JP3318981B2 - パルス電源 - Google Patents
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- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
- H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device
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Description
和トランスを用いて高電圧・大電流の短パルスを発生す
るためのパルス電源に関する。
生,パルス脱硝装置等のパルス電源には、サイラトロン
スイッチやトリガトロンスイッチ等の放電スイッチを用
いて直接に高電圧・大電流をスイッチングすることでパ
ルスを発生するものと、半導体スイッチと磁気スイッチ
になる可飽和リアクトルを組合せたものがある。また、
1つの可飽和トランスで昇圧とパルス圧縮を行い、スイ
ッチング素子の負担を軽減するものもある。
をその波形図と共に示す。同図中、複数個直列接続され
るサイリスタTHは高電圧の半導体スイッチとされ、高
電圧充電されたコンデンサC12とリアクトルLの直列回
路を短絡することで発生させる電流I1によりC12の極
性が反転し、C11とC12の直列結合を通してLC反転の
倍電圧を発生させる。
1とコンデンサC′11,C′12,C2の直列回路にパルス
圧縮した電流I2を得、さらにコンデンサC2の電圧によ
り可飽和リアクトルSR2とコンデンサC3,C2の直列
回路にパルス圧縮した電流I3を得、最終段の可飽和リ
アクトルSR3と放電管DTにパルス圧縮した高電圧・
大電流パルスI4を得る。
のスイッチを用いたパルス電源においては、これらスイ
ッチング素子の寿命が107〜108パルスと短く、高い
繰返し動作を行う場合にはスイッチ素子の寿命が問題と
なる。
を組合せたパルス電源においては、スイッチ素子自体の
耐電圧が放電スイッチに比べて小さい(数KV)ため、
高電圧を発生させるためには半導体スイッチ素子を多数
個直列接続した構成を必要とし、各素子のドライブ回路
やスナバ回路も含めてスイッチ回路が大形のものにな
る。
スを用いて昇圧したり、LC反転回路を用いて出力電圧
の約1/2のスイッチング電圧にする方式もあるが、ス
イッチング素子の数や磁気パルス圧縮段数はある程度
(2〜3段)必要となり、パルス電源としては放電スイ
ッチ方式に比べて大きなものになる。
パルス圧縮を行うことで装置の小形化を図るものもある
が、素子1個で2つの機能を引出しているため昇圧比を
大きくしようとすると可飽和トランスの二次側巻線の巻
数が多くなり、インダクタンスが増加する。この場合、
パルス圧縮時のLC共振時間が長くなり、短パルス発生
には限界がある。逆に、可飽和トランスの二次側のイン
ダクタンスを小さくするためには巻数を少なくするため
昇圧比が小さくなり、スイッチング素子の負担が大きく
なる。
の制御電圧を低くし、また装置の小形化を図ったパルス
電源を提供することにある。
決を図るため、半導体スイッチと、この半導体スイッチ
に直列接続され初期充電される第1のエネルギー蓄積用
コンデンサと、このコンデンサに一次巻線が直列接続さ
れ前記半導体スイッチのオンによって一次電流が供給さ
れて昇圧出力を得る昇圧トランスと、この昇圧トランス
の二次巻線に一次巻線が直列接続され前記昇圧トランス
の二次出力によって一次電流が供給されて磁気スイッチ
動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランスの二
次巻線に直列接続され該トランスの出力で充電される第
2のエネルギー蓄積用コンデンサと、前記可飽和トラン
スの磁気スイッチ動作によって前記第2のエネルギー蓄
積用コンデンサの充電電圧が印加されてパルス放電を得
る放電管とを備えたことを特徴とする。
得ることで半導体スイッチの制御電圧を低いもので済む
ようにし、また昇圧トランスに縦続の可飽和トランスは
昇圧比を低くして二次巻線の巻数を小さくして飽和後の
インダクタンスを低減し、パルス幅の圧縮率を高める。
る。半導体スイッチSWはGTOサイリスタ,SIサイ
リスタ,IGBT等の1つの半導体スイッチング素子と
そのゲート制御回路,スナバ回路を有して構成された初
段スイッチにされる。
蓄積用コンデンサC0及び昇圧トランスTの一次巻線は
直列接続されて半導体スイッチSWに直列接続される。
ンスST1の一次巻線が直列接続され、この可飽和トラ
ンスST1の二次巻線にはエネルギー蓄積用のコンデン
サC1とコンデンサCPの直列回路が並列接続される。ま
た、コンデンサCPには放電管DTと可飽和リアクトル
SI2が夫々並列接続される。
I1及びSI2は実効動作磁束密度量(△B)の大きな
磁心材、例えば鉄基非晶質合金磁心材や鉄基超微結晶質
合金磁心材、コバルト基非晶質合金等の磁心材を持ち、
リアクトルSI1は半導体スイッチSWをアシストする
ための磁気アシストとして使用され、リアクトルSI2
はコンデンサC1の充電電流を放電管DTをバイパスさ
せることで該放電管DTへのプリパルス発生を防止し、
またコンデンサC1の放電電流は阻止して放電管に流す
プリパルス低減手段になる。この可飽和リアクトルSI
2は空心コイルで置換することもできる。
つ磁心材、例えば鉄基非品質合金磁心材や鉄基超微晶質
合金磁心材,コバルト基非晶質合金等の磁心材を持ち、
一次巻線と二次巻線には低い昇圧又は降圧になる巻線比
にされる。例えば、トランスST1は1対2の巻線比に
される。
Pは高電圧・短パルス発生のために低インダクタンス,
高耐電圧のセラミックコンデンサが好適となるが、他に
オイルコンデンサ等を用いることができる。
次巻線の巻数が大きくされる。
ンサC0は直流電源DCによって高圧充電しておく。こ
の後、半導体スイッチSWをオンさせることにより、コ
ンデンサC0→可飽和リアクトルSI1→半導体スイッチ
SW→昇圧トランスTの一次巻線の経路で一次電流I0
を流す。
の巻数比(例えば1対6)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。また、可飽和リア
クトルSI1が半導体スイッチSWの磁気アシストとし
て動作し、スイッチSWのスイッチング損失を低減する
ことで磁気アシストのないスイッチング動作より高い電
流ピーク(二電流上昇率)で使用することが可能とな
る。
は電流I1 がトランスTの二次巻線→可飽和トランスS
T1 の一時巻線の経路で流れる。
は非飽和領域で動作させ、その巻線比による昇圧した電
圧を二次巻線に得る。この動作は非飽和領域の動作で電
流I2によってコンデンサC1を充電する。このとき、可
飽和リアクトルSI2は電流I2が流れ易い方向に磁化さ
れている。
ンスST1は飽和動作領域に入ることでその一時側と二
次側が非結合状態となり、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、
コンデンサC1からトランスST1の二次巻線側にパルス
圧縮した電流I2′を流す。この電流I2′により、放電
管DTには短絡電流を供給、すなわち高電圧・大電流の
短パルスを供給する。
と可飽和トランスを縦続接続し、トランスT1は昇圧比
を大きくした昇圧専用として所期の昇圧を得る。可飽和
トランスST1は昇圧比を小さくし、二次巻線数を小さ
くして飽和後のインダクタンスを低減し、パルス幅の圧
縮率を高めるパルス圧縮専用にする。
可能となり、しかも負荷側には高電圧,パルス幅を圧縮
した電流を供給できる。
スイッチSWと第1のエネルギー蓄積用コンデンサC0
により発生するパルス電流を昇圧トランスで昇圧し、そ
の出力を二次巻線数の小さい可飽和トランスによってパ
ルス幅を圧縮した短パルス化を得るようにしたため、以
下の効果がある。
段スイッチの制御電圧を低くし、半導体スイッチの電圧
負担が低減されて半導体スイッチ素子の接続段数を小さ
くし、その周辺回路も含めてスイッチ回路の簡略化,小
形化を図ることができる。
ス電流を可飽和トランスによりパルス圧縮を行うため、
該可飽和トランスは昇圧比を小さくして二次巻線数を小
さくでき、そのコア容積の低減効果等から可飽和トラン
スの小形化を図ることができる。
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体スイッチと、この半導体スイッチ
に直列接続され初期充電される第1のエネルギー蓄積用
コンデンサと、このコンデンサに一次巻線が直列接続さ
れ前記半導体スイッチのオンによって一次電流が供給さ
れて昇圧出力を得る昇圧トランスと、この昇圧トランス
の二次巻線に一次巻線が直列接続され前記昇圧トランス
の二次出力によって一次電流が供給されて磁気スイッチ
動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランスの二
次巻線に直列接続され該トランスの出力で充電される第
2のエネルギー蓄積用コンデンサと、前記可飽和トラン
スの磁気スイッチ動作によって前記第2のエネルギー蓄
積用コンデンサの充電電圧が印加されてパルス放電を得
る放電管とを備えたことを特徴とするパルス電源。
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