KR101362501B1 - 펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 장치 및 그 고전압 인가 방법 - Google Patents

펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 장치 및 그 고전압 인가 방법 Download PDF

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Abstract

펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 장치에 있어서, 용량성 부하(1)에 대하여 펄스 트랜스(4)를 통해, 상승이 급격한 펄스형 피크를 갖는 펄스 폭(τ0)의 고전압을 인가하도록 되어 있고, 그 때에, 용량성 부하(1)의 커패시턴스(C1)와 펄스 트랜스(4)의 2차측 누설 인덕턴스(L1)와의 관계는 L1=(τ0/π)2×(1/C1)을 만족한다. 이에 따라, 펄스 트랜스를 통해 용량성 부하에 펄스형 피크를 갖는 고전압을 인가하는 데 있어서, 펄스형 피크를 증대하고, 또한 임의의 펄스 반복 주파수를 인가하는 것을 가능하게 한다.

Description

펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 장치 및 그 고전압 인가 방법{DEVICE FOR APPLYING HIGH VOLTAGE USING PULSE VOLTAGE, AND METHOD OF APPLYING HIGH VOLTAGE}
본 발명은, 오존 발생 등을 위해 이용하는 플라즈마 발생 전원용으로서의, 펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 장치 및 그 고전압 인가 방법에 관한 것이다.
오존 발생 등을 위해 이용하는 플라즈마 발생 전원 장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 전원 장치로서 특허문헌 1이나 특허문헌 2가 알려져 있다. 한편, 본원 출원인은, 2006년 12월 28일자로, 고전압 인가 장치로서, 특허문헌 3에 개시되는 출원을 행하고 있다.
특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시되는 구성은, 용량성 부하에 고전압을 인가시키기 위해서, 말하자면 정현파에 대응하는 교번(交番) 전압이 공급되는 트랜스를 이용하여, 이 트랜스의 2차측에 접속되는 용량성 부하에 대하여 이 용량성 부하에 인덕턴스가 접속되는 형태로 구성되며, 이 용량성 부하와 인덕턴스의 공진 주파수에 해당하는 주파수를 갖는 교번 전압을 트랜스에 공급시키도록 하고 있다.
이것에 대하여 특허문헌 3에서는, 펄스 트랜스를 통해 용량성 부하가 접속되어 있는 구성 하에서, 상승이 급격하고 하강이 완만한, 말하자면 삼각파 형상의 고전압을 발생시켜, 정해진 반복 기간을 갖는 교번하는 펄스파 전압을 이용하여 고전압을 인가시키고 있다.
또한, 이 용량성 부하에 대하여 고전압을 인가하는 고전압 인가 장치는, 예컨대 연소 배출 가스 내의 질소 산화물(NOx)이나 황 산화물(SOx)을 제거하는 데 있어서, 스트리머 방전이나 글로우 방전 등의 저온 플라즈마를 이용하는 방법이 고려되고 있고, 이 경우에, 질소 산화물이나 황 산화물을 제거하는 수단으로서 이용된다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2005-340185호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2005-63760호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2008-167584호 공보
특허문헌 3에 개시되는 구성에서는, 전원 장치로서, 스위칭 소자를 이용함으로써, 펄스 트랜스를 통해 상승이 급격한 삼각파 전압을 인가하도록 하고 있다. 그러나, 상승을 급격하게 한다고 하더라도, 회로 설계 상에 한계가 있어, 파형의 상승 시간(상승에 필요한 시간) T(rise)는, 도 3에 후술하는 바와 같이, 파형의 상승 시간 T(rise)[도시되는 (a)의 기간]는 하기 식으로 부여되는 바와 같이, 회로 설계 상의 지연이 존재한다.
T(rise)=T(rㆍdelay )+5τ(rise)
단, T(rㆍdelay ): PWM 스위칭 조절기 IC와 원샷 IC와 포토 커플러와 반도체 스위칭 소자(SW)와의 상승 지연 시간의 합계.
τ(rise): 용량성 부하(1)의 등가 정전 용량(C)과, 스위칭 회로나 전류 제한용 인덕턴스나 펄스 트랜스나 배선 등의 합성 저항값(Rt)에 의한 시정수(이 시정수에 「4.605」를 곱함으로써 피크값의 99%의 값이 되기 때문에, 시정수에 「5」를 곱함으로써, 피크값에 도달하는 시간이 되는 것으로 함).
본 발명은, 상기 특허문헌 3에 개시되는 부분의, 정해진 기간의 펄스 성분을 갖는 교번 전압을 인가하는 구성 하에서, 상기 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시되는 부분의 말하자면 공진 현상과는 무관하게, 보다 고전압을 발생시켜, 임의의 펄스 반복 주파수를 용량성 부하에 인가시키는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1은 본 발명의 전체의 일 실시예 구성을 나타낸다.
도면 중의 도면 부호 1은 용량성 부하로서 방전하여 가스를 여기하고 플라즈마를 발생시키는 유전체 배리어 방전 리액터(DBD Load), 도면 부호 2는 직류 전압 공급 회로로서 정류 회로와 평활 회로를 갖는 것, 도면 부호 3은 스위칭 회로로서 복수의 스위칭 소자(SWi)를 이용하고 있는 인버터를 구성하고 있는 것, 도면 부호 4는 펄스 트랜스이다.
또한, 스위칭 소자(SWi)는, 바람직하게는 MOS-FET를 사용하고, IGBT, 트랜지스터 등의 반도체 스위칭 소자여도 좋다.
또한, 도면 부호 5는 전류 검출기, 도면 부호 6은 증폭 회로로서 검출된 직류 전류 성분에 비례한 비례 전압 성분과 이 직류 전류 성분을 정해진 시정수를 가지고 적분한 적분 전압 성분을 얻고 있는 것, 도면 부호 7은 OR 회로로서 비례 전압 성분과 적분 전압 성분 중 어느 큰 성분을 추출하는 것이다.
또한, 도면 부호 8은 발진 회로로서 설정된 주기로 예컨대 듀티비 50%의 구형파(矩形波)를 발진하지만, 상기 OR 회로(7)의 출력의 크기에 따라 듀티비 50% 이하의 구형파를 예컨대 25%의 구형파를 출력하도록 제어할 수 있고, 또한, 상기 OR 회로(7)의 출력이 한도를 초과하여 커지는 경우에, 듀티비 0%의 구형파(즉, 발진 정지)를 출력하도록 설정되어 있는 것이다.
다음으로 도면 부호 9는 단펄스 발생 회로로서, 발진 회로(8)로부터의 출력의 상승 점을 기준으로 하여, 미리 정해진 예컨대 듀티비 10%의 구형파를 발생하는 것이다. 또한, 도면 부호 10은 게이트 드라이브 회로로서, 단펄스 발생 회로(9)의 출력을 수신하여 상기 스위칭 소자(SWi)에 대한 게이트 제어 신호를 발생하는 것이다.
스위칭 회로(3)에서는, 원리적으로 말하면, 스위칭 소자(SW1과 SW4)가 온됨으로써, 펄스 트랜스(4)에 도시된 위쪽에서부터 아래쪽으로 향하는 전류가 공급되고, 반대로 스위칭 소자(SW2와 SW3)가 온됨으로써, 펄스 트랜스(4)에 도시된 아래쪽에서부터 위쪽으로 향하는 전류가 공급된다. 즉, 용량성 부하(1)에 대하여, 상승이 급격하고 하강이 비교적 완만한, 양극성 삼각파와 음극성 삼각파가, 상기 발진 회로(8)의 발진 주파수에 대응하여 인가된다.
바꾸어 말하면, 단펄스 발생 회로(9)로부터의 구형파의 듀티비가 50% 이하의 값이기 때문에, 전술한 상승이 급격하고 하강이 비교적 완만한 삼각파가 인가되게 된다.
도 1에 도시된 펄스 트랜스(4)의 2차측 전압은, 상기 삼각파 전압, 즉 하기 (i)과 (ii)의 성분을 갖는 교번 전압이 되어, 이 교번 전압이 용량성 부하(1)에 인가된다.
(i) 급격한 상승에 대응하는 펄스파 성분
(ii) 완만한 하강에 대응하는 감쇠파 성분
이 때, 용량성 부하(1)의 커패시턴스(C1)로 하면, 본 발명에 있어서 펄스 트랜스(4)의 2차측 누설 인덕턴스(L1)와, 펄스파 성분의 펄스 폭(τ0)의 관계는 하기 식을 만족하는 값이 되도록 설정한다.
L1=(τ0/π)2×(1/C1) ···(1)
즉, 용량성 부하(1)의 커패시턴스(C1)에 의해, 펄스의 반복 주기에 관계없이, 상기 펄스 폭(τ0)으로, 펄스 트랜스(4)의 2차측 누설 인덕턴스를 선정하거나 또는 펄스 트랜스(4)의 2차측 누설 인덕턴스에 의해 펄스 폭(τ0)을 결정한다.
본 발명에서는, 상승이 급격한 삼각파 전압으로서 얻어지는, 펄스 폭(τ0)에서의 펄스의 반복 주기인 교번 전압을 생성한 후에, 이 교번 전압에서의 부분의, 최대의 전력 효율과 출력 전압이 임의의 반복 주기로 고전압을 용량성 부하에 인가시킬 수 있게 되어, 이 결과, 예컨대 배출 가스 내의 질소 산화물이나 황 산화물을 작은 투입 전력으로 제거하는 것이 가능하게 된다. 또한, 용량성 부하에 고전압을 공급하는 트랜스의 소형화, 경량화 및 저비용을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전체의 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.(제1 실시예)
도 2는 각부의 파형도를 나타낸 것이다.(제1 실시예)
도 3은 스위칭 소자를 온ㆍ오프하는 타이밍에 의해 용량성 부하에 인가되는 고전압 파형을 나타낸 것이다.(제1 실시예)
도 4는 도 1에 도시된 증폭 회로와 OR 회로에 대한 원리적인 구성도를 나타낸 것이다.(제1 실시예)
도 5는 발진 회로가 출력하는 구형파의 듀티비를 설명한 도면이다.(제1 실시예)
도 6은 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스[H]를 선택시켜 펄스 트랜스 출력 전압 피크값[kVpp]을 측정하여 플롯한 도면이다.(제1 실시예)
도 7은 도 6에서의 점 [1]에 대응하는 값을 갖는 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스가 선택되고 있는 경우의, 도 1에 도시된 용량성 부하(1)에 인가되는 전압 파형을 나타낸 도면이다.(제1 실시예)
도 8은 도 6에서의 점 [3]에 대응하는 값을 갖는 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스가 선택되고 있는 경우의, 도 1에 도시된 용량성 부하(1)에 인가되는 전압 파형을 나타낸 도면이다.(제1 실시예)
도 9는 도 6에서의 점 [4]에 대응하는 값을 갖는 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스가 선택되고 있는 경우의, 도 1에 도시된 용량성 부하(1)에 인가되는 전압 파형을 나타낸 도면이다.(제1 실시예)
본 발명의 실시예를, 첨부 도면에 기초하여 이하에 설명한다.
실시예 1
본 발명의 고전압 인가 장치는, 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 갖지만, 도 2는 각부의 파형도를 나타내고 있다.
[1], [2] : 발진 회로(8)는, 위상이 어긋난 2개의 구형파를 발진한다. 도시되는 「발진 회로 출력 신호 1」과 「발진 회로 출력 신호 2」 사이에는, 실제로는, 정해진 「동시 오프 기간」이 존재하고 있지만, 본 명세서에서는 간단하게 하기 위해 이러한 경우도 듀티비 50%의 구형파라고 부르고 있다.
[3], [4] : 단펄스 발생 회로(9)는, 도시되는 「발진 회로 출력 신호 1」과 「발진 회로 출력 신호 2」는 각각의 상승 타이밍에 대응하여 상승하는 단펄스를 발생한다. 즉, 도시되는 「단펄스 발생 회로 출력 신호 1」과 「단펄스 발생 회로 출력 신호 2」를 발생한다.
[5], [6], [7], [8] : 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)에 인가되는 게이트 신호는, 「단펄스 발생 회로 출력 신호 1」과 「단펄스 발생 회로 출력 신호 2」에 기초하여 나타낸 바와 같은 것이 된다.
[9] : 용량성 부하에는, 펄스 트랜스(4)가 개재되어, 상승이 급격하고 하강이 완만한, 양극성과 음극성의 삼각파가 인가되게 된다.
도 3은 스위칭 소자를 온ㆍ오프하는 타이밍에 의해 용량성 부하에 인가되는 고전압 파형을 나타내고 있다.
예컨대 스위칭 소자(SW1과 SW4)가 온되는 타이밍이 도시되는 (a)의 시작점의 시점(時點)이고 또한 오프되는 타이밍이 도시되는 (b)의 종점의 시점이라고 하면, 도 3에 도시된 파형의 상승 시간 T(rise)[도시되는 (a)의 기간]는 하기 식으로 부여된다.
T(rise)=T(rㆍdelay)+5τ(rise)
단, T(rㆍdelay): PWM 스위칭 조절기 IC와 원샷 IC와 포토 커플러와 반도체 스위칭 소자(SW)와의 상승 지연 시간의 합계.
τ(rise): 용량성 부하(1)의 등가 정전 용량(C)과, 스위칭 회로나 펄스 트랜스나 배선 등의 합성 저항값(Rt)에 의한 시정수(이 시정수에 「4.605」를 곱함으로써, 피크값의 99%의 값이 되기 때문에, 시정수에 「5」를 곱함으로써, 피크값에 도달하는 시간이 되는 것으로 함).
또한, 피크 전압 유지 시간 T(peak)[도시되는 (b)의 기간]는
T(peak)=T(on)-T(rise)
단, T(on): 단펄스 발생 회로에서 설정한 펄스 폭이다[또한, T(peak)와 T(rise)의 합이, 후술하는 하강 시간 T(fall)보다 작도록 T(on)를 설정함].
또한, 스위칭 소자(SW1과 SW4)가 오프되는 타이밍이 도시되는 (c)의 시작점의 시점이라고 하면, 도 3에 도시된 파형의 하강 시간 T(fall)[도시되는 (c)의 기간]는
T(fall)=T(fㆍdelay)+5τ(fall)
단, T(fㆍdelay): PWM 스위칭 조절기 IC와 원샷 IC와 포토 커플러와 반도체 스위칭 소자(SW)와의 하강 지연 시간의 합계.
τ(fall): 용량성 부하(1)의 등가 정전 용량(C)과, 용량성 부하(1)의 저항(RB)에 의한 시정수(이 경우도 「5」를 곱함으로써 0 레벨에 도달하는 시간이 되는 것으로 함).
도 4는 도 1에 도시된 증폭 회로와 OR 회로에 대한 원리적인 구성도를 나타내고 있다. 도면 중의 도면 부호 6, 7은 도 1에 대응하고, 도면 부호 6-10과 6-11은 증폭기, 도면 부호 6-20은 CR 회로를 갖는 시정수 회로로 적분 회로부에 대응하는 것, 도면 부호 6-21은 저항 회로를 갖는 비례 회로부, 도면 부호 7-10과 7-11은 다이오드, 도면 부호 7-2는 분압 회로를 나타내고 있다.
증폭 회로(6)에 공급되는 부분의, 전류 검출기(5)로 검출된 직류 전류 성분은, 비례 회로부(6-21)를 통해 증폭기(6-11)에 입력되고, 비례 전압 성분으로서 출력된다. 또한, 이 검출된 직류 전류 성분은, 적분 회로부(6-20)를 통해 증폭기(6-10)에 입력되고, 적분 전압 성분으로서 출력된다.
양자의 전압 성분은, 다이오드(7-10, 7-11)와 분압 회로(7-2)에 의해 구성되는 OR 회로(7)에 입력되며, 주지한 바와 같이, 어느 큰 값을 갖는 성분이 선택되고, 분압되어 출력된다. 이 분압된 출력은, 도 1에 도시된 발진 회로(8)에 공급된다.
전술한 바와 같이, 상승이 급격한 고전압이 용량성 부하(1)에 인가될 때, 이 용량성 부하(1)에 대하여 큰 돌입 전류가 유입된다. 이 돌입 전류에 대응하는 형태로, 도 1에 도시된 전류 검출기(5)로부터 출력되는 직류 전류 성분도 순간적으로 커지지만 돌입 전류가 작게 됨에 따라 이 직류 전류 성분도 작게 된다. 이 결과, 돌입 전류에 대응하는 경우의 비례 전압 성분과 적분 전압 성분이 OR 회로(7)에 공급된 경우에도, 도 4에 도시된 분압 회로(7-2)로부터의 출력은, 말하자면 피크값이 일시적으로 증대하기만 하는 전압으로 되어 있다.
이것에 대하여, 만일 용량성 부하(1)에 있어서 단락이 발생하는 경우에는, 이 단락에 따르는 단락 전류는 충분히 크고 또한 시간적으로 지속된다. 이것으로부터, 전류 검출기(5)로 검출되는 이 단락 전류에 대응하는 직류 전류 성분의 경우에는, OR 회로(7)에서의 분압 회로(7-2)로부터의 출력은 정해진 레벨을 초과하여 지속되는 전압으로 되어 있다.
도 5는 발진 회로가 출력하는 구형파의 듀티비를 설명한 도면이다.
발진 회로(8)(도 1에 도시함)의 구성과, 발진 회로(8)가 출력하는 구형파의 발진 주파수에 대해서는 후술하지만, 도 5의 좌측에 나타낸 바와 같이, 발진 회로(8)에 의해 발진되는 구형파의 듀티비는, 전술한 OR 회로(7)로부터 공급되는 전압이 도시되는 v1 이하인 경우에는, 듀티비 50%가 되도록 이루어지고, OR 회로(7)로부터 공급되는 전압이 v2 혹은 v2 이상인 경우에는, 듀티비 0%(즉, 발진 정지)가 되도록 이루어지며, OR 회로(7)로부터 공급되는 전압이 도시되는 v1을 초과하고 또한 v2보다 작은 경우에는, 듀티비 25%가 되도록 되어 있다.
전술한 바와 같이, 용량성 부하(1)에 유입되는 돌입 전류의 경우에는, OR 회로(7)로부터의 출력은, 도 5의 좌측에 「돌입 전류 부분」으로서 나타내고 있는 바와 같이, 순간적으로는, 전술한 전압 v1을 초과하는 경우도 있지만, 전압 v2에 도달하는 경우는 없고(도달하지 않게 설계되어 있음), 단락이 발생한 경우에는, 도 5의 좌측에 「단락 전류 부분」이라고 나타내고 있는 바와 같이, OR 회로(7)로부터의 출력은 전압 v2를 초과해 버린다.
이것으로부터, 도 1에 도시된 구성의 경우에, 단락이 발생한 경우에는, 발진 회로(8)는 발진을 정지하고(즉, 듀티비 0%가 되고), 한편, 돌입 전류가 다소 커졌다고 해도 발진 회로(8)는 듀티비 50%의 구형파가 일시적으로 듀티비 25%의 구형파가 될 뿐이며, 발진은 지속된다.
전술한 바와 같이, 발진 회로(8)로부터의 출력에 기초하여, 단펄스 발생 회로(9)가 정해진 듀티비를 갖는 단펄스를 발생하기 때문에, 전술한 바와 같이 발진 회로(8)의 듀티비가 50%로부터 25%로 변화되더라도, 도면에 나타내는 게이트 드라이브 회로(10)에 공급되는 펄스파의 듀티비에 변화는 없다. 그러나, 단락이 발생한 경우에, 발진 회로(8)는 발진 정지가 되고, 단펄스 발생 회로(9)도 단펄스를 발생하지 않게 되어, 결과적으로, 스위칭 회로(3)에서의 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)의 온ㆍ오프 동작은 정지한다.
본 발명에서는, 용량성 부하(1)의 커패시턴스(C1)로 하면, 펄스 트랜스(4)의 2차측 누설 인덕턴스(L1)는, 펄스파 성분의 펄스 폭(τ0)으로부터, 하기의 값이 된다.
L1=(τ0/π)2×(1/C1)
즉, 용량성 부하(1)의 커패시턴스(C1)에 의해, 펄스의 반복 주기에 관계없이 상기 펄스 폭(τ0)으로, 펄스 트랜스(4)의 2차측 누설 인덕턴스를 선정한다.
또한, 본원에서 말하는 「펄스 트랜스(4)의 2차측 누설 인덕턴스(L1)」란, 펄스 트랜스(4)의 2차측에서의 리드선이나 이 2차측에 부가적으로 삽입된 인덕턴스 소자(도시하지 않음)를 포함시킨 「등가적인 인덕턴스」를 의미하고 있다.
또한, 용량성 부하(1)의 커패시턴스(C1)로서, 펄스 트랜스(4)에서의 2차측 누설 인덕턴스(L1)라면, 펄스파 성분의 펄스 폭(τ0)은, 하기와 같이 되도록 단펄스 발생 회로(9)를 조정한다.
τ0=π√L1√C1
추가로 말하면, 후술하는 도 8에서 나타낸 바와 같이 만일, 펄스폭 τ0=10 μs, 부하의 커패시턴스 C1=200 pF로 했을 경우의 고전압 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스(L1)의 값은, 하기와 같이 된다.
L1=(τ0 /π)2×(1/C1)
=0.0507[H]
=50.7[mH]
도 6은 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스[H]를 선택시켜 펄스 트랜스 출력 전압 피크값[kVpp]을 측정하여 플롯한 도면이다.
도 6에서의 곡선은 상기 플롯점을 평활하게 연결한 선이다.
도 7 내지 도 9는 각각 도 6에서의 점 [1], [3] 및 [4]에 대응하는 값을 갖는 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스가 선택되어 있는 경우의, 도 1에 도시된 용량성 부하(1)에 인가되는 전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 7에서는, 도 6에 도시된 점선에 대응하는 최적이라고 생각되는 부분의, 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스로부터, 이 인덕턴스가 적은 방향으로 어긋나 있는 경우의 파형을 나타내고 있다. 도 2에 도시된 「[9] DBD 부하 출력」으로서 나타내는 파형이 현실에서는 도 7에 도시된 파형이 되어 관측되고 있다.
도 8에서는, 도 6에 도시된 점선에 대응하는 최적이라고 생각되는 부분의, 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스에 비교적 가까운 경우의 파형을 나타내고 있다.
도 9에서는, 도 6에 도시된 점선에 대응하는 최적이라고 생각되는 부분의, 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스로부터 큰 방향으로 어긋나 버리고 있는 경우의 파형을 나타내고 있다.
본원 청구항 1에서 말하는 「상기 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스와 상기 용량성 부하의 커패시턴스에서 발생하는 진동 전압의 반사이클분이, 상기 스위칭 소자가 온ㆍ오프되는 그 온 기간의 펄스 폭에 대응하는 값이 되도록, 상기 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스의 값이 부여되어 이루어진다」인 표현에 있어서의 『대응하는 값이 되도록』이란, 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스가 도 6에 도시된 점 [1]로부터 점 [4]의 범위 내에 있도록 선택되고 있는 것을 의미한다. 이 점 [1]이나 점 [4]로 선택되어 있는 경우에는, 상기 인덕턴스가 최적의 값으로 선택되고 있는 경우에 있어서 얻어지는 트랜스 출력 전압[kVpp]의 값의 대략 절반의 값을 출력하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본원 발명에서는, 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스와 용량성 부하의 커패시턴스에서 발생하는 진동파가, 도 2에 도시된 「[9] DBD 부하 출력」으로서 나타내는 삼각파 형상 파형 전체에서의 반복 주기에 공진하는 형태가 아니라, 바람직하게는, 상기 삼각파 형상 파형에서의 선두의 펄스형의 성분의 펄스 폭(τ0)에 알맞은 반사이클을 갖도록 설계되어 있다. 이 때문에, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 용량성 부하(1)에 인가되는 전압의 피크값이 크게 증대되는 것으로 되어 있다.
또한, 본원 발명의 경우에는, 용량성 부하(1)에 인가되는 양 피크와 음 피크와의 반복 주기를 변화시킨 경우에 있어서도, 하기 식으로 부여되는 조건은, 변화시킬 필요가 없다. 즉, 펄스 반복 주기를, 임의로 변화시켜도, 높은 피크값 전압이 인가되는 것으로 되어 있다.
L1=(τ0/π)2×(1/C1)
이것은, 도 1과 관련하여 설명한 부분의, 직류 전류 성분의 크기에 대응하여 듀티비를 변화시키는 구성이 원하지 않는 영향을 부여하는 것으로는 되지 않는 것을 나타내고 있다.
물론, 상기 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시되는 것에 있어서는, 상기 특허문헌 1이나 특허문헌 2에서의 회로 상에서 발생하는 커패시턴스와 인덕턴스에서 생기는 공진 주파수의 주기와, 용량성 부하(1)에 인가되는 양 피크와 음 피크와의 반복 주기가 1:1로 대응되어 버리고 있다.
1 : 용량성 부하 2 : 직류 전압 공급 회로
3 : 스위칭 회로 4 : 펄스 트랜스
5 : 전류 검출기 6 : 증폭 회로
7 : OR 회로 8 : 발진 회로
9 : 단펄스 발생 회로 10 : 게이트 드라이브 회로

Claims (3)

  1. 용량성 부하에 대하여, 상승이 급격한 고전압을 인가하는 부분의 펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 장치로서,
    용량성 부하에 대하여, 펄스 트랜스를 통해 상승이 급격한 펄스파를 공급하는 스위칭 회로를 구비한, 펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 장치에 있어서,
    상기 스위칭 회로는, 게이트 제어에 의해 온ㆍ오프되는 복수의 스위칭 소자를 가지며,
    미리 정해진 듀티비 α%와, 듀티비 0%와, 그 듀티비 α%로부터 듀티비 0%까지의 사이에서의 적어도 중간 듀티비 β(α>β>0)%의 신호를 발생할 수 있는 발진 회로를 더 구비하며,
    그 발진 회로로부터의 구형파(矩形波)의 출력의 상승에 대응하여, 미리 정해진 기간만큼 온(on) 전압을 발생하는 단펄스가 발생되고, 그 단펄스에 기초하여 상기 스위칭 소자가 게이트 제어되며,
    상기 스위칭 회로의 출력이, 펄스 트랜스를 통해 상기 용량성 부하에 펄스 전압을 인가하도록 구성되고,
    하기의 식을 만족하도록 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스(L1)와, 펄스파의 펄스 폭(τ0)의 값을 부여하는 것을 특징으로 하는 펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 장치
    [L1=(τ0/π)2×(1/C1)
    여기서, C1: 용량성 부하의 커패시턴스].
  2. 제1항에 있어서, 상기 발진 회로는, 상기 스위칭 회로에 유입되는 직류 전류 성분에 대한, 그 직류 전류 성분에 비례하는 비례 전압 성분과,
    상기 직류 전류 성분을 정해진 시정수를 가지고 적분한 적분 전압 성분
    중 어느 큰 전압 성분의 크기에 대응하여,
    미리 정해진 듀티비 α%와, 듀티비 0%와, 그 듀티비 α%로부터 듀티비 0%까지의 사이에서의 적어도 중간 듀티비 β(α>β>0)%를 취할 수 있는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 장치.
  3. 용량성 부하에 대하여, 상승이 급격한 고전압을 인가하는 부분의 펄스 전압을 이용하기 위해서,
    펄스 트랜스를 통해 상승이 급격한 펄스파를 공급하고,
    게이트 제어에 의해 온ㆍ오프되는 복수의 스위칭 소자를 갖는 스위칭 회로와 함께,
    미리 정해진 듀티비 α%와, 듀티비 0%와, 그 듀티비 α%로부터 듀티비 0%까지의 사이에서의 적어도 중간 듀티비 β(α>β>0)%의 신호를 발생할 수 있는 발진 회로가 이용되며,
    상기 발진 회로로부터의 구형파의 출력의 상승에 대응하여, 미리 정해진 기간만큼 온 전압을 발생하는 단펄스가 발생되고, 그 단펄스에 기초하여 상기 스위칭 소자가 게이트 제어되며,
    상기 스위칭 회로의 출력이, 펄스 트랜스를 통해 상기 용량성 부하에 펄스 전압을 인가하도록 구성된 장치에 의해 고전압을 인가하는 방법에 있어서,
    하기의 식을 만족하도록 펄스 트랜스의 2차측 누설 인덕턴스(L1)와, 펄스파의 펄스 폭(τ0)의 값을 부여하는 것을 특징으로 하는 펄스 전압을 이용하는 고전압 인가 방법
    [L1=(τ0/π)2×(1/C1)
    여기서, C1: 용량성 부하의 커패시턴스].
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