JP3451753B2 - パルス電源 - Google Patents
パルス電源Info
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- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高電圧・大電流のパル
スを発生するためのパルス電源に関する。 【０００２】 【従来の技術】パルスレーザ励起やパルスプラズマ発
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。 【０００３】図３は、サイラトロンスイッチを放電スイ
ッチとしてレーザ・ヘッドＬＨに高電圧・大電流パルス
を供給する構成を示す。 【０００４】図４は、可飽和リアクトルを用いた従来回
路例を示す。コンデンサＣ0は、高圧直流電源ＨＤＣに
よって初期充電される。パルストランスＰＴの一次巻線
とサイリスタ等の半導体スイッチＳＷとの直列接続回路
がコンデンサＣ0に並列接続され、半導体スイッチＳＷ
の点弧によってパルストランスＰＴにパルス性の一次電
流を供給する。 【０００５】トランスＰＴの二次巻線にはコンデンサＣ
1，Ｃ2，Ｃ3と可飽和リアクトルＳＲ1，ＳＲ2，ＳＲ3か
らなる３段の磁気パルス圧縮回路が縦続接続で設けら
れ、トランスＰＴで昇圧されたパルス電流に対するパル
ス圧縮した電流を得、最終段の可飽和リアクトルＳＲ3
とレーザ・ヘッドＬＨにパルス圧縮した高電圧・大電流
パルスを得る。リアクトルＬは、レーザ・ヘッドＬＨへ
のプリパルス発生を防止する。 【０００６】図５は、スパークギャップスイッチを用い
て直列接続するマルクス発生器を示す。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】従来のパルス電源にお
いて、サイラトロンやトリガトロン等の放電スイッチを
用いるものは、スイッチの寿命が短いこと、及びこれに
伴いメンテナンス周期も短くなるという問題がある。 【０００８】また、サイラトロンスイッチは、高価であ
るため、メンテナンスコストも高くなる問題があった。 【０００９】一方、半導体スイッチとトランスと可飽和
リアクトル等を用いるものは、立ち上がりの速いパルス
を得るには、磁気パルス圧縮回路を複数段設けることを
必要とし、可飽和リアクトル等が大型になって装置全体
の大型化を招く。 【００１０】本発明の目的は、装置の小型化及び長寿命
化を図りながら立ち上がりの速いパルスを得るパルス電
源を提供することにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、初期充電されるコンデンサから半導体ス
イッチを通して可飽和トランスの一次側に高圧パルスを
印加する初段パルス発生回路と、前記可飽和トランスの
二次側に入力端が接続され該可飽和トランスの昇圧動作
で充電され該可飽和トランスの磁気スイッチ動作で接地
される入力側充電ループと、該入力側充電ループと並列
に設けられ出力端側に負荷を接続した出力側充電ループ
とを有するブルームラインと、前記ブルームラインの出
力側充電ループの入力端に接続され、前記入力側充電ル
ープの充電時には充電方向に直流リセットされて該入力
端を接地し、前記可飽和トランスの磁気スイッチ動作時
に非飽和になって漏れ電流をブロックする可飽和リアク
トルとを備えたことを特徴とする。 【００１２】 【００１３】 【作用】 （第１の発明）可飽和トランスに昇圧動作と磁気スイッ
チ動作を持たせることにより、従来のパルストランスと
ギャップスイッチの２つを使った回路に比べてスイッチ
動作を確実にすると共に装置の小型化を図る。 【００１４】分布定数線路になるブルームラインと磁気
スイッチによりパルス成形を行うことにより、立ち上が
りの速い矩形波状のパルスを得る。 【００１５】半導体スイッチと、可飽和トランス及び可
飽和リアクトルの磁気スイッチを使用することにより、
スイッチ寿命を長くして装置の長寿命化を図る。 【００１６】 【００１７】 【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す回路図であ
る。半導体スイッチＳＷはＧＴＯサイリスタ，ＳＩサイ
リスタ，ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等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。 【００１８】可飽和トランスＳＴと初段エネルギー蓄積
用コンデンサＣ0及び高圧直流電源ＨＤＣに半導体スイ
ッチＳＷを組み合わせた初段パルス発生回路は、高圧直
流電源ＨＤＣによりコンデンサＣ0が初期充電され、こ
の後の半導体スイッチＳＷのオンによりコンデンサＣ0
から可飽和トランスＳＴにパルス電流を供給し、可飽和
トランスＳＴの二次側に昇圧比ｎのパルス電圧を得る。 【００１９】可飽和トランスＳＴは、非飽和状態で昇圧
動作を得、この後の飽和状態への移行で磁気スイッチ動
作を得る。 【００２０】可飽和トランスＳＴの二次巻線にはブルー
ムラインＢＬの入力側充電ループの端子ａ−ｂが接続さ
れる。ブルームラインＢＬの出力側充電ループの入力端
子ｂ−ｃ間には可飽和リアクトルＳＩが接続される。ブ
ルームラインＢＬの出力側充電ループの出力端子にはレ
ーザヘッドやプラズマ発生器、粒子加速器等の立ち上が
りの速い高電圧を必要とする負荷ＬＯＡＤが接続され
る。 【００２１】ブルームラインＢＬの端子ａ−ｂ、ａ−ｃ
間に油や純水を満たしたコンデンサとすると、可飽和ト
ランスＳＴの出力により端子ａ−ｂ、ａ−ｃのコンデン
サを並列に充電する。 【００２２】このとき、可飽和リアクトルＳＩは端子ａ
−ｃ間を充電する方向にリセット状態（飽和状態）にさ
れ、端子ａ−ｃ間への充電電流には低いインピーダンス
を呈して効率良く充電できるようにしておく。 【００２３】可飽和トランスＳＴの出力によるブルーム
ラインＢＬの充電完了時点で可飽和トランスＳＴが磁気
スイッチ動作（二次側が低いインピーダンス）し、ブル
ームラインＢＬから負荷Ｌに矩形波状の電圧（最大値
は、可飽和トランスＳＴの出力電圧）を発生すると共
に、可飽和リアクトルＳＩがリセット状態から非飽和状
態へ移行して高インピーダンスとなり電流の逆流を妨げ
る。 【００２４】なお、可飽和トランスＳＴ及び可飽和リア
クトルＳＩは、その磁性材には角形比の良い鉄基微結晶
質、鉄基非晶質、コバルト基非晶質合金等を用いること
で効率の良い磁気スイッチ動作を得ることができる。 【００２５】図２は、（ａ），（ｂ）にパルス電圧印加
に対するブルームラインＢＬの電圧波形を示し、線路の
長さＬ、伝搬速度Ｖ＝１／（με）1/2での時間変化を
示す。また、（ｃ）にはブルームラインの出力電圧波形
を示す。 【００２６】なお、負荷ＬＯＡＤのインピーダンスＺ＝
Ｒのとき、ブルームラインＢＬの端子ａ−ｂとａ−ｃ間
の特性インピーダンスＺ0をそれぞれＲ／２とすること
で効率の良いエネルギー移行を行うことができる。 【００２７】 【００２８】 【００２９】 【００３０】 【００３１】 【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、可飽和
トランスに昇圧動作と磁気スイッチ動作を持たせ、ブル
ームラインによりパルス成形を行い、半導体スイッチと
可飽和トランス及び可飽和リアクトルの磁気スイッチを
使用する構成としたため、以下の効果がある。 【００３２】（１）従来のパルストランスとギャップス
イッチの２つを使った回路に比べてスイッチ動作を確実
にすると共に装置の小型化を図ることができる。 【００３３】（２）ブルームラインにより立ち上がりの
速い矩形波状のパルスを得ることができる。 【００３４】（３）スイッチ寿命を長くして装置の長寿
命化を図ることができる。また、これに伴い、メンテナ
ンス周期を長くし、ランニングコストも低減できる。
スを発生するためのパルス電源に関する。 【０００２】 【従来の技術】パルスレーザ励起やパルスプラズマ発
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。 【０００３】図３は、サイラトロンスイッチを放電スイ
ッチとしてレーザ・ヘッドＬＨに高電圧・大電流パルス
を供給する構成を示す。 【０００４】図４は、可飽和リアクトルを用いた従来回
路例を示す。コンデンサＣ0は、高圧直流電源ＨＤＣに
よって初期充電される。パルストランスＰＴの一次巻線
とサイリスタ等の半導体スイッチＳＷとの直列接続回路
がコンデンサＣ0に並列接続され、半導体スイッチＳＷ
の点弧によってパルストランスＰＴにパルス性の一次電
流を供給する。 【０００５】トランスＰＴの二次巻線にはコンデンサＣ
1，Ｃ2，Ｃ3と可飽和リアクトルＳＲ1，ＳＲ2，ＳＲ3か
らなる３段の磁気パルス圧縮回路が縦続接続で設けら
れ、トランスＰＴで昇圧されたパルス電流に対するパル
ス圧縮した電流を得、最終段の可飽和リアクトルＳＲ3
とレーザ・ヘッドＬＨにパルス圧縮した高電圧・大電流
パルスを得る。リアクトルＬは、レーザ・ヘッドＬＨへ
のプリパルス発生を防止する。 【０００６】図５は、スパークギャップスイッチを用い
て直列接続するマルクス発生器を示す。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】従来のパルス電源にお
いて、サイラトロンやトリガトロン等の放電スイッチを
用いるものは、スイッチの寿命が短いこと、及びこれに
伴いメンテナンス周期も短くなるという問題がある。 【０００８】また、サイラトロンスイッチは、高価であ
るため、メンテナンスコストも高くなる問題があった。 【０００９】一方、半導体スイッチとトランスと可飽和
リアクトル等を用いるものは、立ち上がりの速いパルス
を得るには、磁気パルス圧縮回路を複数段設けることを
必要とし、可飽和リアクトル等が大型になって装置全体
の大型化を招く。 【００１０】本発明の目的は、装置の小型化及び長寿命
化を図りながら立ち上がりの速いパルスを得るパルス電
源を提供することにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、初期充電されるコンデンサから半導体ス
イッチを通して可飽和トランスの一次側に高圧パルスを
印加する初段パルス発生回路と、前記可飽和トランスの
二次側に入力端が接続され該可飽和トランスの昇圧動作
で充電され該可飽和トランスの磁気スイッチ動作で接地
される入力側充電ループと、該入力側充電ループと並列
に設けられ出力端側に負荷を接続した出力側充電ループ
とを有するブルームラインと、前記ブルームラインの出
力側充電ループの入力端に接続され、前記入力側充電ル
ープの充電時には充電方向に直流リセットされて該入力
端を接地し、前記可飽和トランスの磁気スイッチ動作時
に非飽和になって漏れ電流をブロックする可飽和リアク
トルとを備えたことを特徴とする。 【００１２】 【００１３】 【作用】 （第１の発明）可飽和トランスに昇圧動作と磁気スイッ
チ動作を持たせることにより、従来のパルストランスと
ギャップスイッチの２つを使った回路に比べてスイッチ
動作を確実にすると共に装置の小型化を図る。 【００１４】分布定数線路になるブルームラインと磁気
スイッチによりパルス成形を行うことにより、立ち上が
りの速い矩形波状のパルスを得る。 【００１５】半導体スイッチと、可飽和トランス及び可
飽和リアクトルの磁気スイッチを使用することにより、
スイッチ寿命を長くして装置の長寿命化を図る。 【００１６】 【００１７】 【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す回路図であ
る。半導体スイッチＳＷはＧＴＯサイリスタ，ＳＩサイ
リスタ，ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等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。 【００１８】可飽和トランスＳＴと初段エネルギー蓄積
用コンデンサＣ0及び高圧直流電源ＨＤＣに半導体スイ
ッチＳＷを組み合わせた初段パルス発生回路は、高圧直
流電源ＨＤＣによりコンデンサＣ0が初期充電され、こ
の後の半導体スイッチＳＷのオンによりコンデンサＣ0
から可飽和トランスＳＴにパルス電流を供給し、可飽和
トランスＳＴの二次側に昇圧比ｎのパルス電圧を得る。 【００１９】可飽和トランスＳＴは、非飽和状態で昇圧
動作を得、この後の飽和状態への移行で磁気スイッチ動
作を得る。 【００２０】可飽和トランスＳＴの二次巻線にはブルー
ムラインＢＬの入力側充電ループの端子ａ−ｂが接続さ
れる。ブルームラインＢＬの出力側充電ループの入力端
子ｂ−ｃ間には可飽和リアクトルＳＩが接続される。ブ
ルームラインＢＬの出力側充電ループの出力端子にはレ
ーザヘッドやプラズマ発生器、粒子加速器等の立ち上が
りの速い高電圧を必要とする負荷ＬＯＡＤが接続され
る。 【００２１】ブルームラインＢＬの端子ａ−ｂ、ａ−ｃ
間に油や純水を満たしたコンデンサとすると、可飽和ト
ランスＳＴの出力により端子ａ−ｂ、ａ−ｃのコンデン
サを並列に充電する。 【００２２】このとき、可飽和リアクトルＳＩは端子ａ
−ｃ間を充電する方向にリセット状態（飽和状態）にさ
れ、端子ａ−ｃ間への充電電流には低いインピーダンス
を呈して効率良く充電できるようにしておく。 【００２３】可飽和トランスＳＴの出力によるブルーム
ラインＢＬの充電完了時点で可飽和トランスＳＴが磁気
スイッチ動作（二次側が低いインピーダンス）し、ブル
ームラインＢＬから負荷Ｌに矩形波状の電圧（最大値
は、可飽和トランスＳＴの出力電圧）を発生すると共
に、可飽和リアクトルＳＩがリセット状態から非飽和状
態へ移行して高インピーダンスとなり電流の逆流を妨げ
る。 【００２４】なお、可飽和トランスＳＴ及び可飽和リア
クトルＳＩは、その磁性材には角形比の良い鉄基微結晶
質、鉄基非晶質、コバルト基非晶質合金等を用いること
で効率の良い磁気スイッチ動作を得ることができる。 【００２５】図２は、（ａ），（ｂ）にパルス電圧印加
に対するブルームラインＢＬの電圧波形を示し、線路の
長さＬ、伝搬速度Ｖ＝１／（με）1/2での時間変化を
示す。また、（ｃ）にはブルームラインの出力電圧波形
を示す。 【００２６】なお、負荷ＬＯＡＤのインピーダンスＺ＝
Ｒのとき、ブルームラインＢＬの端子ａ−ｂとａ−ｃ間
の特性インピーダンスＺ0をそれぞれＲ／２とすること
で効率の良いエネルギー移行を行うことができる。 【００２７】 【００２８】 【００２９】 【００３０】 【００３１】 【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、可飽和
トランスに昇圧動作と磁気スイッチ動作を持たせ、ブル
ームラインによりパルス成形を行い、半導体スイッチと
可飽和トランス及び可飽和リアクトルの磁気スイッチを
使用する構成としたため、以下の効果がある。 【００３２】（１）従来のパルストランスとギャップス
イッチの２つを使った回路に比べてスイッチ動作を確実
にすると共に装置の小型化を図ることができる。 【００３３】（２）ブルームラインにより立ち上がりの
速い矩形波状のパルスを得ることができる。 【００３４】（３）スイッチ寿命を長くして装置の長寿
命化を図ることができる。また、これに伴い、メンテナ
ンス周期を長くし、ランニングコストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路図。
【図２】実施例におけるブルームラインの電圧波形図。
【図３】従来の回路図。
【図４】従来の回路図。
【図５】従来の回路図。
【符号の説明】
ＨＤＣ…直流高圧電源
ＳＷ…半導体スイッチ
ＳＴ…可飽和トランス
ＳＩ…可飽和リアクトル
ＢＬ…ブルームライン
ＬＯＡＤ…負荷
ＰＴ…パルストランス
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 柳瀬 寿
東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式
会社明電舎内
(56)参考文献 実開 平２−41466（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H03K 3/57
H02M 9/04
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 初期充電されるコンデンサから半導体ス
イッチを通して可飽和トランスの一次側に高圧パルスを
印加する初段パルス発生回路と、 前記可飽和トランスの二次側に入力端が接続され該可飽
和トランスの昇圧動作で充電され該可飽和トランスの磁
気スイッチ動作で接地される入力側充電ループと、該入
力側充電ループと並列に設けられ出力端側に負荷を接続
した出力側充電ループとを有するブルームラインと、 前記ブルームラインの出力側充電ループの入力端に接続
され、前記入力側充電ループの充電時には充電方向に直
流リセットされて該入力端を接地し、前記可飽和トラン
スの磁気スイッチ動作時に非飽和になって漏れ電流をブ
ロックする可飽和リアクトルとを備えたことを特徴とす
るパルス電源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26792694A JP3451753B2 (ja) | 1994-11-01 | 1994-11-01 | パルス電源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26792694A JP3451753B2 (ja) | 1994-11-01 | 1994-11-01 | パルス電源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08130443A JPH08130443A (ja) | 1996-05-21 |
| JP3451753B2 true JP3451753B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=17451537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26792694A Expired - Fee Related JP3451753B2 (ja) | 1994-11-01 | 1994-11-01 | パルス電源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3451753B2 (ja) |
-
1994
- 1994-11-01 JP JP26792694A patent/JP3451753B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08130443A (ja) | 1996-05-21 |
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