JP2523852B2 - 高圧パルス発生装置 - Google Patents

高圧パルス発生装置

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JP2523852B2 JP1031151A JP3115189A JP2523852B2 JP 2523852 B2 JP2523852 B2 JP 2523852B2 JP 1031151 A JP1031151 A JP 1031151A JP 3115189 A JP3115189 A JP 3115189A JP 2523852 B2 JP2523852 B2 JP 2523852B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、シンクロトロン用高速キッカや電子蓄積
リング用キッカ・マグネットに用いられる高圧パルス発
生装置、特に低い充電電圧でも速い立ち上り時間のパル
スが得られる高圧パルス発生装置に関するものである。
[従来の技術] 第4図は、例えば1987年5月に開催されたアイイーイ
ーイー・プロシーディングス・オブ・パーティクル・ア
クセルレータ・コンファレンス(IEEE Proceedings of
Particle Accelerator Conference)で発表されたエス
・ナカタ(S.Nakata)氏著の論文“速い電子抽出システ
ムの実験(Experiment of Fast Electron Extraction S
ystem)”に記述された従来の高圧パルス発生装置を示
す等価回路図である。図において、H.V.は直流電源を表
わす。(1)はインピーダンスZを有するP.F.N.(puls
e forming network)型充電回路であって、その一端が
抵抗(2)を介して直流電源H.V.に接続されると共にそ
の他端がスイッチング素子例えばサイラトロン(3)を
介して伝送線(4)に接続される。この伝送線(4)
は、インピーダンスZを有する例えば同軸ケーブルで構
成され、その負荷側端において内部導体と外部導体の間
にマッチング抵抗(5)および負荷例えばキッカ・マグ
ネット(図示しない)のパルスコイル(6)が直列に接
続されている。なお、抵抗値RMのマッチング抵抗(5)
と並列に示されたCfは浮遊容量でありかつ直列に示され
たCOは直列容量である。また、インダクタンス値Lkのパ
ルスコイル(6)は、これと直列に浮遊インダクタンス
Lfを生じる。
従来の高圧パルス発生装置は上述したように構成され
ており、その起動時にスイッチング素子(3)は最初の
OFF状態に保たれている。従って、P.F.N.型充電回路
(1)は直流電源H.V.によって電圧Vまで充電されてい
る。次にスイッチング素子(3)をON状態にすると、P.
F.N.型充電回路(1)に蓄えられた電荷はスイッチング
素子(3)および伝送線(4)を通じてその内部導体か
らマッチング抵抗(5)およびパルスコイル(6)に送
られ、内部導体を通じてスイッチング素子(3)に戻
り、ここでアース(図示しない)に逃がされる。
この時、P.F.N.型充電回路(1)と伝送線(4)のイ
ンピーダンスが図示のようにZで互いに等しければ、P.
F.N.型充電回路(1)中のパルスの伝播時間をTとする
と、伝送線(4)への電圧V/2でパルス巾2Tのパルスが
送られる。
ここで、パルスコイル(6)に流れる電流の立ち上り
は、次式で表わされる。
ただし、IOは電流Iの定常状態値であって で表わされる。
電流Iの立ち上りを速くするためには、パルスコイル
(6)のサイズを小さくして上式における(Lf+Lk)を
小さくするか又はマッチング抵抗(5)の抵抗値RMを大
きくする必要がある。
(Lf+Lk)およびIOは必要とされるパルスコイル
(6)のサイズおよび発生磁界の大きさにより定まるの
で、一般的にはRMを大きくするように回路が設計され
る。従って、電流Iの立ち上りを速くするには、直流電
源H.V.の電圧Vが2RM・IOであるので、充電電圧をより
高くする必要がある。
[発明が解決しようとする課題] 従来の高圧パルス発生装置のパルスは、より速い立ち
上り時間のパルスを得るためにはより高い充電電圧が必
要であり、そのために回路が高価になると共に電気的絶
縁を考える上からも不利になるという問題点があった。
この発明は上述したような問題点を解決するためにな
されたもので、充電電圧を低くとれる高圧パルス発生装
置を得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係る高圧パルス発生装置は、並列接続され
たインピーダンスZ/2の2本の同軸ケーブルまたは充電
ラインから成るブルムライン型充電回路を少なくとも1
個用いたものである。
[作 用] この発明においては、インピーダンスZのP.F.N.型充
電回路に代えて、それぞれインピーダンスZ/2の同軸ケ
ーブル2本の並列接続体から成るブルムライン型充電回
路を少なくとも1個用いるので、直流電源電圧に等しい
Vか又は2Vのパルスがパルスコイルに送られ、従来の1/
2ないし1/4の充電電圧で済ませられる。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を添付図面について詳しく
説明する。
第1図はこの発明に係る高圧パルス発生装置の第1実
施例を示す回路図であり、図において(2)〜(6)は
第4図に示したものと全く同じである。(7)はこの発
明で使用されるブルムライン(Blumlein)型充電回路で
あって、それぞれインピーダンスZ/2を有する例えば2
本の同軸ケーブル(7a)および(7b)の並列接続体から
成る。ブルムライン型充電回路(7)の電源側端では、
同軸ケーブル(7a)の内部導体が直流電源H.V.の負端子
に接続され、同軸ケーブル(7a)と(7b)の外部導体同
士の接続点が抵抗(2)を介して直流電源H.V.の正端子
に接続され、そして上述した負端子と接続点の間にスイ
ッチング素子(3)が接続されている。また、ブルムラ
イン型充電回路(7)の負荷側端では、同軸ケーブル
(7a)の内部導体が伝送線(4)の内部導体に接続さ
れ、そして同軸ケーブル(7b)の内部導体が伝送線
(4)の外部導体に接続されている。
このように構成された第1実施例においては、スイッ
チング素子(3)が最初OFF状態にあるので、ブルムラ
イン型充電回路(7)は直流電源H.V.によって電圧Vま
で充電されている。次にスイッチング素子(3)をON状
態にすると、ブルムライン型充電回路(7)に蓄えられ
た電荷は伝送線(4)およびマッチング抵抗(5)を通
じてパルスコイル(6)に電圧Vのパルスとして送られ
る。
第2図は第2実施例を示す回路図であり、この第2実
施例では、2個の直流電源+H.V.および−H.V.と、2個
のスイッチング素子3Aおよび3Bと、2個のブルムライン
型充電回路7Aおよび7Bと、2本の伝送線4Aおよび4Bとが
用いられる反面、マッチング抵抗(5)は不要である。
詳しく説明すれば、それぞれインピーダンスZ/2を有す
る並列接続された2本の同軸ケーブル(7Aa)および(7
Ab)から成るブルムライン型充電回路(7A)の電源側端
では、同軸ケーブル(7Aa)の内部導体がスイッチング
素子(3A)および抵抗(図示しない)を介して直流電源
−H.V.に接続され、そして同軸ケーブル(7Aa)と(7A
b)の外部導体同士の接続点が抵抗(図示しない)を介
して直流電源−H.V.に接続されている。また負荷側端で
は、同軸ケーブル(7Aa)の内部導体が伝送線(4A)の
外部導体に、そして同軸ケーブル(7Ab)の内部導体が
伝送線(4A)の内部導体に接続されている。同様に、そ
れぞれインピーダンスZ/2を有する並列接続された2本
の同軸ケーブル(7Ba)および(7Bb)から成るブルムラ
イン型充電回路(7B)の電源側端では、同軸ケーブル
(7Ba)の内部導体がスイッチング素子(3B)および抵
抗(図示しない)を介して直流電源+H.V.に接続され、
そして同軸ケーブル(7Ba)と(7Bb)の外部導体同士の
接続点が抵抗(図示しない)を介して直流電源+H.V.に
接続されている。また、負荷側端では、同軸ケーブル
(7Ba)の内部導体が伝送線(4B)の外部導体に、そし
て同軸ケーブル(7Bb)の内部導体が伝送線(4B)の内
部導体に接続されている。更に、伝送線(4A)と(4B)
の負荷側端では、内部導体同士がパルスコイル(6)を
介して接続されると共に外部導体同士が導線(8)によ
って接続されている。
このように構成された第2実施例においては、スイッ
チング素子(3A)が最初OFF状態にあるのでブルムライ
ン型充電回路(7A)は直流電源−H.V.によって電圧−V
まで充電されると共に、スイッチング素子(3B)が最初
OFF状態にあるのでブルムライン型充電回路(7B)は直
流電源+H.V.によって電圧+Vまで充電されている。次
にスイッチングン素子(3A)および(3B)をON状態にす
ると、ブルムライン型充電回路(7A),(7B)に蓄えら
れた電荷はそれぞれ伝送線(4A),(4B)を通じてパル
スコイル(6)にV−(−V)=2Vのパルスして送られ
る。これは、従来例にくらべて必要な充電電圧が1/4で
済むことを意味する。なお、第2実施例では、伝送線
(4A),(4B)から負荷側を見たインピーダンスが互い
にZとなっていてマッチングの条件を満しているのでマ
ッチング抵抗(5)は不要である。
第3図は第3実施例を示す回路図であり、この第3実
施例では、第2実施例と違って直流電源およびスイッチ
ング素子は共に1個しか用いられない。詳しく説明すれ
ば、ブルムライン型充電回路(7A)および(7B)の電源
側端では、ブルムライン型充電回路(7A)の同軸ケーブ
ル(7Aa)の内部導体とブルムライン型充電回路(7B)
の同軸ケーブル(7Ba)の内部導体との接続点はスイッ
チング素子(3)および抵抗(図示しない)を介して直
流電源+H.V.に接続され、そしてブルムライン型充電回
路(7A)の並列接続された同軸ケーブル(7Aa)および
(7Ab)の外部導体同士の接続点は、ブルムライン型充
電回路(7B)の並列接続された同軸ケーブル(7Ba)お
よび(7Bb)の外部導体同士の接続点と一緒に抵抗(図
示しない)を介して直流電源+H.V.に接続される。ま
た、伝送線(4A)および(4B)の負荷側端では、伝送線
(4A)の外部導体と伝送線(4B)の内部導体とがパルス
コイル(6)を介して接続され、そして伝送線(4A)の
内部導体と伝送線(4B)の外部導体とが導線(8)によ
って接続されている。
このように構成された第3実施例においては、スイッ
チング素子(3)が最初OFF状態にあるので、ブルムラ
イン型充電回路(7A)および(7B)は共に直流電源+H.
V.によって電圧Vまで充電されている。次にスイッチン
グ素子(3)をON状態にすると、ブルムライン型充電回
路(7A),(7B)に蓄えられた電荷はそれぞれ伝送線
(4A),(4B)を通じてパルスコイル(6)にV+V=
2Vのパルスとして送られる。
なお、上記実施例ではブルムライン充電回路に同軸ケ
ーブルを用いたが、その代りにインピーダンスZ/2を有
する充電ラインを用いても同様の効果が得られる。
[発明の効果] 以上、詳述したように、この発明は、並列接続された
インピーダンスZ/2の2本の同軸ケーブルまたは充電ラ
インから成るブルムライン型充電回路を少なくとも1個
用いたので、構成が簡単になるのみならず、直流電源電
圧に等しいVか又は2Vのパルスがパルスコイルに送ら
れ、従来の1/2ないし1/4の充電電圧で済ませられるとい
う効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図はこの発明の第1実施例ないし第3
実施例をそれぞれ示す回路図、第4図は従来の高圧パル
ス発生装置を示す回路図である。 図において、H.V.,−H.V.,+H.V.は直流電源、(3),
(3A),(3B)はスイッチング素子、(4),(4A),
(4B)は伝送線、(5)はマッチング抵抗、(6)はパ
ルスコイル、(7),(7A),(7B)はブルムライン型
充電回路、(7a),(7b)(7Aa),(7Ab),(7B
a),(7Bb)は同軸ケーブルである。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電源と、この直流電源の両端間に接続
    され、並列接続されたインピーダンスZ/2の2本の同軸
    ケーブルまたは充電ラインから成るブルムライン型充電
    回路と、このブルムライン型充電回路と前記直流電源の
    間で前記直流電源と並列に接続されたスイッチング素子
    と、前記ブルムライン型充電回路に接続され、インピー
    ダンスZを有する伝送線とを備えたことを特徴とする高
    圧パルス発生装置。
  2. 【請求項2】正および負の直流電源と、この正、負の直
    流電源に個別に接続され、それぞれ並列接続されたイン
    ピーダンスZ/2の2本の同軸ケーブルまたは充電ライン
    から成る2個のブルムライン型充電回路と、各ブルムラ
    イン型充電回路と各直流電源の間に接続されたスイッチ
    ング素子と、前記各ブルムライン型充電回路に接続さ
    れ、他端の外部導体間を接続されたインピーダンスZを
    有する2本の伝送線とを備えたことを特徴とする高圧パ
    ルス発生装置。
  3. 【請求項3】単一の直流電源と、この直流電源に接続さ
    れ、並列接続されたインピーダンスZ/2の2本の同軸ケ
    ーブルまたは充電ラインから成る2個のブルムライン型
    充電回路と、これらブルムライン型充電回路と前記直流
    電源の間に接続されたスイッチング素子と、各ブルムラ
    イン型充電回路に接続され、他端において一方の伝送線
    の外部導体と他方の伝送線の内部導体とを接続されたイ
    ンピーダンスZを有する2本の伝送線とを備えたことを
    特徴とする高圧パルス発生装置。
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