JP2002524014A - 非線形キャパシターを利用した高圧パルス発生装置 - Google Patents

非線形キャパシターを利用した高圧パルス発生装置

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JP2002524014A JP2000566948A JP2000566948A JP2002524014A JP 2002524014 A JP2002524014 A JP 2002524014A JP 2000566948 A JP2000566948 A JP 2000566948A JP 2000566948 A JP2000566948 A JP 2000566948A JP 2002524014 A JP2002524014 A JP 2002524014A
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ジュ−ヒョン チョウ
ジュ−ウォン ベク
ピー パブロフ，イー
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Abstract

(57)【要約】 非線形キャパシターの電圧増幅効果を利用して高圧の短いパルス幅を有するパルスを発生させられる装置であって、交流入力電源を整流するための整流回路と、上記整流回路の一方の出力端子に連結された半導体スイッチと、上記半導体スイッチの出力と上記整流回路の他方の出力端子との間に連結された第1のコイルと、上記半導体スイッチの出力にカソードが連結されたダイオードと、上記ダイオードのアノードと上記整流回路の上記他方の出力端子との間に連結されたキャパシターと、上記ダイオードのアノードに一方の端子が連結された第2のコイルと、上記第２のコイルの他方の端子と上記整流回路の上記他方の出力端子との間に連結された非線形キャパシターを備え、上記非線形キャパシターの両端に負荷が並列連結されるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明が属する技術分野 本発明は、非線形キャパシターを利用した高圧パルス発生措置に関するもので
あって、特に、非線形キャパシターの電圧増幅効果を利用して高圧の短いパルス幅
を有するパルスを発生させることができる措置に関するものである。
【０００２】 従来技術 多くのパルス電力応用分野で高い反復率を有する短い高圧パルスを必要として
いる。このような短い高圧パルスを生成するには通常的に放電形スイッチが使用
される。図８に従来の放電形スイッチを使用した高圧パルス発生回路を図示した。
しかし、放電形スイッチは寿命が短く信頼性と反復率が劣る。また、このような回
路はパルス変圧器と磁気飽和スイッチを使用するので大きさが大きくなる短所が
ある。
【０００３】 これに反し、半導体スイッチング素子は、 長い寿命と高い信頼度を有している
が、その動作電圧範囲とスイッチング時間がパルス電力システムを直接駆動する
のは適切でない。従って、これらを電圧増幅およびパルス圧縮方式を必要とする。
しかし、パルス変圧器とマグネチックパルス圧縮器は、エネルギー伝達効率が低い
し外形が大きい。
【０００４】 発明の概要 従って、本発明は半導体スイチング素子を使用した小形、高効率の高圧パルス
発生装置を提供することを目的とする。
【０００５】 また、本発明は、パルス変圧器とマグネチックパルス圧縮器を使用しないて寿
命の長い半導体スイチング素子を使用した高圧パルス発生装置を提供するとを目
的とする。
【０００６】 このような目的を達成するために、本発明では、BaTiO3セラミックキャパシタ
ーを研究する途中に発見した非線形キャパシターの電圧増幅効果を利用した方式
を使用した。セラミックキャパシターは、一般的に定格以上の電圧がかかればそ
のキャパシタンスが減られる特性がある。キャパシタンスの減少はスイッチの開
放動作と類似するので、非線形キャパシターがインダクテイーブ貯蔵システムに
基づいたパルス発生方式に適切であることは明らかである。本発明はこのような
キャパシターの非線形特性を利用した。
【０００７】 このような本発明の高圧パルス発生装置は、直流電源または整流回路の一方の
出力端子に連結された半導体スイッチと、上記半導体スイッチの出力と上記整流
回路の他方の出力端子との間に連結された第１のインダクターと、上記半導体ス
イッチの出力にカソードが連結されたダイオードと、上記ダイオードのアノード
と上記整流回路の上記他方の出力端子との間に連結されたキャパシターと、上記
ダイオードのアノードに一方の端子が連結された第２のインダクターと、上記第
２のインダクターの他方の端子と上記整流回路の上記他方の出力端子との間に連
結された非線形キャパシターを備え、上記非線形キャパシターの両端に負荷が並
列連結される。
【０００８】 以下、本発明を図面を参照して例を挙げて説明する。
【０００９】 図１は、本発明のパルス発生器の一実施例の回路図である。
【００１０】 本例では、抵抗R１は充電電流を制御し、キャパシターC１はC１にかかる電圧
をV１というとき１次エネルギーを貯蔵し
【００１１】
【数１】 インダクターL1はL1に流れる電流をI1というとき、２次エネルギーを貯蔵し
【００１２】
【数２】 キャパシターC２はC２にかかる電圧をV２というとき、３次エネルギーを貯蔵し
【００１３】
【数３】 インダクター(L２)はキャパシターC２とキャパシターC３が充電されるようにし
、C３の飽和を促進する。先ず、交流電源(AC)からの交流電圧は整流ダイオード(
1)と抵抗(R1)およびキャパシター(C１)からなる整流回路を経て直流電圧となる
。本例では、約60Ｖの電圧がキャパシター(C１)に印加される。 この直流電圧は
駆動回路(2)によってスイッチングされる半導体スイッチ(Q1)によって断続され
パルスに変化される。
【００１４】 半導体スイッチ(Q1)がオン(ON)されている状態ではダイオード(D1)によって電
流がダイオード(D1)を通じて流入するのが防止される。従って、この際、電流はイ
ンダクター(L１)にだけ流れるようになり、インダクター(L１)は半導体スイッチ(
Q1)を通じて低いキャパシター(C１)電圧(60V)からエネルギーを取る。インダクタ
ー(L１)における電流上昇時間は55μsである。インダクター(L１)に貯蔵された電
流の大きさは130Aである。半導体スイッチ(Q1)は1200Vの定格電圧を有する第1番
目の開放スイッチとして使用する。これは、スイッチの両端の非線形バリスター(
VR)によって保護される。
【００１５】 半導体スイッチ(Q1)を開放すると、ダイオード(D1)が導通するようになり、イン
ダクター(L１)に貯蔵された電流はキャパシター(C２)を充電し始め、キャパシタ
ー(C３)を通じて2番目のインダクター(L２)がエネルギー化される。キャパシター
(C３)が飽和すると、L１、L２、C２からの電流は負荷(R２)を通じて流れ始めてそこ
に高圧パルスを形成する。
【００１６】 即ち、半導体スイッチ(Q1)をオン(ON)すると、インダクター(L１)に
【００１７】
【数４】 のエネルギーが貯蔵され、半導体スイッチ(Q1)をオフ(OFF)するとキャパシター(C ３ )に
【００１８】
【数５】 でエネルギーが移動して貯蔵される。この際、C３にかかる電圧が一定値に到達す
るとC３が飽和するようになり、その値がC３’に減少されるようになり、キャパシ
ター(C３)にかかる電圧は
【００１９】
【数６】 に増加する。C３の飽和は非常に短い時間に進行されるので、パルスの圧縮現象が
起こり短いパルス電圧をC３と並列に連結された負荷に印加する。
【００２０】 無負荷状態における出力電圧とインダクター(L２)における電流の波形を図２
に図示した。図２において、上に図示した波形(チャンネル３)が出力電圧の波形
であり、下に図示した波形(チャンネル１)がインダクター(L２)における電流の波
形である。図面において半導体スイッチ(Q1)がオフ(OFF)された時点からエネルギ
ーがキャパシターとインダクターとの間で往来するのが分かる。無負荷状態では
エネルギーの消耗が殆ど無いため半導体スイッチ(Q1)がオフ(OFF)された状態で
は発振状態のような波形が現れる。
【００２１】 高圧放電ランプが負荷で使用された時のインダクター(L２)に流れる電流と出
力電圧の波形を図３に図示した。負荷がかかった時には、無負荷状態とは異なり
発振状態のような波形でなく、パルス形態が現れるのが分かる。
【００２２】 負荷として50Ω抵抗が使用されたときの負荷両端の電圧とL２電流波形を図４
に図示した。
【００２３】 図５にはC２電圧とインダクター(L１)に貯蔵された電流を図示した。本図面に
おいて、半導体スイッチ(Q1)がオフ(OFF)された後のC２の電圧は1200Vを超えない
ことが分かる。反復率は50Hzまでであり、充電源によってのみ制限される。
【００２４】 図６には、半導体スイッチ(Q1)を多数箇を連結して使用するスタックド(Stacke
d)パルス発生器の回路図が図示されている。スタックドパルス発生器は一つの半
導体スイッチ(Q1)だけを使用する時よりも一層高い振幅の出力電圧を実現するた
めに使用されたものである。即ち、共通の負荷上で動作する三つの同一なパルス発
生器を直列に連結した。三つの半導体スイッチ(Q1、Q２、Q３)は全て一つの共通
の制御器(2)から同時に駆動される。
【００２５】 この時の出力電圧波形を図７に図示した。図示のように、総出力電圧がそれぞ
れのパルス発生器の出力を3倍したものより小さい。即ち、最大無負荷出力電圧は6
.3kVであり、パルス幅は(半分の振幅において)0.9μsであった。これは、各パルス
発生器素子のパラメーターが異なるという点からである。
【００２６】 以上、本発明をその例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。即ち、上記説明において使用した特定の素子値はパルス幅や出力電圧に合わ
せて適宜調節が可能である。また、使用された非線形キャパシターは一定電圧以上
においてキャパシターが顕著に低くなる特性を有しておれば使用可能である。
【００２７】 キャパシターの非線形特性を利用することにより、半導体スイッチング素子を
使用した小形、高効率の高圧パルス発生装置が提供される。また、パルス変圧器と
マグネチックパルス圧縮機を使用しない、半導体スイッチング素子を使用した高
圧パルス発生装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のパルス発生器の１実施例の回路図である。
【図２】 無負荷状態における出力電圧とインダクターL２における電流の波形を見せる
波系図である。
【図３】 非線形特性を有する高圧放電ランプが負荷として使用された時のインダクター
L2に流れる電流と出力電圧の波形図である。
【図４】 負荷として順抵抗が使用されたときの負荷両端の電圧とL2電流の波形図である
。
【図５】 C3電圧とインダクターL１に貯蔵された電流の波形図である。
【図６】 図１のパルス発生回路を3つ連結したスタックドパルス発生器の回路図である。
【図７】 図６の回路の出力波形図である。
【図８】 従来の放電形スイッチを使用した高圧パルス発生回路の回路図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月２０日（２００１．２．２０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 非線形キャパシターを利用した高圧パルス発生装置
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月２０日（２００１．２．２０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】 発明が属する技術分野 本発明は、非線形キャパシターを利用した高圧パルス発生装置に関するもので
あって、特に、非線形キャパシターの電圧増幅効果を利用して高圧の短いパルス幅
を有するパルスを発生させることができる装置に関するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベク ジュ−ウォン 大韓民国 641−010 キョンナム チャン ウォン−シ，サンナム−ドン，デドン・ア パートメント 107−406号 (72)発明者 パブロフ，イー ピー 大韓民国 641−110 キョンナム チャン ウォン−シ，ガウンジョン−ドン，ケリ・ アパートメント ナ−306号 Ｆターム(参考） 5H730 AA10 AA14 AA16 AS04 AS11 BB15 BB57 BB82 BB85 CC01 DD02 5H790 BA06 BB03 BB08 CC02 DD04 EA01 EA03 EA15 EA26

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電流電源または電流回路のー方の出力端子に連結された半導
    体スイッチと、 上記半導体スイッチの出力と上記整流回路の他方の出力端子との間に連結され
    た第1のインダクターと、 上記半導体スイッチの出力にカソードが連結されたダイオードと、 上記ダイオードのアノードと上記整流回路の上記他方の出力端子との間に連結
    されたキャパシターと、 上記ダイオードのアノードに一方の端子が連結された第2のインダクターと、 上記第2のインダクターの他方の端子と上記整流回路の上記他方の出力端子と
    の間に連結された非線形キャパシターとを備え、 上記非線形キャパシターの両端に負荷が並列連結される高圧パルス発生装置。
  2. 【請求項２】 上記非線形キャパシターはセラミックキャパシターであるこ
    とを特徴とする請求項１記載の高圧パルス発生装置。
  3. 【請求項３】 上記非線形キャパシターはBaTiO3セラミックキャパシターで
    あることを特徴とする請求項１記載の高圧パルス発生装置。
  4. 【請求項４】 （a）直流電源またはダイオード整流回路の出力に並列に連
    結された複数のパルス発生部として、 （a-1）直流または整流回路の一方の出力端子に連結された半導体スイッチと、 （a-2）上記半導体スイッチの出力と上記整流回路の他方の出力端子との間に
    連結された第1のインダクターと、 （a-3）上記半導体スイッチの出力にカソードが連結されたダイオードと、 （a-4）上記ダイオードのアノードと上記整流回路の上記他方の出力端子との
    間に連結されたキャパシターと、 （a-5）上記ダイオードのアノードに一方の端子が連結された第2のインダクタ
    ーと、 （a-6）上記第2のインダクターの他方の端子と上記整流回路の上記他方の出力
    端子との間に連結された非線形キャパシターをそれぞれ含み、上記非線形キャパ
    シターは直列連結されているパルス発生部；を備え、上記複数の直列連結された
    非線形キャパシターの両端に負荷が並列連結される高圧パルス発生装置。、
  5. 【請求項５】 上記非線形キャパシターはセラミックキャパシターであるこ
    とを特徴とする請求項４記載の高圧パルス発生装置。
  6. 【請求項６】 上記非線形キャパシターはBaTiO3セラミックキャパシターで
    あることを特徴とする請求項４記載の高圧パルス発生装置。
JP2000566948A 1998-08-19 1999-08-19 非線形キャパシターを利用した高圧パルス発生装置 Pending JP2002524014A (ja)

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