JP2002044965A

JP2002044965A - パルス電力発生用スイッチ装置

Info

Publication number: JP2002044965A
Application number: JP2000222362A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Iida; 克二飯田; Tatsuhiko Hatano; 達彦波多野; Takeshi Sakuma; 健佐久間; Wataru Shionoya; 亘塩野谷
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2002-02-08
Anticipated expiration: 2020-07-24
Also published as: JP4223176B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の半導体スイッチの特性にばらつきがあっ
たり、ターンオンするタイミングにばらつきがあっても
半導体スイッチに過大な電圧が印加されて破壊すること
がなく、駆動回路間に絶縁を施す必要がなく、構成が簡
単で、製造が容易なパルス電力発生用スイッチ装置を提
供する。【解決手段】直流電源に複数のコンデンサ２３を並列に
接続し、これらコンデンサの各々と並列に平形半導体ス
イッチ２５と１次側導体２４の直列回路を接続し、各１
次側導体は複数の磁気コア２５の各々と磁気的に結合さ
れている。これら磁気コアの各々と磁気的に結合された
１本の２次側導体２７を設ける。磁気コア列および平形
半導体スイッチ列を平行に配置し、磁気コア列の中心開
口に円筒状の１次側導体２４を設け、２次側導体２７を
磁気コア列に直線的に挿通する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、高電圧大電流のパルス
電力を発生させるための半導体スイッチ装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、プラズマを発生させるために急
峻に立ち上がりかつ十数ＫＶから数百ＫＶの高電圧で、
数千Ａの大電流のきわめて幅の狭いパルスを生成して放
電させる必要がある。図１は、このような放電回路の概
念図を示すものである。エネルギー蓄積素子である静電
容量を構成するキャパシタＣを、図示しない電流抑制素
子により通常ミリ秒オーダーの時間をかけて直流電源Ｐ
の高電圧Ｅ _０まで充電した後、超高速のスイッチング動
作を行うスイッチング素子ＳＷをスイッチオンし、きわ
めてインダクタンスの低い導体（そのインダクタンスを
Ｌで示す）を介して放電部Ｈに高電圧を印加して放電さ
せるように構成されている。

【０００３】従来、超高速のスイッチング素子ＳＷとし
ては、高電圧・大電流で動作することができる真空管の
一種であるサイラトロンが一般に使用されてきたが、次
に述べるような問題がある。（１）高い繰り返し周波数での動作ができない。（２）ミス点弧による動作不良がある。（３）寿命が短く、メンテナンスが面倒であり、コスト
が嵩む。（４）ヒータ回路やガスコントロールが必要であり、構
成が複雑である。（５）特にスイッチングオン時にジッタがあり、動作の
信頼性に欠ける。

【０００４】一方、近年半導体スイッチはパワーエレク
トロニクスとともに発展してきており、高電圧・大電流
で高速スイッチングが可能なものが出現しつつある。中
でも静電誘導サイリスタ（通常ＳＩサイリスタと称され
ている）がパルスパワー用の半導体スイッチとして注目
されている。しかしながら、このようなＳＩサイリスタ
を従来のスイッチであるサイラトロンに直接置き換える
には耐電圧が大きく不足しているので、図２に示すよう
に、多数のＳＩサイリスタＳ−１〜Ｓ−ｎを直列に接続
して回路電圧を分担するようにしている。

【０００５】上述したように従来のパルス電力発生用ス
イッチ回路においては、直流電源Ｐを高電圧とする必要
があり、大規模なものとなり、またコンデンサＣも高耐
圧のものとする必要があるので、大型で高価なものが必
要になると共に多数のＳＩサイリスタＳ−１〜Ｓ−ｎを
直列に接続した半導体スイッチにおいては、以下のよう
な問題がある。

【０００６】半導体スイッチの特性、特に電圧印加オフ
時の漏れ電流のばらつきによる分担電圧のアンバランス
があり、多数の半導体スイッチの特性をできるだけ合わ
せるための素子選別が必要となる。しかしながら、この
素子選別にも限界があるので、アンバランス調整のため
に図２に示すように各サイリスタＳ−１〜Ｓ−ｎと並列
にバランサ抵抗Ｒ−１〜Ｒ−ｎを接続している。このバ
ランサ抵抗Ｒ−１〜Ｒ−ｎには、サイリスタＳ−１〜Ｓ
−ｎを流れる漏れ電流の１０倍程度の大きな電流を流す
必要があり、抵抗によって大きな損失が発生し、効率が
低下する問題がある。また、バランサ抵抗Ｒ−１〜Ｒ−
ｎで発生する熱の処理問題もある。さらに各サイリスタ
の対地浮遊容量のバラツキによるターンオン時過渡電圧
分担のアンバランスも大きな問題点として挙げられる。

【０００７】多数のサイリスタＳ−１〜Ｓ−ｎのトリガ
タイミングにばらつきがあると、ターンオンが遅れたサ
イリスタに過大の電圧が印加され、これを破壊してしま
うので、多数のサイリスタＳ−１〜Ｓ−ｎのトリガタイ
ミングを正確に一致させる必要がある。しかしながら、
多数のサイリスタＳ−１〜Ｓ−ｎのトリガタイミングを
正確に一致させることは非常に困難である。同様に、誤
動作によって一つのサイリスタがターンオンしてしまう
場合、他のサイリスタに過電圧が印加され、これを破壊
してしまうという問題がある。

【０００８】図２に示すように、サイリスタＳ−１〜Ｓ
−ｎを駆動するゲート駆動回路Ｄ−１〜Ｄ−ｎが各サイ
リスタ毎に設けられているが、多数のサイリスタで高電
圧を分担しているので、これらのゲート駆動回路Ｄ−１
〜Ｄ−ｎの電位は大きく異なるため、各ゲート駆動回路
の電源およびゲート駆動信号は互いに絶縁する必要があ
る。この場合の絶縁耐圧は数十ＫＶにも達し、回路構成
が非常に複雑となると共に動作の信頼性の点でも大きな
問題となる。

【０００９】直列に接続されたサイリスタＳ−１〜Ｓ−
ｎにも数十ＫＶの高電圧が印加されるるため、シャーシ
などの機構部分との間を油入り絶縁としたり、多大の工
夫が必要とされるのに加えて、完全な絶縁を行うことは
難しく、やはり動作の信頼性に問題がある。

【００１０】本発明者等は、上述した従来の多数の半導
体スイッチを直列に配置したスイッチング回路の種々の
欠点を解消若しくは軽減し、半導体スイッチのばらつき
があったり、トリガタイミングにばらつきがあっても半
導体スイッチに過大な電圧が印加されず、したがって破
壊することがなく、しかも駆動回路間に高度の絶縁を施
す必要がないパルス電力発生用スイッチ回路を既に提案
している。

【００１１】このパルス電力用スイッチ回路は、共通の
直流電源と並列に複数のコンデンサを接続し、これらコ
ンデンサの各々と並列に、複数の磁気コアの各々と磁気
的に結合された１次側導体を経てそれぞれ半導体スイッ
チを接続し、前記複数の磁気コアの各々に磁気的に結合
された複数の２次側導体を、各磁気コアにおいて発生さ
れる誘導電圧が加算されるように直列に接続したもので
ある。

【００１２】このようなパルス電力発生用スイッチ回路
においては、各半導体スイッチには高電圧を分担する電
圧が印加されることがないので、半導体スイッチの特性
にばらつきがあっても半導体スイッチが破壊してしまう
ような問題は起こらない。また、すべての半導体スイッ
チには同じ電圧が印加されるため、駆動回路間に高電圧
が印加されることがなく、したがって駆動回路の電源お
よび信号間を互いに絶縁する必要はなく、同一の直流電
源および駆動信号ですべての駆動回路を動作させること
ができる。さらに、直流電源やコンデンサも従来に比べ
て高電圧のものを必要としないので、特別の構成のもの
を使用する必要はなく、通常容易に入手できる直流電源
やコンデンサを使用でき、コストも低減できる。

【００１３】

【発明が解決すべき課題】このようなパルス電力発生用
スイッチ回路においては、１次側導体および２次側導体
を磁気コアの中心開口にどのように通すのかが実際のス
イッチ装置を製作する上では重要となる。特に２次側導
体による漂遊インダクタンスをできるだけ小さくして、
高周波での動作に適するようにするには２次側導体をど
のように配置するのかが問題となる。さらにパルス電力
発生用スイッチ装置全体としてコンパクトに構成すると
共に製造プロセスも簡単となるようにする必要がある。

【００１４】したがって、本発明の目的は、上述したよ
うな回路構成を有するパルス電力発生用スイッチ装置に
おいて、複数の磁気コア、半導体スイッチおよびコンデ
ンサを効率よく配置すると共に、１次側導体および２次
側導体を適切に配置することによって、高周波動作に適
しており、コンパクトに構成することができ、しかも製
造プロセスも簡単となるようなパルス電力発生用スイッ
チ装置を提供しようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によるパルス電力
発生用スイッチ装置は、複数の磁気コアを同心的に配置
した磁気コア列の少なくとも１列と、複数の平形半導体
スイッチを同心的に配置した平形半導体スイッチ列の少
なくとも１列とを互いに平行に設け、前記平形半導体ス
イッチ列の両端にそれぞれ押え板を配置し、これら押え
板の間で平形半導体スイッチ列を適切な圧接力を与える
ための弾性部材を介して保持し、前記磁気コア列の複数
の磁気コアの各々の中心開口を貫通する導電材料の円筒
で構成される１次側導体の一端を、配列方向と直交する
方向に延在する第１の電極部材を介してそれぞれの平形
半導体スイッチの一方の主電極に接続し、前記それぞれ
の磁気コアの中心開口を貫通する１次側導体の他端を、
配列方向と直交する方向に前記第１の電極部材と平行に
延在する第２の電極部材を介してそれぞれコンデンサの
一方の端子に接続し、それぞれのコンデンサの他端をそ
れぞれの平形半導体スイッチの他方の主電極に接続し、
前記第２の電極部材を直流電源の一方の端子に共通に接
続すると共にそれぞれのコンデンサと平形半導体スイッ
チの他方の主電極との接続点を直流電源の他方の端子に
共通に接続するように構成し、前記磁気コア列の複数の
磁気コアの中心開口を直線的に貫通する１本の導体で構
成された２次側導体を設け、前記複数の平形半導体スイ
ッチの各々をそれぞれ駆動する複数の駆動回路を設けた
ことを特徴とするものである。

【００１６】本発明によるパルス電力発生用スイッチ装
置の好適な実施例においては、それぞれ同数の磁気コア
を有する第１および第２の２列の磁気コア列と、全ての
磁気コアの個数に等しい平形半導体スイッチを有する１
列の平形半導体スイッチ列とを互いに平行に並べて配置
し、この平形半導体スイッチ列においては、順次の平形
半導体スイッチが逆向きとなるように配列すると共に順
次の平形半導体スイッチを前記第１および第２の磁気コ
ア列の磁気コアの１次側導体に交互に接続し、前記２次
側導体を、前記第１の磁気コア列の中心開口を第１の方
向から直線状に貫通し、ほぼＵ字状に曲げられた後、前
記第２の磁気コア列の中心開口を第１の方向とは反対の
第２の方向から貫通する１本の導体で構成する。このよ
うな実施例においては、前記第１の磁気コア列の各磁気
コアの中心開口を貫通する１次側導体の一端を対応する
平形半導体スイッチの一方の主電極に接続する第１の電
極部材を、前記第２の磁気コア列の対応する磁気コアの
中心開口を貫通する１次側導体の一端を対応する半導体
スイッチの一方の主電極に接続する第１の電極部材とを
一体に構成するのが好適である。このように、第１およ
び第２の磁気コア列を設けた実施例においては、これら
第１および第２の磁気コア列を、その配列方向に見て、
磁気コアが部分的に重なるように配置することによって
一層コンパクトとすることができる。

【００１７】本発明によるパルス電力発生用スイッチ装
置の他の実施例においては、前記磁気コア列の１列と、
前記平形半導体スイッチ列の１列とを互いに平行に並べ
て配置し、この平形半導体スイッチ列においては、順次
の平形半導体スイッチを同じ方向に配列するとともに順
次の平形半導体スイッチの間を絶縁分離し、前記２次側
導体を前記磁気コア列の中心開口を貫通する直線状の１
本の導体で構成する。

【００１８】本発明によるパルス電力発生用スイッチ装
置のさらに他の実施例においては、第１および第２の磁
気コア列と、第１および第２の平形半導体スイッチ列と
を互いに平行に並べて配置し、第１の平形半導体スイッ
チ列においては、順次の平形半導体スイッチを同じ方向
に配列するとともに順次の平形半導体スイッチの間を絶
縁分離し、第２の平形半導体スイッチ列においては、順
次の平形半導体スイッチを、前記第１の平形半導体スイ
ッチ列における平形半導体スイッチの配列方向とは反対
の方向に配列するともに順次の平形半導体スイッチの間
を絶縁分離し、前記２次側導体を前記第１の磁気コア列
の中心開口を第１の方向から直線状に貫通し、ほぼＵ字
状に曲げられて前記第２の磁気コア列の中心開口を第１
の方向とは反対の第２の方向から直線状に貫通する１本
の導体で構成する。

【００１９】さらに、本発明においては、前記平形半導
体スイッチを静電誘導サイリスタとし、前記駆動回路を
ゲート駆動回路とするのが特に好適である。この場合、
各ゲート駆動回路の電位は同じとなるので、これらを相
互に絶縁する必要がなくなり、これらゲート駆動回路の
配置に対して余裕が生じることになり、これによっても
コンパクト化が図れると共に製造プロセスの簡易化が図
れることになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図３は本発明によるパルス電力発
生用スイッチ装置の基本的な回路構成を示す回路図であ
る。直流電源１１に複数のコンデンサ１２−１〜１２−
ｎを並列に接続し、これらコンデンサの各々と並列に半
導体スイッチ１３−１〜１３−ｎと１次側導体１４−１
〜１４−ｎの直列回路を接続する。各１次側導体１４−
１〜１４−ｎは複数の磁気コア１５−１〜１５−ｎの各
々に磁気的に結合されている。さらにこれら複数の磁気
コア１５−１〜１５−ｎの各々と磁気的に結合された複
数の２次側導体１６−１〜１６−ｎを互いに直列に接続
して設ける。これらの２次側導体１６−１〜１６−ｎの
直列回路の両端を放電部１７に接続する。また、複数の
半導体スイッチ１３−１〜１３−ｎは駆動回路１８−１
〜１８−ｎによってオンオフが制御される。

【００２１】このような本発明によるパルス電力発生用
スイッチ装置の動作を次に説明する。先ず、全ての半導
体スイッチ１２−１〜１２−ｎをオフ状態として直流電
源１１から複数のコンデンサ１２−１〜１２−ｎを図示
しない電流抑制機能により比較的ゆっくりと同時に充電
する。今、直流電源１１の電圧をＥとすると、各コンデ
ンサ１２−１〜１２−ｎの端子電圧もＥまで充電され
る。後述するように、この直流電源１１の電圧Ｅは、所
望の出力電圧をＥ_０とすると、そのｎ分の１となってい
る。

【００２２】次に、駆動回路１８−１〜１８−ｎを同時
に駆動して半導体スイッチ１３−１〜１３−ｎを同時に
ターンオンし、コンデンサ１２−１〜１２−ｎの各々の
電荷を１次側導体１４−１〜１４−ｎの各々を経て放電
させる。このようにして１次側導体１４−１〜１４−ｎ
を流れる放電電流によって２次側導体１６−１〜１６−
ｎの各々に２次電圧が誘起される。今、１次側導体１４
−１〜１４−ｎおよび２次側導体１６−１〜１６−ｎに
よる漂遊インダクタンスを小さくするために、これらの
導体は磁気コアに１回巻回されているものとする。この
場合には、１次側導体１４−１〜１４−ｎと２次側導体
１６−１〜１６−ｎとの間の巻線比は１となり、これら
の２次側導体１６−１〜１６−ｎの各々には直流電源１
１の電圧と等しい電圧Ｅが誘起される。また、これらの
２次側導体１６−１〜１６−ｎは、それぞれに誘起され
る電圧が加算されるように直列に接続されているので、
これらの２次側導体１６−１〜１６−ｎの直列回路の両
端にはｎ×Ｅ＝Ｅ_０の所望の高電圧が現れることにな
る。

【００２３】このような本発明によるパルス電力発生用
スイッチ装置においては、半導体スイッチ１３−１〜１
３−ｎの特性にばらつきがあり、同時にターンオンとな
らなくても半導体スイッチに過度の高電圧が印加される
ことはなく、したがって破壊するようなことはない。ま
た、全ての半導体スイッチ１３−１〜１３−ｎには同じ
電圧が印加されるので、駆動回路１８−１〜１８−ｎに
は高電圧が印加されることはなく、したがってこれらの
駆動回路の電源および駆動信号を互いに絶縁する必要は
ない。さらに、直流電源１１は高電圧を発生する必要は
なく、コンデンサ１２−１〜１２−ｎも高電圧のものを
使用する必要はない。このように回路構成自体は図１に
示した従来のパルス電力発生用スイッチ回路よりも若干
複雑となるが、個々の素子は高耐圧のものとする必要は
なく、しかも特別な絶縁を施す必要もないので、全体と
しての構成はきわめて簡単となり、コストも低減するこ
とになる。

【００２４】図４は、ｎ＝１０の場合の本発明によるパ
ルス電力発生用スイッチ装置の一実施例の回路構成を示
す回路図である。直流電源２１と直列に限流抵抗２２を
接続し、これら直流電源および限流抵抗の直列回路と並
列に10個のコンデンサ２３−１〜２３−１０を接続す
る。これらコンデンサ２３−１〜２３−１０の一方の端
子を１次側導体２４−１〜２４−１０の各々を経て平形
（プレスパック形）半導体スイッチ、本例では平形静電
誘導サイリスタ２５−１〜２５−１０のアノードに接続
し、これらサイリスタのカソードをコンデンサ２３−１
〜２３−１０の他方の端子に接続する。１次側導体２４
−１〜２４−１０の各々は磁気コア２６−１〜２６−１
０に１ターン巻回されている。さらに、複数の磁気コア
２６−１〜２６−１０には２次側導体として作用する１
本の導体２７を直列に通し、この導体の両端を放電部２
８に接続する。また、複数のサイリスタ２５−１〜２５
−１０の各々のカソードとゲートとの間にはそれぞれゲ
ート駆動回路２９−１〜２９−１０を接続する。

【００２５】本例のパルス電力発生用スイッチ回路の動
作は上述した図３に示した基本回路の動作と同様である
のでその詳細な説明は省略する。本例では、使用する半
導体スイッチの耐電圧を数ｋVとすると直流電源２１も
数ｋVとなるため放電部２８に数十kＶの高電圧を出力す
ることが可能となる。直流電源２１は数ｋＶのものとす
れば良く、この程度の電源であれば使用する部品も特殊
なものは必要なく、また油入りのような高度の絶縁も必
要ないので、簡単で安価なものとすることができる。さ
らに、コンデンサ２３−１〜２３−１０やサイリスタ２
５−１〜２５−１０も数ｋＶ程度の耐圧のもので足り、
小型で安価なものとすることができる。しかも、全ての
サイリスタ２５−１〜２５−１０のカソードは同電位と
なっているので、ゲート駆動回路２９−１〜２９−１０
間に高電圧が印加されることはなく、これらを相互に絶
縁する必要はない。

【００２６】図５〜９は、本発明によるパルス電力発生
用スイッチ装置の第１の実施例を示すもので、図５は、
その全体の構成を示す正面図、図６は同じくその一部を
断面で示す側面図、図７は同じくその１ユニットの平面
図、図８は磁気コア列および半導体スイッチ列の配置を
示す斜視図、図９は２列の磁気コア列の一部分を示す側
面図である。本例では１０個の磁気コア２６−１〜２６
−１０を、それぞれが５つの磁気コアを同心的に配列し
た第１および第２の磁気コア列５１および５２に分け、
これら第１および第２の磁気コア列を互いに並列に配置
する。

【００２７】また、10個の平形サイリスタ２５−１〜２
５−１０を同心的に配列した平形サイリスタ列５３を、
第１および第２の磁気コア列５１および５２と平行に配
置する。この平形サイリスタ列５３においては、順次の
平形サイリスタのアノード同士およびカソード同士が接
続されるようにその向きを交互に変えて配列すると共に
順次の平形半導体スイッチを、第１および第２の磁気コ
ア列５１および５２の磁気コアの１次側導体に交互に接
続する。また、順次の平形サイリスタの間には、所望の
配線を行うための導電板が積層されている。すなわち、
第１の平形サイリスタ２５−１のアノードと、第１０の
平形サイリスタ２５−１０のアノードとが第１の電極部
材５５−１を介して積層され、この第１０の平形サイリ
スタ２５−１０のカソードと第２の平形サイリスタ２５
−２のカソードとが第２の電極部材５７−２を介して積
層され、この第２の平形サイリスタ２５−２のアノード
と、第９の平形サイリスタ２５−９のアノードとが第１
の電極部材５５−２を介して積層され、以下同様に、順
次の平形サイリスタのアノード同士が第１の電極部材を
介して積層され、カソード同士が第２の電極部材を介し
て積層されている。なお、第１の平形サイリスタ２５−
１のカソードは第２の電極部材５７−１に接続され、一
番下側の第６の平形サイリスタ２５−６のカソードは第
２の電極部材５７−６に接続されている。

【００２８】本例においては、コンデンサ２３−１〜２
３−１０を設けるが、これらのコンデンサは１本または
複数本の列に配列し、このコンデンサ列を第１および第
２の磁気コア列５１および５２およびサイリスタ列５３
と平行に配置するが、図５〜９では省略する。本発明に
おいては、これらのコンデンサは必ずしも列状に配列す
る必要はなく、サイリスタ列５３の周囲に分散するよう
に配置してスペースファクタを改善することもできる。

【００２９】図９は、主として磁気コア２６−２、２６
−３、２６−８、２６−９の部分を示すものであるが、
これらの磁気コアの中心開口を貫通して延在する１次側
導体２４−２、２４−３、２４−８、２４−９は、それ
ぞれ導電性の円筒で形成されている。ここで、図８にも
示すように、磁気コア２６−２の中心開口に設けられた
１次側導体２４−２の一端（図面では下端）と、隣接す
る磁気コア２６−９の中心開口に設けられた１次側導体
２４−９の他端（図面では上端）とは、第２の平形サイ
リスタ２５−２のアノードと第９の平形サイリスタ２５
−９のアノードとの間に介挿された第１の電極部材５５
−２に共通に連結されており、同様に磁気コア２６−３
の中心開口に設けられた１次側導体２４−３の一端（図
面では下端）と、隣接する磁気コア２６−８の中心開口
に設けられた１次側導体２４−８の他端（図面では上
端）とは、第３の平形サイリスタ２５−３のアノードと
第８の平形サイリスタ２５−８のアノードとの間に介挿
された第１の電極部材５５−３に共通に連結されてい
る。また、磁気コア２６−２の中心開口に設けられた１
次側導体２４−２の他端（図面では上端）は導電部材５
６−２に連結されており、隣接する磁気コア２６−９の
中心開口に設けられた１次側導体２４−９の一端（図面
では下端）は導電部材５６−９に連結されている。

【００３０】図４および８に示すように、第１の電極部
材５５−１〜５５−５は、それぞれ平形サイリスタ２５
−１、２５−１０；２５−２、２５−９；…２５−５、
２５−６のアノード間に介挿されている。また、導電部
材５６−１〜５６−１０は、それぞれコンデンサ２３−
１〜２３−１０の一方の端子に接続されており、これら
のコンデンサの他方の端子は、それぞれ平形サイリスタ
２５−１〜２５−１０のカソードに接続されている。さ
らに、図６に示すように、平形サイリスタ２５−１〜２
５−１０のゲートは、それぞれゲート駆動回路２９−１
〜２９−１０に接続されている。また、導電部材５６−
１は第２の電極部材５７−１と同じレベルに配置され、
導電部材５６−２と５６−１０は第２の電極部材５７−
２と同じレベルに配置され、以下同様に、導電部材と第
２の電極部材とが同じレベルに配置されている。

【００３１】図６に示すように、第１および第２の磁気
コア列５１および５２は、第１の電極部材５５−１〜５
５−５と導電部材５６−１〜５６−１０によって支持さ
れており、図８に示すように、第１の磁気コア列５１の
互いに整列された中心開口を貫通するように２次側導体
２７が直線的に挿通され、さらにこの２次側導体は、最
下層の磁気コア２６−５の中心開口を出た後、ほぼＵ字
状に折り返され、第２の磁気コア列５２の互いに整列さ
れた中心開口を直線的に貫通するように配置されてい
る。したがって、本例では、２次側導体の両端は装置の
同じ側から取り出されることになる。

【００３２】また、平形サイリスタ列５３を、上部円板
６１および下部円板６２の間に挟み、これらの円板を２
本のシャフト６３−１および６３−２で連結する。本例
では、平形サイリスタ列５３に所定の圧接力が均一に加
わるようにするために、平形サイリスタ列の下端と下部
円板６２との間には皿ばね６４を介挿し、平形サイリス
タ列の上端に設けた保持部材６５と上部円板６１との間
にはボール６６を介挿する。

【００３３】図１０〜１２は、本発明によるパルス電力
発生用スイッチ装置の第２の実施例の構成を示すもので
あり、上述した第１の実施例と同様の部分には同じ符号
を付けて示した。本例では、5個の磁気コア２６−１〜
２６−５を同心的に配列して１本の磁気コア列５１を構
成し、５個の平形サイリスタ２５−１〜２５−５を同心
的に配列して１本の平形サイリスタ列５３を構成する。
また、平形サイリスタ列５３の周りに４本のコンデンサ
列５４−１〜５４−４を配置する。これら磁気コア列５
１、平形サイリスタ列５３およびコンデンサ列５４−１
〜５４−４を互いに平行に配列する。

【００３４】磁気コア列５１の互いに整列された中心開
口には、１本の２次側導体２７が直線的に挿通されてい
る。また、各磁気コア２６−１〜２６−５の中心開口に
は絶縁リングを介して導電性の円筒より成る１次側導体
２４−１〜２４−５が挿通されている。これら１次側導
体２４−１〜２４−５のそれぞれの上端を第１の電極部
材５５−１〜５５−５を介してそれぞれのサイリスタ２
５−１〜２５−５のアノードに接続し、他端を導電部材
５６−１〜５６−５を介してそれぞれのコンデンサ２３
−１〜２３−５（それぞれのコンデンサは4個のコンデ
ンサの並列接続で構成されている）の一方の端子に接続
し、これらコンデンサの他方の端子は第２の電極部材５
７−１〜５７−５を介して平形サイリスタのカソードに
接続する。図１０に明瞭に示すように、順次の平形サイ
リスタ２５−１〜２５−５を同じ向きに配列し、これら
の間を絶縁スペーサ５８−１〜５８−４によって絶縁分
離している。

【００３５】平形サイリスタ列５３は上部円板６１およ
び下部円板６２の間に挟持されており、これらの円板は
２本のシャフト６３−１および６３−２で連結されてい
る。ただし、本例では平形サイリスタ列５３の上端と上
部円板６１との間には絶縁ワッシャ６７およびスイベル
ワッシャ６８が介挿され、平形サイリスタ列５３の下端
と下部円板６２との間には絶縁ワッシャ６９および弾性
部材７０が介挿されている。

【００３６】上述したように、本例では２次側導体２７
は１本の磁気コア列５１を貫通するように配置されてい
るので、その両端は装置の両側から取り出されるものと
なる。また、第１の実施例ではこの２次側導体２７をＵ
字状に折り返したが、本例では１つの磁気コア列１５１
を直線状に貫通するだけであるので、２次側導体の加工
が簡単となる。

【００３７】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例では、半導体スイッチとして高電
圧、大電流を高速でスイッチングするのに適した静電誘
導サイリスタを用いたが、他の形式のサイリスタやトラ
ンジスタなどの半導体スイッチを用いることもできる。
また、上述した実施例ではコンデンサ、半導体スイッチ
および磁気コアを具えるユニットを10個または5個設け
たが、その個数は直流電源の電圧や必要な出力高電圧な
どを考慮して任意に設定することができる。ただし、第
１の実施例のように複数の磁気コア列を設ける場合に
は、磁気コアの個数は偶数個とするのが好適である。さ
らに、図１０〜１１に示した実施例の磁気コア列および
平形サイリスタ列を２組用い、これら平形サイリスタ列
の平形サイリスタの向きが反対となるように並列に配置
し、Ｕ字状の２次側導体を２つの磁気コア列に順次に通
すこともできる。

【００３８】上述したように本発明によるパルス電力発
生用スイッチ装置においては、１次側の回路には高電圧
が印加されないので、１次側回路と構成部分との間の絶
縁が容易となり、油入りなどの特殊な絶縁手段を講ずる
必要はない。また、２次側の回路には高電圧が印加され
るが、本例のように複数の２次側導体を容易に入手可能
な高電圧に耐える１本の絶縁導体２７を以て構成するの
で何ら問題は起こらない。さらに、このように２次側導
体を１本の導体２７で構成するので、漂遊インダクタン
スを最小とすることができ、高周波数特性を改善するこ
とができる。さらに、磁気コア列、半導体スイッチ列お
よびコンデンサ列を互いに平行に配置するので、装置全
体の構成は簡易となり、スペースファクタも良好とな
り、さらに製造も簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】サイラトロンを用いた従来パルス電力発生用ス
イッチ回路の構成を示す回路図である。

【図２】複数のサイリスタの直列配置を用いた従来のパ
ルス電力発生用スイッチ回路の構成を示す回路図であ
る。

【図３】本発明によるパルス電力発生用スイッチ装置の
基本的な回路構成を示す回路図である。

【図４】本発明によるパルス電力発生用スイッチ装置の
一実施例の回路構成を示す回路図である。

【図５】同じくその正面図である。

【図６】同じくその側面図である。

【図７】同じくその平面図である。

【図８】同じくその全体の構成を線図的に示す斜視図で
ある。

【図９】同じくその磁気コア列の一部分の構造を一部を
断面として示す側面図である。

【図１０】本発明によるパルス電力発生用スイッチ装置
の他の実施例の構成を示す側面図である。

【図１１】同じくその平面図である。

【図１２】同じくその１つのユニットの構成を示す側面
図である。

【符号の説明】

１１直流電源、１２−１〜１２−ｎコンデンサ、
１３−１〜１３−ｎ半導体スイッチ、１４−１〜１４
−ｎ１次側導体、１５−１〜１５−ｎ磁気コア、
１６−１〜１６−ｎ２次側導体、１７放電部、
１８−１〜１８−ｎ駆動回路、２１直流電源、
２２限流抵抗、２３−１〜２３−１０コンデン
サ、２４−１〜２４−１０１次側導体、２５−１
〜２５−１０サイリスタ、２６−１〜２６−１０
磁気コア、２７２次側導体、２８放電部、２９
−１〜２９−１０ゲート駆動回路、５１、５２磁
気コア列、５３サイリスタ列、５４−１〜５４−
４コンデンサ列、５５−１〜５５−５第１の電極
部材、５６−１〜５６−１０導電部材、５７−１
〜５７−１０第２の電極部材、５８−１〜５８−４
絶縁スペーサ、６１上部円板、６２下部円板、
６３−１〜６３−３シャフト、６４皿ばね、
６５スペーサ６６ボール、６７絶縁ワッシ
ャ、６８スイベルワッシャ、６９絶縁ワッシャ、
７０弾性部材

フロントページの続き (72)発明者佐久間健愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者塩野谷亘愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内Ｆターム(参考） 5H790 BB03 BB08 CC01 DD06 EA13 KK07 5J050 AA02 AA32 AA49 CC01 DD12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の磁気コアを同心的に配置した磁気コ
ア列の少なくとも１列と、複数の平形半導体スイッチを
同心的に配置した平形半導体スイッチ列の少なくとも１
列とを互いに平行に設け、前記平形半導体スイッチ列の
両端にそれぞれ押え板を配置し、これら押え板の間で平
形半導体スイッチ列を弾性部材を介して保持し、前記磁
気コア列の複数の磁気コアの各々の中心開口を貫通する
導電材料の円筒で構成される１次側導体の一端を、配列
方向と直交する方向に延在する第１の電極部材を介して
それぞれの平形半導体スイッチの一方の主電極に接続
し、前記それぞれの磁気コアの中心開口を貫通する１次
側導体の他端を、配列方向と直交する方向に前記第１の
電極部材と平行に延在する第２の電極部材を介してそれ
ぞれコンデンサの一方の端子に接続し、それぞれのコン
デンサの他端をそれぞれの平形半導体スイッチの他方の
主電極に接続し、前記第２の電極部材を直流電源の一方
の端子に共通に接続すると共にそれぞれのコンデンサと
平形半導体スイッチの他方の主電極との接続点を直流電
源の他方の端子に共通に接続するように構成し、前記磁
気コア列の複数の磁気コアの中心開口を直線的に貫通す
る１本の導体で構成された２次側導体を設け、前記複数
の平形半導体スイッチの各々をそれぞれ駆動する複数の
駆動回路を設けたことを特徴とするパルス電力発生用ス
イッチ装置。
【請求項２】それぞれ同数の磁気コアを有する第１およ
び第２の磁気コア列と、全ての磁気コアの個数に等しい
平形半導体スイッチを有する１列の平形半導体スイッチ
列とを互いに平行に並べて配置し、この平形半導体スイ
ッチ列においては、順次の平形半導体スイッチが逆向き
となるように配列すると共に順次の平形半導体スイッチ
を前記第１および第２の磁気コア列の磁気コアの１次側
導体に交互に接続し、前記２次側導体を、前記第１の磁
気コア列の中心開口を第１の方向から直線状に貫通し、
ほぼＵ字状に曲げられた後、前記第２の磁気コア列の中
心開口を第１の方向とは反対の第２の方向から貫通する
１本の導体で構成したことを特徴とする請求項１に記載
のパルス電力発生用スイッチ装置。
【請求項３】前記第１の磁気コア列の各磁気コアの中心
開口を貫通する１次側導体の一端を対応する平形半導体
スイッチの一方の主電極に接続する第１の電極部材を、
前記第２の磁気コア列の対応する磁気コアの中心開口を
貫通する１次側導体の一端を対応する半導体スイッチの
一方の主電極に接続する第１の電極部材とを一体に構成
したことを特徴とする請求項２に記載のパルス電力発生
用スイッチ装置。
【請求項４】前記第１および第２の磁気コア列を、その
配列方向に見て、磁気コアが部分的に重なるように配置
したことを特徴とする請求項２または３の何れかに記載
のパルス電力発生用スイッチ装置。
【請求項５】前記磁気コア列の１列と、前記平形半導体
スイッチ列の１列とを互いに平行に並べて配置し、この
平形半導体スイッチ列においては、順次の平形半導体ス
イッチを同じ方向に配列するとともに順次の平形半導体
スイッチの間を絶縁分離し、前記２次側導体を前記磁気
コア列の中心開口を貫通する直線状の導体で構成したこ
とを特徴とする請求項１に記載のパルス電力発生用スイ
ッチ装置。
【請求項６】第１および第２の磁気コア列と、第１およ
び第２の平形半導体スイッチ列とを互いに平行に並べて
配置し、第１の平形半導体スイッチ列においては、順次
の平形半導体スイッチを同じ方向に配列するとともに順
次の平形半導体スイッチの間を絶縁分離し、第２の平形
半導体スイッチ列においては、順次の平形半導体スイッ
チを、前記第１の平形半導体スイッチ列における平形半
導体スイッチの配列方向とは反対の方向に配列するとも
に順次の平形半導体スイッチの間を絶縁分離し、前記２
次側導体を前記第１の磁気コア列の中心開口を第１の方
向から直線状に貫通し、ほぼＵ字状に曲げられて前記第
２の磁気コア列の中心開口を第１の方向とは反対の第２
の方向から直線状に貫通する１本の導体で構成したこと
を特徴とする請求項１に記載のパルス電力発生用スイッ
チ装置。
【請求項７】前記平形半導体スイッチを、静電誘導サイ
リスタとし、前記駆動回路をゲート駆動回路としたこと
を特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のパルス電力
発生用スイッチ装置。