JP3441218B2 - Semiconductor switch device and electric device using the same - Google Patents

Semiconductor switch device and electric device using the same

Info

Publication number
JP3441218B2
JP3441218B2 JP04191795A JP4191795A JP3441218B2 JP 3441218 B2 JP3441218 B2 JP 3441218B2 JP 04191795 A JP04191795 A JP 04191795A JP 4191795 A JP4191795 A JP 4191795A JP 3441218 B2 JP3441218 B2 JP 3441218B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switch
switch module
switch device
conductors
conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP04191795A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08242149A (en
Inventor
勝也 岡村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP04191795A priority Critical patent/JP3441218B2/en
Publication of JPH08242149A publication Critical patent/JPH08242149A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3441218B2 publication Critical patent/JP3441218B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Switch Cases, Indication, And Locking (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はサイリスタなどの半導体
スイッチ素子を複数個直列接続してスイッチング動作を
行う半導体スイッチ装置及びこの半導体スイッチ装置を
用いたパルスレーザ装置及びクライストロンモジュレー
タ等の電気装置に関する
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor switching device that performs switching operation by connecting a plurality of semiconductor switching devices such as thyristors in series, and an electric device such as a pulse laser device and a klystron modulator using the semiconductor switching device.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、銅蒸気レーザやエキシマレーザ
を励起するためには数10kV,数10kAのパルス放
電をパルス幅数百nsで行わせる必要がある。このため
にはコンデンサに蓄えた電荷を高速に放電させる高電
圧,大電流の高速スイッチが必要であり、従来はサイラ
トロンが用いられていた。
2. Description of the Related Art Generally, in order to excite a copper vapor laser or an excimer laser, it is necessary to perform pulse discharge of several tens of kV and several tens of kA with a pulse width of several hundred ns. For this purpose, a high-voltage, large-current high-speed switch that discharges the electric charge stored in the capacitor at high speed is required, and a thyratron has been conventionally used.

【0003】しかし、サイラトロンはその動作原理上、
寿命に制約があり、頻雑な交換を行う必要があるなどの
問題があった。この寿命の制約を取り除くにはスイッチ
装置を半導体化する必要がある。しかしながら、半導体
スイッチ素子単体の電圧定格は高々数kVであり、数1
0kVのスイッチング動作を行わせるためには10数個
の半導体スイッチ素子を直列接続する必要がある。
However, thyratrons are
There was a problem that the service life was limited and frequent replacement was necessary. In order to remove this limitation of life, it is necessary to make the switch device semiconductor. However, the voltage rating of the semiconductor switch element alone is at most several kV, and
In order to perform the switching operation of 0 kV, it is necessary to connect ten or more semiconductor switching elements in series.

【0004】このように多数の半導体スイッチ素子を直
列接続すると幾何学的寸法が長くなり、インダクタンス
が増加し、高速スイッチング動作には不適当となる。こ
の欠点を解消するためには半導体スイッチ素子の周囲に
円筒状に導体を配置し、半導体スイッチ素子と反対方向
に電流を流すことによって磁束の打ち消しを行う方法が
有効であることが知られている。
When a large number of semiconductor switching elements are connected in series as described above, the geometrical dimension becomes long and the inductance increases, which is not suitable for high speed switching operation. In order to eliminate this drawback, it is known that a method of arranging a conductor in a cylindrical shape around the semiconductor switching element and canceling the magnetic flux by causing a current to flow in the direction opposite to the semiconductor switching element is effective. .

【0005】この場合、磁束の打ち消しを有効に行うた
めには中心の半導体スイッチ素子と周囲の導体の間の距
離を極力小さくする必要がある。この距離の必要最小値
はスイッチの電圧が高くなると大きくなるので、インダ
クタンスを小さくするにはスイッチ装置の構成として数
10kVのスイッチを1つのスイッチモジュールで構成
するのでなく電圧定格を半分にした2分割程度のモジュ
ール構成にするのが適当である。
In this case, in order to effectively cancel the magnetic flux, it is necessary to minimize the distance between the central semiconductor switch element and the surrounding conductors. The required minimum value of this distance increases as the voltage of the switch increases, so in order to reduce the inductance, the switch device must be composed of a switch of several tens of kV in one switch module, and the voltage rating must be halved. It is appropriate to use a modular structure.

【0006】図5はこのような従来のスイッチ装置の構
成図である。同図に示すように、複数の半導体素子1と
放熱フィン2を交互に積層し、その周囲に複数の外周導
体3を円筒状に配し、1つのスイッチモジュール5を構
成する。このようなスイッチモジュール5を2台を用い
てスイッチ装置7aを構成する。すなわち、第1のスイ
ッチモジュール5のカソード端子K1と第2のスイッチ
モジュール5のアノード端子A2を渡り導体4aで接続
し、第1のスイッチモジュール5のアノード端子A1を
スイッチ装置全体のアノード端子A0と接続し、また第
2のスイッチモジュール5のカソード端子A2をスイッ
チ装置全体のカソード端子K0と接続することにより1
つのスイッチ装置7aを構成している。
FIG. 5 is a block diagram of such a conventional switch device. As shown in the figure, a plurality of semiconductor elements 1 and heat radiation fins 2 are alternately laminated, and a plurality of outer peripheral conductors 3 are arranged in a cylindrical shape around the semiconductor elements 1 to form one switch module 5. The switch device 7a is configured by using two such switch modules 5. That is, the cathode terminal K1 of the first switch module 5 and the anode terminal A2 of the second switch module 5 are connected by the crossover conductor 4a, and the anode terminal A1 of the first switch module 5 is connected to the anode terminal A0 of the entire switch device. 1 by connecting the cathode terminal A2 of the second switch module 5 to the cathode terminal K0 of the entire switch device.
One switch device 7a is configured.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のスイッチ装置では、第1のスイッチモジ
ュールの外周導体と第2のスイッチモジュールの外周導
体の間にはスイッチモジュール1台分即ちスイッチ装置
全体の電圧の50%に相当する電位差があるため、スイ
ッチモジュール相互間の絶縁を確保するため距離を離し
て配置する必要が生じる。そのため渡り導体4の長さが
長くなり、インダクタンスが大きくなって全体のインダ
クタンスが増加し、高速スイッチング動作に適さなくな
る。また、スイッチの外形が大きくなるという欠点があ
るので、このスイッチ装置を適用したレーザなどの電気
装置も大型化し、重量も増加するという欠点がある。
However, in the conventional switch device as described above, one switch module, that is, the switch device, is provided between the outer conductor of the first switch module and the outer conductor of the second switch module. Since there is a potential difference corresponding to 50% of the total voltage, it is necessary to arrange the switch modules at a distance in order to ensure insulation between them. Therefore, the length of the crossover conductor 4 is increased, the inductance is increased, and the overall inductance is increased, which makes it unsuitable for high-speed switching operation. Further, there is a drawback that the outer shape of the switch becomes large, so that an electric device such as a laser to which the switch device is applied also becomes large in size and the weight also increases.

【0008】本発明は上記欠点を解決するためになされ
たもので、その目的は、高電圧で高速のスイッチング動
作に適した半導体スイッチ装置を提供することにある。
また他の目的は、この半導体スイッチ装置を用いたエキ
シマレーザ、銅蒸気レーザ、クライストロンモジュレー
タ等の小型軽量の電気装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks, and an object thereof is to provide a semiconductor switch device suitable for high-voltage and high-speed switching operation.
Another object is to provide a small and light electric device such as an excimer laser, a copper vapor laser, a klystron modulator, etc., which uses this semiconductor switching device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1の半導体スイッチ装置は、半導体
スイッチ素子と放熱フィンを交互に積層した第1直列回
路と,その第1直列回路の周囲に複数の導体を円筒状に
配置し,その円筒状に配置した複数の導体を一端におい
て直列接続した第1スイッチモジュールと、前記第1ス
イッチモジュールとはその極性を逆極性とした半導体ス
イッチ素子と放熱フィンを交互に積層した第2直列回路
と,その第2直列回路の周囲に複数の導体を円筒状に配
置し,その円筒状に配置した複数の導体を一端において
直列接続した第2スイッチモジュールと、前記第1スイ
ッチモジュールの円筒状に配置した複数の導体端部のア
ノード端子と前記第2スイッチモジュールの円筒状に配
置した複数の導体端部のカソード端子とを接続すること
により前記両スイッチモジュールを直列接続すると共
に、前記第1スイッチモジュールのカソード端子を当該
半導体スイッチ装置のカソード端子とし、前記第2スイ
ッチモジュールのアノード端子を当該半導体スイッチ装
置のアノード端子としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor switching device according to a first aspect of the present invention comprises a first series circuit in which semiconductor switching elements and heat radiation fins are alternately laminated, and a first series circuit thereof . Cylindrical multiple conductors around the circuit
A first switch module in which a plurality of conductors arranged in a cylindrical shape are connected in series at one end, and a semiconductor switch element and a radiation fin whose polarity is opposite to that of the first switch module are alternately laminated . 2 series circuits
And a plurality of conductors arranged in a cylinder around the second series circuit.
Placed at one end, and arranged multiple conductors in a cylindrical shape
A second switch module connected in series, the first Sui
Of the conductors arranged in the cylindrical shape of the switch module.
Both the switch modules are connected in series by connecting the node terminal and the cathode terminals of the plurality of conductor ends arranged in a cylindrical shape of the second switch module.
The cathode terminal of the first switch module
The second switch is used as the cathode terminal of the semiconductor switch device.
The anode terminal of the switch module to the semiconductor switch device.
It is characterized in that it is used as an anode terminal .

【0010】本発明の請求項2は、請求項1記載の半導
体スイッチ装置において、前記第1と第2スイッチモジ
ュールの導体端部間の接続を幅広の導体で接続すること
を特徴とする。本発明の請求項3のエキシマレーザ装置
は、請求項1記載の半導体スイッチ装置のアノードは、
磁気アシスト用可飽和リアクトルとメインコンデンサを
通してエキシマレーザ放電チャンバー内の放電回路に接
続され、前記放電回路でパルス放電を行わせることによ
り励起を行うことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor switch device according to the first aspect , the first and second switch modules are provided.
It is characterized in that the conductor ends of the tool are connected by a wide conductor. The excimer laser device according to claim 3 of the present invention is the anode of the semiconductor switch device according to claim 1 ,
Connect to the discharge circuit in the excimer laser discharge chamber through the saturable reactor for magnetic assist and the main capacitor.
Then, excitation is performed by performing pulse discharge in the discharge circuit .

【0011】本発明の請求項4の銅蒸気レーザ装置は、
請求項1記載の半導体スイッチ装置のアノードは、第1
の磁気アシスト用可飽和リアクトル及び第1のメインコ
ンデンサと第2のメインコンデンサ及び第2の磁気アシ
スト用可飽和リアクトルを通して銅蒸気レーザ放電管に
接続され、前記コンデンサに蓄えた電荷を放電し、前記
銅蒸気レーザ放電管内で放電を行わせることにより励起
を行うことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a copper vapor laser device,
The anode of the semiconductor switch device according to claim 1 is the first
Magnetic assistable saturable reactor and first main coil
Capacitor, the second main capacitor, and the second magnetic reed
Copper vapor laser discharge tube through saturable reactor for strike
Connected to discharge charge stored in the capacitor, and performs excitation by causing discharge in the <br/> copper vapor laser discharge tube.

【0012】本発明の請求項5のクライストロンモジュ
レータ装置は、請求項1記載の半導体スイッチ装置のア
ノードは、磁気アシスト用可飽和リアクトルを通してパ
ルス波形成形回路網の高圧端子に接続され、また前記半
導体スイッチ装置のカソードはパルストランスの1次巻
線に接続され、さらに前記パルストランスの2次巻線は
クライストロンに接続され、前記パルス波形成形回路網
に蓄えた電荷を放電し、前記パルストランスによって昇
圧し、前記クライストロンを励振することを特徴とす
る。
A klystron modulator device according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor switch device according to the first aspect.
The node is routed through a saturable reactor for magnetic assist.
Connected to the high voltage terminal of the loose waveform shaping network,
The cathode of the conductor switch device is the primary winding of the pulse transformer
The secondary winding of the pulse transformer
It is connected to the klystron, to discharge the charge stored in the pulse waveform shaping circuitry boosts by the pulse transformer, characterized in that exciting the klystron.

【0013】[0013]

【作用】本発明の請求項1によると、第1スイッチモジ
ュールと第2スイッチモジュールの極性が逆極性である
ので、第2スイッチモジュールの外周導体の電位は、第
1スイッチモジュールの外周導体と概同電位となり、モ
ジュール相互間の距離を近づけることができ、渡り導体
のインダクタンスを小さくすることができる。
According to claim 1 of the present invention, since the polarities of the first switch module and the second switch module are opposite, the potential of the outer conductor of the second switch module is approximately the same as that of the outer conductor of the first switch module. Since the potentials are the same, the distance between the modules can be reduced, and the inductance of the transition conductor can be reduced.

【0014】本発明の請求項2によると、渡り導体を幅
広の導体で構成したので渡り導体のインダクタンスは無
視できるほど小さくすることができる。本発明の請求項
3〜請求項4によると、このようなスイッチ装置を磁気
アシスト回路,磁気パルス圧縮回路と組み合わせること
で高電圧短パルスの放電を得ることができ銅蒸気レーザ
発振,エキシマレーザ発振を行わせる。
According to the second aspect of the present invention, since the crossover conductor is composed of a wide conductor, the inductance of the crossover conductor can be made so small that it can be ignored. According to claim 3 to claim 4 of the present invention, a high voltage short pulse discharge can be obtained by combining such a switch device with a magnetic assist circuit and a magnetic pulse compression circuit, and copper vapor laser oscillation and excimer laser oscillation can be obtained. To perform.

【0015】本発明の請求項5によると、スイッチ装置
によってパルス波形成形回路網の電荷を放電することに
よって矩形の電流を得、それをパルストランスによって
昇圧してクライストロンの動作に適した高電圧の矩形パ
ルスとし、クライストロンを動作させる。
According to the fifth aspect of the present invention, a rectangular current is obtained by discharging the electric charge of the pulse waveform shaping network by the switch device, and the rectangular current is boosted by the pulse transformer to generate a high voltage suitable for the operation of the klystron. The klystron is operated with a rectangular pulse.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図1は本発明の第1の実施例(請求項1及び請求項
2対応)の構成図である。なお、同図において、既に説
明した図5の従来例と同一の部分は同一符号を付して重
複説明を省略する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment (corresponding to claim 1 and claim 2) of the present invention. In the figure, the same parts as those of the conventional example shown in FIG.

【0017】同図に示すように、本実施例では第2スイ
ッチモジュール6の極性を第1スイッチモジュール5と
は逆極性にしている。このために、第2スイッチモジュ
ール6のアノード端子A2は外周導体上に設け、カソー
ド端子K2は半導体素子1と放熱フィン2の積層した上
に設けている。従って、第1スイッチモジュール5の外
周導体と第2スイッチモジュール6の外周導体を同一面
で接続することが可能となり、また両者の外周導体3は
概略同電位となってモジュール相互間の距離を近づける
ことができる。
As shown in the figure, in this embodiment, the polarity of the second switch module 6 is opposite to that of the first switch module 5. Therefore, the anode terminal A2 of the second switch module 6 is provided on the outer peripheral conductor, and the cathode terminal K2 is provided on the semiconductor element 1 and the radiation fin 2 which are stacked. Therefore, it becomes possible to connect the outer peripheral conductor of the first switch module 5 and the outer peripheral conductor of the second switch module 6 on the same surface, and the outer peripheral conductors 3 of both of them have substantially the same potential, and the distance between the modules is reduced. be able to.

【0018】また、本実施例では2つのモジュール5,
6相互間の渡り導体に幅広の導体4によって行うことが
できる。このため第1スイッチモジュール5と第2スイ
ッチモジュール6の接続は、幅広で短い渡り導体4Aで
行われており、接続によるインダクタンスの増加はほと
んどない。したがって、多数の半導体素子を直列接続し
てもインダクタンスの小さい小型のスイッチ装置を得る
ことができる。
Further, in this embodiment, two modules 5,
The wide conductor 4 can be used as the crossover conductor between the two conductors. Therefore, the first switch module 5 and the second switch module 6 are connected by the wide and short transition conductor 4A, and the inductance hardly increases due to the connection. Therefore, even if a large number of semiconductor elements are connected in series, a small switch device having a small inductance can be obtained.

【0019】図2は本発明の第2実施例(請求項3対
応)のエキシマレーザ装置の構成図である。同図におい
て、スイッチ装置7のアノードは、磁気アシスト用可飽
和リアクトル8、メインコンデンサ9を通じてエキシマ
レーザ放電チャンバー11内の放電回路に接続される。
この放電回路は予備電離電極13、主放電電極12、ピ
ーキングコンデンサ14などが収納されている。また、
磁気アシスト用可飽和リアクトル8とメインコンデンサ
9は円筒状の導体10によって囲まれ、この円筒状の導
体10の一端はスイッチ装置7のカソードに、他の一端
は放電回路の接地側Eに接続され、電流路の一部を構成
している。
FIG. 2 is a block diagram of an excimer laser device according to a second embodiment (corresponding to claim 3) of the present invention. In the figure, the anode of the switch device 7 is connected to a discharge circuit in the excimer laser discharge chamber 11 through a magnetically assistable saturable reactor 8 and a main capacitor 9.
This discharge circuit accommodates a preionization electrode 13, a main discharge electrode 12, a peaking capacitor 14, and the like. Also,
The magnetically assistable saturable reactor 8 and the main capacitor 9 are surrounded by a cylindrical conductor 10, one end of which is connected to the cathode of the switch device 7 and the other end of which is connected to the ground side E of the discharge circuit. , Part of the current path.

【0020】このように構成したエキシマレーザ装置で
は、図示しない充電電源によりメインコンデンサ9が数
10kVに充電された後、スイッチ装置7が動作する
と、スイッチ装置7の端子間が短絡されたと同様の状態
となり、磁気アシスト用可飽和リアクトル8によって一
定時間電圧が保持された後、可飽和リアクトル8が飽和
し、メインコンデンサ9の電荷が放電して高電圧のパル
ス電流が発生する。このパルス電流は予備電離電極13
に放電を行わせて紫外線を発生させながらピーキングコ
ンデンサ14を充電する。このときスイッチ装置7と途
中の円筒状の導体10は共に同軸円筒状の低インダクタ
ンス回路となっているので、パルス電流のパルス幅数百
nsと高速で予備電離電極13間から強い紫外線を発生
させ、主放電電極12の間のレーザガスを電離する。ピ
ーキングコンデンサ14の充電が完了した後、主放電電
極12間にグロー放電が起きエキシマレーザ発信が起き
る。
In the excimer laser device configured as described above, when the switch device 7 operates after the main capacitor 9 is charged to several tens of kV by the charging power source (not shown), the same state as when the terminals of the switch device 7 are short-circuited is generated. After the voltage is held by the magnetically assistable saturable reactor 8 for a certain period of time, the saturable reactor 8 is saturated, the main capacitor 9 is discharged, and a high-voltage pulse current is generated. This pulse current is applied to the preionization electrode 13
The peaking capacitor 14 is charged while causing the discharge to generate ultraviolet rays. At this time, since the switch device 7 and the cylindrical conductor 10 in the middle are both coaxial cylindrical low inductance circuits, a strong ultraviolet ray is generated between the preionization electrodes 13 at a high pulse width of several hundred ns of the pulse current. , The laser gas between the main discharge electrodes 12 is ionized. After the peaking capacitor 14 has been charged, glow discharge occurs between the main discharge electrodes 12 and excimer laser emission occurs.

【0021】このように本実施例によれば、小型で低イ
ンダクタンスのスイッチ装置と低インダクタンスの電流
路を備えているので、小型軽量のエキシマレーザ装置を
得ることができる。
As described above, according to this embodiment, since the switch device having a small size and a low inductance and the current path having a low inductance are provided, a small size and light weight excimer laser device can be obtained.

【0022】図3は本発明の第3実施例(請求項4対
応)の銅蒸気レーザ装置の構成図である。同図におい
て、スイッチ装置7のアノードは、磁気アシスト用可飽
和リアクトル15A、第1のメインコンデンサ16A
と、第2のメインコンデンサ16B、パルス圧縮用可飽
和リアクトル15Bを通じて銅蒸気レーザ放電管20の
高圧電極20Hに接続されている。銅蒸気レーザ放電管
20の高圧電極20Hと低圧電極20Lの間にはピーキ
ングコンデンサ19が接続されている。
FIG. 3 is a block diagram of a copper vapor laser device according to a third embodiment (corresponding to claim 4) of the present invention. In the figure, the anode of the switch device 7 is a saturable reactor 15A for magnetic assist and a first main capacitor 16A.
Is connected to the high-voltage electrode 20H of the copper vapor laser discharge tube 20 through the second main capacitor 16B and the pulse compression saturable reactor 15B. A peaking capacitor 19 is connected between the high voltage electrode 20H and the low voltage electrode 20L of the copper vapor laser discharge tube 20.

【0023】また、磁気アシスト用可飽和リアクトル1
5A及び第1のメインコンデンサ16Aとパルス圧縮用
可飽和リアクトル15B及び第2のメインコンデンサ1
6Bとは、それぞれ円筒状の導体17と18によって囲
まれている。この円筒状の導体17と18は相互に接続
され、その一端はスイッチ装置7のカソードに、他の一
端は銅蒸気レーザ放電管20の低圧電極20Lに接続さ
れて電流路の一部を構成している。さらに磁気アシスト
用可飽和リアクトル15Aと第1のメインコンデンサ1
6Aの接続点には、第2のメインコンデンサ16Bが接
続され、第2のメインコンデンサ16Bの他端は円筒導
体18に接続されている。なお、銅蒸気レーザ装置自体
の構造は公知であるのでその説明を省略する。
The saturable reactor 1 for magnetic assist is also available.
5A and the 1st main capacitor 16A, the saturable reactor 15B for pulse compression, and the 2nd main capacitor 1
6B is surrounded by cylindrical conductors 17 and 18, respectively. The cylindrical conductors 17 and 18 are connected to each other, one end of which is connected to the cathode of the switch device 7 and the other end of which is connected to the low voltage electrode 20L of the copper vapor laser discharge tube 20 to form a part of a current path. ing. Further, the saturable reactor 15A for magnetic assist and the first main capacitor 1
The second main capacitor 16B is connected to the connection point of 6A, and the other end of the second main capacitor 16B is connected to the cylindrical conductor 18. Since the structure of the copper vapor laser device itself is known, its description is omitted.

【0024】このように構成された銅蒸気レーザ装置で
は、図示していない充電電源により第1のメインコンデ
ンサ16Aと第2のメインコンデンサ16Bが数10k
Vに充電された後、スイッチ装置7が動作すると、スイ
ッチ装置7の端子間が短絡されたと同様の状態となり、
磁気アシスト用可飽和リアクトル15Aによって一定時
間電圧が保持された後、可飽和リアクトル15Aが飽和
し、第2のメインコンデンサ16Bの電荷がスイッチ装
置7を通じて放電し、第1のメインコンデンサ16Aの
電圧が反転する。このため第1のメインコンデンサ16
Aと第2のメインコンデンサ16Bの合成電圧は当初の
充電電圧の2倍に上昇する。この電圧がほぼ最大になる
とき、磁気パルス圧縮用可飽和リアクトル15Bが飽和
し、2つのメインコンデンサ16A、16Bの電荷が可
飽和リアクトル15Bを通じて放電することにより高電
圧のパルス電流が発生する。この時スイッチ装置7と途
中の導体17,18は全て同軸円筒状の低インダクタン
ス回路となっているので、パルス幅約100nsの高速
パルス電圧が銅蒸気レーザ装置20の電極20Hと20
L間に発生し、放電を生じる。この放電は放電管に封入
された銅を蒸発させる励起するのでレーザ発振が起き
る。
In the copper vapor laser device configured as described above, the first main capacitor 16A and the second main capacitor 16B are several tens of k apart by a charging power source (not shown).
When the switch device 7 operates after being charged to V, the same state as when the terminals of the switch device 7 are short-circuited,
After the voltage is held for a certain time by the magnetic assistable saturable reactor 15A, the saturable reactor 15A is saturated, the electric charge of the second main capacitor 16B is discharged through the switch device 7, and the voltage of the first main capacitor 16A is changed. Invert. Therefore, the first main capacitor 16
The combined voltage of A and the second main capacitor 16B rises to twice the initial charging voltage. When this voltage becomes almost maximum, the saturable reactor 15B for magnetic pulse compression is saturated, and the electric charges of the two main capacitors 16A and 16B are discharged through the saturable reactor 15B, so that a high-voltage pulse current is generated. At this time, the switch device 7 and the conductors 17 and 18 in the middle are all coaxial cylindrical low-inductance circuits, so that a high-speed pulse voltage with a pulse width of about 100 ns is applied to the electrodes 20H and 20 of the copper vapor laser device 20.
It occurs between L and discharge occurs. This discharge excites the copper contained in the discharge tube to evaporate, so that laser oscillation occurs.

【0025】図4は本発明の第4実施例(請求項5対
応)のクライストロンモジュレータの構成図である。同
図において、スイッチ装置7のアノードは磁気アシスト
用可飽和リアクトル21を通じてパルス成形回路網22
の高圧端子に、カソードはパルストランス23の一次側
の接地端子Eに接続される。またパルストランス23の
一次側の高圧端子はパルス成形回路網22の低圧端子に
接続され、パルストランス23の2次側はクライストロ
ン24に接続されている。
FIG. 4 is a block diagram of a klystron modulator according to a fourth embodiment (corresponding to claim 5) of the present invention. In the figure, the anode of the switch device 7 is a pulse shaping network 22 through a saturable reactor 21 for magnetic assist.
Of the pulse transformer 23 is connected to the ground terminal E on the primary side of the pulse transformer 23. The high voltage terminal on the primary side of the pulse transformer 23 is connected to the low voltage terminal of the pulse shaping network 22, and the secondary side of the pulse transformer 23 is connected to the klystron 24.

【0026】本実施例では図示されていない充電電源に
よりパルス成形回路網22が充電された後、スイッチ装
置7が動作すると、スイッチ装置7の端子間が短絡され
たのと同様の状態となり、磁気アシストリアクトル21
によって一定時間電圧が保持された後、パルス成形回路
網22の電荷がスイッチ装置7及びパルストランス23
の一次巻線を通じて放電する。この時の電流波形はパル
ス成形回路網22の特徴として立ち上がりが速くかつ一
定電流値が持続する矩形波電流である。この電流はパル
ストランス23の作用によってその2次側に数100k
Vの電圧を発生させ、クライストロン24をパルス励振
する。これによりクライストロン24は強力なマイクロ
波発振を行う。
In this embodiment, when the switching device 7 is operated after the pulse shaping network 22 is charged by the charging power source (not shown), the same state as when the terminals of the switching device 7 are short-circuited is generated, Assist reactor 21
After the voltage is held by the switch device 7 and the pulse transformer 23 for a certain period of time,
Discharges through the primary winding. The current waveform at this time is a rectangular wave current having a fast rise and a constant current value, which is a characteristic of the pulse shaping network 22. This current is several hundred k on the secondary side due to the action of the pulse transformer 23.
A voltage of V is generated and the klystron 24 is pulse-excited. This causes the klystron 24 to perform strong microwave oscillation.

【0027】なお、本発明は以上説明した各実施例に限
定されるものではない。また、実施例2及び実施例3に
おいて、円筒導体の両端に絶縁物の蓋を設けタンク形状
として内部に絶縁液を封入すると、内部の絶縁強度が増
すため円筒の直径を小さくして絶縁距離を小さくするこ
とができ、より低インダクタンス化が図れる。
The present invention is not limited to the embodiments described above. Further, in the second and third embodiments, when the insulating material lid is provided at both ends of the cylindrical conductor to fill the inside with the insulating liquid, the insulating strength inside increases, so that the diameter of the cylinder is reduced and the insulating distance is increased. The size can be reduced, and the inductance can be further reduced.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1スイッチモジュールと第2スイッチモジュールの素
子極性を逆極性にして接続したので、高電圧で高速のス
イッチング動作に適した小型のスイッチ装置が提供でき
る。また、このスイッチ装置を適用したエキシマレーザ
装置、銅蒸気レーザ装置、クライストロンモジュレータ
等の電気装置は小型軽量とすることができるので実用的
に非常に有用である。
As described above, according to the present invention,
Since the element polarities of the first switch module and the second switch module are connected in reverse polarities, it is possible to provide a small switch device suitable for high-voltage and high-speed switching operation. Further, electric devices such as an excimer laser device, a copper vapor laser device, and a klystron modulator to which this switch device is applied can be made compact and lightweight, and are very useful in practice.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4実施例の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来の半導体スイッチ装置の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional semiconductor switch device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体素子、2…放熱フィン、3…外周導体、4…
渡り導体、4A…幅広の渡り導体、5,6…スイッチモ
ジュール、7…スイッチ装置、8,15A,15B,2
1…可飽和リアクトル、9…コンデンサ、10,17,
18…円筒状の導体、11…エキシマ放電チャンバー、
12…主放電電極、13…予備電離電極、14,19…
ピーキングコンデンサ、16A,16B…メインコンデ
ンサ、20…銅蒸気レーザ放電管、20H…高圧電極、
20L…低圧電極、22…パルス成形回路網、23…パ
ルストランス。
1 ... Semiconductor element, 2 ... Radiating fin, 3 ... Peripheral conductor, 4 ...
Crossover conductor, 4A ... Wide crossover conductor, 5, 6 ... Switch module, 7 ... Switch device, 8, 15A, 15B, 2
1 ... Saturable reactor, 9 ... Capacitor 10, 17,
18 ... Cylindrical conductor, 11 ... Excimer discharge chamber,
12 ... Main discharge electrode, 13 ... Preliminary ionization electrode, 14, 19 ...
Peaking capacitor, 16A, 16B ... Main capacitor, 20 ... Copper vapor laser discharge tube, 20H ... High-voltage electrode,
20L ... Low-voltage electrode, 22 ... Pulse shaping circuit network, 23 ... Pulse transformer.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体スイッチ素子と放熱フィンを交互
に積層した第1直列回路と,その第1直列回路の周囲に
複数の導体を円筒状に配置し,その円筒状に配置した複
数の導体を一端において直列接続した第1スイッチモジ
ュールと、前記第1スイッチモジュールとはその極性を
逆極性とした半導体スイッチ素子と放熱フィンを交互に
積層した第2直列回路と,その第2直列回路の周囲に複
数の導体を円筒状に配置し,その円筒状に配置した複数
の導体を一端において直列接続した第2スイッチモジュ
ールと、前記第1スイッチモジュールの円筒状に配置し
た複数の導体端部のアノード端子と前記第2スイッチモ
ジュールの円筒状に配置した複数の導体端部のカソード
端子とを接続することにより前記両スイッチモジュール
直列接続すると共に、前記第1スイッチモジュールの
カソード端子を当該半導体スイッチ装置のカソード端子
とし、前記第2スイッチモジュールのアノード端子を当
該半導体スイッチ装置のアノード端子としたことを特徴
とする半導体スイッチ装置。
1. A first series circuit in which semiconductor switching elements and heat radiation fins are alternately laminated, and a plurality of conductors are arranged in a cylindrical shape around the first series circuit, and a plurality of conductors are arranged in the cylindrical shape.
A first switch module in which a number of conductors are connected in series at one end, a second series circuit in which semiconductor switch elements having the polarities opposite to those of the first switch module and heat radiation fins are alternately stacked, and a second series thereof Duplicated around the circuit
Number of conductors arranged in a cylinder, and a plurality of conductors arranged in a cylinder
A second switch module in which the conductors of the above are connected in series at one end, and a cylindrical shape of the first switch module.
Anode terminals at a plurality of conductor ends and cathodes at a plurality of conductor ends arranged in a cylindrical shape of the second switch module
Both of the switch modules by connecting the terminals
Together with connected in series, the first switch module
The cathode terminal is the cathode terminal of the semiconductor switching device.
The anode terminal of the second switch module
A semiconductor switch device, which is used as an anode terminal of the semiconductor switch device.
【請求項2】 請求項1記載の半導体スイッチ装置にお
いて、前記第1と第2スイッチモジュールの導体端部間
の接続を幅広の導体で接続することを特徴とする半導体
スイッチ装置。
2. The semiconductor switch device according to claim 1, wherein the conductor end portions of the first and second switch modules are connected by a wide conductor.
【請求項3】 請求項1記載の半導体スイッチ装置のア
ノードは、磁気アシスト用可飽和リアクトルとメインコ
ンデンサを通してエキシマレーザ放電チャンバー内の放
電回路に接続され、前記放電回路でパルス放電を行わせ
ることにより励起を行うことを特徴とするエキシマレー
ザ装置。
3. A semiconductor switching device according to claim 1, wherein
The node discharges inside the excimer laser discharge chamber through the saturable reactor for magnetic assist and the main capacitor.
An excimer laser device which is connected to an electric circuit and is excited by performing pulse discharge in the discharge circuit .
【請求項4】 請求項1記載の半導体スイッチ装置のア
ノードは、第1の磁気アシスト用可飽和リアクトル及び
第1のメインコンデンサと第2のメインコンデンサ及び
第2の磁気アシスト用可飽和リアクトルを通して銅蒸気
レーザ放電管に接続され、前記コンデンサに蓄えた電荷
を放電し、前記銅蒸気レーザ放電管内で放電を行わせる
ことにより励起を行うことを特徴とする銅蒸気レーザ装
置。
4. A semiconductor switch device according to claim 1, wherein
The node is a first magnetic assist saturable reactor and
A first main capacitor, a second main capacitor, and
Copper vapor through the second saturable reactor for magnetic assist
Connected to the laser discharge tube, and discharges the charge stored in the capacitor, a copper vapor laser apparatus which is characterized in that the excitation by causing discharge in the copper vapor laser discharge tube.
【請求項5】 請求項1記載の半導体スイッチ装置のア
ノードは、磁気アシスト用可飽和リアクトルを通してパ
ルス波形成形回路網の高圧端子に接続され、また前記半
導体スイッチ装置のカソードはパルストランスの1次巻
線に接続され 、さらに前記パルストランスの2次巻線は
クライストロンに接続され、前記パルス波形成形回路網
に蓄えた電荷を放電し、前記パルストランスによって昇
圧し、前記クライストロンを励振することを特徴とする
クライストロンモジュレータ装置。
5. A semiconductor switch device according to claim 1, wherein
The node is routed through a saturable reactor for magnetic assist.
Connected to the high voltage terminal of the loose waveform shaping network,
The cathode of the conductor switch device is the primary winding of the pulse transformer
The secondary winding of the pulse transformer
It is connected to the klystron, to discharge the charge stored in the pulse waveform shaping circuitry boosts by the pulse transformer, klystron modulator and wherein the exciting the klystron.
JP04191795A 1995-03-01 1995-03-01 Semiconductor switch device and electric device using the same Expired - Fee Related JP3441218B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04191795A JP3441218B2 (en) 1995-03-01 1995-03-01 Semiconductor switch device and electric device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04191795A JP3441218B2 (en) 1995-03-01 1995-03-01 Semiconductor switch device and electric device using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08242149A JPH08242149A (en) 1996-09-17
JP3441218B2 true JP3441218B2 (en) 2003-08-25

Family

ID=12621614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04191795A Expired - Fee Related JP3441218B2 (en) 1995-03-01 1995-03-01 Semiconductor switch device and electric device using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3441218B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5030092B2 (en) * 2007-05-30 2012-09-19 東芝三菱電機産業システム株式会社 Semiconductor switch device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08242149A (en) 1996-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5448580A (en) Air and water cooled modulator
US5138622A (en) Apparatus and method for generating high-power, high-voltage pulses, particularly for te gas lasers
US4365337A (en) Excitation system for a fast pulsed discharge
US4635267A (en) Excitation system for generating a fast pulsed high-voltage discharge, particularly for exciting a high-power laser
JP3441218B2 (en) Semiconductor switch device and electric device using the same
US3863105A (en) Coaxial marx-bank driver circuit for pulse lasers
US4017763A (en) Device for triggering the discharge of flash tubes
Pack et al. High average power pulser design for copper halide laser systems
JP2996706B2 (en) Pulse laser oscillation device
JPH10223952A (en) Electric discharge pumping gas laser device
JP3271711B2 (en) Laser discharge circuit of gas laser device
JPS62249493A (en) Eximer laser device provideo with automatic preliminary ionization
JP2004120977A (en) High-voltage pulse generator and discharge-excited gas laser using the same
US6229837B1 (en) Metal-vapor pulsed laser
JP2718605B2 (en) Discharge excitation type gas laser device
JPH04105378A (en) Discharge-excited excimer laser device
JPH05218547A (en) Discharge exciting pulse laser apparatus
JPS63316491A (en) Laser gas excitation discharge circuit
JP2877573B2 (en) Electric circuit of metal vapor laser device
JP2004064935A (en) High-voltage pulse generator and discharge-excited gas laser using the same
JPH04139781A (en) Pulse laser oscillation equipment
JPH07183603A (en) Pulse gas laser device
JPH02285687A (en) X-ray pre-ionization pulse gas laser
JP2007250640A (en) High voltage pulse generator and discharge excitation gas laser device using the same
JPH10223953A (en) Electric discharge pumping gas laser device

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees