JP2005295654A - パルス電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来装置に比べて高い繰り返し周波数のパルス電流を負荷に供給することができるパルス電源装置を提供すること。
【解決手段】 半導体スイッチ素子ＳＷと、初段充電用コンデンサＣ０と、初段充電用コンデンサＣ０を介して半導体スイッチ素子ＳＷに並列に接続された充電用ダイオードＤ１と、充電用ダイオードＤ１に一次巻線が並列接続され、半導体スイッチＳＷのオンによって初段充電用コンデンサＣ０の放電による一次電流Ｉ０が供給されて昇圧出力を得ると共に磁気スイッチ動作を得る可飽和トランスＳＴと、可飽和トランスＳＴの二次巻線に並列接続され該可飽和トランスＳＴのトランス動作中の二次電流で充電され該可飽和トランスＳＴのトランス動作後の磁気スイッチ動作により反転充電される第２のコンデンサＣ１を有して、負荷に狭幅・高電圧のパルス電流を供給する磁気パルス圧縮回路ＭＰＣとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高電圧・大電流パルスを発生するためのパルス電源装置に関するものである。

この種のパルス電源装置として、従来、例えば、図６に示す構成のものが知られている。まず、高圧の充電用直流電源ＨＶの図示しない出力スイッチ素子を所定時間オンさせて、充電抵抗器Ｒ０→初段充電用コンデンサＣ０→可飽和トランスＳＴの一次巻線の経路でコンデンサ充電電流Ｉａを流し、初段充電用コンデンサＣ０を高圧充電しておく。この後、半導体スイッチＳＷを所定時間オンさせて、コンデンサＣ０→可飽和リアクトルＳＩ１→半導体スイッチＳＷ→可飽和トランスＳＴの一次巻線の経路でパルス状の一次電流Ｉ０を流す。 ここで、可飽和リアクトルＳＩ１は、半導体スイッチＳＷのターンオンに極めてわずか遅れて磁気アシスト動作（飽和動作）することで半導体スイッチＳＷのスイッチング損失を低減させるためのものである。

そして、前記一次電流Ｉ０に対して、可飽和トランスＳＴは非飽和領域で動作させ、その巻数比（１対ｎ）による昇圧した電圧を二次巻線に得るトランスとして動作させる。このときの可飽和トランスＳＴの二次側では、コンデンサＣ１及びＣ２に二次電流Ｉ１が流れ、コンデンサＣ１及びＣ２を昇圧した電圧（一次側のｎ倍の電圧）で並列充電する。

この後、可飽和トランスＳＴが飽和領域に入ると、一次側と二次側が非結合状態となり、可飽和トランスＳＴは、トランスとしての作用でなく可飽和リアクトルとして作用する磁気スイッチとなり、二次巻線が低インダクタンスになってパルス圧縮した電流Ｉ２によってコンデンサＣ１をＬＣ共振動作により逆極性に高速充電する。そして、コンデンサＣ１とＣ２の直列回路は、可飽和トランスＳＴで昇圧した電圧の２倍（２×ｎ）以上の電圧で充電される。このコンデンサＣ１とＣ２の直列回路の充電電圧によってレーザー放電部ＬＤには高電圧・大電流の狭幅のパルス電流Ｉ３が供給される。そして、このような動作を繰り返すことにより、負荷であるレーザー放電部ＬＤに高電圧・大電流の狭幅のパルス電流Ｉ３を繰り返し供給するようにしている。
特開平６−２３７１５３号公報（図１）

前記図６に示す構成のパルス電源装置の動作を可飽和トランスＳＴに注目して整理すると次のようになる。

［動作１］：初段充電用コンデンサＣ０を充電するためにコンデンサ充電電流Ｉａ（一次電流Ｉ０と逆向きの電流）が可飽和トランスＳＴの一次巻線に流れる。［動作２］：半導体スイッチＳＷがオンして可飽和トランスＳＴの一次巻線に一次電流Ｉ０が流れ、可飽和トランスＳＴは非飽和領域で動作する。［動作３］：可飽和トランスＳＴは飽和領域に入り、一次側と二次側が非結合状態となり、トランス動作でなく磁気スイッチ動作し、その二次巻線が低インダクタンスとなる。

ここで、前記［動作１］において、初段充電用コンデンサＣ０の充電がゆっくりでコンデンサ充電電流Ｉａの周波数が低い場合は、このコンデンサ充電電流Ｉａが可飽和トランスＳＴの一次巻線に流れることで、前記［動作３］にて一次電流Ｉ０の電流方向に飽和状態となっていた可飽和トランスＳＴを、コンデンサ充電電流Ｉａの電流方向に飽和状態にすることができる。

しかし、高繰り返しでパルスを発生させるなどコンデンサ充電電流Ｉａを急速に充電する必要がある場合、つまりコンデンサ充電電流Ｉａの周波数が高い場合、前述した周波数が低い場合とは違って、該コンデンサ充電電流Ｉａでは電圧・時間積が小さくて可飽和トランスＳＴを逆飽和することができないので、前記［動作１］を実施するときには、可飽和トランスＳＴは、コンデンサ充電電流Ｉａの電流方向（一次電流Ｉ０と逆向きの電流方向）に飽和状態となっているようにしておく必要がある。可飽和トランスＳＴがコンデンサ充電電流Ｉａの電流方向に非飽和状態であるとトランスとして作用するため、可飽和トランスＳＴの二次側に想定外の電流が流れてしまい、所望のパルス波形が得られなくなるからである。したがって、高い繰り返し周波数のパルス電流を負荷に供給する際には、前記［動作１］に先立ち、［動作０］：可飽和トランスＳＴを一次電流Ｉ０と逆向きの電流方向に飽和状態としておくこと、すなわち、可飽和トランスＳＴをリセット（逆飽和）すること、という動作を実施することが必要となる。可飽和トランスＳＴのリセット巻線に一次電流Ｉ０とは逆向きに相当するリセット電流を流すことにより、可飽和トランスＳＴのリセットを行うことができる。

ところが、前記図６に示す構成の従来のパルス電源装置では、初段充電用コンデンサＣ０の充電電流Ｉａが可飽和トランスＳＴの一次巻線を流れるように構成されているので、可飽和トランスＳＴのリセットを完了させてから初段充電用コンデンサＣ０の充電を行うという手順となってしまい、このため高い繰り返し周波数のパルス電流を得るという点において改善の余地があった。

そこで本発明は、従来装置に比べて高い繰り返し周波数のパルス電流を負荷に供給することができるパルス電源装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本願発明は次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、充電用直流電源と、この充電用直流電源に並列に接続された半導体スイッチ素子と、前記充電用直流電源に直列に接続された初段充電用コンデンサと、この初段充電用コンデンサに直列に該初段充電用コンデンサの充電電流を流す向きに接続され、該初段充電用コンデンサを介して前記半導体スイッチ素子に並列に接続された充電用ダイオードと、この充電用ダイオードに一次巻線が並列接続され、前記半導体スイッチのオンによって前記初段充電用コンデンサの放電による一次電流が供給されて昇圧出力を得ると共に磁気スイッチ動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランスの二次巻線に並列接続され該可飽和トランスのトランス動作中の二次電流で充電され該可飽和トランスのトランス動作後の磁気スイッチ動作により反転充電される第２のコンデンサを有して、負荷に狭幅・高電圧のパルス電流を供給する磁気パルス圧縮回路とを備えたことを特徴とするパルス電源装置である。

請求項２の発明は、請求項１記載のパルス電源装置において、前記充電用ダイオードに代えて、前記初段充電用コンデンサを充電するときにはオンし、前記初段充電用コンデンサを放電するときにはオフする充電用スイッチング手段を設けたことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、充電用直流電源と、この充電用直流電源に並列に接続された半導体スイッチ素子と、前記充電用直流電源に直列に接続された初段充電用コンデンサと、この初段充電用コンデンサに直列に該初段充電用コンデンサの充電電流を流す向きに接続され、該初段充電用コンデンサを介して前記半導体スイッチ素子に並列に接続された充電用ダイオードと、この充電用ダイオードに第２のダイオードを直列に介して一次巻線が並列接続され、前記半導体スイッチのオンによって前記初段充電用コンデンサの放電による一次電流が供給されて昇圧出力を得ると共に磁気スイッチ動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランスの二次巻線に並列接続され該可飽和トランスのトランス動作中の二次電流で充電され該可飽和トランスのトランス動作後の磁気スイッチ動作により反転充電される第２のコンデンサを有して、負荷に狭幅・高電圧のパルス電流を供給する磁気パルス圧縮回路とを備えたことを特徴とするパルス電源装置である。

請求項４の発明は、請求項３記載のパルス電源装置において、前記第２のダイオードに代えて、前記一次電流に対して飽和領域で動作する可飽和リアクトルを設けたことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項３又は４記載のパルス電源装置において、前記初段充電用コンデンサを充電するときにはオンし、前記初段充電用コンデンサを放電するときにはオフする充電用スイッチング手段を設けたことを特徴とするものである。

請求項６の発明は、充電用直流電源と、この充電用直流電源に並列に接続された半導体スイッチ素子と、前記充電用直流電源に直列に接続された初段充電用コンデンサと、この初段充電用コンデンサに直列に該初段充電用コンデンサの充電電流を流す向きに接続され、該初段充電用コンデンサを介して前記半導体スイッチ素子に並列に接続された充電用ダイオードと、この充電用ダイオードに前記半導体スイッチと同期してオン・オフ動作する一次電流用スイッチング手段を直列に介して一次巻線が並列接続され、前記半導体スイッチのオンによって前記初段充電用コンデンサの放電による一次電流が供給されて昇圧出力を得ると共に磁気スイッチ動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランスの二次巻線に並列接続され該可飽和トランスのトランス動作中の二次電流で充電され該可飽和トランスのトランス動作後の磁気スイッチ動作により反転充電される第２のコンデンサを有して、負荷に狭幅・高電圧のパルス電流を供給する磁気パルス圧縮回路とを備えたことを特徴とするパルス電源装置である。

請求項７の発明は、請求項６記載のパルス電源装置において、前記充電用ダイオードに代えて、前記初段充電用コンデンサを充電するときにはオンし、前記初段充電用コンデンサを放電するときにはオフする充電用スイッチング手段を設けたことを特徴とするものである。

請求項１又は２のパルス電源装置は、初段充電用コンデンサの充電電流が充電用ダイオード又は充電用スイッチング手段を流れ、可飽和トランスの一次巻線にはほとんど流れないように構成されている。したがって、従来装置とは違って可飽和トランスのリセット動作中に初段充電用コンデンサの充電を開始することができるので、従来装置に比べて、次のパルス発生に必要なところの、可飽和トランスのリセット開始から初段充電用コンデンサの充電終了までに要する時間を短縮することができ、高い繰り返し周波数のパルス電流を負荷に供給することができる。

請求項３、４又は５のパルス電源装置は、初段充電用コンデンサの充電電流が充電用ダイオード又は充電用スイッチング手段を流れ、可飽和トランスの一次巻線には該一次巻線に直列接続された第２のダイオード又は可飽和リアクトルによって流れないように構成されている。したがって、可飽和トランスのリセット動作中に初段充電用コンデンサの充電を開始することができるとともに、充電時に可飽和トランスの一次側に電流が流れないのでその二次側に想定外の電流が流れることがない。よって、高い繰り返し周波数のパルス電流を負荷に供給することができるとともに、ほぼ完全に所望のパルス波形を持つパルス電流を負荷に供給することができる。

請求項６又は７のパルス電源装置は、初段充電用コンデンサの充電電流が充電用ダイオード又は充電用スイッチング手段を流れ、可飽和トランスの一次巻線には該一次巻線に直列接続された一次電流用スイッチング手段によって流れないように構成されている。したがって、可飽和トランスのリセット動作中に初段充電用コンデンサの充電を開始することができるとともに、可飽和トランスをリセットするときには前記一次電流用スイッチング手段がオフ動作しているので可飽和トランスの一次巻線にかかる電圧が高くなることで、可飽和トランスのリセットをより短時間で行うことができる。また、初段充電用コンデンサの充電時に可飽和トランスの一次側に電流が流れないのでその二次側に想定外の電流が流れることがない。よって、より高い繰り返し周波数のパルス電流を負荷に供給することができるとともに、ほぼ完全に所望のパルス波形を持つパルス電流を負荷に供給することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態：請求項１に対応］図１は本発明の第１の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図であり、図６のパルス電源装置と同一要素には同一符号を付している。

図１において、ＨＶは充電用直流電源であり、この充電用直流電源ＨＶに、充電抵抗器Ｒ０と可飽和リアクトルＳＩ１との直列体（直列回路）を介して半導体スイッチ素子ＳＷが並列接続されている。半導体スイッチ素子ＳＷは、ＧＴＯサイリスタ（サイリスタ：登録商標），ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などからなるものである。初段充電用コンデンサＣ０は充電抵抗器Ｒ０に直列接続されており、この初段充電用コンデンサＣ０に直列に該初段充電用コンデンサＣ０の充電電流を流す向きに充電用ダイオードＤ１が接続されている。また、この充電用ダイオードＤ１は、可飽和リアクトルＳＩ１と半導体スイッチ素子ＳＷとの直列体に初段充電用コンデンサＣ０を介して並列接続されている。さらに、充電用ダイオードＤ１に可飽和トランスＳＴの一次巻線が並列接続されている。

可飽和トランスＳＴの二次巻線には第２のコンデンサＣ１が並列接続されている。また、第２のコンデンサＣ１には第３のコンデンサＣ２が直列接続され、コンデンサＣ１，Ｃ２の直列接続回路の両端にレーザー放電部ＬＤ及び可飽和リアクトルＳＩ２の並列回路が接続されている。第２のコンデンサＣ１、第３のコンデンサＣ２及び可飽和リアクトルＳＩ２は、負荷であるレーザー放電部ＬＤに狭幅・高電圧のパルス電流を供給する磁気パルス圧縮回路ＭＰＣを構成している。

このように構成される第１の実施形態のパルス電源装置の動作について説明する。まず、高圧の充電用直流電源ＨＶの図示しない出力スイッチ素子を所定時間（例えば６００μｓ）オンさせて、充電用直流電源ＨＶより充電抵抗器Ｒ０を経て初段充電用コンデンサＣ０にコンデンサ充電電流を流し、初段充電用コンデンサＣ０を高圧充電する。このとき、極めて小さな値のコンデンサ充電電流Ｉｂ”が可飽和トランスＳＴの一次巻線を経て流れるものの、大部分のコンデンサ充電電流Ｉｂ’が充電用ダイオードＤ１を経て流れる。

次に、充電用直流電源ＨＶの出力スイッチ素子をオフして初段充電用コンデンサＣ０の充電を完了し、それより極めて短時間後、半導体スイッチＳＷを所定時間（例えば１６５μｓ）オンさせて、初段充電用コンデンサＣ０→可飽和リアクトルＳＩ１→半導体スイッチＳＷ→可飽和トランスＳＴの一次巻線の経路でパルス状の一次電流Ｉ０を流す。この場合、半導体スイッチＳＷをオンさせると、図１におけるａ点がほぼアース電位となるのでb点はマイナス電位となる。したがって、ダイオードＤ1は逆バイアスされて電流が流れず、前記経路で一次電流Ｉ０が流れる。

この一次電流Ｉ０に対して、可飽和トランスＳＴは、まず非飽和領域で動作し、その巻数比（１対ｎ）による昇圧した電圧を二次巻線に得るトランスとして動作する。このときの可飽和トランスＳＴの二次側では、コンデンサＣ１，Ｃ２に二次電流Ｉ１が流れ、第２のコンデンサＣ１及び第３のコンデンサＣ２を昇圧した電圧（一次側のｎ倍の電圧）で並列充電する。

この後、可飽和トランスＳＴが飽和領域に入ってトランス動作でなく磁気スイッチ動作し、可飽和トランスＳＴの二次巻線が低インダクタンスとなることでパルス圧縮された電流Ｉ２により、第２のコンデンサＣ１がＬＣ共振動作にて逆極性に高速充電される。そして、第２のコンデンサＣ１と第３のコンデンサＣ２の直列回路は、可飽和トランスＳＴで昇圧した電圧の２倍（２×ｎ）以上の電圧で充電される。この充電電圧によってレーザー放電部ＬＤには高電圧・大電流の狭幅のパルス電流Ｉ３が供給される。

なお、可飽和リアクトルＳＩ２は、第３のコンデンサＣ２を充電する方向にリセット電流を流す。これにより、第３のコンデンサＣ２の充電電流には飽和領域での動作になって小さいインダクタンス値になり、レーザー放電部ＬＤへの放電になる逆方向電流に対しては非飽和領域となって大きなインダクタンス値となるので、レーザー放電部ＬＤへのエネルギー移行を効率良くするものである。

さて、前記所定時間オンさせていた半導体スイッチＳＷがオフされると、次のパルス発生のために、可飽和トランスＳＴのリセット動作が開始される。可飽和トランスＳＴのリセットは、前回流された一次電流Ｉ０によって飽和状態となっている可飽和トランスＳＴを、可飽和トランスＳＴのリセット巻線に一次電流Ｉ０とは逆向きに相当するリセット電流を流すことにより逆飽和させて、可飽和トランスＳＴが次の一次電流Ｉ０に対して非飽和領域での動作と次いで飽和領域での動作を行えるようにすることである。

この可飽和トランスＳＴのリセット動作が開始されてから所定時間（例えば２０５μｓ）後、すなわち、リセット動作完了後でなくリセット動作中に、次のパルス発生のために、充電用直流電源ＨＶの出力スイッチ素子を所定時間（例えば６００μｓ）オンさせて、充電抵抗器Ｒ０→初段充電用コンデンサＣ０→充電用ダイオードＤ１の経路で大部分のコンデンサ充電電流Ｉｂ’を流し、初段充電用コンデンサＣ０を高圧充電する。

そして、この初段充電用コンデンサＣ０の充電完了前に、先に動作開始した可飽和トランスＳＴのリセット動作が完了するようになっている（リセット時間：例えば６３５μｓ）。初段充電用コンデンサＣ０の充電完了後は、前述した動作が行われて、レーザー放電部ＬＤに次のパルス電流Ｉ３が供給される。

このように、本実施形態のパルス電源装置は、初段充電用コンデンサＣ０の充電電流が充電用ダイオードＤ１を流れ、可飽和トランスＳＴの一次巻線にはほとんど流れないように構成されている。したがって、従来装置とは違って可飽和トランスＳＴのリセット動作中に初段充電用コンデンサＣ０の充電を開始することができるので、従来装置に比べて、次のパルス発生に必要なところの、可飽和トランスＳＴのリセット開始から初段充電用コンデンサＣ０の充電終了までに要する時間を短縮することができ、高い繰り返し周波数のパルス電流Ｉ３を負荷に供給することができる。

［第２の実施の形態：請求項２に対応］図２は本発明の第２の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図であり、前記図１のパルス電源装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異なる点について説明する。

この第２の実施形態によるパルス電源装置は、図２に示すように、図１における充電用ダイオードＤ１に代えて、初段充電用コンデンサＣ０を充電するときオン動作し、初段充電用コンデンサＣ０を放電するときにはオフする充電用スイッチング手段としての可飽和リアクトルＳＩ３を設けた構成としている。

すなわち、可飽和リアクトルＳＩ３は、初段充電用コンデンサＣ０の充電電流Ｉｂには飽和領域での動作になって小さいインダクタンス値になり、一次電流Ｉ０に対しては非飽和領域となって大きなインダクタンス値となるように設けられている。したがって、前記充電用ダイオードＤ１に代えて可飽和リアクトルＳＩ３を設けた構成のパルス電源装置によっても、前記第１の実施形態によるパルス電源装置と同様の効果を得ることができる。

また、図１における充電用ダイオードＤ１に代えて、充電用スイッチング手段としてＧＴＯサイリスタ，ＩＧＢＴなどからなる半導体スイッチ素子を設けるように構成してもよい。

［第３の実施の形態：請求項３に対応］図３は本発明の第３の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図であり、前記図１のパルス電源装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異なる点について説明する。

この第３の実施形態によるパルス電源装置は、図３に示すように、初段充電用コンデンサＣ０の充電電流Ｉｂが充電用ダイオードＤ１を流れ、可飽和トランスＳＴの一次巻線には該一次巻線に直列接続された第２のダイオードＤ２によって流れないように構成されている。この第２のダイオードＤ２は、一次電流Ｉ０を流す向きに可飽和トランスＳＴの一次巻線に接続されている。

したがって、本実施形態のパルス電源装置は、可飽和トランスＳＴのリセット動作中に初段充電用コンデンサＣ０の充電を開始することができるとともに、初段充電用コンデンサＣ０の充電時に、可飽和トランスＳＴの一次側に電流が流れないのでその二次側に想定外の電流が流れることがない。よって、高い繰り返し周波数のパルス電流Ｉ３を負荷に供給することができるとともに、ほぼ完全に所望のパルス波形を持つパルス電流Ｉ３を負荷に供給することができる。

［第４の実施の形態：請求項４に対応］図４は本発明の第４の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図であり、前記図１のパルス電源装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異なる点について説明する。

この第４の実施形態によるパルス電源装置は、図４に示すように、図３における第２のダイオードＤ２に代えて、一次電流Ｉ０に対して飽和領域で動作する可飽和リアクトルＳＩ４を設けた構成としている。

すなわち、可飽和リアクトルＳＩ４は一次電流Ｉ０と逆向きの電流方向には非飽和状態となり、これより、初段充電用コンデンサＣ０の充電電流Ｉｂは充電用ダイオードＤ１を流れ、可飽和トランスＳＴの一次巻線には流れない。したがって、第２のダイオードＤ２に代えて可飽和リアクトルＳＩ４を設けた構成のパルス電源装置によっても、第３の実施形態のパルス電源装置と同様に、高い繰り返し周波数のパルス電流Ｉ３を負荷に供給することができるとともに、ほぼ完全に所望のパルス波形を持つパルス電流Ｉ３を負荷に供給することができる。

なお、前記図３，図４に示すパルス電源装置において、充電用ダイオードＤ１に代えて、初段充電用コンデンサＣ０を充電するときオン動作し、初段充電用コンデンサＣ０を放電するときにはオフする充電用スイッチング手段として、可飽和リアクトル、あるいは、ＧＴＯサイリスタ，ＩＧＢＴなどからなる半導体スイッチ素子を設けた構成としてもよい（請求項５）。

［第５の実施の形態：請求項６に対応］図５は本発明の第５の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図であり、前記図１のパルス電源装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異なる点について説明する。

この第５の実施形態によるパルス電源装置は、図５に示すように、初段充電用コンデンサＣ０の充電電流が充電用ダイオードＤ１を流れ、可飽和トランスＳＴの一次巻線には該一次巻線に直列接続された一次電流用スイッチング手段ＳＷ１によって流れないように構成されている。一次電流用スイッチング手段ＳＷ１は、ＧＴＯサイリスタ，ＩＧＢＴなどの半導体スイッチ素子で構成されている。この一次電流用スイッチング手段ＳＷ１は、所定時間オンして一次電流Ｉ０を流す半導体スイッチＳＷに同期してオン・オフ動作するものであって、初段充電用コンデンサＣ０の充電時にはオフしており、初段充電用コンデンサＣ０を放電させて可飽和トランスＳＴの一次巻線に一次電流Ｉ０を流すときにはオンする。

したがって、本実施形態のパルス電源装置は、可飽和トランスＳＴのリセット動作中に初段充電用コンデンサＣ０の充電を開始することができるとともに、可飽和トランスＳＴをリセットするときには一次電流用スイッチング手段ＳＷ１がオフ動作しているので可飽和トランスＳＴの一次巻線にかかる電圧が高くなることで電圧・時間積が大きく、可飽和トランスＳＴのリセットをより短時間で行うことができる。また、初段充電用コンデンサＣ０の充電時に可飽和トランスＳＴの一次側に電流が流れないのでその二次側に想定外の電流が流れることがない。よって、より高い繰り返し周波数のパルス電流Ｉ３を負荷に供給することができるとともに、ほぼ完全に所望のパルス波形を持つパルス電流Ｉ３を負荷に供給することができる。

また、図５に示すパルス電源装置において、充電用ダイオードＤ１に代えて、初段充電用コンデンサＣ０を充電するときオン動作し、初段充電用コンデンサＣ０を放電するときにはオフする充電用スイッチング手段として、可飽和リアクトル、あるいは、ＧＴＯサイリスタ，ＩＧＢＴなどからなる半導体スイッチ素子を設けた構成としてもよい（請求項７）。なお、図１〜図５に示すパルス電源装置において、半導体スイッチＳＷのスイッチング損失を低減させるための可飽和リアクトルＳＩ１については、省略することもできる。また、可飽和トランスＳＴの二次側の回路については、他の回路構成とすることもできる。

本発明の第１の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図である。 本発明の第４の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図である。 本発明の第５の実施の形態によるパルス電源装置を示す回路図である。 従来のパルス電源装置を示す回路図である。

符号の説明

ＨＶ…充電用直流電源
Ｒ０…充電抵抗器
ＳＷ…半導体スイッチ素子
Ｃ０…初段充電用コンデンサ
Ｄ１…充電用ダイオード
ＳＩ１，ＳＩ２，ＳＩ３，ＳＩ４…可飽和リアクトル
Ｄ２…第２のダイオード
ＳＷ１…一次電流用スイッチング手段
ＳＴ…可飽和トランス
Ｃ１…第２のコンデンサ
Ｃ２…第３のコンデンサ
ＬＤ…レーザー放電部
ＭＰＣ…磁気パルス圧縮回路

Claims (7)

1. 充電用直流電源と、この充電用直流電源に並列に接続された半導体スイッチ素子と、前記充電用直流電源に直列に接続された初段充電用コンデンサと、この初段充電用コンデンサに直列に該初段充電用コンデンサの充電電流を流す向きに接続され、該初段充電用コンデンサを介して前記半導体スイッチ素子に並列に接続された充電用ダイオードと、この充電用ダイオードに一次巻線が並列接続され、前記半導体スイッチのオンによって前記初段充電用コンデンサの放電による一次電流が供給されて昇圧出力を得ると共に磁気スイッチ動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランスの二次巻線に並列接続され該可飽和トランスのトランス動作中の二次電流で充電され該可飽和トランスのトランス動作後の磁気スイッチ動作により反転充電される第２のコンデンサを有して、負荷に狭幅・高電圧のパルス電流を供給する磁気パルス圧縮回路とを備えたことを特徴とするパルス電源装置。
2. 前記充電用ダイオードに代えて、前記初段充電用コンデンサを充電するときにはオンし、前記初段充電用コンデンサを放電するときにはオフする充電用スイッチング手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のパルス電源装置。
3. 充電用直流電源と、この充電用直流電源に並列に接続された半導体スイッチ素子と、前記充電用直流電源に直列に接続された初段充電用コンデンサと、この初段充電用コンデンサに直列に該初段充電用コンデンサの充電電流を流す向きに接続され、該初段充電用コンデンサを介して前記半導体スイッチ素子に並列に接続された充電用ダイオードと、この充電用ダイオードに第２のダイオードを直列に介して一次巻線が並列接続され、前記半導体スイッチのオンによって前記初段充電用コンデンサの放電による一次電流が供給されて昇圧出力を得ると共に磁気スイッチ動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランスの二次巻線に並列接続され該可飽和トランスのトランス動作中の二次電流で充電され該可飽和トランスのトランス動作後の磁気スイッチ動作により反転充電される第２のコンデンサを有して、負荷に狭幅・高電圧のパルス電流を供給する磁気パルス圧縮回路とを備えたことを特徴とするパルス電源装置。
4. 前記第２のダイオードに代えて、前記一次電流に対して飽和領域で動作する可飽和リアクトルを設けたことを特徴とする請求項３記載のパルス電源装置。
5. 前記充電用ダイオードに代えて、前記初段充電用コンデンサを充電するときにはオンし、前記初段充電用コンデンサを放電するときにはオフする充電用スイッチング手段を設けたことを特徴とする請求項３又は４記載のパルス電源装置。
6. 充電用直流電源と、この充電用直流電源に並列に接続された半導体スイッチ素子と、前記充電用直流電源に直列に接続された初段充電用コンデンサと、この初段充電用コンデンサに直列に該初段充電用コンデンサの充電電流を流す向きに接続され、該初段充電用コンデンサを介して前記半導体スイッチ素子に並列に接続された充電用ダイオードと、この充電用ダイオードに前記半導体スイッチと同期してオン・オフ動作する一次電流用スイッチング手段を直列に介して一次巻線が並列接続され、前記半導体スイッチのオンによって前記初段充電用コンデンサの放電による一次電流が供給されて昇圧出力を得ると共に磁気スイッチ動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランスの二次巻線に並列接続され該可飽和トランスのトランス動作中の二次電流で充電され該可飽和トランスのトランス動作後の磁気スイッチ動作により反転充電される第２のコンデンサを有して、負荷に狭幅・高電圧のパルス電流を供給する磁気パルス圧縮回路とを備えたことを特徴とするパルス電源装置。
7. 前記充電用ダイオードに代えて、前記初段充電用コンデンサを充電するときにはオンし、前記初段充電用コンデンサを放電するときにはオフする充電用スイッチング手段を設けたことを特徴とする請求項６記載のパルス電源装置。
   

Images