクタであ
る。尚、実施の形態1と同一要素については同一符号を
付して説明を省略する。
【0033】次に動作について説明する。トランス4の
1次側巻線と直列に直列インダクタ71を、並列に並列
インダクタ61を接続しても、実施の形態1とほぼ同様
の効果が得られる。この場合、トランス4を介すること
になるので、インダクタンスの値を式(3)によって表
される値にすることによって放電負荷5の合成容量と共
振し、インダクタンスの値としては最適となる。 Lp1=Ls1=(C1+C2)/(C1×C2×(2πf)2)/m2 ・・・(8) 但し、m:トランス4の巻数比(以下、同じ)
【0034】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、トランスの1次側に直列と並列の力率改善用インダ
クタを配置することにより、耐電圧の低い素子を用いる
ことができるという効果が得られる。
【0035】実施の形態3.図3はこの発明の実施の形
態3によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図であ
る。図3に示すように、実施の形態3では放電負荷5、
トランス4の2次側巻線に対して直列に直列インダクタ
7を、トランス4の1次側巻線と並列に並列インダクタ
61を接続している。尚、実施の形態1と同一要素につ
いては同一符号を付して説明を省略する。
【0036】次に動作について説明する。この図3に示
すように、トランス4の1次側巻線と並列に接続された
並列インダクタ61のインダクタンスの値をトランス4
の巻数比で変換すれば、実施の形態1と同じLC直並列
回路となる。また、共振回路にするためには、並列イン
ダクタ61のインダクタンスの値を式(8)を満足する
値に設定する。
【0037】以上のように、この実施の形態3によれ
ば、トランスの1次側と2次側に直並列に、それぞれ並
列インダクタ61、直列インダクタ7を接続しても実施
の形態1とほぼ同様の効果が得られる。尚、図示しない
がトランス4の1次側巻線に直列インダクタ71を、2
次側巻線に並列インダクタ6を接続しても同様の効果を
奏することはいうまでもない。
【0038】実施の形態4.図4はこの発明の実施の形
態4によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図であ
る。図4において、72は放電負荷5、トランス4の2
次側巻線に対して等価的に直列接続されたトランス漏れ
インダクタンスである。尚、実施の形態1と同一要素に
ついては同一符号を付して説明を省略する。
【0039】次に動作について説明する。実施の形態1
では、トランス4の2次側巻線と直列に直列インダクタ
7を接続するようにしたが、この直列インダクタ7の代
わりにもちろんトランス漏れインダクタンス72を用い
るようにしても同じように作用する。この場合、トラン
ス4の1次側で力率を改善するには、トランス漏れイン
ダクタンス72のインダクタンスをLrとして、Ls1
=Lrとすれば良く、トランス4の2次側で力率を改善
するには、トランス4の巻数比mに対して、Ls=m2
Lrとすれば良い。
【0040】尚、トランス4の既存の漏れインダクタン
スを利用してもよいが、図5に示すようにトランス4の
コア41に隙間δを設けて漏れインダクタンスLrを形
成してもよい。この図5において、42はトランス4の
巻線である。
【0041】以上のように、この実施の形態4によれ
ば、漏れインダクタンスLrを利用するようにしたの
で、この漏れインダクタンスが実施の形態1の直列イン
ダクタ7と同じ役割をすることになり、新たに直列にイ
ンダクタを接続する必要がないので、安価な装置を提供
することができ、しかも実施の形態1と同じような効果
を得ることができる。また、トランス4のコア41に隙
間δを設けることにより、漏れインダクタンスLrを設
定することができる。
【0042】実施の形態5.図6はこの発明の実施の形
態5によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図であ
る。図6において、並列インダクタ6は、そのインダク
タンスLpが可変するように構成されている。
【0043】次に動作について説明する。放電負荷5は
放電することにより、その容量が変化する。これに合わ
せて並列インダクタ6のインダクタンスLpも可変す
る。さらに完全に力率を補償するためには、直列インダ
クタ7のインダクタンスLs、並列インダクタ6のイン
ダクタンスLpをそれぞれ式(9)、式(10)を満足
する値に設定することにより、放電のオン、オフに同期
してインダクタンスLpの等価的な値を変化させれば有
効である。 Ls=1/(C1(2πf)2) ・・・(9) Lp=1/(C2(2πf)2) ・・・(10) インダクタンスLpを非放電時に式(10)を満足する
ような値に設定し、放電時には、Lp=∞となるように
設定することが望ましい。
【0044】以上のように、この実施の形態5によれ
ば、放電負荷5の放電に合わせて並列インダクタ6のイ
ンダクタンスLpを可変するようにしたので、放電負荷
5の放電に関わらず常に力率を改善することができ、放
電電力によらず高い力率を得ることができるといった効
果が得られる。
【0045】実施の形態6.図7はこの発明の実施の形
態6によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図であ
る。図7において、8は並列インダクタ6と直列に接続
されたスイッチング素子(スイッチング手段)である。
尚、実施の形態1と同一要素については同一符号を付し
て説明を省略する。
【0046】次に動作について説明する。実施の形態6
は、実施の形態5をさらに具体的に実現したものであ
り、放電開始前はスイッチング素子8を導通状態に、放
電時には遮断状態に制御する。
【0047】以上のように、この実施の形態6によれ
ば、並列インダクタ6にスイッチング素子8を直列に配
置し、放電発生の有無に従ってスイッチング素子8をオ
ン、オフ制御するようにしたので、放電負荷5の放電発
生の有無に係わらず常に高い力率を得ることができる。
【0048】実施の形態7.図8はこの発明の実施の形
態7によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図であ
る。図8において、91は放電負荷5の電圧を計測する
電圧検出素子(電圧検出手段)である。尚、実施の形態
1と同一要素については同一符号を付して説明を省略す
る。
【0049】次に動作について説明する。放電負荷5の
電圧を計測することにより放電発生の有無を検出するこ
とができる。そして、電圧検出素子91により検出され
た放電負荷5の電圧が所定の放電電圧より低ければスイ
ッチング素子8を導通状態に、この放電電圧よりも高け
ればスイッチング素子8を遮断状態に制御する。
【0050】以上のように、この実施の形態7によれ
ば、電圧検出素子91で放電負荷5の電圧を計測するこ
とにより放電発生の有無を正確に検出することができる
ので、スイッチング素子8に正確な制御信号を送ること
ができ、精度よく力率を改善することができるといった
効果が得られる。
【0051】実施の形態8.図9はこの発明の実施の形
態8によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図であ
る。図9において、92は放電負荷5への電流を検出す
る電流検出素子(電流検出手段)である。尚、実施の形
態1と同一要素については同一符号を付して説明を省略
する。
【0052】次に動作について説明する。放電負荷5の
電流の変化を計測することにより放電の発生の有無を検
出することができる。そして、実施の形態7と同様に、
電流検出素子92により所定値以上の電流変化が検出さ
れたときは放電発生と判断し、スイッチング素子8を導
通状態に、また所定値未満のときはスイッチング素子8
を遮断状態に制御する。
【0053】以上のように、この実施の形態8によれ
ば、電流検出素子92で放電負荷5の電流の変化を検出
することにより放電発生の有無を正確に検出することが
できるので、スイッチング素子8に正確な制御信号を送
ることができ、精度よく力率を改善することができると
いった効果が得られる。
【0054】実施の形態9.図10はこの発明の実施の
形態9によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図であ
る。図10において、93は放電負荷5の放電による発
光を検出する光検出素子(光検出手段)である。尚、実
施の形態1と同一要素については同一符号を付して説明
を省略する。
【0055】次に動作について説明する。放電による発
光を検出することにより放電発生の有無を確認できる。
そして、実施の形態7、実施の形態8と同様に、光検出
素子93により放電による発光が検出されたときは、ス
イッチング素子8を導通状態に制御する。
【0056】以上のように、この実施の形態9によれ
ば、光検出素子93で放電による発光を検出することに
より放電発生の有無を正確に検出することができるの
で、スイッチング素子8に正確な制御信号を送ることが
でき、精度よく力率を改善することができるといった効
果が得られる。
【0057】実施の形態10.図11はこの発明の実施
の形態10によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図
である。この実施の形態10は、実施の形態6と同じよ
うに並列インダクタ6と直列にスイッチング素子8を接
続し、実施の形態4と同じように直列インダクタ7とし
てトランス漏れインダクタンス72を利用するように構
成したものである。
【0058】次に動作について説明する。実施の形態4
と同じようにトランス漏れインダクタンス72が直列イ
ンダクタ7と同じように作用し、スイッチング素子8を
放電に合わせてオン・オフする。尚、トランス4の1次
側で力率を改善するには、Ls1=Lrとすれば良く、
トランス4の2次側で力率を改善するには、トランス4
の巻数比mに対して、Ls=m2 Lrとすれば良く、図
5に示すようにトランス4のコア41に隙間δを設けて
漏れインダクタンスLrを形成することもできる。
【0059】以上のように、この実施の形態10によれ
ば、スイッチング素子8を備え、さらにトランス漏れイ
ンダクタンス72を利用することにより、実施の形態
4,6と同様の効果を得ることができる。
【0060】実施の形態11.図12はこの発明の実施
の形態11によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図
である。図12に示すように、並列インダクタ61と直
列インダクタ71とはトランス4の1次側に配置され、
スイッチング素子8が並列インダクタ61と直列に接続
されている。尚、実施の形態1と同一要素については同
一符号を付して説明を省略する。
【0061】次に動作について説明する。実施の形態2
と同様に、力率改善用の直列インダクタ、並列インダク
タをトランス4の2次側に設置する必要はない。この場
合においても、並列インダクタ61、直列インダクタ7
1には、それぞれ式(11)、式(12)で表されるイ
ンダクタンスに設定することにより共振回路を構成する
ことができる。 Ls2=1/C1(2πf)2)/m2 ・・・(11) Lp2=1/C2(2πf)2)/m2 ・・・(12) 但し、Ls2:直列インダクタ71のインダクタンス Lp2:並列インダクタ61のインダクタンス
【0062】以上のように、この実施の形態11によれ
ば、並列インダクタ61、直列インダクタ71、スイッ
チング素子8をトランス4の1次側に配置しても実施の
形態1,6と同様の効果を得ることができ、しかも実施
の形態2と同様に耐電圧の低い素子を用いることもでき
る。
【0063】実施の形態12.図13はこの発明の実施
の形態12によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図
である。図13において、73は放電負荷5、トランス
4の2次側巻線に対して直列に接続されてインダクタン
スが可変する直列インダクタである。尚、実施の形態1
と同一要素については同一符号を付して説明を省略す
る。
【0064】次に動作について説明する。実施の形態5
において説明したように放電負荷5は放電することによ
り、その容量が変化する。実施の形態5では、これに合
わせて並列インダクタ6のインダクタンスLpを可変す
るようにしたが、実施の形態12では、直列インダクタ
73のインダクタンスを可変するようにする。また、並
列インダクタ61、直列インダクタ73にそれぞれ式
(13)、式(14)に表されたインダクタンスをほぼ
満足するようにして、放電のオン、オフに同期して直列
インダクタ73の等価的な値を変化させる方法も有効で
ある。 Lp3=1/(C1(2πf)2) ・・・(13) Ls3=1/(C2(2πf)2) ・・・(14) 但し、Ls3:直列インダクタ73のインダクタンス Lp3:並列インダクタ61のインダクタンス 理想的には、非放電時に式(14)を満足し、放電時に
は、Ls3=0となることが望ましい。
【0065】以上のように、この実施の形態12によれ
ば、放電負荷5に対して直列インダクタ73の容量を変
化するようにしたので、放電電力によらず高い力率を得
ることができるといった効果を得ることができる。
【0066】実施の形態13.図14はこの発明の実施
の形態13によるプラズマ発生用電源装置を示す回路図
であり、この実施の形態13は、直列インダクタを過飽
和リアクトルとして構成したものである。図14におい
て、74は放電負荷5、トランス4の2次側巻線に対し
て直列に接続された過飽和リアクトルとしての過飽和イ
ンダクタである。この過飽和インダクタ74のコアをフ
ェライトもしくは鉄等によって構成する。また、この過
飽和インダクタ74の磁束の飽和条件を放電の開始条件
と一致させるようにしておく。即ち、図15に示すよう
に、過飽和インダクタ74の磁束が飽和する電圧時間積
Vtのしきい値Vt0を、放電開始と一致するように設
定しておく。尚、実施の形態1と同一要素については同
一符号を付して説明を省略する。
【0067】次に動作について説明する。図15に示す
ように、過飽和インダクタ74の両端の電圧vと時間t
の積がしきい値Vt0以下であるときは、過飽和インダ
クタ74の磁束は非飽和となる。非飽和状態でのインダ
クタンスは式(11)によって表される。過飽和インダ
クタ74の磁束の飽和条件を放電の開始条件と一致して
いるので、放電負荷5の放電が開始すると過飽和インダ
クタ74の両端の電圧vと時間tの積がしきい値Vt0
を超え、過飽和インダクタ74の磁束が飽和する。飽和
状態では過飽和インダクタ74のインダクタンスが変化
してLs3≒0となる。
【0068】以上のように、この実施の形態13によれ
ば、過飽和リアクトルを用いてインダクタンスを変化さ
せることができ、スイッチング素子8を設ける必要がな
くなり、安価な電源システムを供給できるといった効果
が得られる。また、放電の開始条件と磁束の飽和条件が
一致しているため、放電が開始すると、電圧と時間の積
で自然に磁束が飽和し、効率の高い電源システムを供給
できる。
【0069】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、放電
負荷に対して並列に接続された並列インダクタと、前記
放電負荷に対して直列に接続された直列インダクタとを
備えて構成したので、並列インダクタ単独の場合より
も、放電負荷の変化に対して安定な力率改善が可能にな
り、誘電体の静電容量に対してガスの静電容量が無視で
きないような装置においても、力率を高くすることがで
き、小型で安価な電源装置を得ることができるといった
効果を得ることができる。
【0070】この発明によれば、並列インダクタ及び直
列インダクタをトランスの2次側に接続するように構成
したので、トランスの2次側に配置された放電負荷との
間で直接作用し、力率を向上させることができる効果が
ある。
【0071】この発明によれば、並列インダクタ及び直
列インダクタをトランスの1次側に接続したように構成
したので、耐電圧の低い素子を用いることができる効果
がある。
【0072】この発明によれば、直列インダクタ及び並
列インダクタは、式(1)を満足するインダクタンスを
有し、放電負荷の合成容量と共振するように構成したの
で、力率の改善度合いを高く設計することができる効果
がある。
【0073】この発明によれば、直列インダクタはトラ
ンスの漏れインダクタンスを利用するように構成したの
で、新たに直列にインダクタを入れる必要がなく、安価
な装置を提供することができる効果がある。
【0074】この発明によれば、直列インダクタ式
(2)を満足するインダクタンスを有し、並列インダク
タは、当該インダクタンスが非放電時には式(3)の値
を満足し、放電時には、式(3)の値未満に変化するよ
うに構成したので、放電電力によらず高い力率を得るこ
とができる効果がある。
【0075】この発明によれば、並列インダクタと直列
に接続され、非放電時にこの並列インダクタの回路を閉
じ、放電時に回路を開くスイッチング手段を備えるよう
に構成したので、放電発生の有無に係わらず常に高い力
率を得ることができる効果がある。
【0076】この発明によれば、放電負荷の負荷電圧を
検出する電圧検出手段を備え、スイッチング手段は該電
圧検出手段からの信号に基づいて前記並列インダクタの
回路を開閉するように構成したので、放電発生の有無を
正確に検出することができる。従って、スイッチング手
段に正確な制御信号を送ることができ、精度よく力率を
改善することができるといった効果が得られる。
【0077】この発明によれば、放電負荷の負荷電流を
検出する電流検出手段を備え、スイッチング手段は該電
流検出手段によって検出された電流の変化に基づいて前
記並列インダクタの回路を開閉するように構成したの
で、放電発生の有無を正確に検出してスイッチング手段
に正確な制御信号を送ることができ、精度よく力率を改
善することができるといった効果が得られる。
【0078】この発明によれば、放電の発光を検出する
光検出手段を備え、スイッチング手段は該光検出手段に
よって検出された光の変化に基づいて前記並列インダク
タの回路を開閉するように構成したので、放電発生の有
無を正確に検出してスイッチング手段に正確な制御信号
を送ることができ、精度よく力率を改善することができ
るといった効果が得られる。
【0079】この発明によれば、並列インダクタは式
(4)を満足するインダクタンスを有し、直列インダク
タは、当該インダクタンスが非放電時には式(5)の値
を満足し、放電時には、式(5)の値未満に変化するよ
うに構成したので、放電電力によらず高い力率を得るこ
とができる効果がある。
【0080】この発明によれば、直列インダクタに過飽
和リアクトルを使用するように構成したので、安価な電
源装置を供給することができる効果がある。
【0081】この発明によれば、過飽和リアクトルの飽
和条件を放電開始条件に合わせるように構成したので、
効率の高い電源システムを供給することができる効果が
ある。
【0082】この発明によれば、過飽和リアクトルのコ
アにフェライトもしくは鉄を用い、当該過飽和リアクト
ルの両端電圧と電圧印加時間との積が放電開始条件に合
わせて、設定された所定しきい値を超えたときに磁束が
飽和するように過飽和リアクトルが構成されているの
で、電圧と時間の積で自然に磁束が飽和し、スイッチン
グ手段を用いないでもインダクタンスを変化させること
ができ、安価な電源システムを供給できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるプラズマ発生
用電源装置を示す回路図である。
【図2】 この発明の実施の形態2によるプラズマ発生
用電源装置を示す回路図である。
【図3】 この発明の実施の形態3によるプラズマ発生
用電源装置を示す回路図である。
【図4】 この発明の実施の形態4によるプラズマ発生
用電源装置を示す回路図である。
【図5】 図4のトランスを示す模式図である。
【図6】 この発明の実施の形態5によるプラズマ発生
用電源装置を示す回路図である。
【図7】 この発明の実施の形態6によるプラズマ発生
用電源装置を示す回路図である。
【図8】 この発明の実施の形態7によるプラズマ発生
用電源装置を示す回路図である。
【図9】 この発明の実施の形態8によるプラズマ発生
用電源装置を示す回路図である。
【図10】 この発明の実施の形態9によるプラズマ発
生用電源装置を示す回路図である。
【図11】 この発明の実施の形態10によるプラズマ
発生用電源装置を示す回路図である。
【図12】 この発明の実施の形態11によるプラズマ
発生用電源装置を示す電源回路図である。
【図13】 この発明の実施の形態12によるプラズマ
発生用電源装置を示す回路図である。
【図14】 この発明の実施の形態13によるプラズマ
発生用電源装置を示す回路図である。
【図15】 図14の過飽和インダクタの磁束の非飽
和、飽和状態を示す説明図である。
【図16】 従来のプラズマ発生用電源装置を示す回路
図である。
【図17】 従来の別のプラズマ発生用電源装置を示す
回路図である。
【図18】 放電負荷の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
4 トランス、5 放電負荷、6,61 並列インダク
タ、7,71,73直列インダクタ、8 スイッチング
素子(スイッチング手段)、74 過飽和インダクタ
(過飽和リアクトル)、91 電圧検出素子(電圧検出
手段)、92電流検出素子(電流検出手段)、93 光
検出素子(光検出手段)。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの電極間で等価的に誘電体静電容量
    とガス静電容量とを有し、放電してガスを励起し、プラ
    ズマを発生させる放電負荷に対し、トランスを介して交
    流電力を供給するプラズマ発生用電源装置において、 前記放電負荷に対して並列に接続された並列インダクタ
    と、 前記放電負荷に対して直列に接続された直列インダクタ
    とを備えたことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
  2. 【請求項2】 並列インダクタ及び直列インダクタをト
    ランスの2次側に接続したことを特徴とする請求項1記
    載のプラズマ発生用電源装置。
  3. 【請求項3】 並列インダクタ及び直列インダクタをト
    ランスの1次側に接続したことを特徴とする請求項1記
    載のプラズマ発生用電源装置。
  4. 【請求項4】 直列インダクタ及び並列インダクタは、
    式(1)を満足するインダクタンスを有していることを
    特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項
    記載のプラズマ発生用電源装置。 Lp=Ls=(C1+C2)/(C1×C2×(2πf)2) ・・・(1) 但し、Lp:並列インダクタのインダクタンス Ls:直列インダクタのインダクタンス C1:誘電体静電容量の値 C2:ガス静電容量の値 f:交流電力の周波数
  5. 【請求項5】 直列インダクタはトランスの漏れインダ
    クタンスを利用したものであることを特徴とする請求項
    1から請求項4のうちのいずれか1項記載のプラズマ発
    生用電源装置。
  6. 【請求項6】 直列インダクタが式(2)を満足するイ
    ンダクタンスを有し、並列インダクタは、当該インダク
    タンスが非放電時には式(3)の値を満足し、放電時に
    は、式(3)の値未満に変化するように構成されたこと
    を特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1
    項記載のプラズマ発生用電源装置。 Ls=1/(C1(2πf)2) ・・・(2) Lp=1/(C2(2πf)2) ・・・(3) 但し、Ls:直列インダクタのインダクタンス Lp:並列インダクタのインダクタンス C1:誘電体静電容量の値 C2:ガス静電容量の値 f:交流電力の周波数
  7. 【請求項7】 並列インダクタと直列に接続され、非放
    電時にこの並列インダクタの回路を閉じ、放電時にこの
    並列インダクタの回路を開くスイッチング手段を備えた
    ことを特徴とする請求項6記載のプラズマ発生用電源装
    置。
  8. 【請求項8】 放電負荷の負荷電圧を検出する電圧検出
    手段を備え、スイッチング手段は該電圧検出手段からの
    信号に基づいて前記並列インダクタの回路を開閉するこ
    とを特徴とする請求項7記載のプラズマ発生用電源装
    置。
  9. 【請求項9】 放電負荷の負荷電流を検出する電流検出
    手段を備え、スイッチング手段は該電流検出手段によっ
    て検出された電流の変化に基づいて前記並列インダクタ
    の回路を開閉することを特徴とする請求項7記載のプラ
    ズマ発生用電源装置。
  10. 【請求項10】 放電の発光を検出する光検出手段を備
    え、スイッチング手段は該光検出手段によって検出され
    た光の変化に基づいて前記並列インダクタの回路を開閉
    することを特徴とする請求項7記載のプラズマ発生用電
    源装置。
  11. 【請求項11】 並列インダクタは式(4)を満足する
    インダクタンスを有し、直列インダクタは、当該インダ
    クタンスが非放電時には式(5)の値を満足し、放電時
    には、式(5)の値未満に変化するように構成されたこ
    とを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか
    1項記載のプラズマ発生用電源装置。 Lp=1/(C2(2πf)2) ・・・(4) Ls=1/(C1(2πf)2) ・・・(5) 但し、Ls:直列インダクタのインダクタンス Lp:並列インダクタのインダクタンス C1:誘電体静電容量の値 C2:ガス静電容量の値 f:交流電力の周波数
  12. 【請求項12】 直列インダクタに過飽和リアクトルを
    使用したことを特徴とする請求項11記載のプラズマ発
    生用電源装置。
  13. 【請求項13】 過飽和リアクトルの飽和条件を放電開
    始条件に合わせたことを特徴とする請求項12記載のプ
    ラズマ発生用電源装置。
  14. 【請求項14】 過飽和リアクトルのコアにフェライト
    もしくは鉄を用い、過飽和リアクトルが、当該過飽和リ
    アクトルの両端電圧と電圧印加時間との積が放電開始条
    件に合わせて、設定された所定しきい値を超えたときに
    磁束が飽和するように構成されていることを特徴とする
    請求項13記載のプラズマ発生用電源装置。
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