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JP2022115369A - 高周波電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】トランスに過剰な電流が流れるのを抑制しつつ、そのトランスに適切な電流を流すことができる高周波電源装置を提供する。【解決手段】 直流電源（１）と、ＬＣ共振回路（５）と、スイッチング回路（３）と、トランス（６）とを備える自励発振方式の高周波電源装置である。ＬＣ共振回路は、プラズマ生成用の誘導コイル（５１）及びコンデンサ（５２）を含む。スイッチング回路は、直流電源から供給される直流電力をスイッチングしてＬＣ共振回路に与える半導体素子（３１）を含む。トランスは、ＬＣ共振回路に含まれる１次コイル（５３）、及び、半導体素子をオン／オフさせるために当該半導体素子に接続される２次コイル（３３）を有する。トランスは、１次コイル及び前記２次コイルを同軸上に有する同軸構造で形成され、ＬＣ共振回路は、１次コイルに対して並列に接続される抵抗体（５４）を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、自励発振方式の高周波電源装置に関するものである。
従来の自励発振方式の高周波電源の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１で開示されている高周波電源装置のトランスは、１次コイル及び２次コイルが同軸構造になるように形成される。また、高周波電源装置の半導体は、トランスを介して印加される電圧によって駆動される。
特開２０１６－５１５５６号公報
上記の高周波電源装置では、トランスの構造上、１次コイル及び２次コイルの巻数比の調整が難しいことから、トランスに流れる電流を適切に設定するための構成を別に設けることが好ましい。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、トランスに過剰な電流が流れるのを抑制しつつ、そのトランスに適切な電流を流すことができる高周波電源装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、直流電源と、ＬＣ共振回路と、スイッチング回路と、トランスとを備える自励発振方式の高周波電源装置である。前記ＬＣ共振回路は、プラズマ生成用の誘導コイル及びコンデンサを含む。前記スイッチング回路は、前記直流電源から供給される直流電力をスイッチングして前記ＬＣ共振回路に与える半導体素子を含む。前記トランスは、前記ＬＣ共振回路に含まれる１次コイル、及び、前記半導体素子をオン／オフさせるために当該半導体素子に接続される２次コイルを有する。前記トランスは、前記１次コイル及び前記２次コイルを同軸上に有する同軸構造で形成され、前記ＬＣ共振回路は、前記１次コイルに対して並列に接続される抵抗体を有する。
本発明の第１の態様によれば、トランスが有する１次コイルに対して、抵抗体が並列に接続されるため、トランスに過剰な電流が流れるのを抑制しつつ、そのトランスに適切な電流を流すことができる。
本実施形態の高周波電源装置の構成例を示す回路図である。 本実施形態のトランスの内部構成について説明するための概略図である。 本実施形態のＭＯＳＦＥＴの周辺の構成例を示す部分平面図の一例である。 図３のＡ－Ａ断面を示す断面図である。 図３のＢ－Ｂ断面を示す断面図である。 本実施形態のＭＯＳＦＥＴの周辺の構成例を示す部分平面図の他の例である。 ＬＣ共振回路の構成例を示す回路図の一例である。 本実施形態のＭＯＳＦＥＴの周辺の構成例を示す部分平面図のさらに他の例である。 図１の高周波電源装置の全体構成を示した概略断面図である。
１．高周波電源装置の電気的構成
図１は、本実施形態の高周波電源装置の構成例を示す回路図である。この高周波電源装置は、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析装置などの分析装置に適用可能であり、直流電源１、バイパスコンデンサ２、スイッチング回路３、インピーダンス変換回路４及びＬＣ共振回路５などを備えた自励発振方式の高周波電源装置である。
直流電源１は、スイッチング回路３の直流電圧を設定し、ＬＣ共振回路５に供給される高周波電力を決定する。バイパスコンデンサ２は、直流電源１とスイッチング回路３の間に配置され、低インピーダンスの高周波電流経路を確保する。
ＬＣ共振回路５には、誘導コイル５１と、その誘導コイル５１に接続されたコンデンサ５２とが含まれる。このＬＣ共振回路５に含まれる誘導コイル５１はプラズマ生成用であり、誘導コイル５１に対し、直流電源１からスイッチング回路３を介して高周波電力を供給することにより、プラズマトーチ（図示せず）にプラズマを生成することができる。
インピーダンス変換回路４には、２つのコイル４１、４２と、これらのコイル４１、４２間に直列に接続されたコンデンサ４３とが含まれる。スイッチング回路３とインピーダンス変換回路４との間には、インピーダンス変換回路４のコイル４１、４２及びコンデンサ４３を含むループが形成されている。また、インピーダンス変換回路４とＬＣ共振回路５との間には、インピーダンス変換回路４のコンデンサ４３、並びに、ＬＣ共振回路５の誘導コイル５１及びコンデンサ５２を含むループが形成されている。
スイッチング回路３は、半導体素子を含む構成であり、その半導体素子を介して直流電源１に接続されている。この例では、４つのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）を含むブリッジ回路によりスイッチング回路３が構成されている。スイッチング回路３は、ハーフブリッジ型又はフルブリッジ型のブリッジ回路により構成されている。ただし、スイッチング回路３に含まれる半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴに限られるものではない。また、スイッチング回路３は、ハーフブリッジ型又はフルブリッジ型に限られるものではない。
ＭＯＳＦＥＴ３１ａのドレイン電極と、ＭＯＳＦＥＴ３１ｂのソース電極との間には、直流電源１及びバイパスコンデンサ２が接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ３１ａのソース電極と、ＭＯＳＦＥＴ３１ｂのドレイン電極とは、配線３５により接続されており、その配線３５の途中部にインピーダンス変換回路４のコイル４１が接続されている。
ＭＯＳＦＥＴ３１ｃのドレイン電極と、ＭＯＳＦＥＴ３１ｄのソース電極との間には、直流電源１及びバイパスコンデンサ２が接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ３１ｃのソース電極と、ＭＯＳＦＥＴ３１ｄのドレイン電極とは、配線３６により接続されており、その配線３６の途中部にインピーダンス変換回路４のコイル４２が接続されている。
各ＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのゲート電極には、ゲート駆動回路３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）が接続されている。したがって、ＭＯＳＦＥＴ３１は、ゲート駆動回路３２によって、所定のタイミングでオン状態又はオフ状態に切り替えられることとなる。これにより、直流電源１から供給される直流電力をスイッチングしてＬＣ共振回路５に与えることができる。
各ゲート駆動回路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄには、互いに並列に接続されたコイル３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）及びコンデンサ３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）が備えられている。ゲート駆動回路３２に備えられるコイル３３は、各トランスの２次コイルを構成しており、ＭＯＳＦＥＴ３１をオン／オフ（スイッチング）させるために、ＭＯＳＦＥＴ３１の制御端子（ゲート電極、ソース電極）に接続されている。各トランスの１次コイルは、ＬＣ共振回路５に含まれるコイル５３（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ）により構成されている。
このように、本実施形態では、１対のコイル５３及びコイル３３により構成されるトランスが、各ＭＯＳＦＥＴ３１に対応付けて設けられており、各ＭＯＳＦＥＴ３１に対してフィードバック電圧を供給することができるようになっている。
また、本実施形態において、コイル（１次コイル）５３及びコイル（２次コイル）３３によってトランスが構成されることから、１次コイル５３に過剰な電流が流れると、２次コイル３３にも過剰な電流が流れ、ＭＯＳＦＥＴ３１に悪影響が生じる可能性がある。
本実施形態では、トランスに流れる電流を適切に設定するための構成として、各トランス、具体的には、各１次コイル５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄに対して、抵抗体５４（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ）が並列に接続される。また、並列に接続されるコイル５３及び抵抗体５４が、誘導コイル５１及びコンデンサ５２に対して直列に接続される。
抵抗体５４は、抵抗値を有する電気伝導体である。つまり、抵抗体５４については、抵抗値を有する電流流路とも言える。抵抗体５４としては、たとえば、金属板及び抵抗素子等が挙げられる。
このように、トランスの１次コイル５３に対して、抵抗体５４を並列に接続することで、トランスに過剰な電流が流れるのを抑制しつつ、そのトランスに適切な電流を流すことができる。
２．トランスの内部構成
図２は、本実施形態のトランス６の内部構成について説明するための概略図である。トランス６は、ＬＣ共振回路５に備えられた１次コイル５３と、ゲート駆動回路３２に備えられた２次コイル３３とにより構成されている。
本実施形態では、トランス６がセミリジッド同軸ケーブルにより構成されている。セミリジッド同軸ケーブルは、線状の中心導体６１と、その中心導体６１の外側を覆う筒状の絶縁体６２と、その絶縁体６２の外側を覆う筒状の外部導体６３とを同軸上に備えている。トランス６の１次コイル５３は外部導体６３により構成されており、２次コイル３３は中心導体６１により構成されている。
これにより、トランス６は、１次コイル５３及び２次コイル３３を同軸上に有する同軸構造となっており、トランス６を湾曲又は屈曲した場合であっても、１次コイル５３及び２次コイル３３が互いに平行に配置された状態が維持される。ただし、トランス６の１次コイル５３が中心導体６１により構成され、２次コイル３３が外部導体６３により構成されていてもよい。
３．ＭＯＳＦＥＴの周辺の構成
図３は、本実施形態のＭＯＳＦＥＴ３１の周辺の構成例を示す部分平面図の一例である。また、図４は、図３のＡ－Ａ断面を示す断面図である。また、図５は、図３のＢ－Ｂ断面を示す断面図である。
また、図３～５では、ＭＯＳＦＥＴ３１ａ等のうちのいずれかのＭＯＳＦＥＴ３１の周辺の構成のみが示されているが、各ＭＯＳＦＥＴ３１の周辺の構成についても同様の構成を採用することができる。
本実施形態では、スイッチング回路３、インピーダンス変換回路４及びＬＣ共振回路５などの各回路が基板１０に実装されている。各回路に含まれる部品は、パターン配線１１及びパターン配線１２により互いに電気的に接続されている。プラズマ生成用の誘導コイル５１に流れる電流は非常に大きいため、パターン配線１１の幅が小さいと発熱が多くなりすぎて許容できない。そのため、パターン配線１１としては、幅広のパターンを用いることが好ましい。なお、基板１０は１枚であってもよいし、２枚以上に分割されていてもよい。
各トランス６は、Ｕ字状に形成されている。Ｕ字状とは、トランス６の両端部６０ａ及び６０ｂが互いに近接するように湾曲又は屈曲された形状を意味しており、半円状などの実質的にＵ字状に形成された他の形状も含む概念である。セミリジッド同軸ケーブルにより構成されたトランス６は、外部導体６３の外側に保護被覆を有しておらず、外部導体６３が剥き出しの状態となっており、各トランス６の１次コイル５３はパターン配線１１に接続されている。一方、トランス６の２次コイル３３の入力端（ＩＮ）及び出力端（ＯＵＴ）と、ＭＯＳＦＥＴ３１の制御端子（ゲート電極３０１、ソース電極３０２）との間は、基板１０におけるパターン配線１１側とは反対側の面で、パターン配線１２により電気的に接続されている。
また、本実施形態では、トランス６をＵ字状に形成することにより、充分なフィードバック電圧を生成できるだけの長さを確保しつつ、トランス６の２次コイル３３の入力端（ＩＮ）及び出力端（ＯＵＴ）と、ＭＯＳＦＥＴ３１の制御端子（ゲート電極３０１、ソース電極３０２）との間のパターン配線１２を短くして、パターンインダクタンスによるフィードバック電圧の減衰を抑えることができる。また、トランス６の１次コイル５３及び２次コイル３３を平行に配置することにより、１次コイル５３及び２次コイル３３の結合度が大きくなる。
これらの構造上の工夫により、トランス６を介して十分なフィードバック電圧をＭＯＳＦＥＴ３１に供給することができる。つまり、トランス６を介して、十分な電流を各ＭＯＳＦＥＴ３１に供給することができる。
このように、フィードバック電圧を大きくすることができるため、本実施形態では、各ＭＯＳＦＥＴ３１の制御端子に直流バイアス電圧を供給する必要がなくなる。すなわち、本実施形態のようにスイッチング回路３の半導体素子がＭＯＳＦＥＴ３１により構成されている場合には、各ＭＯＳＦＥＴ３１のゲート電圧の振幅を大きくすることができ、各ＭＯＳＦＥＴ３１のゲート電極に直流バイアス電圧を供給する必要がなくなる。
さらに、図１に示すように、各ＭＯＳＦＥＴ３１の制御端子に対して、２次コイル３３と並列にコンデンサ３４を接続することにより、各ＭＯＳＦＥＴ３１のゲート・ソース間容量のばらつきや変動の影響を小さくすることができる。また、非線形なゲート充電特性を有する各ＭＯＳＦＥＴ３１の制御端子の電圧が、よりリニアに変化するようになるため、負荷のインダクタンスに起因するスイッチング波形のリンギングが抑制され、高い電源効率を実現することができる。
また、本実施形態では、各抵抗体５４は、図３及び図５に示すように、パターン配線１１に接続されている。トランス６は、１次コイル５３及び２次コイル３３を同軸上に有する同軸構造に形成されることから、巻数比の調整による、１次コイル５３及び２次コイル３３における電流の大きさの調整が難しいが、たとえば、抵抗体５４を抵抗値の異なる他の抵抗体５４に取り換えるだけで、１次コイル５３及び２次コイル３３の電流の大きさを簡単に調整することができる。
また、抵抗体５４は、同じ材料の電気伝導体であっても電流流路の長さが異なれば、抵抗値が異なる。具体的に、同じ材料の電気伝導体であっても電流流路の長い電気伝導体の方が抵抗値が大きい。したがって、所定の材料の電気伝導体において、抵抗体５４の電流経路が長くなるほど、その抵抗体５４の抵抗値が大きくなる。
本実施形態のように、抵抗体５４が、トランス６と同様のＵ字状に形成されるのであれば、たとえば、抵抗体５４の端部５４０ａの及び５４０ｂの接続位置が近くても十分な抵抗値を確保することができる。
さらに、抵抗体５４は、同じ材料の電気伝導体であっても電流流路の断面積が異なれば、抵抗値が異なる。具体的に、同じ材料の電気伝導体であっても電流流路の断面積が小さい電気伝導体の方が抵抗値が大きい。したがって、所定の材料の電気伝導体において、抵抗体５４の電流経路の断面積が大きくなるほど、その抵抗体５４の抵抗値が大きくなる。
これらのことから、抵抗体５４の抵抗値は、材料及び形状によって設定される。なお、本実施形態において、抵抗体５４の抵抗値が、１次コイル５３の寄生抵抗の値より極端に小さい場合、抵抗体５４に流れる電流の大きさが増加する。つまり、１次コイル５３に流れる電流が極端に小さくなる。この場合、ＭＯＳＦＥＴ３１の駆動に必要とされる電圧（電流）が、そのＭＯＳＦＥＴ３１に供給されなくなる可能性がある。
本実施形態では、図３～５に示すように、抵抗体５４は、トランス６と同様のＵ字状に形成されるが、ＭＯＳＦＥＴ３１の駆動に必要とされる最低限の電圧以上の電圧が供給されるのであれば、抵抗体５４の材料及び形状は、特に限定されない。
また、図３～５に示すように、本実施形態では、トランス６及び抵抗体５４は、互いに対向して平行に延び、絶縁性の放熱器２０は、トランス６及び抵抗体５４の間に位置し、かつ、トランス６及び抵抗体５４に接触している。
すなわち、トランス６及び抵抗体５４の各々は、互いに平行な面Ｆ１、Ｆ２において、湾曲又は屈曲されており、これらの面Ｆ１、Ｆ２で放熱器２０に接触している。
４．放熱器及びＬＣ共振回路の変形例
図３～５に示すように、基板１０上において対を成すトランス６及び抵抗体５４のそれぞれに対して、それぞれ異なる放熱器２０が接触していてもよいし、図６に示すように、１つの放熱器２０が対を成すトランス６及び抵抗体５４の各々に接触していてもよい。なお、図６は、本実施形態のＭＯＳＦＥＴ３１の周辺の構成例を示す部分平面図の他の例である。また、図６では、具体的に、ＭＯＳＦＥＴ３１ａ等のうちの２つのＭＯＳＦＥＴ３１の周辺の構成を示す。
また、図７に示すＬＣ共振回路５のように、抵抗体５４は、複数の１次コイル５３に対して、並列に接続されてもよい。たとえば、図７に示すように、２つの１次コイル５３に対して、抵抗体５４が並列に接続される場合、ＭＯＳＦＥＴ３１の周辺は、図８に示すように構成することができる。なお、図７は、ＬＣ共振回路５の構成例を示す回路図の一例である。また、図８は、本実施形態のＭＯＳＦＥＴ３１の周辺の構成例を示す部分平面図のさらに他の例である。さらに、図８では、具体的に、ＭＯＳＦＥＴ３１ａ等のうちの２つのＭＯＳＦＥＴ３１の周辺の構成を示す。
これらのことから、本実施形態では、基板１０上において放熱器２０が設けられるのであれば、少なくとも１つの放熱器２０で、各トランス６及び各抵抗体５４を冷却することができる。
放熱器２０は、例えば窒化アルミニウム製のブロックにより構成されている。ただし、熱伝導率が高く、絶縁性の材料であれば、窒化アルミニウム以外の材料により放熱器２０が形成されていてもよい。
本実施形態では、トランス６が同軸ケーブルにより構成されていることから、トランス６の外表面が円周面となる。したがって、放熱器２０におけるトランス６との接触面が平面からなる場合に、同軸ケーブルの極一部にしか放熱器２０が接触せず、放熱が不十分となる可能性がある。そこで、トランス６と放熱器２０との接触部の周辺に、例えばサーマルグリスを塗布したり、放熱器２０におけるトランス６との接触面をトランス６の外表面に対応する凹面にしたりすることにより、放熱器２０とトランス６との接触面積を増加させることが好ましい。このことは、抵抗体５４にも同様のことが言える。
５．高周波電源装置の全体構成
図９は、図１の高周波電源装置の全体構成を示した概略断面図である。この高周波電源装置は、中空状の筐体１００内に各種部品を備えた構成を有している。筐体１００には、ケーブルを挿通させるための挿通孔などは形成されているが、それ以外に開口部は形成されておらず、筐体１００内はほぼ密閉状態となっている。すなわち、筐体１００には、筐体１００内に空気を吸い込むための吸気口や、筐体１００内の空気を排出するための排出口などは形成されていない。
筐体１００内の空間は、１つ又は複数の区画壁１０１により区画されている。スイッチング回路３、インピーダンス変換回路４及びＬＣ共振回路５などの各回路が実装された基板１０は、例えば区画壁１０１により保持されている。これにより、スイッチング回路３、ＬＣ共振回路５及びトランス６などの各種部品が筐体１００内に収容されている。
ただし、ＬＣ共振回路５に含まれる誘導コイル５１については、筐体１００内に収容されておらず、プラズマスタンド（図示せず）の内部に配置されている。筐体１００内の基板１０と筐体１００外の誘導コイル５１とは、例えば銅板などの電気伝導体により接続されており、誘導コイル５１とプラズマスタンドとの間は、例えばフッ素樹脂などの絶縁体で仕切られている。
基板１０には、筐体１００内に設けられた放熱器２３が取り付けられている。放熱器２３は、例えば水冷方式であり、冷媒が流れる本体部２１と、本体部２１から突出する複数枚の放熱フィン２２とを備えている。放熱器２３は、主として基板１０に実装したＭＯＳＦＥＴ３１を冷却する。その本体部２１を、例えば基板１０に直接接触させて、基板１０及び基板１０に実装された部品を冷却することもできる。しかし、基板１０の絶縁材料を経由した放熱となるため不十分である。
このため、筐体１００内には、上述の基板１０及び放熱器２３以外に、空冷ファン４０が設けられている。空冷ファン４０は、例えば区画壁１０１により保持されており、基板１０における放熱器２３側とは反対側の面に対向している。これにより、空冷ファン４０が回転駆動された場合には、その空冷ファン４０から基板１０に対して筐体１００内の空気が吹き付けられる。
区画壁１０１により区画された筐体１００内の空間は、筐体１００内の空気を循環させるための循環路１０２を構成している。すなわち、空冷ファン４０の吹出口４０１から吹き出された空気は、循環路１０２の途中に設けられた基板１０及び放熱器２３に晒された後、吸込口４０２から空冷ファン４０に吸い込まれ、再び吹出口４０１から吹き出されるようになっている。
放熱器２３に備えられた複数枚の放熱フィン２２は、それぞれ循環路１０２における空気の流通方向に沿って延びるように、互いに間隔を隔てて平行に配置されている。このように、循環路１０２の途中に放熱器２３（放熱フィン２２）が配置されることにより、筐体１００内の空気を空冷ファン４０により放熱器２３に導きながら循環させることができる。
このように、本実施形態では、誘導コイル５１を除くＬＣ共振回路５、スイッチング回路３及びトランス６といった部品を筐体１００内に収容し、かつ、筐体１００内の空気を空冷ファン４０で循環させることにより、装置外の空気が装置内に流入しにくくなる。したがって、装置内の部品が装置外の空気により汚染されるのを防止することができる。
また、筐体１００内の部品が水冷方式の放熱器２３で冷却されるとともに、空冷ファン４０により筐体１００内で循環させる空気が、水冷方式の放熱器２３で冷却されながら循環するため、高い冷却効率を実現することができる。したがって、装置外の空気が装置内に流入しにくい構成であっても、装置内の部品を良好に冷却することができる。
６．その他の変形例
以上の実施形態では、誘導コイル５１を有するＬＣ共振回路５が、誘導コイル５１に対してコンデンサ５２が直列に接続された直列共振回路により構成される場合について説明した。しかし、このような構成に限らず、誘導コイル５１に対してコンデンサ５２が並列に接続された並列共振回路によりＬＣ共振回路５が構成されていてもよい。
トランス６は、セミリジッド同軸ケーブルにより構成されるものに限らず、他の同軸ケーブルにより構成されていてもよい。保護被覆を有する同軸ケーブルをトランス６として用いる場合には、保護被覆を取り除いて使用することが好ましい。ただし、同軸ケーブルを用いるような構成に限らず、トランス６の１次コイル５３及び２次コイル３３を同軸上に配置するだけの構成であってもよい。
また、抵抗体５４として、高周波電源装置に備えられた部品、具体的には、電気的に接続可能な部品、すなわち、電気伝導性及び抵抗値を有する部品が用いられても良い。
たとえば、高周波電源装置が汎用の金属筐体のファンを備え、抵抗体５４として、その汎用の金属筐体のファンが用いられる場合、ファンから吹き出さされる空気に放熱器２０が晒されるように設置すれば、放熱器２０の冷却効率を向上させることができる。
また、複数の基板１０において、各種回路は同じように構成されても、部品の品質等の違いによって、トランス６に流れる電流の値が僅かに異なることがある。抵抗体５４として、可変抵抗器が用いられるのであれば、トランス６に流れる電流が本来の値と異なる電流であっても、抵抗体５４を取り換えることなく適宜にトランス６に流れる電流を調整することができる。つまり、高周波電源装置の製造において、一定の品質を保つのが容易になる。
本発明に係る高周波電源装置は、ＩＣＰ発光分析装置に限らず、プラズマを利用して分析を行う他の分析装置にも適用可能である。また、本発明に係る高周波電源装置は、分析装置に限らず、プラズマを利用する他の各種装置（例えば、プラズマＣＶＤ用の高周波発振回路など）にも適用可能である。
７．態様
上述した実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（第１項）一態様に係る自励発振方式の高周波電源装置は、
直流電源と、
プラズマ生成用の誘導コイル及びコンデンサを含むＬＣ共振回路と、
前記直流電源から供給される直流電力をスイッチングして前記ＬＣ共振回路に与える半導体素子を含むスイッチング回路と、
前記ＬＣ共振回路に含まれる１次コイル、及び、前記半導体素子をオン／オフさせるために当該半導体素子に接続される２次コイルを有するトランスとを備え、
前記トランスは、前記１次コイル及び前記２次コイルを同軸上に有する同軸構造で形成され、
前記ＬＣ共振回路は、前記１次コイルに対して並列に接続される抵抗体を有してもよい。
第１項に記載の自励発振方式の高周波電源装置によれば、トランスの１次コイルに対して、抵抗体を並列に接続することで、トランスに過剰な電流が流れるのを抑制しつつ、そのトランスに適切な電流を流すことができる。
（第２項）第１項に記載の自励発振方式の高周波電源装置において、
前記トランス及び前記抵抗体の形状がＵ字状であってもよい。
第２項に記載の自励発振方式の高周波電源装置によれば、充分なフィードバック電圧を生成できるだけの長さを確保しつつ、トランスの２次コイルの入力端及び出力端と、半導体素子との間の配線を短くして、パターンインダクタンスによるフィードバック電圧の減衰を抑えることができる。また、抵抗体の端部の接続位置が近くても十分な抵抗値を確保することができる。
（第３項）第１項又は第２項に記載の自励発振方式の高周波電源装置において、
絶縁性を有する放熱器をさらに備え、
前記放熱器は、前記トランス及び前記抵抗体の両方に接触してもよい。
第３項に記載の自励発振方式の高周波電源装置によれば、トランス及び抵抗体からの発熱が放熱器を介して放熱されるため、高い放熱効率を実現することができる。
（第４項）第３項に記載の自励発振方式の高周波電源装置において、
前記トランス及び前記抵抗体が、互いに対向して平行に延び、
前記放熱器は、前記トランス及び前記抵抗体の間に位置してもよい。
第４項に記載の自励発振方式の高周波電源装置によれば、少なくとも１つの放熱器でトランス及び抵抗体を冷却することができる。
（第５項）第１項から第４項のいずれかに記載の自励発振方式の高周波電源装置において、
前記抵抗体は、可変抵抗器であってもよい。
第５項に記載の自励発振方式の高周波電源装置によれば、抵抗体を取り換えることなくトランスに流れる電流を調整することができる。
１ 直流電源
３ スイッチング回路
５ ＬＣ共振回路
６ トランス
２０ 放熱器
３１ ＭＯＳＦＥＴ
３３ ２次コイル
５１ 誘導コイル
５２ コンデンサ
５３ １次コイル
５４ 抵抗体

Claims (5)

  1. 直流電源と、
    プラズマ生成用の誘導コイル及びコンデンサを含むＬＣ共振回路と、
    前記直流電源から供給される直流電力をスイッチングして前記ＬＣ共振回路に与える半導体素子を含むスイッチング回路と、
    前記ＬＣ共振回路に含まれる１次コイル、及び、前記半導体素子をオン／オフさせるために当該半導体素子に接続される２次コイルを有するトランスとを備え、
    前記トランスは、前記１次コイル及び前記２次コイルを同軸上に有する同軸構造で形成され、
    前記ＬＣ共振回路は、前記１次コイルに対して並列に接続される抵抗体を有する、自励発振方式の高周波電源装置。
  2. 前記トランス及び前記抵抗体の形状がＵ字状である、請求項１記載の自励発振方式の高周波電源装置。
  3. 絶縁性を有する放熱器をさらに備え、
    前記放熱器は、前記トランス及び前記抵抗体の両方に接触する、請求項１又は２記載の自励発振方式の高周波電源装置。
  4. 前記トランス及び前記抵抗体が、互いに対向して平行に延び、
    前記放熱器は、前記トランス及び前記抵抗体の間に位置する、請求項３記載の自励発振方式の高周波電源装置。
  5. 前記抵抗体は、可変抵抗器である、請求項１から４のいずれかに記載の自励発振方式の高周波電源装置。
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