JP4336573B2 - High voltage pulse generator - Google Patents

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Description

本発明は、簡単な回路構成にて、低い電圧の直流電源部からトランスの1次巻線に蓄積させた電磁エネルギを開放することにより、極めて短い立ち上がり時間と極めて狭いパルス幅とを有する高電圧パルスを供給できる高電圧パルス発生回路に関する。   The present invention provides a high voltage having a very short rise time and a very narrow pulse width by releasing electromagnetic energy accumulated in a primary winding of a transformer from a low voltage DC power supply unit with a simple circuit configuration. The present invention relates to a high voltage pulse generation circuit capable of supplying a pulse.

最近、高電圧パルスの放電によるプラズマにより、脱臭、殺菌、有害ガスの分解等を行う技術が適応されるようになってきたが、このプラズマを発生させるために高電圧の極めて幅の狭いパルスを供給できる高電圧パルス発生回路が必要となる。   Recently, techniques for deodorization, sterilization, decomposition of harmful gases, etc. have been applied by plasma generated by high voltage pulse discharge. To generate this plasma, a very narrow pulse of high voltage is applied. A high voltage pulse generation circuit that can be supplied is required.

従来の高電圧パルス発生回路100は、図6に示すように、直流電源102と、該直流電源の両端子間に直列に接続された1つのインダクタ104及び1つのスイッチ106を有する。スイッチ106の両端には負荷108が接続され、該負荷108としては例えば放電ギャップ110が使用される。   As shown in FIG. 6, the conventional high voltage pulse generation circuit 100 includes a DC power source 102, and one inductor 104 and one switch 106 connected in series between both terminals of the DC power source. A load 108 is connected to both ends of the switch 106, and for example, a discharge gap 110 is used as the load 108.

ここで、高電圧パルス発生回路100の回路動作を説明すると、まず、スイッチ106をオンにすることによって、インダクタ104に直流電源102の電源電圧Vとほぼ同じ電圧が印加され、インダクタ104のインダクタンスをLとすると、インダクタ104の電流Iは勾配(V/L)で時間の経過に伴って直線状に増加する。   Here, the circuit operation of the high voltage pulse generation circuit 100 will be described. First, by turning on the switch 106, a voltage substantially the same as the power supply voltage V of the DC power supply 102 is applied to the inductor 104, and the inductance of the inductor 104 is reduced. Assuming L, the current I of the inductor 104 increases linearly with the passage of time at a gradient (V / L).

そして、所望の電磁エネルギーが得られた時点でスイッチ106をオフにすると、スイッチ106の経路が開放状態となるため、インダクタ104に流れていた電流Iは遮断され、インダクタ104は残留電磁エネルギによって逆誘起電圧を発生させる。これにより、電流がインダクタ104を介して放電ギャップ110に転流し、このとき、放電ギャップ110の両端に大きなパルス電圧が発生し、放電ギャップ110にて放電が発生することになる。   When the switch 106 is turned off when the desired electromagnetic energy is obtained, the path of the switch 106 is opened, so that the current I flowing through the inductor 104 is cut off, and the inductor 104 is reversed by the residual electromagnetic energy. An induced voltage is generated. As a result, current is commutated to the discharge gap 110 via the inductor 104, and at this time, a large pulse voltage is generated at both ends of the discharge gap 110, and a discharge is generated in the discharge gap 110.

この高電圧パルス発生回路100によれば、以下の効果を得ることができる。   According to the high voltage pulse generation circuit 100, the following effects can be obtained.

(1)低電圧の直流電源102から簡単に高電圧パルスを発生できる。 (1) A high voltage pulse can be easily generated from the low voltage DC power supply 102.

(2)インダクタンスの特性を利用することから、立ち上がりの急峻なパルス電圧を発生させることができる。 (2) Since the inductance characteristic is used, a pulse voltage with a steep rise can be generated.

(3)部品点数を少なくすることができる。 (3) The number of parts can be reduced.

特開2002−359979号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-359979

しかしながら、図6に示すような高電圧パルス発生回路100においては、スイッチ106に加わる電圧は負荷108に大きく依存することから、負荷108が開放状態にあると、スイッチ106をオフにした際に、該スイッチ106が破壊するような高電圧(過電圧)が加わるおそれがある。この原因としては、負荷108の破壊(電気的に開放状態になる)、負荷108への配線の異常(断線等)、負荷108への配線ミス(人為的ミス)等が挙げられる。   However, in the high voltage pulse generation circuit 100 as shown in FIG. 6, the voltage applied to the switch 106 greatly depends on the load 108, and therefore when the load 108 is in an open state, when the switch 106 is turned off, There is a risk of applying a high voltage (overvoltage) that would destroy the switch 106. The causes include destruction of the load 108 (electrically open state), abnormal wiring to the load 108 (disconnection, etc.), wiring mistake to the load 108 (human error), and the like.

そこで、スイッチ106に並列にスナバ回路を接続することが考えられる。また、繰り返しパルス数が数pps程度の低い場合の過電圧の印加であれば、電力容量等を考慮する必要はないが、パルス数が数百pps以上の過電圧の印加となってくると、エネルギを吸収するために、電力的に大容量のスナバ回路が必要となる。   Therefore, it is conceivable to connect a snubber circuit in parallel to the switch 106. In addition, if overvoltage is applied when the number of repetitive pulses is as low as several pps, there is no need to consider the power capacity or the like. However, if overvoltage is applied with the number of pulses being several hundred pps or more, energy is reduced. In order to absorb it, a snubber circuit with a large capacity in terms of power is required.

スナバ回路としては、例えば図7に示すスナバ回路112や図8に示すスナバ回路114が用いられる。図7に示すスナバ回路112は、スイッチ106に対して並列に接続されたダイオード116とコンデンサ118の直列回路120と、該直列回路120のダイオード116に対して並列に接続された抵抗122とを有する。   As the snubber circuit, for example, the snubber circuit 112 shown in FIG. 7 or the snubber circuit 114 shown in FIG. 8 is used. A snubber circuit 112 shown in FIG. 7 includes a diode 116 connected in parallel to the switch 106 and a series circuit 120 of a capacitor 118, and a resistor 122 connected in parallel to the diode 116 of the series circuit 120. .

このスナバ回路112において、コンデンサ118に充電されたエネルギは、スイッチ106がオンしているときに放電し、通常、0Vになるまで放電する。従って、コンデンサ118は、常に0Vから充電が開始されることになる。そのため、出力電圧波形がなまり、コンデンサ118を充電するために余計なエネルギが必要となる。また、コンデンサ118の充電エネルギが抵抗122で消費されるため、電力容量の大きな抵抗値が必要となる。つまり、このスナバ回路112においては、急峻な立ち上がりが要求されるパルス電源の場合には、パルス電圧の立ち上がりがなまるという問題が出てくる。   In the snubber circuit 112, the energy charged in the capacitor 118 is discharged when the switch 106 is on, and is normally discharged until it reaches 0V. Therefore, charging of the capacitor 118 is always started from 0V. For this reason, the output voltage waveform becomes distorted, and extra energy is required to charge the capacitor 118. In addition, since the charging energy of the capacitor 118 is consumed by the resistor 122, a resistance value having a large power capacity is required. That is, in the snubber circuit 112, in the case of a pulse power supply that requires a steep rise, there arises a problem that the rise of the pulse voltage is reduced.

一方、図8に示す電圧クランプ型のスナバ回路114は、スイッチ106に対して並列に接続されたダイオード116とコンデンサ118の直列回路120と、該直列回路120のコンデンサ118に対して並列に接続されたツェナーダイオード124とを有する。もちろん、ツェナーダイオード124の代わりに定電圧源を接続してもよい。   On the other hand, the voltage clamp type snubber circuit 114 shown in FIG. 8 is connected in parallel to the series circuit 120 of the diode 116 and the capacitor 118 connected in parallel to the switch 106 and to the capacitor 118 of the series circuit 120. Zener diode 124. Of course, a constant voltage source may be connected instead of the Zener diode 124.

このスナバ回路114は、通常動作時において、コンデンサ118が充電されていれば、その電圧まではコンデンサ118に電流は流れない。つまり、コンデンサ118を常に充電がする必要がなく、高いdv/dtのパルス電圧の発生を実現できる。しかも、コンデンサ118を充電するための余計なエネルギが不要であるという利点もある。   In the snubber circuit 114, if the capacitor 118 is charged during normal operation, no current flows through the capacitor 118 until the voltage is reached. That is, it is not necessary to always charge the capacitor 118, and generation of a high dv / dt pulse voltage can be realized. Moreover, there is an advantage that unnecessary energy for charging the capacitor 118 is unnecessary.

ただし、異常動作時においては、スイッチ106にかかる電圧を所定電圧(ツェナー電圧)にクランプするが、そのエネルギを受け止めるために大きな電力容量が必要になる。   However, during abnormal operation, the voltage applied to the switch 106 is clamped to a predetermined voltage (zener voltage), but a large power capacity is required to receive the energy.

このように、スナバ回路112及び114を構成する回路素子として、電力容量が大きい回路素子を使用する必要がある。   As described above, it is necessary to use circuit elements having a large power capacity as circuit elements constituting the snubber circuits 112 and 114.

例えば図8に示す電圧クランプ型のスナバ回路114を用いた場合には、パルス電圧の立ち上がりは変わらないが、回路素子としてツェナーダイオード、アレスタ等のサージアブゾーバを用いた場合、やはり、電力容量が大きいサージアブゾーバが必要となり、回路の大型化を招く。   For example, when the voltage clamp type snubber circuit 114 shown in FIG. 8 is used, the rise of the pulse voltage does not change. However, when a surge absorber such as a Zener diode or arrester is used as a circuit element, the surge absorber having a large power capacity is used. Is required, which increases the size of the circuit.

つまり、スナバ回路を接続する場合は、インダクタ104に蓄積されたエネルギーを受け止めるだけの回路素子(電力容量が大きい回路素子)が必要であり、高電圧パルス発生回路100のサイズの大型化、高価格化を招くという問題がある。   That is, when a snubber circuit is connected, a circuit element (circuit element having a large power capacity) that can receive only the energy accumulated in the inductor 104 is required, and the size of the high-voltage pulse generation circuit 100 is increased and the price is high. There is a problem of inviting.

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、負荷の異常状態、又は人為的なミスによって負荷が電気的に開放状態になった場合でも、スイッチが破壊するということがなく、信頼性の高い高電圧パルス発生回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such a problem, and even when the load is electrically opened due to an abnormal state of the load or a human error, the switch is not destroyed, An object of the present invention is to provide a highly reliable high voltage pulse generation circuit.

また、本発明の他の目的は、スナバ回路を構成する回路素子として電力容量等を考慮する必要がなく、安価でサイズの小型化を図ることができる高電圧パルス発生回路を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a high voltage pulse generating circuit that is inexpensive and can be reduced in size without considering power capacity or the like as a circuit element constituting a snubber circuit. .

本発明に係る高電圧パルス発生回路は、直流電源の両端に直列接続されたトランス及びスイッチを有し、前記トランスの2次巻線の両端から出力が取り出される高電圧パルス発生回路であって、前記スイッチの両端又は前記トランスの両端に直列に接続されたスナバダイオードとスナバコンデンサと、スナバコンデンサに並列に接続されたサージアブゾーバからなる電圧クランプ型のスナバ回路と、前記スナバコンデンサもしくは前記サージアブゾーバの両端から過電圧を検出する過電圧検出回路を有し、前記過電圧の検出に基づいて少なくとも前記スイッチのオン動作を制御する制御回路を備えていることを特徴とする。なお、前記スイッチとして自己消弧型あるいは転流消弧形のデバイスを用いることができる。   A high voltage pulse generation circuit according to the present invention is a high voltage pulse generation circuit having a transformer and a switch connected in series at both ends of a DC power supply, and outputs are taken out from both ends of the secondary winding of the transformer, A snubber diode and a snubber capacitor connected in series to both ends of the switch or both ends of the transformer, a voltage clamp type snubber circuit composed of a surge absorber connected in parallel to the snubber capacitor, and both ends of the snubber capacitor or the surge absorber An overvoltage detection circuit that detects an overvoltage is provided, and a control circuit that controls at least an ON operation of the switch based on the detection of the overvoltage is provided. Note that a self-extinguishing type or commutation-extinguishing type device can be used as the switch.

この場合、前記過電圧検出回路は、前記過電圧の検出に基づいて検出信号を出力し、前記制御回路は、前記検出信号の入力に基づいて前記スイッチのオン動作を停止するようにしてもよい。   In this case, the overvoltage detection circuit may output a detection signal based on the detection of the overvoltage, and the control circuit may stop the ON operation of the switch based on the input of the detection signal.

これにより、例えば負荷の異常状態や人為的なミスによって、負荷が電気的に開放状態になった場合、インダクタンスに蓄積されていたエネルギーがスナバコンデンサとサージアブソーバで吸収されることになる。つまり、インダクタンスに蓄積されていたエネルギーに基づく電流がスナバコンデンサの経路に転流し、さらに、スナバコンデンサが過大に充電される場合には、サージアブゾーバによって電圧が所定電圧にクランプされる。この場合、サージアブゾーバにはツェナーダイオード等の半導体型のサージアブゾーバやバリスタ、アレスタ等の過電圧抑制が可能な素子のことを指す。そして、前記過電圧検出回路での前記コンデンサの両端電圧に基づく過電圧の検出は、コンデンサの両端電圧を直接モニタして過電圧を検出するようにしてもよいし、コンデンサの両端電圧を例えば抵抗分圧して過電圧を検出するようにしてもよい。また、前記過電圧検出回路の出力段に、前記コンデンサの両端電圧を一定時間ラッチするためのコンデンサを接続してもよい。   Thereby, for example, when the load is electrically opened due to an abnormal state of the load or a human error, the energy stored in the inductance is absorbed by the snubber capacitor and the surge absorber. That is, when the current based on the energy stored in the inductance is commutated to the path of the snubber capacitor and the snubber capacitor is excessively charged, the voltage is clamped to a predetermined voltage by the surge absorber. In this case, the surge absorber refers to an element capable of suppressing overvoltage such as a semiconductor type surge absorber such as a Zener diode, a varistor, and an arrester. The overvoltage detection circuit may detect the overvoltage based on the voltage across the capacitor by directly monitoring the voltage across the capacitor to detect the overvoltage. Alternatively, the voltage across the capacitor may be divided by a resistor, for example. An overvoltage may be detected. In addition, a capacitor for latching the voltage across the capacitor for a predetermined time may be connected to the output stage of the overvoltage detection circuit.

前記過電圧検出回路によって過電圧が検出され、制御回路を通じてスイッチのオン動作が停止することになる。つまり、過電圧が検出された後においては、スイッチのオン動作が停止することから、その後、スイッチに対して過電圧が加わるということがなくなる。従って、本発明においては、高電圧パルス発生回路の信頼性の向上を図ることができる。   The overvoltage is detected by the overvoltage detection circuit, and the on-operation of the switch is stopped through the control circuit. That is, after the overvoltage is detected, the on-operation of the switch is stopped, so that no overvoltage is applied to the switch thereafter. Therefore, in the present invention, the reliability of the high voltage pulse generation circuit can be improved.

また、高電圧パルス発生回路にスナバ回路を接続して、前記過電圧検出回路において、前記スナバ回路に加わる過電圧を検出する場合、該スナバ回路に対する過電圧の繰り返し印加を考慮する必要がなくなることから、電力容量の小さい回路素子を用いることが可能となる。これは、高信頼性を有する高電圧パルス発生回路の小型化、低価格化につながる。なお、高電圧パルス発生回路にスナバ回路を接続する場合、前記スイッチに並列にスナバ回路を接続してもよいし、前記トランスの1次巻線に並列にスナバ回路を接続するようにしてもよい。   In addition, when a snubber circuit is connected to the high voltage pulse generation circuit and the overvoltage applied to the snubber circuit is detected in the overvoltage detection circuit, it is not necessary to consider repeated application of the overvoltage to the snubber circuit. A circuit element having a small capacity can be used. This leads to a reduction in size and price of a highly reliable high voltage pulse generation circuit. When a snubber circuit is connected to the high voltage pulse generation circuit, a snubber circuit may be connected in parallel to the switch, or a snubber circuit may be connected in parallel to the primary winding of the transformer. .

また、本発明においては、前記スイッチを所定のスイッチング周波数でオン/オフ制御するスイッチング制御回路を有する場合に、前記過電圧検出回路は、前記過電圧の検出に基づいて検出信号を出力し、前記制御回路は、前記検出信号の入力に基づいて前記スイッチング制御回路の前記スイッチング周波数を低く設定するようにしてもよい。   In the present invention, when the switch has a switching control circuit that controls on / off of the switch at a predetermined switching frequency, the overvoltage detection circuit outputs a detection signal based on the detection of the overvoltage, and the control circuit The switching frequency of the switching control circuit may be set low based on the input of the detection signal.

これにより、スイッチに過電圧が加わったとき、過電圧検出回路によって過電圧が検出され、制御回路を通じて前記スイッチング制御回路の前記スイッチング周波数が低く設定される。つまり、過電圧が検出された後においては、スイッチのオン動作の頻度が少なくなり、オン動作から次のオン動作までの間隔が長くなることから、スイッチに対して過電圧が加わる回数が少なくなる。この場合も、高電圧パルス発生回路の信頼性の向上並びに小型化を図ることができる。   Thereby, when an overvoltage is applied to the switch, the overvoltage is detected by the overvoltage detection circuit, and the switching frequency of the switching control circuit is set low through the control circuit. In other words, after the overvoltage is detected, the frequency of the on operation of the switch is reduced, and the interval from the on operation to the next on operation is increased, so that the number of times the overvoltage is applied to the switch is reduced. Also in this case, it is possible to improve the reliability and size of the high voltage pulse generation circuit.

以上説明したように、本発明に係る高電圧パルス発生回路によれば、負荷の異常状態、又は人為的なミスによって負荷が電気的に開放状態になった場合でも、スイッチが破壊するということがなく、信頼性の向上を図ることができる。また、スナバ回路を接続する場合に、該スナバ回路を構成する回路素子として電力容量等を考慮する必要がなく、サイズの小型化、低価格化を図ることができる。   As described above, according to the high voltage pulse generation circuit of the present invention, even when the load is electrically opened due to an abnormal state of the load or due to human error, the switch is destroyed. Therefore, the reliability can be improved. Further, when a snubber circuit is connected, it is not necessary to consider power capacity or the like as a circuit element constituting the snubber circuit, and the size can be reduced and the price can be reduced.

以下、本発明に係る高電圧パルス発生回路の実施の形態例について図1〜図5を参照しながら説明する。   Embodiments of a high voltage pulse generation circuit according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

本実施の形態に係る高電圧パルス発生回路10は、図1に示すように、直流電源12(電源電圧=V)と、該直流電源12の両端に直列接続されたトランス14と1つのスイッチ16とを有し、トランス14の2次巻線18の両端から出力が取り出されるようになっている。2次巻線18の両端には負荷20が接続される。負荷としては、例えば抵抗負荷や容量性負荷(放電ギャップ等)が用いられる。   As shown in FIG. 1, a high voltage pulse generation circuit 10 according to the present embodiment includes a DC power supply 12 (power supply voltage = V), a transformer 14 connected in series at both ends of the DC power supply 12, and one switch 16 The output is taken out from both ends of the secondary winding 18 of the transformer 14. A load 20 is connected to both ends of the secondary winding 18. As the load, for example, a resistive load or a capacitive load (discharge gap or the like) is used.

また、スイッチ16は、自己消弧形あるいは転流消弧形のデバイスを用いることができるが、この実施の形態では、アバランシェ形ダイオード22が逆並列で内蔵された例えばnチャネル型の電力用金属酸化半導体電界効果トランジスタ(以下、パワーMOSFETと記す)24を使用している。このパワーMOSFET24のゲート端子には、該パワーMOSFET24のオン及びオフを制御するゲート駆動回路26が抵抗28を介して接続されている。ゲート駆動回路26としては、入力信号を増幅する各種増幅器やインバータ等を用いることができる。   The switch 16 may be a self-extinguishing type or commutation-extinguishing type device. In this embodiment, for example, an n-channel type power metal in which an avalanche type diode 22 is built in reverse parallel is used. An oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as a power MOSFET) 24 is used. A gate drive circuit 26 that controls on and off of the power MOSFET 24 is connected to the gate terminal of the power MOSFET 24 via a resistor 28. As the gate drive circuit 26, various amplifiers and inverters for amplifying an input signal can be used.

ここで、本実施の形態に係る高電圧パルス発生回路10の回路動作、特に、2次巻線18の両端に接続される負荷20として放電ギャップ30を用いた場合の回路動作について、図1の回路図と図2A及び図2Bの動作波形図とを参照しながら説明する。   Here, the circuit operation of the high voltage pulse generation circuit 10 according to the present embodiment, particularly the circuit operation when the discharge gap 30 is used as the load 20 connected to both ends of the secondary winding 18 is shown in FIG. This will be described with reference to the circuit diagram and the operation waveform diagrams of FIGS. 2A and 2B.

まず、時点t0において、ゲート駆動回路26からパワーMOSFET24のゲート−ソース間に例えば高レベルのスイッチング制御信号Sc(図3B参照)が供給され、パワーMOSFET24がオフからオンになる。   First, at time t0, for example, a high level switching control signal Sc (see FIG. 3B) is supplied from the gate drive circuit 26 to the gate and source of the power MOSFET 24, and the power MOSFET 24 is turned on from off.

時点t0でパワーMOSFET24がターンオンすると、トランス14に直流電源12の電源電圧Vとほぼ同じ電圧が印加され、トランス14の1次インダクタンスをLとしたとき、図2Bに示すように、トランス14の1次巻線32に流れる電流Iiは勾配(V/L)で時間の経過に伴って直線状に増加する。   When the power MOSFET 24 is turned on at time t0, a voltage substantially the same as the power supply voltage V of the DC power supply 12 is applied to the transformer 14, and when the primary inductance of the transformer 14 is L, as shown in FIG. The current Ii flowing through the next winding 32 increases linearly with the passage of time at a gradient (V / L).

そして、パワーMOSFET24がオンとなっている期間Tonにおいて、2次巻線18の両端には、一定の負極性の電圧が出力される。直流電源12の電源電圧をV、トランス14の巻数比(2次巻線18の巻線数n2/1次巻線22の巻線数n1)をnとしたとき、2次巻線18の両端に現れる出力電圧Voutのレベルは−nVである。   In the period Ton in which the power MOSFET 24 is on, a constant negative voltage is output to both ends of the secondary winding 18. When the power supply voltage of the DC power supply 12 is V and the turns ratio of the transformer 14 (the number of turns n2 of the secondary winding 18 / the number of turns n1 of the primary winding 22) is n, both ends of the secondary winding 18 The level of the output voltage Vout appearing at is -nV.

1次巻線32を流れる電流Iiは、時点t1で電流がIp(=ETon/L)となり、所望の電磁エネルギ(=LIp2/2)が得られると、ゲート駆動回路26を通じて低レベルのスイッチング制御信号Sc(図3B参照)が供給され、これにより、パワーMOSFET24がターンオフする。 Current Ii flowing through the primary winding 32, a current Ip (= ETon / L) becomes at time t1, the desired electromagnetic energy (= LIp 2/2) is obtained, through the gate drive circuit 26 of the low-level switching A control signal Sc (see FIG. 3B) is supplied, and thereby the power MOSFET 24 is turned off.

時点t1において、パワーMOSFET24がターンオフすると、スイッチ16が開放状態となるため、トランス14の1次巻線32に流れていた電流Iiは遮断され、トランス14に発生する誘導起電力によって出力電圧Voutが急峻に上昇し、正電圧値をピークとした狭いパルス幅のパルスPoutが出力される。従って、理想的には出力電圧Voutのピーク値、すなわち、正極性のパルスPoutのピーク値Vpは、トランス14の巻数比をn、トランス14の1次インダクタンスをL、トランス14の1次巻線32を流れる電流Iiの遮断速度を(di/dt)としたとき、nL(di/dt)である。しかし、実際には、電流Iiは、ピークの時点t1(パワーMOSFET24がターンオフとなった時点)を過ぎると、負荷20のもつ静電容量とスイッチ16のもつ寄生容量成分を充電しながら徐々に減衰し、パワーMOSFET24がオフとなっている期間Toffにおける時点t2で基準レベル(0A)になる。このとき、出力電圧Voutが最大となる。また、負荷20が放電負荷の場合、放電が始まるとトランスの2次側で電圧が低下もしくはクランプされるため、出力電圧Voutは負荷20が開放された場合に比べ低くなる。   At time t1, when the power MOSFET 24 is turned off, the switch 16 is opened, so that the current Ii flowing in the primary winding 32 of the transformer 14 is cut off, and the output voltage Vout is reduced by the induced electromotive force generated in the transformer 14. A pulse Pout with a narrow pulse width that rises steeply and has a positive voltage value as a peak is output. Therefore, ideally, the peak value Vp of the output voltage Vout, that is, the peak value Vp of the positive pulse Pout, is n for the turns ratio of the transformer 14, L for the primary inductance of the transformer 14, and the primary winding of the transformer 14. NL (di / dt) where the cutoff speed of the current Ii flowing through 32 is (di / dt). In practice, however, the current Ii gradually decays while charging the capacitance of the load 20 and the parasitic capacitance component of the switch 16 after the peak time t1 (when the power MOSFET 24 is turned off). The reference level (0A) is reached at time t2 in the period Toff in which the power MOSFET 24 is off. At this time, the output voltage Vout becomes maximum. When the load 20 is a discharge load, the voltage is lowered or clamped on the secondary side of the transformer when the discharge starts, so that the output voltage Vout becomes lower than when the load 20 is opened.

時点t2で負荷20で消費できていないエネルギーが残存していれば(2次巻線18からのエネルギー移動を含む)、このエネルギーによる電流は、1次巻線32→直流電源12→パワーMOSFET24のダイオード22→1次巻線32の経路で流れる。この電流の流れは回生動作となり、1次巻線32に残存しているエネルギーが回生され、運転効率の向上に大きく寄与する。   If energy that cannot be consumed by the load 20 remains at the time t2 (including energy transfer from the secondary winding 18), the current due to this energy is obtained from the primary winding 32 → the DC power supply 12 → the power MOSFET 24. It flows through the path of the diode 22 → the primary winding 32. This current flow becomes a regenerative operation, and the energy remaining in the primary winding 32 is regenerated, which greatly contributes to the improvement of the operation efficiency.

そして、本実施の形態に係る高電圧パルス発生回路10は、図1に示すように、スイッチ16を構成するパワーMOSFET24に対して並列に接続されたスナバ回路34と、該スナバ回路34に並列に接続された過電圧検出回路36と、該過電圧検出回路36の後段に接続された制御回路38とを有する。   As shown in FIG. 1, the high-voltage pulse generation circuit 10 according to the present embodiment includes a snubber circuit 34 connected in parallel to the power MOSFET 24 constituting the switch 16, and the snubber circuit 34 in parallel. It has a connected overvoltage detection circuit 36 and a control circuit 38 connected to the subsequent stage of the overvoltage detection circuit 36.

スナバ回路34は、スイッチ16に対して並列に接続されたダイオード40とコンデンサ42の直列回路44と、該直列回路44のコンデンサ42に対して並列に接続されたサージアブゾーバ46とを有する。ダイオード40は、アノードがパワーMOSFET24のドレインに接続され、カソードがパワーMOSFET24のソースに接続されている。なお、ダイオード40の代わりに抵抗を接続してもよい。また、該直列回路44のコンデンサ42に対して並列に接続されたサージアブゾーバ46は、ツェナーダイオード等の半導体型のサージアブゾーバやバリスタ、アレスタ等の過電圧抑制可能な素子のことを指す。   The snubber circuit 34 includes a series circuit 44 of a diode 40 and a capacitor 42 connected in parallel to the switch 16, and a surge absorber 46 connected in parallel to the capacitor 42 of the series circuit 44. The diode 40 has an anode connected to the drain of the power MOSFET 24 and a cathode connected to the source of the power MOSFET 24. A resistor may be connected instead of the diode 40. The surge absorber 46 connected in parallel to the capacitor 42 of the series circuit 44 refers to a semiconductor type surge absorber such as a Zener diode, an element capable of suppressing overvoltage such as a varistor and an arrester.

過電圧検出回路36は、コンデンサ42に過電圧が印加された時点で検出信号Skを出力する回路であり、基本的には、サージアブゾーバ46に対して並列に接続された2つの抵抗(第1及び第2の抵抗48及び50)の直列回路52と、第2の抵抗50の後段に接続された例えばCMOS等によるインバータ54とを有する。もちろん、直列回路52とインバータ54間にダイオード56、ツェナーダイオード58、抵抗60等からなる保護回路62を接続してもよい。また、第2の抵抗50に対して並列にコンデンサ64を接続するようにしてローパスフィルタを構成しノイズに強い回路構成にしてもよい。また、このコンデンサの接続方法は、該第2の抵抗50の両端電圧を一定時間保持するためのラッチ回路として機能させることも可能である。なお、以下の説明では、第2の抵抗50に対して並列にコンデンサ64を接続した場合を主体にして説明するが、もちろん、該コンデンサ64を接続しなくてもよい。   The overvoltage detection circuit 36 is a circuit that outputs a detection signal Sk when an overvoltage is applied to the capacitor 42. Basically, two resistors (first and second resistors) connected in parallel to the surge absorber 46 are provided. A series circuit 52 of resistors 48 and 50) and an inverter 54 made of, for example, CMOS or the like connected to a subsequent stage of the second resistor 50. Of course, a protection circuit 62 including a diode 56, a Zener diode 58, a resistor 60 and the like may be connected between the series circuit 52 and the inverter 54. Further, a low-pass filter may be configured by connecting a capacitor 64 in parallel to the second resistor 50, so that a circuit configuration resistant to noise may be used. This capacitor connection method can also function as a latch circuit for holding the voltage across the second resistor 50 for a certain period of time. In the following description, the case where the capacitor 64 is connected in parallel to the second resistor 50 will be mainly described. Of course, the capacitor 64 may not be connected.

インバータ54は、コンデンサ64の両端電圧Vrが予め設定された規定電圧Va(図3E参照)以下の場合に、高レベルの電圧を出力し、コンデンサ64の両端電圧Vrが前記規定電圧Vaを超えた場合に、低レベルの電圧を出力する。つまり、このインバータ54からは、コンデンサ64の両端電圧Vrに応じて高レベルや低レベルに変化するパルス信号Siが出力され、特に、低レベルの電圧の出力期間が検出信号Skの出力期間に相当する。   The inverter 54 outputs a high level voltage when the voltage Vr across the capacitor 64 is equal to or lower than a preset specified voltage Va (see FIG. 3E), and the voltage Vr across the capacitor 64 exceeds the specified voltage Va. In this case, a low level voltage is output. That is, the inverter 54 outputs a pulse signal Si that changes to a high level or a low level in accordance with the voltage Vr across the capacitor 64. In particular, the output period of the low level corresponds to the output period of the detection signal Sk. To do.

ここで、前記規定電圧Vaの設定について説明すると、まず、負荷20が正常状態であって、人為的ミスもない場合における高電圧パルス発生回路10の回路動作(通常動作)において、スナバ回路34のコンデンサ42にかかる最大電圧をしきい値レベルVth(図3D参照)とする。そして、コンデンサ42の両端電圧Vcが前記しきい値レベルVthである場合のコンデンサ64の両端電圧Vrを規定電圧Vaとする。   Here, the setting of the prescribed voltage Va will be described. First, in the circuit operation (normal operation) of the high voltage pulse generation circuit 10 when the load 20 is in a normal state and there is no human error, the snubber circuit 34 The maximum voltage applied to the capacitor 42 is defined as a threshold level Vth (see FIG. 3D). The voltage Vr across the capacitor 64 when the voltage Vc across the capacitor 42 is the threshold level Vth is defined as the specified voltage Va.

制御回路38は、前記過電圧検出回路36からのパルス信号Si(検出信号Skを含む)と、パワーMOSFET24のオン/オフ制御を指示するためのスイッチング指令信号(パルス信号)Stが入力される例えばAND回路66を有する。このAND回路66は、NAND回路とインバータを組み合わせて構成することもできる。   The control circuit 38 receives the pulse signal Si (including the detection signal Sk) from the overvoltage detection circuit 36 and the switching command signal (pulse signal) St for instructing the on / off control of the power MOSFET 24, for example, AND. A circuit 66 is included. The AND circuit 66 can also be configured by combining a NAND circuit and an inverter.

次に、過電圧検出回路36及び制御回路38の回路動作について図3A〜図4Fを参照しながら説明する。   Next, circuit operations of the overvoltage detection circuit 36 and the control circuit 38 will be described with reference to FIGS. 3A to 4F.

まず、トランス14の2次巻線18の両端に負荷20が正常に接続されている場合の動作(通常動作)について図3A〜図3Fを参照しながら説明する。パワーMOSFET24において1回目のターンオフが行われると、該パワーMOSFET24には、図3Cに示すように、負荷20に印加される出力電圧Vout(図2A参照)に応じた電圧Vsが印加されることになる。特に、負荷20が放電負荷の場合には、負荷インピーダンスが急激に低下し、出力電圧Voutの低下や出力電圧Voutがクランプされて負荷20が開放した状態に比べてより低い出力電圧になる場合が多い。そして、この通常動作においては、パワーMOSFET24での数回のオン動作及びオフ動作が繰り返されることで、コンデンサ42への充電が行われ、最終的にコンデンサ42の両端電圧Vcは、図3Dに示すように、実際にパワーMOSFET24にかかる電圧Vsとほぼ同じ電圧、つまり、通常動作における最大電圧(しきい値レベル)Vthとなる。この段階以降、コンデンサ42の両端電圧Vcは、そのまま保持される。   First, an operation (normal operation) when the load 20 is normally connected to both ends of the secondary winding 18 of the transformer 14 will be described with reference to FIGS. 3A to 3F. When the first turn-off is performed in the power MOSFET 24, the voltage Vs corresponding to the output voltage Vout (see FIG. 2A) applied to the load 20 is applied to the power MOSFET 24 as shown in FIG. 3C. Become. In particular, when the load 20 is a discharge load, the load impedance rapidly decreases, and the output voltage Vout may be lowered or the output voltage Vout may be clamped and the output voltage may be lower than when the load 20 is opened. Many. In this normal operation, the power MOSFET 24 is repeatedly turned on and off several times to charge the capacitor 42. The voltage Vc across the capacitor 42 is finally shown in FIG. 3D. As described above, the voltage is substantially the same as the voltage Vs actually applied to the power MOSFET 24, that is, the maximum voltage (threshold level) Vth in the normal operation. After this stage, the voltage Vc across the capacitor 42 is maintained as it is.

この通常動作では、コンデンサ42の両端電圧Vcがしきい値レベルVthで保持されることから、過電圧検出回路36におけるコンデンサ64の両端電圧Vrは規定電圧Va以下となり(図3E参照)、インバータ54からは高レベルの電圧が出力される(図3F参照)。従って、制御回路38からは、スイッチング指令信号Stの波形(図3A参照)とほぼ同じ波形の信号が出力され、結果的に、パワーMOSFET24のゲートに対して、前記スイッチング指令信号Stとほぼ同じ波形のスイッチング制御信号Sc(図3B参照)が供給されることになる。   In this normal operation, since the voltage Vc across the capacitor 42 is held at the threshold level Vth, the voltage Vr across the capacitor 64 in the overvoltage detection circuit 36 becomes equal to or lower than the specified voltage Va (see FIG. 3E). Outputs a high level voltage (see FIG. 3F). Therefore, the control circuit 38 outputs a signal having substantially the same waveform as the waveform of the switching command signal St (see FIG. 3A). As a result, the waveform substantially the same as the switching command signal St is output to the gate of the power MOSFET 24. Switching control signal Sc (see FIG. 3B) is supplied.

次に、負荷20が電気的に開放状態である場合の動作(異常動作)について図4A〜図4Fを参照しながら説明する。負荷20が電気的に開放状態にあると、パワーMOSFET24がターンオフした時点以降において、トランス14のインダクタンスに蓄積されていたエネルギーによる電流がコンデンサ42の経路に転流することとなる。この電流の転流によって、図4Dに示すように、コンデンサ42の両端電圧Vcが上昇し、前記しきい値レベルVthを超えることになる。そして、コンデンサ42がさらに過大に充電される場合には、サージアブゾーバ46によって、スイッチ16への印加電圧Vsとコンデンサ42の両端電圧Vcが所定電圧(ツェナー電圧)Vbにクランプされ、これ以降の電圧上昇は抑えられる(図4C及び図4D参照)。   Next, an operation (abnormal operation) when the load 20 is in an electrically open state will be described with reference to FIGS. 4A to 4F. When the load 20 is in an electrically open state, the current due to the energy accumulated in the inductance of the transformer 14 is commutated to the path of the capacitor 42 after the power MOSFET 24 is turned off. Due to the commutation of the current, as shown in FIG. 4D, the voltage Vc across the capacitor 42 rises and exceeds the threshold level Vth. When the capacitor 42 is further excessively charged, the surge absorber 46 clamps the voltage Vs applied to the switch 16 and the voltage Vc across the capacitor 42 to a predetermined voltage (zener voltage) Vb, and the voltage increases thereafter. (See FIGS. 4C and 4D).

この異常動作では、コンデンサ42の両端電圧Vcがしきい値レベルVthを超えることから、過電圧検出回路36におけるコンデンサ64の両端電圧Vrは規定電圧Vaを超えることになり(図4E参照)、インバータ54からは低レベルの電圧、すなわち、検出信号Skが出力される(図4F参照)。従って、制御回路38からは、スイッチング指令信号Stの波形(図4A参照)に関係なく、低レベルの信号が出力され、パワーMOSFET24のゲートには、低レベルのスイッチング制御信号Scが供給される(図4B参照)。つまり、パワーMOSFET24のオン動作が停止され、オフ動作が維持されることになる。   In this abnormal operation, the voltage Vc across the capacitor 42 exceeds the threshold level Vth, so the voltage Vr across the capacitor 64 in the overvoltage detection circuit 36 exceeds the specified voltage Va (see FIG. 4E), and the inverter 54 Outputs a low level voltage, that is, a detection signal Sk (see FIG. 4F). Therefore, a low level signal is output from the control circuit 38 regardless of the waveform of the switching command signal St (see FIG. 4A), and the low level switching control signal Sc is supplied to the gate of the power MOSFET 24 (see FIG. 4A). (See FIG. 4B). That is, the on operation of the power MOSFET 24 is stopped and the off operation is maintained.

この停止期間Tt中に、コンデンサ42が放電し、コンデンサ42の両端電圧Vcがしきい値レベルVthよりも低下し(図4D参照)、それに応じて第2の抵抗50の両端電圧も低下し、コンデンサ64の両端電圧も徐々に低下していくことになる(図4E参照)。   During this stop period Tt, the capacitor 42 is discharged, the voltage Vc across the capacitor 42 falls below the threshold level Vth (see FIG. 4D), and the voltage across the second resistor 50 also falls accordingly. The voltage across the capacitor 64 also gradually decreases (see FIG. 4E).

第2の抵抗50に対して並列にコンデンサ64を接続していない場合は、コンデンサ42の両端電圧Vcの低下がそのまま反映された電圧が後段のインバータ54に供給されることになるが、本実施の形態のように、第2の抵抗50に対してコンデンサ64を接続することで、第2の抵抗50の両端電圧の低下がコンデンサ64の容量値によって決定される時間だけ遅延されてインバータ54に入力されることになる。すなわち、前記停止期間Ttはコンデンサ64の容量値によって決定されることとなり、コンデンサ64の容量値を任意に設定することで、停止期間Ttを自由に設定できる。   When the capacitor 64 is not connected in parallel to the second resistor 50, a voltage in which the decrease in the voltage Vc across the capacitor 42 is reflected as it is is supplied to the subsequent inverter 54. By connecting the capacitor 64 to the second resistor 50 as in the above form, the decrease in the voltage across the second resistor 50 is delayed by a time determined by the capacitance value of the capacitor 64 and the inverter 54 Will be entered. That is, the stop period Tt is determined by the capacitance value of the capacitor 64, and the stop period Tt can be freely set by arbitrarily setting the capacitance value of the capacitor 64.

従って、前記停止期間Ttが経過した後は、インバータ54から高レベルの電圧が出力され、制御回路38からは、スイッチング指令信号Stの波形とほぼ同じ波形の信号が出力される。この停止期間Ttが経過する前に、負荷20の接続が正常に行われれば、停止期間Ttの経過後に通常動作(図4A〜図4F参照)に入ることとなる。   Therefore, after the stop period Tt elapses, a high level voltage is output from the inverter 54, and a signal having a waveform substantially the same as the waveform of the switching command signal St is output from the control circuit 38. If the load 20 is normally connected before the stop period Tt elapses, normal operation (see FIGS. 4A to 4F) starts after the stop period Tt elapses.

一方、前記停止期間Ttが経過しても、負荷20が未だ電気的に開放状態であれば、パワーMOSFET24がターンオフした時点で再びコンデンサ42の両端電圧Vcがしきい値レベルVthを超え(図4D参照)、これに伴って第2の抵抗50の両端電圧Vrも規定電圧Vaを超えることから(図4E参照)、再度停止期間Ttに入る。つまり、この停止期間Ttによって、オン動作のための期間が間引きされた形となり、スイッチング制御信号Scによるオン/オフ制御のスイッチング周波数が低く抑えられることになる。   On the other hand, if the load 20 is still in an electrically open state even after the stop period Tt has elapsed, the voltage Vc across the capacitor 42 again exceeds the threshold level Vth when the power MOSFET 24 is turned off (FIG. 4D As a result, the voltage Vr across the second resistor 50 also exceeds the specified voltage Va (see FIG. 4E). Accordingly, the stop period Tt is entered again. In other words, the period for the on operation is thinned out by the stop period Tt, and the switching frequency of the on / off control by the switching control signal Sc is suppressed low.

もちろん、インバータ54の後段にアラーム回路を接続し、出力が低レベルとなった時点、すなわち、検出信号Skが出力された時点で、アラーム回路を通じてアラームを出力させ、使用者に負荷の異常を知らせるようにしてもよい。アラームとしては、光や音によるものを含む。この場合、例えば使用者によってスイッチング指令信号Stの供給が停止され、負荷20が正常に接続された段階で、再び使用者によってスイッチング指令信号Stの供給が再開されるというプロセスを踏むようにしてもよい。   Of course, an alarm circuit is connected to the subsequent stage of the inverter 54, and when the output becomes low level, that is, when the detection signal Sk is output, an alarm is output through the alarm circuit to notify the user of the load abnormality. You may do it. The alarm includes light and sound. In this case, for example, the process of stopping the supply of the switching command signal St by the user and restarting the supply of the switching command signal St by the user when the load 20 is normally connected may be performed.

このように、実施の形態に係る高電圧パルス発生回路10においては、スナバ回路34に加わる過電圧を検出する過電圧検出回路36と、該過電圧検出回路36での過電圧の検出に基づいてパワーMOSFET24のオン動作を停止あるいはスイッチング周波数を低下させる制御回路38とを設けるようにしたので、例えば負荷20の異常状態や人為的なミスによって負荷20が電気的に開放状態になった場合、スイッチ16には一旦過電圧が加わることになるが、このとき、過電圧検出回路36によって過電圧が検出され、制御回路38を通じてスイッチ16のオン動作が停止することになる。つまり、過電圧が検出された後においては、スイッチ16のオン動作が停止することから、その後、スイッチ16に対して過電圧が加わるということがなくなる。従って、この実施の形態においては、高電圧パルス発生回路10の信頼性の向上を図ることができる。   As described above, in the high voltage pulse generation circuit 10 according to the embodiment, the overvoltage detection circuit 36 that detects the overvoltage applied to the snubber circuit 34, and the power MOSFET 24 is turned on based on the detection of the overvoltage by the overvoltage detection circuit 36. Since the control circuit 38 for stopping the operation or reducing the switching frequency is provided, for example, when the load 20 is electrically opened due to an abnormal state of the load 20 or a human error, the switch 16 is temporarily provided. An overvoltage is applied, but at this time, the overvoltage detection circuit 36 detects the overvoltage, and the on operation of the switch 16 is stopped through the control circuit 38. That is, after the overvoltage is detected, the on operation of the switch 16 is stopped, so that no overvoltage is applied to the switch 16 thereafter. Therefore, in this embodiment, the reliability of the high voltage pulse generation circuit 10 can be improved.

また、スナバ回路34に対する過電圧の繰り返し印加を考慮する必要がなくなることから、スナバ回路34を構成する回路素子として、電力容量の小さい回路素子を用いることが可能となる。これは、高信頼性を有する高電圧パルス発生回路10の小型化につながる。   In addition, since it is not necessary to consider the repeated application of overvoltage to the snubber circuit 34, it is possible to use a circuit element having a small power capacity as a circuit element constituting the snubber circuit 34. This leads to miniaturization of the high voltage pulse generation circuit 10 having high reliability.

ここで、スナバ回路34の電力容量について、過電圧検出回路36と制御回路38を設けない場合(比較例)と、本実施の形態とを比較して説明する。   Here, the power capacity of the snubber circuit 34 will be described by comparing the case where the overvoltage detection circuit 36 and the control circuit 38 are not provided (comparative example) with the present embodiment.

まず、異常動作において、1回のパワーMOSFET24のオフ動作によってスナバ回路34に加わる電力をP(J)、スイッチング周波数をf(Hz)としたとき、比較例のスナバ回路34に必要な電力容量W1は、
W1=P×f(W)
である。通常、スイッチング周波数は10(Hz)以上である。
First, in an abnormal operation, when the power applied to the snubber circuit 34 by one off operation of the power MOSFET 24 is P (J) and the switching frequency is f (Hz), the power capacity W1 required for the snubber circuit 34 of the comparative example. Is
W1 = P × f (W)
It is. Usually, the switching frequency is 10 (Hz) or more.

一方、本実施の形態では、コンデンサ42での保持時間(=停止期間Tt)を1秒間としたとき、スイッチング周波数は1(Hz)となるから、この実施の形態におけるスナバ回路34の必要な電力容量W2は、
W2=P×1(W)
である。
On the other hand, in this embodiment, when the holding time (= stop period Tt) in the capacitor 42 is 1 second, the switching frequency is 1 (Hz). Therefore, the necessary power of the snubber circuit 34 in this embodiment is Capacity W2 is
W2 = P × 1 (W)
It is.

従って、本実施の形態に係る高電圧パルス発生回路10のスナバ回路34の電力容量は、比較例の電力容量の1/fで済む。   Therefore, the power capacity of the snubber circuit 34 of the high voltage pulse generation circuit 10 according to the present embodiment is 1 / f of the power capacity of the comparative example.

上述の例では、スイッチ16に対して並列にスナバ回路34を接続した場合を示したが、その他、図5の変形例に係る高電圧パルス発生回路10aのように、トランス14の1次巻線32に対して並列にスナバ回路34を接続し、該スナバ回路34の後段に過電圧検出回路36と制御回路38を接続するようにしてもよい。この場合、過電圧検出回路36とスイッチ16の信号の基準となる電位レベルが異なるため、絶縁アンプ等を利用して信号の絶縁を取ることが必要となる。例えば、コンデンサ64の後段に接続されるインバータに絶縁アンプ等が介在されたインバータ68を用いることが好ましい。当然、信号間にトランスや光信号を用いる等して信号の絶縁を行ってもよい。   In the above example, the case where the snubber circuit 34 is connected in parallel to the switch 16 is shown. However, the primary winding of the transformer 14 is also provided as in the high voltage pulse generation circuit 10a according to the modified example of FIG. The snubber circuit 34 may be connected in parallel to the circuit 32, and the overvoltage detection circuit 36 and the control circuit 38 may be connected to the subsequent stage of the snubber circuit 34. In this case, since the reference potential levels of the signals of the overvoltage detection circuit 36 and the switch 16 are different, it is necessary to insulate the signal using an insulation amplifier or the like. For example, it is preferable to use an inverter 68 in which an insulation amplifier or the like is interposed in an inverter connected to the subsequent stage of the capacitor 64. Of course, the signal may be insulated by using a transformer or an optical signal between the signals.

この変形例においても、上述した実施の形態と同様に、過電圧が検出された後においてスイッチ16のオン動作が停止することから、その後、スイッチ16に対して過電圧が加わるということがなくなり、高電圧パルス発生回路10aの信頼性の向上を図ることができる。   Also in this modified example, since the on-operation of the switch 16 is stopped after the overvoltage is detected as in the above-described embodiment, the overvoltage is not applied to the switch 16 thereafter, and the high voltage The reliability of the pulse generation circuit 10a can be improved.

また、スナバ回路34に対する過電圧の繰り返し印加を考慮する必要がなくなることから、電力容量の小さい回路素子を用いることが可能となり、高電圧パルス発生回路10の小型化を図ることができる。   In addition, since it is not necessary to consider the repeated application of overvoltage to the snubber circuit 34, it is possible to use a circuit element having a small power capacity, and the high voltage pulse generation circuit 10 can be miniaturized.

なお、本発明に係る高電圧パルス発生回路は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。   The high-voltage pulse generation circuit according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can of course have various configurations without departing from the gist of the present invention.

本実施の形態に係る高電圧パルス発生回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the high voltage pulse generation circuit which concerns on this Embodiment. 図2A及び図2Bは本実施の形態に係る高電圧パルス発生回路の基本的な回路動作を示す波形図である。2A and 2B are waveform diagrams showing basic circuit operations of the high voltage pulse generation circuit according to the present embodiment. 図3Aはスイッチング指令信号の出力波形を示す図であり、図3Bは通常動作におけるスイッチング制御信号の出力波形を示す図であり、図3Cは通常動作においてスイッチにかかる電圧波形を示す図であり、図3Dは通常動作におけるコンデンサの両端電圧波形を示す図であり、図3Eは通常動作における第2の抵抗の両端電圧波形を示す図であり、図3Fは通常動作における過電圧検出回路の出力信号波形を示す図である。3A is a diagram illustrating an output waveform of a switching command signal, FIG. 3B is a diagram illustrating an output waveform of a switching control signal in a normal operation, and FIG. 3C is a diagram illustrating a voltage waveform applied to a switch in a normal operation. 3D is a diagram showing a voltage waveform across the capacitor in normal operation, FIG. 3E is a diagram showing a voltage waveform across the second resistor in normal operation, and FIG. 3F is an output signal waveform of the overvoltage detection circuit in normal operation. FIG. 図4Aはスイッチング指令信号の出力波形を示す図であり、図4Bは異常動作におけるスイッチング制御信号の出力波形を示す図であり、図4Cは異常動作においてスイッチにかかる電圧波形を示す図であり、図4Dは異常動作におけるコンデンサの両端電圧波形を示す図であり、図4Eは異常動作における第2の抵抗の両端電圧波形を示す図であり、図4Fは異常動作における過電圧検出回路の出力信号波形を示す図である。4A is a diagram illustrating an output waveform of a switching command signal, FIG. 4B is a diagram illustrating an output waveform of a switching control signal in an abnormal operation, and FIG. 4C is a diagram illustrating a voltage waveform applied to a switch in the abnormal operation. 4D is a diagram showing a voltage waveform across the capacitor in an abnormal operation, FIG. 4E is a diagram showing a voltage waveform across the second resistor in the abnormal operation, and FIG. 4F is an output signal waveform of the overvoltage detection circuit in the abnormal operation. FIG. 変形例に係る高電圧パルス発生回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the high voltage pulse generation circuit which concerns on a modification. 従来例に係る高電圧パルス発生回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the high voltage pulse generation circuit which concerns on a prior art example. 一般的なスナバ回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a general snubber circuit. 電圧クランプ形のスナバ回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a voltage clamp type snubber circuit.

符号の説明Explanation of symbols

10、10a…高電圧パルス発生回路 12…直流電源
14…トランス 16…スイッチ
18…2次巻線 20…負荷
26…ゲート駆動回路 32…1次巻線
34…スナバ回路 36…過電圧検出回路
38…制御回路 42、64…コンデンサ
46…サージアブゾーバ 50…第2の抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10a ... High voltage pulse generation circuit 12 ... DC power supply 14 ... Transformer 16 ... Switch 18 ... Secondary winding 20 ... Load 26 ... Gate drive circuit 32 ... Primary winding 34 ... Snubber circuit 36 ... Overvoltage detection circuit 38 ... Control circuit 42, 64 ... Capacitor 46 ... Surge absorber 50 ... Second resistor

Claims (4)

直流電源の両端に直列接続されたトランス及びスイッチを有し、前記トランスの2次巻線の両端から出力が取り出される高電圧パルス発生回路であって、
前記スイッチの両端に直列に接続されたスナバダイオードとスナバコンデンサと、前記スナバコンデンサに並列に接続されたサージアブゾーバからなる電圧クランプ型のスナバ回路と、
前記スナバコンデンサもしくは前記サージアブゾーバの両端から過電圧を検出する過電圧検出回路と、
前記過電圧の検出に基づいて少なくとも前記スイッチのオン動作を制御する制御回路を備えていることを特徴とする高電圧パルス発生回路。
A high-voltage pulse generation circuit having a transformer and a switch connected in series at both ends of a DC power supply, and outputs output from both ends of a secondary winding of the transformer,
A snubber circuit of a voltage clamp type comprising a snubber diode and a snubber capacitor connected in series to both ends of the switch, and a surge absorber connected in parallel to the snubber capacitor;
An overvoltage detection circuit for detecting an overvoltage from both ends of the snubber capacitor or the surge absorber;
A high voltage pulse generation circuit comprising: a control circuit that controls at least an ON operation of the switch based on detection of the overvoltage.
直流電源の両端に直列接続されたトランス及びスイッチを有し、前記トランスの2次巻線の両端から出力が取り出される高電圧パルス発生回路であって、
前記トランスの両端に直列に接続されたスナバダイオードとスナバコンデンサと、前記スナバコンデンサに並列に接続されたサージアブゾーバからなる電圧クランプ型のスナバ回路と、
前記スナバコンデンサもしくは前記サージアブゾーバの両端から過電圧を検出する過電圧検出回路と、
前記過電圧の検出に基づいて少なくとも前記スイッチのオン動作を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする高電圧パルス発生回路。
A high-voltage pulse generation circuit having a transformer and a switch connected in series at both ends of a DC power supply, and outputs output from both ends of a secondary winding of the transformer,
A voltage clamp type snubber circuit comprising a snubber diode and a snubber capacitor connected in series to both ends of the transformer, and a surge absorber connected in parallel to the snubber capacitor;
An overvoltage detection circuit for detecting an overvoltage from both ends of the snubber capacitor or the surge absorber;
A high-voltage pulse generation circuit comprising: a control circuit that controls at least an ON operation of the switch based on detection of the overvoltage.
請求項1又は2記載の高電圧パルス発生回路において、
前記スイッチを所定のスイッチング周波数でオン/オフ制御するスイッチング制御回路を有する場合に、
前記過電圧検出回路は、前記過電圧の検出に基づいて検出信号を出力し、
前記制御回路は、前記検出信号の入力に基づいて前記スイッチング制御回路の前記スイッチング周波数を低く設定することを特徴とする高電圧パルス発生回路。
In the high voltage pulse generation circuit according to claim 1 or 2,
When having a switching control circuit for on / off control of the switch at a predetermined switching frequency,
The overvoltage detection circuit outputs a detection signal based on the detection of the overvoltage,
The control circuit sets the switching frequency of the switching control circuit to be low based on the input of the detection signal.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の高電圧パルス発生回路において、
前記スイッチは、自己消弧型あるいは転流消弧形のデバイスを有することを特徴とする高電圧パルス発生回路。

In the high voltage pulse generation circuit according to any one of claims 1 to 3,
The switch includes a self-extinguishing type or a commutation-extinguishing type device.

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