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公開番号2024048236
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-08
出願番号2022154163
出願日2022-09-27
発明の名称パルス電源装置
出願人株式会社ダイヘン
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H02M 3/155 20060101AFI20240401BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電圧値および発生時間を様々なパターンで出力する。
【解決手段】パルス電源装置は、N個のDC-DCコンバータと、N個のインバータとを備える。N個のDC-DCコンバータは、第1端子と第2端子との間に直流電圧を発生する。N個のインバータのそれぞれは、対応するDC-DCコンバータにおける第1端子と出力端子との間を短絡または切断する第1スイッチと、対応するDC-DCコンバータにおける第2端子と出力端子との間を短絡または切断する第2スイッチとを含む。N個のDC-DCコンバータのうちの第1のDC-DCコンバータの第2端子は、基準電位に接続される。N個のDC-DCコンバータのうちの第n(nは、2以上、N以下の整数)のDC-DCコンバータの第1端子は、N個のインバータのうちの第(n-1)のインバータにおける出力端子に接続される。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれが第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間に直流電圧を発生するＮ個（Ｎは２以上の整数）のＤＣ－ＤＣコンバータと、
それぞれが出力端子を有し、前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータに一対一で対応して設けられるＮ個のインバータと、
を備え、
前記Ｎ個のインバータのそれぞれは、前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータのうちの対応するＤＣ－ＤＣコンバータにおける前記第１端子と前記出力端子との間を短絡または切断する第１スイッチと、前記対応するＤＣ－ＤＣコンバータにおける前記第２端子と前記出力端子との間を短絡または切断する第２スイッチとを含み、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、相補的にスイッチング動作し、
前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ－ＤＣコンバータの前記第２端子は、基準電位に接続され、
前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータのうちの第ｎ（ｎは、２以上、Ｎ以下の整数）のＤＣ－ＤＣコンバータの前記第１端子は、前記Ｎ個のインバータのうちの第（ｎ－１）のインバータにおける前記出力端子に接続され、且つ、前記第ｎのＤＣ－ＤＣコンバータの２次側整流回路に対して直流的に切断されている
パルス電源装置。
続きを表示（約 580 文字）【請求項２】
前記Ｎ個のインバータのスイッチングタイミングを制御するパルス制御部をさらに備え、
前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれは、スイッチング電源装置であり、
前記第ｎのＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれは、前記パルス制御部による前記Ｎ個のインバータのスイッチングタイミングに基づき、前記第１端子が前記基準電位となったタイミングにおける前記第２端子の電圧を検出し、検出した前記第２端子の電圧に基づき、前記第１端子と前記第２端子との間に発生する直流電圧を安定化させる
請求項１に記載のパルス電源装置。
【請求項３】
前記第１のＤＣ－ＤＣコンバータは、前記第ｎのＤＣ－ＤＣコンバータから発生される直流電圧よりも絶対値が小さい直流電圧を発生する
請求項１に記載のパルス電源装置。
【請求項４】
前記第ｎのＤＣ－ＤＣコンバータの前記第２端子は、前記第１のＤＣ－ＤＣコンバータの前記第１端子とは逆極性の電圧を発生する
請求項３に記載のパルス電源装置。
【請求項５】
前記第ｎのＤＣ－ＤＣコンバータの前記第１端子は、キャパシタを介して前記第ｎのＤＣ－ＤＣコンバータの前記第２端子に接続されている
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のパルス電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス電源装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
３レベル以上の電圧を周期的に切り替えて出力するパルス電源装置として、バイポーラ方式のマルチレベルインバータ（特許文献１）が知られている。バイポーラ方式のマルチレベルインバータは、０Ｖを出力する短絡スイッチと、正側電圧と負側電圧とを切り替えるフルブリッジインバータとを備える。バイポーラ方式のマルチレベルインバータは、０Ｖと、正側電圧と、負側電圧とを周期的に切り替えることができる。しかし、バイポーラ方式のマルチレベルインバータは、正側電圧と負側電圧の絶対値が同一であり、デューティ比も５０％である。このため、バイポーラ方式のマルチレベルインバータは、発生する電圧値およびデューティ比が限定されてしまっていた。
【０００３】
このようなパルス電源装置として、ＮＰＣ（Neutral Point Clamped）方式のマルチレベルインバータも知られている。ＮＰＣ方式のマルチレベルインバータは、スイッチと、ダイオードとを利用したＮＰＣ回路または双方向スイッチ（ＴタイプＮＰＣ）を利用する。ＮＰＣ方式のマルチレベルインバータは、複数のＤＣ－ＤＣコンバータを用いて複数の直流電圧を発生させることにより、絶対値の異なる正側電圧および負側電圧を出力したり、５０％以外のデューティ比で電圧を切り替えたりすることができる。しかし、ＮＰＣ方式のマルチレベルインバータは、絶対値の小さい正側電圧と絶対値の大きい負側電圧を出力するような場合であっても、絶対値の小さい正側電圧をスイッチングするスイッチの耐圧を、絶対値の大きい負側電圧をスイッチングするスイッチと同様に、高くしなければならなかった。正側電圧と負側電圧との大小関係が逆であっても同様である。このため、ＮＰＣ方式のマルチレベルインバータは、スイッチのコストが高くなってしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２００９／１４５０９２号公報
特許第６２２５４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易に且つ少ないコストで、電圧値および発生時間を様々なパターンで出力することができるパルス電源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るパルス電源装置は、それぞれが第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間に直流電圧を発生するＮ個（Ｎは２以上の整数）のＤＣ－ＤＣコンバータと、それぞれが出力端子を有し、前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータに一対一で対応して設けられるＮ個のインバータと、を備え、前記Ｎ個のインバータのそれぞれは、前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータのうちの対応するＤＣ－ＤＣコンバータにおける前記第１端子と前記出力端子との間を短絡または切断する第１スイッチと、前記対応するＤＣ－ＤＣコンバータにおける前記第２端子と前記出力端子との間を短絡または切断する第２スイッチとを含み、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、相補的にスイッチング動作し、前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ－ＤＣコンバータの前記第２端子は、基準電位に接続され、前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータのうちの第ｎ（ｎは、２以上、Ｎ以下の整数）のＤＣ－ＤＣコンバータの前記第１端子は、前記Ｎ個のインバータのうちの第（ｎ－１）のインバータにおける前記出力端子に接続され、且つ、前記第ｎのＤＣ－ＤＣコンバータの２次側整流回路に対して直流的に切断されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易に且つ少ないコストで、電圧値および発生時間を様々なパターンを組み合わせて出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１実施形態に係るパルス電源装置の構成を示す図である。
図２は、第１実施形態のシミュレーション波形の第１例を示す図である。
図３は、第１実施形態のシミュレーション波形の第２例を示す図である。
図４は、第１実施形態のシミュレーション波形の第３例を示す図である。
図５は、第２実施形態に係るパルス電源装置の構成を示す図である。
図６は、第２実施形態のシミュレーション波形を示す図である。
図７は、第ｎのＤＣ－ＤＣコンバータの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、第１実施形態に係るパルス電源装置１０の構成を示す。パルス電源装置１０は、負荷１００に複数のレベルに周期的に変化するパルス出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
を供給する。パルス電源装置１０は、負荷１００のインピーダンスの変動に関わらず目標の電位に安定化されたパルス出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
を出力する。例えば、パルス電源装置１０は、プラズマ発生装置にスイッチングパルスを供給するパルス発生装置として用いられる。
【００１０】
パルス電源装置１０は、第１のＤＣ－ＤＣコンバータ２０－１と、第２のＤＣ－ＤＣコンバータ２０－２と、第１のインバータ２２－１と、第２のインバータ２２－２と、パルス制御部２４とを備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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