JP2003028997A - パルス電源 - Google Patents
パルス電源Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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- Particle Accelerators (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 コンデンサ放電を用いたパルス電源におい
て、コンデンサエネルギーの低減化を図り、出力電圧ま
たは電流の安定した高電圧高電流のパルス出力を得る。 【解決手段】 充電されたコンデンサＣ0 から半導体ス
イッチユニットＳＷを経て負荷Ｌ0 にパルスを供給する
パルス電源において、半導体スイッチユニットＳＷ内で
は、常開の半導体スイッチＳＷ1 、ＳＷ2 、・・・ＳＷ
n にそれぞれインピーダンス素子Ｒ1 、Ｒ2 、・・・Ｒ
n を並列接続した上でこれらの並列回路とインピーダン
ス素子が並列に接続されていない常開の半導体スイッチ
ＳＷ0 とを直列に接続し、負荷に供給されるパルスの電
圧または電流が下限値まで減衰する毎に上記半導体スイ
ッチを順に閉路して、パルスの電圧または電流が回復す
るよう制御する。
て、コンデンサエネルギーの低減化を図り、出力電圧ま
たは電流の安定した高電圧高電流のパルス出力を得る。 【解決手段】 充電されたコンデンサＣ0 から半導体ス
イッチユニットＳＷを経て負荷Ｌ0 にパルスを供給する
パルス電源において、半導体スイッチユニットＳＷ内で
は、常開の半導体スイッチＳＷ1 、ＳＷ2 、・・・ＳＷ
n にそれぞれインピーダンス素子Ｒ1 、Ｒ2 、・・・Ｒ
n を並列接続した上でこれらの並列回路とインピーダン
ス素子が並列に接続されていない常開の半導体スイッチ
ＳＷ0 とを直列に接続し、負荷に供給されるパルスの電
圧または電流が下限値まで減衰する毎に上記半導体スイ
ッチを順に閉路して、パルスの電圧または電流が回復す
るよう制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高圧大電流のパルス
波を得るための電源にかかり、特にコンデンサの充電電
荷を半導体スイッチを経由して負荷に流すパルス電源に
関するものである。
波を得るための電源にかかり、特にコンデンサの充電電
荷を半導体スイッチを経由して負荷に流すパルス電源に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子ビームやイオンビーム、そして中性
粒子ビームなどのビーム発生装置は、核融合研究や産業
分野の加工機などに広く利用されている。この種のビー
ムを発生するには、緻密な制御を経て生成されたプラズ
マから所定のビームを引出し、マイクロ秒からミリ秒単
位のパルス状の高電圧を印加し加速しなければならない
が、このような短パルス電圧を発生させるには、充電さ
れたコンデンサから半導体スイッチを介してパルス電圧
を取出す方法がとられている。この種のパルス電源の従
来例を図３に示す。
粒子ビームなどのビーム発生装置は、核融合研究や産業
分野の加工機などに広く利用されている。この種のビー
ムを発生するには、緻密な制御を経て生成されたプラズ
マから所定のビームを引出し、マイクロ秒からミリ秒単
位のパルス状の高電圧を印加し加速しなければならない
が、このような短パルス電圧を発生させるには、充電さ
れたコンデンサから半導体スイッチを介してパルス電圧
を取出す方法がとられている。この種のパルス電源の従
来例を図３に示す。
【０００３】図３においては、充放電用のコンデンサＣ
0 と半導体スイッチユニットＳＷと負荷Ｌ0 を構成する
ビーム発生器とが閉回路になるように接続され、該ビー
ム発生器に並列抵抗ＲD が接続され、半導体スイッチユ
ニットＳＷの開閉はゲート制御回路１によって制御され
ている。上記ビーム発生器では図示しないフィラメント
や各種手段を用いたプラズマ制御が行われるが、加速用
のパルス電圧が印加される初期は高いインピーダンス値
で、その後ビームの引出しが進む過程で低インピーダン
ス値へ移行する複雑な負荷特性を呈する。
0 と半導体スイッチユニットＳＷと負荷Ｌ0 を構成する
ビーム発生器とが閉回路になるように接続され、該ビー
ム発生器に並列抵抗ＲD が接続され、半導体スイッチユ
ニットＳＷの開閉はゲート制御回路１によって制御され
ている。上記ビーム発生器では図示しないフィラメント
や各種手段を用いたプラズマ制御が行われるが、加速用
のパルス電圧が印加される初期は高いインピーダンス値
で、その後ビームの引出しが進む過程で低インピーダン
ス値へ移行する複雑な負荷特性を呈する。
【０００４】このため、パルス電圧を印加した初期はビ
ーム発生器が無負荷状態に近いため、全電圧が印加され
たり、回路のインダクタンスや浮遊容量などとの共振に
より負荷電圧が跳ね上がって過電圧が発生したり、また
電流が流れ難く、半導体スイッチユニットＳＷの持続電
流が維持できないなどの難点があるために、ビーム発生
器に並列抵抗ＲD が接続されている。
ーム発生器が無負荷状態に近いため、全電圧が印加され
たり、回路のインダクタンスや浮遊容量などとの共振に
より負荷電圧が跳ね上がって過電圧が発生したり、また
電流が流れ難く、半導体スイッチユニットＳＷの持続電
流が維持できないなどの難点があるために、ビーム発生
器に並列抵抗ＲD が接続されている。
【０００５】図４は、図３におけるコンデンサ電圧ＶC
と負荷電圧ＶL との電圧波形を示し、横軸は時間を、縦
軸は電圧を示している。なお、説明上理解し易いように
電流制限器Ｚ0 のインピーダンスは０（Ω）として波形
を示した。コンデンサＣ0 は図示しない直流電圧電源に
より予め所定の電圧に充電され、ゲート制御回路１から
のゲート信号により、半導体スイッチユニットＳＷが閉
路して放電を開始し、負荷Ｌ0 を構成するビーム発生器
にパルス電圧を印加する。このとき、コンデンサ電圧Ｖ
C は半導体スイッチユニットＳＷが開かれない限り、回
路定数で決まる時定数に従って減衰を続ける。一方、上
記負荷電圧ＶL は、放電回路に寄生するインダクタンス
や分布容量の影響により、電圧の立ち上がり部分は若干
緩やかに上昇し、上限電圧Ｖ1 に達したときに上記コン
デンサ電圧Ｖ C に一致し、以後は減衰を続ける。その
後、パルス幅が予め設定された幅ｔ0 に達するとゲート
制御回路１より半導体スイッチユニットＳＷに開放のゲ
ート信号が与えられて放電を停止し、上記負荷電圧ＶL
は急速に零となるが、上記コンデンサ電圧ＶC は放電停
止時の電圧Ｖ2 を維持する。
と負荷電圧ＶL との電圧波形を示し、横軸は時間を、縦
軸は電圧を示している。なお、説明上理解し易いように
電流制限器Ｚ0 のインピーダンスは０（Ω）として波形
を示した。コンデンサＣ0 は図示しない直流電圧電源に
より予め所定の電圧に充電され、ゲート制御回路１から
のゲート信号により、半導体スイッチユニットＳＷが閉
路して放電を開始し、負荷Ｌ0 を構成するビーム発生器
にパルス電圧を印加する。このとき、コンデンサ電圧Ｖ
C は半導体スイッチユニットＳＷが開かれない限り、回
路定数で決まる時定数に従って減衰を続ける。一方、上
記負荷電圧ＶL は、放電回路に寄生するインダクタンス
や分布容量の影響により、電圧の立ち上がり部分は若干
緩やかに上昇し、上限電圧Ｖ1 に達したときに上記コン
デンサ電圧Ｖ C に一致し、以後は減衰を続ける。その
後、パルス幅が予め設定された幅ｔ0 に達するとゲート
制御回路１より半導体スイッチユニットＳＷに開放のゲ
ート信号が与えられて放電を停止し、上記負荷電圧ＶL
は急速に零となるが、上記コンデンサ電圧ＶC は放電停
止時の電圧Ｖ2 を維持する。
【０００６】負荷Ｌ0 を構成するビーム発生器は放電管
であるため、電子イオンの挙動は非常に複雑であるか
ら、その制御は非常に難しい。従って、電源側に要求さ
れる理想的な条件としては、電圧、電流ともに矩形波で
減衰などのない直流的で安定度の極めて高い波形が要求
される。しかし、短パルスの大容量エネルギー源として
コンデンサを用いるので、図４に示すように減衰する電
圧の変化量ΔＶ＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）を小さくすること、云
いかえると電圧変動率α＝｛（Ｖ1 −Ｖ2 ）／Ｖ1 ｝×
１００％を小さくすることが必要であるが、この電圧の
変化量ΔＶを小さくするとコンデンサの静電容量は非常
に大きなものとなり、従ってその価格も高価で、寸法も
大形で、重量も大きなものとなっていた。また、上記ビ
ーム発生器が短絡したり、あるいは回路が地絡したりし
た場合、コンデンサの全蓄積エネルギーが放電し、半導
体スイッチを壊したり、電磁力による事故が大きなもの
となり、安全性にも問題を残していた。
であるため、電子イオンの挙動は非常に複雑であるか
ら、その制御は非常に難しい。従って、電源側に要求さ
れる理想的な条件としては、電圧、電流ともに矩形波で
減衰などのない直流的で安定度の極めて高い波形が要求
される。しかし、短パルスの大容量エネルギー源として
コンデンサを用いるので、図４に示すように減衰する電
圧の変化量ΔＶ＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）を小さくすること、云
いかえると電圧変動率α＝｛（Ｖ1 −Ｖ2 ）／Ｖ1 ｝×
１００％を小さくすることが必要であるが、この電圧の
変化量ΔＶを小さくするとコンデンサの静電容量は非常
に大きなものとなり、従ってその価格も高価で、寸法も
大形で、重量も大きなものとなっていた。また、上記ビ
ーム発生器が短絡したり、あるいは回路が地絡したりし
た場合、コンデンサの全蓄積エネルギーが放電し、半導
体スイッチを壊したり、電磁力による事故が大きなもの
となり、安全性にも問題を残していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の背景を
鑑みて、半導体スイッチユニットＳＷの動作の制御によ
りコンデンサＣ0 の静電容量の低減、低エネルギー化を
図ったパルス電源を提供し、かつ、低コスト化、小形・
軽量化を図ろうとするものである。
鑑みて、半導体スイッチユニットＳＷの動作の制御によ
りコンデンサＣ0 の静電容量の低減、低エネルギー化を
図ったパルス電源を提供し、かつ、低コスト化、小形・
軽量化を図ろうとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、高電圧で充電
された大容量のコンデンサから半導体スイッチユニット
の開閉により負荷へ供給するパルス電圧の発生及び停止
を制御するパルス電源において、それぞれにインピーダ
ンス素子が並列に接続されている複数の半導体スイッチ
及び上記インピーダンス素子が並列に接続されていない
半導体スイッチの直列接続によって上記半導体スイッチ
ユニットを構成し、これら各半導体スイッチ素子に対し
てそれぞれの開閉を制御するためのゲート信号を供給す
る制御手段を設けたものである。
された大容量のコンデンサから半導体スイッチユニット
の開閉により負荷へ供給するパルス電圧の発生及び停止
を制御するパルス電源において、それぞれにインピーダ
ンス素子が並列に接続されている複数の半導体スイッチ
及び上記インピーダンス素子が並列に接続されていない
半導体スイッチの直列接続によって上記半導体スイッチ
ユニットを構成し、これら各半導体スイッチ素子に対し
てそれぞれの開閉を制御するためのゲート信号を供給す
る制御手段を設けたものである。
【０００９】上記ゲート信号の制御手段は、上記パルス
電圧のスタート時に上記インピーダンス素子が並列に接
続されていない半導体スイッチ素子へこれを閉路するた
めのゲート信号を供給し、上記パルス電圧の終了時に当
該半導体スイッチ素子へこれを開路するためのゲート信
号を供給する。
電圧のスタート時に上記インピーダンス素子が並列に接
続されていない半導体スイッチ素子へこれを閉路するた
めのゲート信号を供給し、上記パルス電圧の終了時に当
該半導体スイッチ素子へこれを開路するためのゲート信
号を供給する。
【００１０】また、上記ゲート信号の制御手段は、上記
負荷に印加される電圧または電流が予め設定した下限値
に到達したときに、上記半導体スイッチユニット中の上
記インピーダンス素子が接続されている半導体スイッチ
の一部を選出して、これを閉路するためのゲート信号を
供給し、この半導体スイッチの閉路によってこれに並列
接続されているインピーダンス素子を短絡して、これに
より負荷へ供給される電圧または電流を放電初期に近い
値に戻す。このようにして、負荷へ供給される電圧また
は電流が下限値に達する度に初期値の方向へ戻されるた
めに、パルスの全期間を通じての電圧または電流の変動
を最小限にとどめることができる。
負荷に印加される電圧または電流が予め設定した下限値
に到達したときに、上記半導体スイッチユニット中の上
記インピーダンス素子が接続されている半導体スイッチ
の一部を選出して、これを閉路するためのゲート信号を
供給し、この半導体スイッチの閉路によってこれに並列
接続されているインピーダンス素子を短絡して、これに
より負荷へ供給される電圧または電流を放電初期に近い
値に戻す。このようにして、負荷へ供給される電圧また
は電流が下限値に達する度に初期値の方向へ戻されるた
めに、パルスの全期間を通じての電圧または電流の変動
を最小限にとどめることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の実施例によるパルス電源の
回路図、図２はその電圧波形図である。図３および図４
と同一回路を構成する素子および電圧波形記号について
は同一記号を付記したので、その説明は省略する。
て説明する。図１は本発明の実施例によるパルス電源の
回路図、図２はその電圧波形図である。図３および図４
と同一回路を構成する素子および電圧波形記号について
は同一記号を付記したので、その説明は省略する。
【００１２】
【実施例】図１において、半導体スイッチユニットＳＷ
と負荷Ｌ0 を構成するビーム発生器との間に電流制限器
Ｚ0 を接続し、印加される電圧、電流を検出するため上
記ビーム発生器と並列に電圧検出器２を、直列に電流検
出器３を挿入接続し、その検出信号を比較器４に導入す
る。該比較器４は半導体スイッチユニットＳＷに開閉の
ゲート信号を出すためゲート制御回路１と接続されてい
る。上記比較器４は、自己あるいは外部信号の指示によ
り放電開始のゲート信号をゲート制御回路１から半導体
スイッチＳＷ0 に送らせる機能と、電圧値及び電流値の
一方または双方が設定した規定値よりも低下すると、ゲ
ート制御回路１に半導体スイッチユニットＳＷのうちの
所定の半導体スイッチに閉路のゲート信号を送らせる機
能と、放電が規定のパルス幅ｔ0 に達すると放電停止の
ゲート信号をゲート制御回路１から半導体スイッチＳＷ
0 へ送らせる機能とを併せ持っている。一方、半導体ス
イッチユニットＳＷは半導体スイッチＳＷ0 と半導体ス
イッチＳＷ1 〜ＳＷn によって構成され、これらは直列
に接続されている。そして、半導体スイッチＳＷ1 〜Ｓ
Ｗn には各々インピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn が並列に接
続されている。
と負荷Ｌ0 を構成するビーム発生器との間に電流制限器
Ｚ0 を接続し、印加される電圧、電流を検出するため上
記ビーム発生器と並列に電圧検出器２を、直列に電流検
出器３を挿入接続し、その検出信号を比較器４に導入す
る。該比較器４は半導体スイッチユニットＳＷに開閉の
ゲート信号を出すためゲート制御回路１と接続されてい
る。上記比較器４は、自己あるいは外部信号の指示によ
り放電開始のゲート信号をゲート制御回路１から半導体
スイッチＳＷ0 に送らせる機能と、電圧値及び電流値の
一方または双方が設定した規定値よりも低下すると、ゲ
ート制御回路１に半導体スイッチユニットＳＷのうちの
所定の半導体スイッチに閉路のゲート信号を送らせる機
能と、放電が規定のパルス幅ｔ0 に達すると放電停止の
ゲート信号をゲート制御回路１から半導体スイッチＳＷ
0 へ送らせる機能とを併せ持っている。一方、半導体ス
イッチユニットＳＷは半導体スイッチＳＷ0 と半導体ス
イッチＳＷ1 〜ＳＷn によって構成され、これらは直列
に接続されている。そして、半導体スイッチＳＷ1 〜Ｓ
Ｗn には各々インピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn が並列に接
続されている。
【００１３】図２は半導体スイッチＳＷ1 〜ＳＷn の動
作が分かり易いようにコンデンサＣ 0 のコンデンサ電圧
Ｖc と負荷Ｌ0 を構成するビーム発生器の負荷電圧ＶL
の電圧波形を示したもので、電流波形については同じ傾
向の動作をすることから省略している。なお、説明上理
解し易いように電流制限器Ｚ0 のインピーダンスは０
（Ω）として波形を示した。
作が分かり易いようにコンデンサＣ 0 のコンデンサ電圧
Ｖc と負荷Ｌ0 を構成するビーム発生器の負荷電圧ＶL
の電圧波形を示したもので、電流波形については同じ傾
向の動作をすることから省略している。なお、説明上理
解し易いように電流制限器Ｚ0 のインピーダンスは０
（Ω）として波形を示した。
【００１４】コンデンサＣ0 は図示しない直流高電圧電
源により予め所定の充電電圧Ｖ0 に充電され、比較器４
からゲート制御回路１に放電開始の指令信号が出される
と、ゲート制御回路１は半導体スイッチＳＷ0 のみにゲ
ート信号を送ってこれを閉路し、放電を開始させ、上記
ビーム発生器にはインピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn と電流
制限器Ｚ0 の電圧降下分を差し引いた上限電圧Ｖ1 が印
加され、負荷電圧ＶLはこの上限電圧Ｖ1 より回路定数
に従い減衰を始め、電流も同様に変化する。
源により予め所定の充電電圧Ｖ0 に充電され、比較器４
からゲート制御回路１に放電開始の指令信号が出される
と、ゲート制御回路１は半導体スイッチＳＷ0 のみにゲ
ート信号を送ってこれを閉路し、放電を開始させ、上記
ビーム発生器にはインピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn と電流
制限器Ｚ0 の電圧降下分を差し引いた上限電圧Ｖ1 が印
加され、負荷電圧ＶLはこの上限電圧Ｖ1 より回路定数
に従い減衰を始め、電流も同様に変化する。
【００１５】その後、上記ビーム発生器に印加された電
圧ＶL は電圧検出器２で、これを流れる電流は電流検出
器３で検出し、比較器４にそのデータを送る。比較器４
では、このデータが予め設定されたプログラムに従い電
圧の下限値Ｖ2 まで、または電流の下限値まで降下する
とゲート制御回路１に動作指令を送信し、これにより半
導体スイッチＳＷ1 が閉路する。この半導体スイッチＳ
Ｗ1 の閉路によって、インピーダンス素子Ｒ1 が短絡さ
れ、放電回路のインピーダンスが小さくなり、上記ビー
ム発生器の電圧、電流が上限値（電圧では上限電圧
Ｖ1 ）を超えない範囲で上昇した後、再び減衰を始め、
上記下限値まで降下するとゲート制御回路１に再び動作
指令を送り、次の半導体スイッチＳＷ2 が閉路する。
圧ＶL は電圧検出器２で、これを流れる電流は電流検出
器３で検出し、比較器４にそのデータを送る。比較器４
では、このデータが予め設定されたプログラムに従い電
圧の下限値Ｖ2 まで、または電流の下限値まで降下する
とゲート制御回路１に動作指令を送信し、これにより半
導体スイッチＳＷ1 が閉路する。この半導体スイッチＳ
Ｗ1 の閉路によって、インピーダンス素子Ｒ1 が短絡さ
れ、放電回路のインピーダンスが小さくなり、上記ビー
ム発生器の電圧、電流が上限値（電圧では上限電圧
Ｖ1 ）を超えない範囲で上昇した後、再び減衰を始め、
上記下限値まで降下するとゲート制御回路１に再び動作
指令を送り、次の半導体スイッチＳＷ2 が閉路する。
【００１６】このようにして半導体スイッチＳＷn まで
同じ動作を繰返し、電圧または電流が下がり始めると何
時も規定の変化量ΔＶに留めさせるように選定したイン
ピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn を逐次短絡させ、回路のイン
ピーダンスを小さくするように作用させる。この間で、
パルス幅が予め設定された規定のパルス幅ｔ0 に達する
と、比較器４から放電停止指令がゲート制御回路１に送
られて半導体スイッチユニットＳＷの全スイッチは開路
して放電が停止する。
同じ動作を繰返し、電圧または電流が下がり始めると何
時も規定の変化量ΔＶに留めさせるように選定したイン
ピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn を逐次短絡させ、回路のイン
ピーダンスを小さくするように作用させる。この間で、
パルス幅が予め設定された規定のパルス幅ｔ0 に達する
と、比較器４から放電停止指令がゲート制御回路１に送
られて半導体スイッチユニットＳＷの全スイッチは開路
して放電が停止する。
【００１７】上記のとおり、従来方式ではコンデンサ放
電の減衰にまかせていたが、本発明は回路インピーダン
スを断続的に低減し負荷への電圧または電流を一定の変
化量内に維持させるよう制御することができる。
電の減衰にまかせていたが、本発明は回路インピーダン
スを断続的に低減し負荷への電圧または電流を一定の変
化量内に維持させるよう制御することができる。
【００１８】ここで、本発明の効果を説明するために電
圧波形を例として従来方式と本発明方式とのコンデンサ
Ｃ0 の蓄積エネルギー比較を行なうと次のとおりとな
る。なお、簡易比較のために電流制限器Ｚ0 のインピー
ダンスは０（Ω）として計算した。エネルギーは、次の
簡易式にて計算される。
圧波形を例として従来方式と本発明方式とのコンデンサ
Ｃ0 の蓄積エネルギー比較を行なうと次のとおりとな
る。なお、簡易比較のために電流制限器Ｚ0 のインピー
ダンスは０（Ω）として計算した。エネルギーは、次の
簡易式にて計算される。
【００１９】
【数１】
【００２０】但し、Ｅ：エネルギー（Ｊ）
Ｒ：Ｌ0 とＲD の合成インピーダンス（Ω）
ｔ0 ：パルス幅（ｓ）
Ｖ0 ：充電電圧（Ｖ）
Ｖ2 ：下限電圧（Ｖ）
ここで、Ｌ0 とＲD の合成インピーダンスＲ＝５００
Ω、電圧変動率＝２％、 ｔ0 ＝２０ｍｓ、Ｖ1 ＝３０ｋＶ、Ｖ2 ＝２９．４ｋＶ とすると、上式より、 従来方式によるエネルギー＝８９１ｋＪ （但し、Ｖ0
＝Ｖ1 として計算。） 本発明によるエネルギー＝１８９ｋＪ （但し、Ｖ0 ＝
３３ｋＶとし、かつインピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn は合
成インピーダンスＲより十分小さいので無視して計
算。） となり、本発明の場合は、従来方式の約１／４．７のコ
ンデンサの蓄積エネルギーで済むことになり小形化、経
済性からも大きな優位性を有している。
Ω、電圧変動率＝２％、 ｔ0 ＝２０ｍｓ、Ｖ1 ＝３０ｋＶ、Ｖ2 ＝２９．４ｋＶ とすると、上式より、 従来方式によるエネルギー＝８９１ｋＪ （但し、Ｖ0
＝Ｖ1 として計算。） 本発明によるエネルギー＝１８９ｋＪ （但し、Ｖ0 ＝
３３ｋＶとし、かつインピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn は合
成インピーダンスＲより十分小さいので無視して計
算。） となり、本発明の場合は、従来方式の約１／４．７のコ
ンデンサの蓄積エネルギーで済むことになり小形化、経
済性からも大きな優位性を有している。
【００２１】本発明では、充電電圧Ｖ0 と上限電圧Ｖ1
との差はインピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn と電流制限器Ｚ
0 とが分担し、従来方式に比較して充電電圧は高くなる
が、技術上、コスト上ではさほど問題になることはな
く、上記のようにエネルギー低減効果に大きな利益を得
ることができる。
との差はインピーダンス素子Ｒ1 〜Ｒn と電流制限器Ｚ
0 とが分担し、従来方式に比較して充電電圧は高くなる
が、技術上、コスト上ではさほど問題になることはな
く、上記のようにエネルギー低減効果に大きな利益を得
ることができる。
【００２２】図１に示した電圧検出器２、電流検出器３
の挿入位置は必ずしもこの位置に限定する必要はない。
特に負荷Ｌ0 であるビーム発生器の短絡やノイズの影響
を受け、この位置では好ましくない場合もあるから、上
記ビーム発生器に印加される電圧や流れる電流が回路定
数から予測できる位置であればよく、半導体スイッチユ
ニットＳＷの出力端に直接設置してもよい。また、図１
の実施例では半導体スイッチユニットＳＷの各スイッチ
のゲート信号はすべて比較器４からの指令に基づいて出
すよう構成されていたが、半導体スイッチＳＷ1 〜ＳＷ
n の開放のゲート信号は他の手段を用いて制御しても差
し支えない。
の挿入位置は必ずしもこの位置に限定する必要はない。
特に負荷Ｌ0 であるビーム発生器の短絡やノイズの影響
を受け、この位置では好ましくない場合もあるから、上
記ビーム発生器に印加される電圧や流れる電流が回路定
数から予測できる位置であればよく、半導体スイッチユ
ニットＳＷの出力端に直接設置してもよい。また、図１
の実施例では半導体スイッチユニットＳＷの各スイッチ
のゲート信号はすべて比較器４からの指令に基づいて出
すよう構成されていたが、半導体スイッチＳＷ1 〜ＳＷ
n の開放のゲート信号は他の手段を用いて制御しても差
し支えない。
【００２３】電圧検出器２、電流検出器３、比較器４お
よびゲート制御回路１のフィードバック系には幾つかの
制御方法や機能が考えられるが、これらの選定は負荷Ｌ
0 を構成するビーム発生器の要求から決められ、電圧制
御を重視する場合は電圧検出器２のみで電圧制御を行な
えばよいし、電流制御を重視する場合は電流検出器３の
みで制御すればよい。また、その両方を用いて制御した
い場合は両方の検出器を用いて比較器４でその制御方法
をプログラムし、それに従った動作信号をゲート制御回
路１に送り半導体スイッチユニットＳＷを動作させれば
よい。
よびゲート制御回路１のフィードバック系には幾つかの
制御方法や機能が考えられるが、これらの選定は負荷Ｌ
0 を構成するビーム発生器の要求から決められ、電圧制
御を重視する場合は電圧検出器２のみで電圧制御を行な
えばよいし、電流制御を重視する場合は電流検出器３の
みで制御すればよい。また、その両方を用いて制御した
い場合は両方の検出器を用いて比較器４でその制御方法
をプログラムし、それに従った動作信号をゲート制御回
路１に送り半導体スイッチユニットＳＷを動作させれば
よい。
【００２４】本発明の他の実施例として、上限電圧Ｖ1
を時間変化と共にプログラム上で任意に変えることも可
能である。すなわち、半導体スイッチユニットＳＷの開
閉動作を用いて放電回路のインピーダンスを変えようと
することのすべてに本発明は有効である。比較器４は必
ずしも単独に考える必要はなく、操作盤と一体でもよ
く、ゲート制御回路１と一緒でも差し支えない。要する
に、比較器４は半導体スイッチユニットＳＷの制御機能
を有しておればよい。
を時間変化と共にプログラム上で任意に変えることも可
能である。すなわち、半導体スイッチユニットＳＷの開
閉動作を用いて放電回路のインピーダンスを変えようと
することのすべてに本発明は有効である。比較器４は必
ずしも単独に考える必要はなく、操作盤と一体でもよ
く、ゲート制御回路１と一緒でも差し支えない。要する
に、比較器４は半導体スイッチユニットＳＷの制御機能
を有しておればよい。
【００２５】次に、電流制限器Ｚ0 の有効性について説
明する。負荷Ｌ0 を構成するビーム発生器に短絡事故が
発生すると回路インピーダンスが急速に低下し、過大な
電流が流れ、半導体スイッチユニットＳＷを破損させる
恐れがあり、また、上記ビーム発生器に必要な上限電圧
Ｖ1 は通常数１０ｋＶと云う高電圧であるために、半導
体スイッチユニットＳＷ中の個々の半導体スイッチとし
て半導体素子を直列に多数接続したり、短絡電流に耐え
るよう並列に多数接続したりする場合もあり、制御自体
が非常に難しく信頼性に欠けるという問題があった。従
って、この電流制限器Ｚ0 を挿入することにより、短絡
事故時の電流を抑制し、半導体素子の並列数を最小限に
抑えることができる。
明する。負荷Ｌ0 を構成するビーム発生器に短絡事故が
発生すると回路インピーダンスが急速に低下し、過大な
電流が流れ、半導体スイッチユニットＳＷを破損させる
恐れがあり、また、上記ビーム発生器に必要な上限電圧
Ｖ1 は通常数１０ｋＶと云う高電圧であるために、半導
体スイッチユニットＳＷ中の個々の半導体スイッチとし
て半導体素子を直列に多数接続したり、短絡電流に耐え
るよう並列に多数接続したりする場合もあり、制御自体
が非常に難しく信頼性に欠けるという問題があった。従
って、この電流制限器Ｚ0 を挿入することにより、短絡
事故時の電流を抑制し、半導体素子の並列数を最小限に
抑えることができる。
【００２６】さらに、上記ビーム発生器の初期状態は高
いインピーダンス特性を示すので、緩やかに電圧を印加
したいとの要求もある。この場合は、上記電流制限器に
適正な値に選定されたリアクトルを用いることにより、
電圧の立上がり時間、即ち、上記電圧Ｖ1 に達する時間
を制御することができる。従って、電流制限器Ｚ0 には
抵抗、リアクトルおよび両者を組合せたものが用途に応
じて用いられる。
いインピーダンス特性を示すので、緩やかに電圧を印加
したいとの要求もある。この場合は、上記電流制限器に
適正な値に選定されたリアクトルを用いることにより、
電圧の立上がり時間、即ち、上記電圧Ｖ1 に達する時間
を制御することができる。従って、電流制限器Ｚ0 には
抵抗、リアクトルおよび両者を組合せたものが用途に応
じて用いられる。
【００２７】なお、本発明の応用例として、上記ビーム
発生器が不安定な動作をする場合は、放電回路のインピ
ーダンスを小さくするのではなく、むしろ放電回路のイ
ンピーダンスを大きくしたい場合もある。この場合は比
較器４に検出電圧が予めある値に設定した上限電圧に達
すると或る半導体スイッチを開放するように設定してお
けば、ゲート制御回路１は半導体スイッチＳＷ1 〜ＳＷ
n のうちの適正なインピーダンスを有するスイッチに対
して開放のゲート信号を出し、回路インピーダンスを大
きくすることも可能である。
発生器が不安定な動作をする場合は、放電回路のインピ
ーダンスを小さくするのではなく、むしろ放電回路のイ
ンピーダンスを大きくしたい場合もある。この場合は比
較器４に検出電圧が予めある値に設定した上限電圧に達
すると或る半導体スイッチを開放するように設定してお
けば、ゲート制御回路１は半導体スイッチＳＷ1 〜ＳＷ
n のうちの適正なインピーダンスを有するスイッチに対
して開放のゲート信号を出し、回路インピーダンスを大
きくすることも可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上のとおり本発明は、インピーダンス
を断続的に低減させて負荷への電圧または電流を一定の
変化量内に維持しようとするもので、従来のコンデンサ
放電による減衰にまかせていた欠点を除去したものであ
る。すなわち、半導体スイッチユニットの動作によりコ
ンデンサＣ0 の静電容量の低減、低エネルギー化を図っ
たパルス電源を提供することによって、従来のパルス電
源の欠点を除去し、小形・軽量化を図り、かつ、コスト
メリットに優れ、安全性を高めたものであり、その工業
的価値は大なるものである。
を断続的に低減させて負荷への電圧または電流を一定の
変化量内に維持しようとするもので、従来のコンデンサ
放電による減衰にまかせていた欠点を除去したものであ
る。すなわち、半導体スイッチユニットの動作によりコ
ンデンサＣ0 の静電容量の低減、低エネルギー化を図っ
たパルス電源を提供することによって、従来のパルス電
源の欠点を除去し、小形・軽量化を図り、かつ、コスト
メリットに優れ、安全性を高めたものであり、その工業
的価値は大なるものである。
【図１】図１は、本発明のパルス電源における実施例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図２】図２は、本発明のパルス電源における実施例の
電圧波形図である。
電圧波形図である。
【図３】図３は、従来例によるパルス電源の回路図であ
る。
る。
【図４】図４は、従来例によるパルス電源の電圧波形図
である。
である。
１ ゲート制御回路
２ 電圧検出器
３ 電流検出器
４ 比較器
Ｃ0 コンデンサ
ＳＷ 半導体スイッチユニット
ＳＷ0 半導体スイッチ
ＳＷ1 〜ＳＷn 半導体スイッチ
Ｒ1 〜Ｒn インピーダンス素子
Ｚ0 電流制限器
ＲD 並列抵抗
Ｌ0 負荷
Ｖ0 充電電圧
Ｖ1 上限電圧
Ｖ2 下限電圧
Ｖc コンデンサ電圧
ＶL 負荷電圧
ΔＶ 電圧の変化量
ｔ0 規定のパルス幅
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０５Ｈ 3/00 Ｈ０５Ｈ 3/00
(72)発明者 榊田 創
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人産業技術総合研究所つくばセンター内
(72)発明者 木山 學
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人産業技術総合研究所つくばセンター内
(72)発明者 古矢 勝彦
京都府京都市中京区御池通烏丸東入一筋目
仲保利町191番地の４ 上原ビル３階 ニ
チコン株式会社内
(72)発明者 二宮 紀彦
京都府京都市中京区御池通烏丸東入一筋目
仲保利町191番地の４ 上原ビル３階 ニ
チコン株式会社内
Ｆターム(参考） 2G085 AA01 AA20 BA19 BB03 BB20
CA02 CA15 CA26 EA03 EA08
EA09
5H790 BA01 BB03 BB11 EA01 EA04
EA15 EB03 EB04
Claims (4)
- 【請求項１】 高電圧で充電される大容量のコンデンサ
と、このコンデンサと負荷との間に介在しそれぞれにイ
ンピーダンス素子が並列に接続されている複数の常開の
半導体スイッチ及び上記インピーダンス素子が並列に接
続されていない常開の半導体スイッチが直列に接続され
ている半導体スイッチユニットと、上記コンデンサより
上記半導体スイッチユニットを経由して上記負荷に印加
される電圧または上記負荷を流れる電流が予め設定した
下限値に到達する都度、上記半導体スイッチユニット中
の開かれている半導体スイッチの一部を新たに選出して
これを閉路状態に切替えるためのゲート信号を当該スイ
ッチへ供給する制御手段とを有することを特徴とするパ
ルス電源。 - 【請求項２】 請求項１において、上記制御手段はパル
スのスタート時に上記インピーダンス素子が接続されて
いない半導体スイッチにこれを閉路するためのゲート信
号を供給し、予め設定された所定時間後に当該半導体ス
イッチにこれを開放するためのゲート信号を供給するよ
う構成されていることを特徴とするパルス電源。 - 【請求項３】 請求項１において、上記コンデンサと上
記負荷との間に電流制限器が上記半導体スイッチユニッ
トと直列に介在していることを特徴とするパルス電源。 - 【請求項４】 請求項１において、上記負荷はプラズマ
から所定のビームを引出してこれを加速するビーム発生
装置であることを特徴とするパルス電源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001217976A JP2003028997A (ja) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | パルス電源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001217976A JP2003028997A (ja) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | パルス電源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003028997A true JP2003028997A (ja) | 2003-01-29 |
Family
ID=19052220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001217976A Pending JP2003028997A (ja) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | パルス電源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003028997A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103296918A (zh) * | 2013-07-03 | 2013-09-11 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | 一种在低压直流电源上施加瞬间干扰信号的产生电路 |
| KR20150066126A (ko) * | 2013-12-06 | 2015-06-16 | 이엔테크놀로지 주식회사 | 선형 기울기를 가지는 펄스 생성 장치 및 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01136557A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-29 | Japan Atom Energy Res Inst | 加速電源装置の保護回路 |
| JPH07142020A (ja) * | 1993-11-19 | 1995-06-02 | Rikagaku Kenkyusho | 電子ビーム励起負イオン源及び負イオン発生方法 |
| JPH08182349A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | パルス電源装置 |
-
2001
- 2001-07-18 JP JP2001217976A patent/JP2003028997A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01136557A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-29 | Japan Atom Energy Res Inst | 加速電源装置の保護回路 |
| JPH07142020A (ja) * | 1993-11-19 | 1995-06-02 | Rikagaku Kenkyusho | 電子ビーム励起負イオン源及び負イオン発生方法 |
| JPH08182349A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | パルス電源装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103296918A (zh) * | 2013-07-03 | 2013-09-11 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | 一种在低压直流电源上施加瞬间干扰信号的产生电路 |
| KR20150066126A (ko) * | 2013-12-06 | 2015-06-16 | 이엔테크놀로지 주식회사 | 선형 기울기를 가지는 펄스 생성 장치 및 방법 |
| KR101587208B1 (ko) | 2013-12-06 | 2016-01-20 | 이엔테크놀로지 주식회사 | 선형 기울기를 가지는 펄스 생성 장치 및 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080509 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100917 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100928 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110208 |