JP3078118B2 - パルス電源回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は負荷にパルス電圧を供給
する容量移行型のパルス電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】容量移行型のパルス電源回路は一般に充
電キャパシタと、これに充電された電荷を負荷に移行す
るスイッチとから構成されている。従来の容量移行型パ
ルス電源回路は、図５の回路構成図に示すように充電電
源１が接続されたスイッチ２と、このスイッチ２と並列
に充電キャパシタ３と充電インダクタ４および充電抵抗
５の直列回路が接続されている。

【０００３】さらに前記充電インダクタ４と充電抵抗５
の直列回路と並列に負荷６が接続されて構成されてお
り、このパルス電源回路では、充電電源１により充電キ
ャパシタ３に充電された電荷をスイッチ２の導通により
負荷６にパルス電圧として供給する方式である。

【０００４】また図６はＬＣ反転を利用した容量移行型
の２倍電圧回路の回路構成図で、充電電源１に、インダ
クタ７を介したスイッチ２と、極性反転キャパシタ８を
並列に接続すると共に、前記極性反転キャパシタ８と並
列に充電キャパシタ３と可飽和リアクタ９、および充電
インダクタ４と充電抵抗５の直列回路を接続する。さら
に、この充電インダクタ４と充電抵抗５の直列回路と並
列に負荷６を接続して構成されている。

【０００５】この２倍電圧パルス電源回路では、充電電
源１により充電キャパシタ３と極性反転キャパシタ８に
電荷が充電され、スイッチ２の導通によりインダクタ７
を介して極性反転キャパシタ８の極性が反転し、充電電
圧の２倍のパルス電圧が負荷６の両端に発生する方式で
ある。

【０００６】ここで、可飽和リアクタ９は極性反転キャ
パシタ８の電荷が反転している間、充電キャパシタ３の
電荷が電流とならないように充電キャパシタ３と負荷６
とを切り離し、極性反転キャパシタ８の極性反転終了と
同時に、充電キャパシタ３と負荷６とを接続する磁気ス
イッチである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来パルス電源回路に
おいてはパルス電圧と同等、２倍電圧パルス電源回路で
はパルス電圧の半分程度の電圧がスイッチ２の耐電圧と
して要求される。従って、負荷６に供給する電圧が高く
なればなるほど充電電源１の出力電圧と、スイッチ２に
おける耐電圧の負担は大きくなり、パルス電源回路大型
化やスイッチ２の寿命が短くなる等の不具合が生ずるこ
とから、この解決が課題となっていた。

【０００８】本発明の目的とするところは、倍電圧パル
スユニットをｎ組縦続に接続して、充電電源の電圧やス
イッチの耐電圧を上げずに充電電圧の２ｎ倍のパルス電
圧を負荷に供給することが可能なパルス電源回路を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、充電
電源よりキャパシタに充電された電荷をスイッチにより
負荷に移行する容量移行型パルス電源回路において、直
列に接続された充電キャパシタと極性反転キャパシタと
可飽和リアクタを備え、前記充電電源の一端を前記充電
電源から他端へ向かう方向が順方向となるように接続し
た充電ダイオードを介して前記充電キャパシタと前記極
性反転キャパシタの間に接続し、前記充電電源の他端は
前記極性反転キャパシタの他端に接続した倍電圧パルス
ユニットをｎ組縦続に接続し、前記極性反転キャパシタ
の極性反転の終了と同時に飽和状態になる前記可飽和リ
アクタが前記充電キャパシタと負荷とを導通させること
により、充電電圧の２ｎ倍の出力電圧を負荷に供給する
ことを特徴とする。請求項２の発明は、充電電源よりキ
ャパシタに充電された電荷をスイッチにより負荷に移行
する容量移行型パルス電源回路において、直列に接続さ
れた充電キャパシタと極性反転キャパシタを備え、前記
充電電源の一端を前記充電電源から他端へ向かう方向が
順方向となるように接続した充電ダイオードを介して前
記充電キャパシタと前記極性反転キャパシタの間に接続
し、前記充電電源の他端は前記極性反転キャパシタの他
端に接続した倍電圧パルスユニットをｎ組縦続に接続
し、さらに前記倍電圧パルスユニットの最終段のものに
可飽和リアクタを直列に接続し、前記極性反転キャパシ
タの極性反転の終了と同時に飽和状態になる前記可飽和
リアクタが前記充電キャパシタと負荷とを導通させるこ
とにより、充電電圧の２ｎ倍の出力電圧を負荷に供給す
ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】各倍電圧パルスユニットでは直列に接続した充
電キャパシタと極性反転キャパシタを充電した後に、極
性反転キャパシタをスイッチとインダクタを介して極性
反転させることにより、倍電圧パルスユニット毎に充電
電圧の２倍の出力電圧が得られる。

【００１１】この倍電圧パルスユニットをｎ組、充電電
源とは並列に負荷には直列に縦続に接続してあることか
ら、負荷に対して充電電圧の２ｎ倍の高電圧が供給され
る。またスイッチを始め各倍電圧パルスユニットにおけ
る機器の耐圧は充電電圧と同等で良い。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。なお、上記した従来技術と同じ構成部分には同一符
号を付して詳細な説明は省略する。図１はパルス電源回
路構成図で、ｎ組の倍電圧パルスユニット10ａ，10ｂ，
…10ｎを充電電源１とは並列に、また負荷６に対しては
直列に縦続接続して構成されていて、計２ｎ個のキャパ
シタに充電された電荷をスイッチ２，２の導通により負
荷６に高圧パルス電圧として移行出力する方式である。

【００１３】またｎ組の倍電圧パルスユニット10ａ，10
ｂ，…10ｎは、夫々、充電電源１に接続された、インダ
クタ７を介したスイッチ２と極性反転キャパシタ８の並
列回路と直列に接続した充電ダイオード11と、前記極性
反転キャパシタ８と並列に接続された、充電キャパシタ
３と磁気スイッチである可飽和リアクタ９、および充電
インダクタ４と充電抵抗５の直列回路で構成されてい
る。

【００１４】次に上記構成による作用について説明す
る。なお、図２の特性図はパルス電源回路を作動させた
時の各部の電圧波形を示したもので、（ａ）の曲線12は
極性反転キャパシタ８の端子電圧、（ｂ）の曲線13は直
列に接続された充電キャパシタ３と極性反転キャパシタ
８の両端電圧、（ｃ）の曲線14は負荷６の端子電圧で、
いずれも時間変化を表している。

【００１５】先ず充電電源１の電圧Ｅボルトにより、各
倍電圧パルスユニット10ａ，10ｂ，…10ｎの夫々におい
て、充電キャパシタ３と極性反転キャパシタ８（曲線1
2）がＥボルトに充電される。

【００１６】ここで各スイッチ２，２が同時に導通状態
になる（時刻Ｔ1 ）と、各極性反転キャパシタ８の電荷
の極性が反転し、各倍電圧パルスユニット10ａ，10ｂ，
…10ｎにおける充電キャパシタ２と極性反転キャパシタ
８の両端電圧（曲線13）は、図２（ｂ）で示すように時
刻Ｔ2 において充電電圧Ｅボルトの２倍である−２Ｅボ
ルトとなる。

【００１７】この時刻Ｔ2 の瞬間に各可飽和リアクタ
９，９が飽和状態になると、夫々−Ｅボルトに充電して
いる計２ｎ個の充電キャパシタ３および極性反転キャパ
シタ８が等価的に直列に接続され、負荷６に対して図２
（ｃ）の曲線14で示すように−２ｎＥボルトの高圧パル
ス電圧を供給する。

【００１８】従って本一実施例によれば、負荷６が要求
する高電圧に対して、倍電圧パルスユニットをｎ組み組
合わせることにより、倍電圧パルスユニットの出力電圧
のｎ倍の高電圧が容易に供給できる。

【００１９】しかも各倍電圧パルスユニット10ａ，10
ｂ，…10ｎにおけるスイッチ２には、最大で充電電源１
による充電電圧しか加わらず、パルス電圧回路が出力す
る高電圧に関係なく耐圧の低いスイッチ２が適用できる
ため、スイッチ部分の小形化と信頼性が向上する。また
充電電源１も倍電圧パルスユニットの出力電圧の約１／
２の電圧のもので良いので、耐圧を含めて装置が小形化
できる。

【００２０】次に本発明の他の実施例について説明す
る。図３のパルス電源回路構成図は上記図１に示した一
実施例のパルス電源回路における倍電圧パルスユニット
から段間の可飽和リアクタ９を削除して、最終段の倍電
圧パルスユニット15ｎにのみ可飽和リアクタ９を設けた
構成のものである。

【００２１】このパルス電源回路では、各倍電圧パルス
ユニット15ａ，15ｂ，…15ｎの各充電キャパシタ３，３
と極性反転キャパシタ８，８が充電された後に、各スイ
ッチ２，２が導通状態となり、インダクタ７を介して前
記極性反転キャパシタ８の電荷が反転し、各倍電圧パル
スユニット15ａ，15ｂ，…15ｎにおける電圧が各キャパ
シタ充電電圧の２倍となった時点で、倍電圧パルスユニ
ット15ｎの可飽和リアクタ９を介して高電圧が出力され
る。

【００２２】なお、この負荷６へのパルス電圧は上記一
実施例と同様に、充電電源１の電圧Ｅボルトの２ｎ倍の
電圧を供給することができる。従って、本他の実施例に
よれば、可飽和リアクタ９の設置が最終段の倍電圧パル
スユニット15ｎにおける１個のみであり、パルス電源回
路の簡素化と小形化が容易となる。

【００２３】図４のパルス電源回路構成図は本発明のそ
の他の実施例を示したもので、上記した図１に示す一実
施例におけるスイッチ２、インダクタ７および充電イン
ダクタ４と充電抵抗５を充電電源１と共に、各倍電圧パ
ルス電源ユニット16ａ，16ｂに対して共通として設け、
かつ各極性反転ループに夫々極性反転ダイオード17を設
けた構成としたもので、一例として４倍電圧のパルス電
圧回路を示す。

【００２４】前記倍電圧パルス電源ユニット16ａ，16ｂ
は、夫々充電ダイオード11と前記極性反転キャパシタ
８、充電キャパシタ３および可飽和リアクタ９と、極性
反転ダイオード17で構成されている。

【００２５】各倍電圧パルス電源ユニット16ａ，16ｂに
おける充電キャパシタ３と極性反転キャパシタ８が充電
された後に、スイッチ２が導通状態となり極性反転キャ
パシタ８の電荷が１つのスイッチ２、およびインダクタ
７と各極性反転ダイオード17を介して反転する。

【００２６】この時に各極性反転ダイオード17，17は夫
々の極性反転キャパシタ８，８の電荷が、他の極性反転
キャパシタ８に流入するのを防止すると共に、段間の可
飽和リアクタ９が飽和状態になった時に、スイッチ２側
の電位とキャパシタ側の電位を切り離して独立にする。
従って、スイッチ２、およびインダクタ７を１個のみ使
用して充電電源１からの充電電圧の４倍の電圧を負荷６
に供給することができる。

【００２７】なお、本その他の実施例においても、倍電
圧パルス電源ユニット数を適宜選定することにより負荷
６が要求する電圧に合致させた高圧を出力させることが
でき、またスイッチ２が１個なので複数の極性反転キャ
パシタ８，８における極性反転を一致して行える外、ス
イッチ２の耐圧も上記一実施例と同様に低圧で良いこと
からパルス電圧回路の小形化と信頼性を向上することが
できる。

【００２８】

【発明の効果】以上本発明によれば、充電電源から供給
される充電電圧の２ｎ倍の出力電圧を容易に得られると
共に、スイッチを始め各機器の耐圧を高くする必要がな
いため、パルス電圧回路が小形化されて、また信頼性も
向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例のパルス電源回路構成
図。

【図２】本発明に係る一実施例の各部電圧特性図。

【図３】本発明に係る他の実施例のパルス電源回路構成
図。

【図４】本発明に係るその他の実施例のパルス電源回路
構成図。

【図５】従来のパルス電源回路構成図。

【図６】従来のパルス電源回路の２倍電圧回路構成図。

【符号の説明】

１…充電電源、２…スイッチ、３…充電キャパシタ、４
…充電インダクタ、５…充電抵抗、６…負荷、７…イン
ダクタ、８…極性反転キャパシタ、９…可飽和リアク
タ、10ａ，10ｂ，10ｎ，15ａ，15ｂ，15ｎ，16ａ，16ｂ
…倍電圧パルスユニット、11…充電ダイオード、17…極
性反転ダイオード。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電電源よりキャパシタに充電された電
   荷をスイッチにより負荷に移行する容量移行型パルス電
   源回路において、直列に接続された充電キャパシタと極
   性反転キャパシタと可飽和リアクタを備え、前記充電電
   源の一端を前記充電電源から他端へ向かう方向が順方向
   となるように接続した充電ダイオードを介して前記充電
   キャパシタと前記極性反転キャパシタの間に接続し、前
   記充電電源の他端は前記極性反転キャパシタの他端に接
   続した倍電圧パルスユニットをｎ組縦続に接続し、前記
   極性反転キャパシタの極性反転の終了と同時に飽和状態
   になる前記可飽和リアクタが前記充電キャパシタと負荷
   とを導通させることにより、充電電圧の２ｎ倍の出力電
   圧を負荷に供給することを特徴とするパルス電源回路。
2. 【請求項２】 充電電源よりキャパシタに充電された電
   荷をスイッチにより負荷に移行する容量移行型パルス電
   源回路において、直列に接続された充電キャパシタと極
   性反転キャパシタを備え、前記充電電源の一端を前記充
   電電源から他端へ向かう方向が順方向となるように接続
   した充電ダイオードを介して前記充電キャパシタと前記
   極性反転キャパシタの間に接続し、前記充電電源の他端
   は前記極性反転キャパシタの他端に接続した倍電圧パル
   スユニットをｎ組縦続に接続し、さらに前記倍電圧パル
   スユニットの最終段のものに可飽和リアクタを直列に接
   続し、前記極性反転キャパシタの極性反転の終了と同時
   に飽和状態になる前記可飽和リアクタが前記充電キャパ
   シタと負荷とを導通させることにより、充電電圧の２ｎ
   倍の出力電圧を負荷に供給することを特徴とするパルス
   電源回路。