JP2667023B2

JP2667023B2 - パルス電源装置

Info

Publication number: JP2667023B2
Application number: JP1324430A
Authority: JP
Inventors: 洋村瀬; 常治寺西; 茂茂木; 健一野嶋; 悟柳父
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JPH03185913A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、粒子加速器や高周波パルス発生器等の電源
として用いられ、高速の立上りを有し、波頭値の変動の
少ない矩形波パルスを発生することのできるパルス電源
装置に関するものである。

（従来の技術）従来、矩形波パルスを発生する方法としては、第４図
に示した様なコイルとコンデンサをはしご形に接続した
パルス整形回路（PFN）が主に用いられてきた。また、
近年、自由電子レーザに用いる粒子加速電源や高周波に
よる粒子加速装置においては、質の良い粒子ビームを得
るため、波高値の変動が１％程度であることが要求され
てきており、矩形波パルスの質の向上が要求されるよう
になった。しかし、第４図に示した様なパルス整形回路
では、負荷６の値の時間的な変動や、高電圧パルストラ
ンス４、他の特性及び高電圧部の浮遊容量や浮遊インダ
クタンスにより、波高値の変動を少なくすることは、必
ずしも容易ではない。

そこで、この様なパルス整形回路においては、第４図
に示した様に、コイル１を可変とすることでコイルのイ
ンダクタンスの値を微調整し、波高値の変動を少なくし
て、高品質な矩形波を得ることが試みられている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、最近、粒子ビームの加速電圧が増々高くな
り、それに伴いパルス電源も高電圧化し、加速部には大
きな電圧（例えば、500kv以上）が印加されるようにな
った。そのため、この様な状況においては、加速部の絶
縁破壊を防止する必要が生じ、極めてパルス幅の短い、
しかも立上りの急峻なパルスが要求されている。しかし
ながら、第４図に示した様な従来のパルス整形回路で
は、集中素子を使用しているため、立上り峻度、パルス
幅とも制約を受け、所望のものが得られなかった。

また、スイッチ５としては、サイラトロン等のスイッ
チ素子の他に、可飽和リアクトルを応用した磁気スイッ
チを適用することができる。この様な磁気スイッチは、
サイラトロン等の様に有限な寿命を有するものではな
く、高繰り返しパルス発生用電源（１秒間に数十〜数千
パルスを発生する電源）には非常に適したスイッチであ
る。しかしながら、従来の磁気スイッチにおいては、ス
イッチをONするタイミングを制御することはできず、未
飽和から飽和の状態に移行する際に、OFF状態からON状
態に自動的に移行するだけであった。ところが、良質な
矩形波パルスを発生させるためには、分布定数線路への
充電の電圧波形の波頭部分でスイッチをON状態にする必
要がある。この時、分布定数線路への充電の周波数が一
定であると、磁気スイッチが波頭部でON状態となる電圧
は決定されてしまい、良質な矩形波を発生させようとす
ると、出力電圧は常に一定となってしまうといった欠点
があった。

さらに、従来技術では、「負荷の時間的変動」への対
応策もなく、時間的変動を伴う負荷を接続した場合に
は、所望の性能を発揮することができなかった。即ち、
負荷がサイラトロンの様な真空管である場合を例とする
と、カソードから電子を放出するためにヒータ等で加熱
されている真空管に、アノード電圧をパルス的に与える
と、時間の経過とともに真空管の温度が上昇する。これ
はアノード電圧のロス分による加熱であり、ごく一般的
に起こり得ることである。この温度変化により、負荷で
ある真空管の負荷抵抗の値が変動する。一般的には、こ
の負荷抵抗の値は少しづつ小さくなることが知られてい
る。しかし、このような負荷抵抗が時間と共に変動した
場合に、従来技術ではこれに対応することができず、負
荷に印加されるであに変動が生じる欠点があった。

本発明は、上記の様な問題点を解決するためになされ
たものであり、その目的は、極めて急峻な立上りを有
し、パルス幅が短く、波高値の変動の少ない、矩形波パ
ルスを発生することのできるパルス電源装置を提供する
ことにある。また、本発明は、前記の様な負荷抵抗の値
が変動しても、負荷に印加される電圧を一定に保つこと
を目的とするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のパルス電源装置は、接地金属容器内に導体を
配設して分布定数線路を形成し、この分布定数線路の一
端にスイッチ素子を接続して成るパルス電源装置におい
て、前記導体は螺旋状に構成された中間導体と中心導体か
ら成る２個の導体を同軸状に配置してなり、且つ各導体
における単位長さ当たりの螺旋導体の長さが等しくなる
ように構成され、前記接地金属容器内部には接地電位の電極が配設さ
れ、各接地電位の電極の内面は略円筒状でかつ前記２個の
導体とは同軸状に設けられ、前記接地電位の電極は、前記導体との同軸上を保持し
つつ前記接地金属容器の軸方向と直交する方向に移動可
能に構成されていることを特徴とする。

（作用）以上の構成を有する本発明のパルス電源装置において
は、接地金属容器内に移動可能に配設された接地電極
を、負荷の時間的変動に対応して移動させて、分布定数
線路の特性インピーダンスを部分的に調整することによ
って出力波形を調節し、所望の矩形波パルスを得ること
ができる。また、導体を螺旋状に構成することによっ
て、分布定数線路の特性インピーダンスを高くとること
ができるので、比較的高い抵抗を有する負荷に適用する
ことができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図に基づいて
具体的に説明する。なお、第４図に示した従来型と同一
の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

（１）実施例の構成本実施例の構成は、第１図に示した様に、接地金属容
器10内に中心導体22と中間導体23とを同軸状に配設して
分布定数線路24を形成し、この分布定数線路24をブルー
ムラインとして動作させている。ここで、前記中心導体
22と中間導体23は、第２図に示すように、螺旋状の円筒
形に構成されている。この場合、中心導体22と中心導体
23のサージ伝搬速度を等しくするために、単位長さ当た
りの螺旋導体の長さを等しくする必要があり、中心導体
22の螺旋構造を中間導体23の螺旋構造により密に形成す
る。

この線路の一端には、高電圧パルスを供給するための
パルストランス３及びスイッチ５が接続され、他端に
は、負荷６が接続されている。なお、24a〜24cは、波形
調整用のコンデンサである。

前記接地金属容器10の内部には、複数個の接地電極13
が配設され、これらの接地電極13にはそれぞれ容器10を
貫通する支持棒14が取付けられている。そして、この支
持棒14を容器の外側に設けた駆動装置（図示せず）によ
り操作することによって、前記接地電極13が、接地電位
を保持した状態で容器10の軸方向と直交する方向に移動
可能に構成されている。即ち、第３図に示すように、各
接地電位の電極13の内面は略円筒状でかつ前記２個の導
体22,23とは同軸状に設けられている。また、前記接地
電位の電極13は、前記導体22,23との同軸上を保持しつ
つ前記接地金属容器10の軸方向と直交する方向に移動可
能に構成されているなお、本発明は上述した実施例に限
定されるものではなく、各支持棒に接続する駆動装置の
種類は特に限定されず、また、駆動装置を遠方操作、自
動操作が可能なように構成することもできる。

（２）実施例の作用この様に構成されたパルス電源装置は、以下に述べる
様に作用する。即ち、分布定数線路12の特性インピーダ
ンスは、容器10の内部に配設された各接地電極13と導体
22,23の相対位置によって決まるため、分布定数線路12
に接続された負荷６の時間的変動等に合わせて、各接地
電極13を移動させることによって、容器内部の各部位に
おける特性インピーダンスを調整することができる。そ
の結果、波高値の変動の少ない矩形波パルスが得られ
る。また、各接地電極13を容器10の軸方向と直交する方
向へ移動させる操作は、各接地電極13に取付けられた支
持棒14を容器10の外部に設けられた駆動装置（図示せ
ず）によって駆動することにより行えるので、調整作業
が容易なものとなる。なお、本発明者等の実験からも、
上述した方法で各接地電極13の位置を適宜調整すること
によって、波高値の変動の少ない矩形波パルスが得らる
ことが明らかとなっている。

この様に、本実施例によれば、接地金属容器内に移動
可能に配設された接地電極を、負荷の時間的変動に対応
して移動させ、分布定数線路の特性インピーダンスを部
分的に調整することによって出力波形を調節し、所望の
矩形波パルスを得ることができる。また、接地金属容器
を貫通して配設された支持棒を駆動することによって、
容器外部から波形の調整が行えるので、容易に、波高値
の変動の少ない、良質な矩形波パルスを得ることができ
る。

さらに本実施例では、導体を螺旋状に構成したことに
よって、分布定数線路24の特性インピーダンスを高くと
ることができるので、比較的高い抵抗を有する負荷に適
用することができる。特に、本実施例では、中心導体22
と中間導体23のサージ伝搬速度を等しくするために、単
位長さ当りの螺旋導体の長さを等しくする必要があり、
中心導体22の螺旋構造を中間導体23の螺旋構造より密に
形成している。これは、以下に述べる理由による。即
ち、一般的に、内側面が略円柱状の接地金属容器内に、
螺旋状の導体を用いて形成した半径の異なる２つの略円
筒状の建造物を同軸状に配置して成る分布定数線路をブ
ルームラインとして動作させる時、電気信号の軸方向の
伝搬速度を等しくしないと、出力波形が乱れることが知
られている。しかし、本発明者等の実験によれば、螺旋
状の２つの導体の総長を等しくすることによって、電気
信号の軸方向の伝搬速度を等しくすることができること
が判明した。

［発明の効果］以上説明した様に、本発明によれば、極めて急峻な立
上りを有し、パルス幅が短く、波高値の変動の少ない、
矩形波パルスを発生することのできるパルス電源装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパルス電源装置の一実施例を示す概略
回路図、第２図は第１図の実施例に使用される螺旋状導
体の構造を説明する図、第３図は第１図の縦断面図、第
４図は従来のパルス整形回路の一例を示す概略回路図で
ある。１……可変コイル、２……コンデンサ、3,4……パルス
トランス、５……スイッチ、６……負荷、７……パルス
整形回路、10……接地金属容器、13……接地電極、14…
…支持棒、15……仕切り板、22……中心導体、23……中
間導体、24……分布定数線路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野嶋健一神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者柳父悟神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】接地金属容器内に導体を配設して分布定数
線路を形成し、この分布定数線路の一端にスイッチ素子
を接続して成るパルス電源装置において、前記導体は螺旋状に構成された中間導体と中心導体から
成る２個の導体を同軸状に配置してなり、且つ各導体に
おける単位長さ当たりの螺旋導体の長さが等しくなるよ
うに構成され、前記接地金属容器内部には接地電位の電極が配設され、各接地電位の電極の内面は略円筒状でかつ前記２個の導
体とは同軸状に設けられ、前記接地電位の電極は、前記導体との同軸上を保持しつ
つ前記接地金属容器の軸方向と直交する方向に移動可能
に構成されていることを特徴とするパルス電源装置。