JP2001320886A - パルス放電回路 - Google Patents
パルス放電回路Info
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- JP2001320886A JP2001320886A JP2000135672A JP2000135672A JP2001320886A JP 2001320886 A JP2001320886 A JP 2001320886A JP 2000135672 A JP2000135672 A JP 2000135672A JP 2000135672 A JP2000135672 A JP 2000135672A JP 2001320886 A JP2001320886 A JP 2001320886A
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- discharge circuit
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- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ装置等に使用されるパルス放電回路に
おいて、発振時に消費しきれないエネルギーの反射によ
るスイッチ素子の破壊防止を確実にして寿命の延長を実
現できるパルス放電回路を実現すること。 【解決手段】 充電電源１０に電力用半導体スイッチ素
子１３を接続し、該スイッチ素子の両端にはパルストラ
ンスＰＴの一次側巻線とチャージングキャパシタ１２と
の直列接続回路を接続し、前記パルストランスの二次側
巻線にはパルスの幅を圧縮するための磁気パルス圧縮部
Ｅと放電用の電極部Ｆとを接続して成るパルス放電回路
において、前記スイッチ素子に直列にダイオードＤｐを
挿入接続した。
おいて、発振時に消費しきれないエネルギーの反射によ
るスイッチ素子の破壊防止を確実にして寿命の延長を実
現できるパルス放電回路を実現すること。 【解決手段】 充電電源１０に電力用半導体スイッチ素
子１３を接続し、該スイッチ素子の両端にはパルストラ
ンスＰＴの一次側巻線とチャージングキャパシタ１２と
の直列接続回路を接続し、前記パルストランスの二次側
巻線にはパルスの幅を圧縮するための磁気パルス圧縮部
Ｅと放電用の電極部Ｆとを接続して成るパルス放電回路
において、前記スイッチ素子に直列にダイオードＤｐを
挿入接続した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパルス放電回路に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ装置に使用されている従来の電力
用半導体スイッチ素子を用いたパルス放電回路につい
て、図２を用いて説明する。従来のパルス放電回路は、
パルス発生部Ｄと、磁気パルス圧縮部Ｅと、電極部Ｆと
で構成されている。
用半導体スイッチ素子を用いたパルス放電回路につい
て、図２を用いて説明する。従来のパルス放電回路は、
パルス発生部Ｄと、磁気パルス圧縮部Ｅと、電極部Ｆと
で構成されている。
【０００３】パルス発生部Ｄは、充電電源１０に対して
直列に接続された抵抗１４及び電力用半導体スイッチ素
子１３と、抵抗１４と電力用半導体スイッチ素子１３の
アノードとの接続点に一端を接続した磁気アシスト１１
と、磁気アシスト１１の他端に接続したチャージングキ
ャパシタ１２と、磁気アシスト１１及びチャージングキ
ャパシタ１２を介して電力用半導体スイッチ素子１３の
両端に一次側巻線を接続したパルストランスＰＴとで構
成されている。パルストランスＰＴには、巻数比が１：
８〜１：１２程度のものが使用される。
直列に接続された抵抗１４及び電力用半導体スイッチ素
子１３と、抵抗１４と電力用半導体スイッチ素子１３の
アノードとの接続点に一端を接続した磁気アシスト１１
と、磁気アシスト１１の他端に接続したチャージングキ
ャパシタ１２と、磁気アシスト１１及びチャージングキ
ャパシタ１２を介して電力用半導体スイッチ素子１３の
両端に一次側巻線を接続したパルストランスＰＴとで構
成されている。パルストランスＰＴには、巻数比が１：
８〜１：１２程度のものが使用される。
【０００４】磁気パルス圧縮部Ｅは、パルストランスＰ
Ｔの二次側巻線から得られるパルスをより急峻に圧縮す
るためのものである。磁気パルス圧縮部Ｅは、互いに並
列に接続されたｎ段のキャパシタ１５−１〜１５−ｎ
と、各段の間に接続されたｎ個の磁気スイッチ１６−１
〜１６−ｎと、各磁気スイッチをリセットするためのｎ
個のリセット回路１７−１〜１７−ｎとで構成されてい
る。電極部Ｆは、ピーキングキャパシタ１８と電極（予
備電離を含む）１９とで構成される。
Ｔの二次側巻線から得られるパルスをより急峻に圧縮す
るためのものである。磁気パルス圧縮部Ｅは、互いに並
列に接続されたｎ段のキャパシタ１５−１〜１５−ｎ
と、各段の間に接続されたｎ個の磁気スイッチ１６−１
〜１６−ｎと、各磁気スイッチをリセットするためのｎ
個のリセット回路１７−１〜１７−ｎとで構成されてい
る。電極部Ｆは、ピーキングキャパシタ１８と電極（予
備電離を含む）１９とで構成される。
【０００５】このパルス放電回路の動作は、以下の通り
である。充電電源１０からチャージングキャパシタ１２
に貯えられたエネルギーを、電力用半導体スイッチ素子
１３にトリガ信号を与えてオンすることによってパルス
を発生させる。発生されたパルスを、パルストランスＰ
Ｔの巻数比（通常１：１０程度）に応じて昇圧し、磁気
パルス圧縮部Ｅへ移行させる。磁気パルス圧縮部Ｅで
は、昇圧されたパルスをｎ段のキャパシタ１５−１〜１
５−ｎ及びｎ個の磁気スイッチ１６−１〜１６−ｎによ
り所定のパルス幅まで圧縮する。圧縮されたパルスをピ
ーキングキャパシタ１８へ移行させ、電極１９において
放電させる。
である。充電電源１０からチャージングキャパシタ１２
に貯えられたエネルギーを、電力用半導体スイッチ素子
１３にトリガ信号を与えてオンすることによってパルス
を発生させる。発生されたパルスを、パルストランスＰ
Ｔの巻数比（通常１：１０程度）に応じて昇圧し、磁気
パルス圧縮部Ｅへ移行させる。磁気パルス圧縮部Ｅで
は、昇圧されたパルスをｎ段のキャパシタ１５−１〜１
５−ｎ及びｎ個の磁気スイッチ１６−１〜１６−ｎによ
り所定のパルス幅まで圧縮する。圧縮されたパルスをピ
ーキングキャパシタ１８へ移行させ、電極１９において
放電させる。
【０００６】ここで、磁気アシストについて説明する。
磁気アシストはコアに巻線を巻回して作製され、その作
製方法、動作は磁気スイッチのそれと同じであるが、挿
入目的、設計方法が異なる。
磁気アシストはコアに巻線を巻回して作製され、その作
製方法、動作は磁気スイッチのそれと同じであるが、挿
入目的、設計方法が異なる。
【０００７】磁気アシストの場合、挿入目的は半導体ス
イッチ素子の損失を低減することにある。すなわち、図
３に示されるように、半導体スイッチ素子のターンオン
時に電圧が十分に低下してから電流を流すことによっ
て、Ｖ×Ｉ（損失）を減らす動作をする。図３におい
て、磁気アシストが無い場合、電流は破線のように流れ
るので、この時の損失（Ｖ×Ｉ）は電圧と電流とが重な
っている部分の面積となる。そして、大電力をスイッチ
ングする場合、電圧、電流の値はｋＶ、ｋＡのオーダと
なるのでスイッチング時間が短くても損失（Ｖ×Ｉ）の
値は無視できなくなる。なお、時間ΔＴは、以下の式で
設計される。
イッチ素子の損失を低減することにある。すなわち、図
３に示されるように、半導体スイッチ素子のターンオン
時に電圧が十分に低下してから電流を流すことによっ
て、Ｖ×Ｉ（損失）を減らす動作をする。図３におい
て、磁気アシストが無い場合、電流は破線のように流れ
るので、この時の損失（Ｖ×Ｉ）は電圧と電流とが重な
っている部分の面積となる。そして、大電力をスイッチ
ングする場合、電圧、電流の値はｋＶ、ｋＡのオーダと
なるのでスイッチング時間が短くても損失（Ｖ×Ｉ）の
値は無視できなくなる。なお、時間ΔＴは、以下の式で
設計される。
【０００８】ΔＴ＝（ΔＢ・Ｎ・Ｓ）／Ｖ 但し、ΔＢは磁束密度の変化量、Ｎは巻線の巻数、Ｓは
コアの断面積、Ｖは磁気アシストに加わる電圧である。
設計の際、時間ΔＴは半導体スイッチ素子のスイッチン
グ時間より大きい値で設計する。いずれにしても、磁気
アシストを挿入すると、磁性体のヒステリシス特性によ
り流れる電流を遅らせることができ、流れる電流は図３
において実線で示すようになる。その結果、損失（Ｖ×
Ｉ）を十分に小さくすることができる。
コアの断面積、Ｖは磁気アシストに加わる電圧である。
設計の際、時間ΔＴは半導体スイッチ素子のスイッチン
グ時間より大きい値で設計する。いずれにしても、磁気
アシストを挿入すると、磁性体のヒステリシス特性によ
り流れる電流を遅らせることができ、流れる電流は図３
において実線で示すようになる。その結果、損失（Ｖ×
Ｉ）を十分に小さくすることができる。
【０００９】次に、磁気スイッチとそのリセット回路に
ついて説明する。リセット回路は、磁気スイッチにおけ
る磁性体の磁束密度の変化量をできるだけ多くするため
に、あらかじめ飽和電流が流れる方向と逆方向に電流を
流す回路である。
ついて説明する。リセット回路は、磁気スイッチにおけ
る磁性体の磁束密度の変化量をできるだけ多くするため
に、あらかじめ飽和電流が流れる方向と逆方向に電流を
流す回路である。
【００１０】図４は磁性体のヒステリシス特性を示して
おり、磁気スイッチがオンするまでの時間Δｔは、前述
した式と同じ、 Δｔ＝（ΔＢ・Ｎ・Ｓ）／Ｖ で表される。この場合、時間Δｔは磁気スイッチのコア
の磁束密度の変化量ΔＢに比例する。一方、磁界Ｈは以
下の式で表される。
おり、磁気スイッチがオンするまでの時間Δｔは、前述
した式と同じ、 Δｔ＝（ΔＢ・Ｎ・Ｓ）／Ｖ で表される。この場合、時間Δｔは磁気スイッチのコア
の磁束密度の変化量ΔＢに比例する。一方、磁界Ｈは以
下の式で表される。
【００１１】Ｈ＝（Ｎ・Ｉ）／Ｌ 但し、Ｉは電流、Ｌは磁性体の平均磁路長である。この
式から、磁界Ｈは電流Ｉに比例する。
式から、磁界Ｈは電流Ｉに比例する。
【００１２】上記の点から、より小さい磁気スイッチで
十分なスイッチ待ち時間を得るためには、ΔＢを大きく
することが必要となる。このために、リセット回路（定
電流源）を接続し、あらかじめコアをリセットするよう
にしている。
十分なスイッチ待ち時間を得るためには、ΔＢを大きく
することが必要となる。このために、リセット回路（定
電流源）を接続し、あらかじめコアをリセットするよう
にしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、通常のレー
ザ装置においては、投入エネルギーの一部は放電によっ
て消費されず、反射エネルギーとなりパルス放電回路で
構成されるＬＣＲ減衰共振によって消費される。その
際、従来のパルス放電回路の構成では、負荷によって消
費されないエネルギーがパルス発生部Ｄ内に戻り、電力
用半導体スイッチ素子１３に逆電流となって現れる。
ザ装置においては、投入エネルギーの一部は放電によっ
て消費されず、反射エネルギーとなりパルス放電回路で
構成されるＬＣＲ減衰共振によって消費される。その
際、従来のパルス放電回路の構成では、負荷によって消
費されないエネルギーがパルス発生部Ｄ内に戻り、電力
用半導体スイッチ素子１３に逆電流となって現れる。
【００１４】また、繰り返し動作周波数の大きいレーザ
装置の場合、前ショットでの残留ガスにより不安定アー
ク放電が起り、その際の反射エネルギーは大きいものと
なる。電力用半導体スイッチ素子のほとんどは、逆方向
電流増加率（ｄｉ／ｄｔ）が順方向に比べ小さいという
特性を持っており、このような逆電流により電力用半導
体スイッチ素子及びそのゲート駆動回路が破壊してしま
うおそれがある。
装置の場合、前ショットでの残留ガスにより不安定アー
ク放電が起り、その際の反射エネルギーは大きいものと
なる。電力用半導体スイッチ素子のほとんどは、逆方向
電流増加率（ｄｉ／ｄｔ）が順方向に比べ小さいという
特性を持っており、このような逆電流により電力用半導
体スイッチ素子及びそのゲート駆動回路が破壊してしま
うおそれがある。
【００１５】一方、電力用半導体スイッチ素子に代えて
サイラトロン等の電子管を使用した場合、逆電流は電子
管電極の劣化及び破壊を招き、寿命を短くしてしまうと
いう欠点がある。
サイラトロン等の電子管を使用した場合、逆電流は電子
管電極の劣化及び破壊を招き、寿命を短くしてしまうと
いう欠点がある。
【００１６】そこで、本発明の課題は、レーザ装置等に
使用されるパルス放電回路において、発振時に消費しき
れないエネルギーの反射によるスイッチ素子の破壊防止
を確実にして寿命の延長を実現できるパルス放電回路を
実現することにある。
使用されるパルス放電回路において、発振時に消費しき
れないエネルギーの反射によるスイッチ素子の破壊防止
を確実にして寿命の延長を実現できるパルス放電回路を
実現することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、充電電源にス
イッチ素子を接続し、該スイッチ素子の両端にはパルス
トランスの一次側巻線とチャージングキャパシタとの直
列接続回路を接続し、前記パルストランスの二次側巻線
には該二次側巻線に得られるパルスの幅を圧縮するため
の磁気パルス圧縮部と放電用の電極部とを接続して成る
パルス放電回路において、前記スイッチ素子に直列にダ
イオードを挿入接続したことを特徴とする。
イッチ素子を接続し、該スイッチ素子の両端にはパルス
トランスの一次側巻線とチャージングキャパシタとの直
列接続回路を接続し、前記パルストランスの二次側巻線
には該二次側巻線に得られるパルスの幅を圧縮するため
の磁気パルス圧縮部と放電用の電極部とを接続して成る
パルス放電回路において、前記スイッチ素子に直列にダ
イオードを挿入接続したことを特徴とする。
【００１８】なお、前記スイッチ素子には、電力用半導
体スイッチ素子あるいは電子管が使用されている。
体スイッチ素子あるいは電子管が使用されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明によるパ
ルス放電回路の実施の形態について説明する。回路構成
としては、図２に示した従来例とほぼ同じであるが、パ
ルス発生部Ａにおける電力用半導体スイッチ素子１３
に、新たに高速回復ダイオードと呼ばれるタイプのダイ
オードＤｐを直列に挿入接続した点に特徴を有する。な
お、電力用半導体スイッチ素子１３に代えてサイラトロ
ン等の電子管が用いられる場合もある。ダイオードＤｐ
は、高周波整流用の高耐圧特性を持つシリコンダイオー
ドが望ましい。
ルス放電回路の実施の形態について説明する。回路構成
としては、図２に示した従来例とほぼ同じであるが、パ
ルス発生部Ａにおける電力用半導体スイッチ素子１３
に、新たに高速回復ダイオードと呼ばれるタイプのダイ
オードＤｐを直列に挿入接続した点に特徴を有する。な
お、電力用半導体スイッチ素子１３に代えてサイラトロ
ン等の電子管が用いられる場合もある。ダイオードＤｐ
は、高周波整流用の高耐圧特性を持つシリコンダイオー
ドが望ましい。
【００２０】本パルス放電回路の場合、回路動作として
は、放電に到るまでは従来例の場合と同様に動作し、パ
ルス発生部Ａによりパルスを発生し、磁気パルス圧縮部
Ｅで所定のパルス幅に圧縮し、電極部Ｆへとエネルギー
を伝送する。
は、放電に到るまでは従来例の場合と同様に動作し、パ
ルス発生部Ａによりパルスを発生し、磁気パルス圧縮部
Ｅで所定のパルス幅に圧縮し、電極部Ｆへとエネルギー
を伝送する。
【００２１】一方、反射エネルギーがパルス発生部Ａに
戻ろうとする際には、パルス発生部ＡにはダイオードＤ
ｐが挿入接続されていることにより、パルストランスＰ
Ｔにおける二次側（電極部Ｆ側から見たパルス発生部）
がオープンになり、パルストランスＰＴがパルストラン
スとしてではなく、磁気スイッチ１６−１〜１６−ｎと
同様の磁気スイッチとして作用する。
戻ろうとする際には、パルス発生部ＡにはダイオードＤ
ｐが挿入接続されていることにより、パルストランスＰ
Ｔにおける二次側（電極部Ｆ側から見たパルス発生部）
がオープンになり、パルストランスＰＴがパルストラン
スとしてではなく、磁気スイッチ１６−１〜１６−ｎと
同様の磁気スイッチとして作用する。
【００２２】この時、磁気スイッチの電圧保持能力は、
そこにおいて使用されている磁性材料（通常はフェライ
ト、アモルファス等）のトロイダルコアの断面積と巻数
の積で決まる。そして、パルストランスＰＴの場合、そ
の巻数は電圧昇圧のために多いので電圧保持能力は磁気
スイッチよりもパルストランスＰＴの方が大きくなる。
よって、反射エネルギーは、磁気スイッチ１６−１の飽
和により再び磁気パルス圧縮部Ｅへと移行していく。す
なわち、投入したエネルギーは一旦、磁気パルス圧縮部
Ｅへと移行すると、すべて磁気パルス圧縮部Ｅ及び電極
部Ｆで消費するようになり、反射エネルギーによるパル
ス発生部Ａ内の電力用半導体スイッチ素子１３（あるい
はサイラトロンのような電子管）に流れようとする逆電
流を確実に防止できるようになる。
そこにおいて使用されている磁性材料（通常はフェライ
ト、アモルファス等）のトロイダルコアの断面積と巻数
の積で決まる。そして、パルストランスＰＴの場合、そ
の巻数は電圧昇圧のために多いので電圧保持能力は磁気
スイッチよりもパルストランスＰＴの方が大きくなる。
よって、反射エネルギーは、磁気スイッチ１６−１の飽
和により再び磁気パルス圧縮部Ｅへと移行していく。す
なわち、投入したエネルギーは一旦、磁気パルス圧縮部
Ｅへと移行すると、すべて磁気パルス圧縮部Ｅ及び電極
部Ｆで消費するようになり、反射エネルギーによるパル
ス発生部Ａ内の電力用半導体スイッチ素子１３（あるい
はサイラトロンのような電子管）に流れようとする逆電
流を確実に防止できるようになる。
【００２３】その結果、電力用半導体スイッチ素子及び
そのゲート駆動回路の破壊防止あるいはサイラトロン等
の電子管の寿命延長を実現できる。
そのゲート駆動回路の破壊防止あるいはサイラトロン等
の電子管の寿命延長を実現できる。
【００２４】本発明は、レーザ装置ばかりではなく、高
電圧パルスを必要とする装置全般に適用可能であり、例
えばパルスイオン源、プラズマ電源、電気集塵機等に適
用可能である。
電圧パルスを必要とする装置全般に適用可能であり、例
えばパルスイオン源、プラズマ電源、電気集塵機等に適
用可能である。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、パルス放電回路におい
て発振時に消費しきれないエネルギーの反射によるスイ
ッチ素子の破壊防止を確実にして寿命の延長を図ること
ができる。
て発振時に消費しきれないエネルギーの反射によるスイ
ッチ素子の破壊防止を確実にして寿命の延長を図ること
ができる。
【図１】本発明によるパルス放電回路の回路図である。
【図２】従来のパルス放電回路を示した図である。
【図３】磁気アシストの機能を説明するための図であ
る。
る。
【図４】磁気スイッチとそのリセット回路の機能を説明
するための図である。
するための図である。
１１ 磁気アシスト １２ チャージングキャパシタ ＰＴ パルストランス １６−１、１６−ｎ 磁気スイッチ １９ 電極 Ｄｐ ダイオード
Claims (2)
- 【請求項１】 充電電源にスイッチ素子を接続し、該ス
イッチ素子の両端にはパルストランスの一次側巻線とチ
ャージングキャパシタとの直列接続回路を接続し、前記
パルストランスの二次側巻線には該二次側巻線に得られ
るパルスの幅を圧縮するための磁気パルス圧縮部と放電
用の電極部とを接続して成るパルス放電回路において、
前記スイッチ素子に直列にダイオードを挿入接続したこ
とを特徴とするパルス放電回路。 - 【請求項２】 請求項１記載のパルス放電回路におい
て、前記スイッチ素子は、電力用半導体スイッチ素子あ
るいは電子管であることを特徴とするパルス発生回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000135672A JP2001320886A (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | パルス放電回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000135672A JP2001320886A (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | パルス放電回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001320886A true JP2001320886A (ja) | 2001-11-16 |
Family
ID=18643717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000135672A Withdrawn JP2001320886A (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | パルス放電回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001320886A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102480100A (zh) * | 2010-11-29 | 2012-05-30 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电装置 |
| CN111510013A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-08-07 | 苏州泰思特电子科技有限公司 | 干扰多脉冲发生方法 |
-
2000
- 2000-05-09 JP JP2000135672A patent/JP2001320886A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102480100A (zh) * | 2010-11-29 | 2012-05-30 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电装置 |
| CN111510013A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-08-07 | 苏州泰思特电子科技有限公司 | 干扰多脉冲发生方法 |
| CN111510013B (zh) * | 2020-02-25 | 2022-05-10 | 苏州泰思特电子科技有限公司 | 干扰多脉冲发生方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070807 |