JP6772431B2 - 高電圧アナログ回路パルサー及びパルス発生器の放電回路 - Google Patents

Description

＜関連出願の相互参照＞
本願は、「ＨＩＧＨ−ＶＯＬＴＡＧＥ ＡＮＡＬＯＧ ＣＩＲＣＵＩＴ ＰＵＬＳＥＲ ＡＮＤ ＰＵＬＳＥ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＣＩＲＣＵＩＴ」と題する２０１６年１１月９日に出願された米国特許出願第１５／３４７，７２９号の継続出願であり、参照により本明細書に援用される「ＨＩＧＨ−ＶＯＬＴＡＧＥ ＡＮＡＬＯＧ ＣＩＲＣＵＩＴ ＰＵＬＳＥＲ」と題する、２０１６年２月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／３０１，４７７号の利益を主張する。

本願は概して、相対的に低圧トランジスタによって負荷を通して放電されるエネルギー蓄積要素の使用を含む、電気パルスを発生させるための、及び放電を制御するための回路及びシステムを含む電気パルス技術に関する。具体的には、パルス技術は、電気療法のための可変持続時間ナノ秒パルス電場（ｎｓＰＥＦ）を発生させるために使用される。

腫瘍の外科的切除は、感染を生じさせ、傷痕を残す場合がある。さらに、より多くの腫瘍がある場合には、あらゆるがん性腫瘍を識別し、外科医により個別に切除するべきである。これは、患者にとって不快であることは言うまでもなく、多大な時間を要し、かつ高価である場合がある。

患者にとって内部であるがん性腫瘍は、除去し、ましてや検出し、治療することが特に困難である場合がある。多くの患者の生活は、検出される前に相対的に大きい腫瘍を形成していることがあるがんの、自らの体内での発見によってがらりと変わってしまう。

ｎｓＰＥＦと略すことがある「ナノ秒パルス電場」は、例えば０．１ナノ秒（ｎｓ）と１０００ナノ秒の間の、またはそれ以外の場合、当該技術で知られているようなサブマイクロ秒のパルス幅を有する電場を含む。ｎｓＰＥＦは、サブマイクロ秒パルス電場と呼ばれることもある。ｎｓＰＥＦは多くの場合、例えば、１センチメートル当たり１０キロボルト（ｋＶ／ｃｍ）、２０ｋＶ／ｃｍ、５００ｋＶ／ｃｍに及ぶ高ピーク電圧を有する。ｎｓＰＥＦ技術を用いた生体細胞の治療は、多くの場合毎秒０．１（Ｈｚ）から１０，０００Ｈｚに及ぶ周波数で多数の周期パルスを使用する。

ｎｓＰＥＦは、がん性腫瘍でアポトーシスをトリガすることが判明している。係る腫瘍のｎｓＰＥＦを用いた選択的な治療は、その非熱性質のため、周囲の組織の正常な細胞に大幅に影響を及ぼすことなく腫瘍細胞の中でアポトーシスを誘発できる。

生体細胞に印加されるｎｓＰＥＦの例は、（Ｓｃｈｏｅｎｂａｃｈらに対する）米国特許第６，３２６，１７７号に示されて説明され、すべての目的のためにその全体として参照により本明細書に援用される。米国特許出願公開第２００６／０１３９９７７号（Ｏｉｃｌｅｓらによる）は、Ｌ−Ｃ反転トポロジーを利用した偶数のマルクスセルを使用する高電圧パルス発生器を開示している。

腫瘍の治療のためのｎｓＰＥＦの使用は、比較的に新しい分野である。ｎｓＰＥＦパルスは荷電パルス発生器から発生し、人間の被験者のがんの安全かつ効果的な研究及び治療のためにパルス発生器の荷電状態に対するより良い制御を有する装置の必要がある。

概して、ｎｓＰＥＦパルスを発生させるために使用される１つ以上のエネルギー蓄積装置、及びエネルギー蓄積装置を放電するために選択的に使用できる放電回路を組み込むナノ秒パルス電場（ｎｓＰＥＦ）発生器が開示される。例えば、１つ以上のコンデンサは、電荷を蓄積するために使用され、患者または被験者に印加させるｎｓＰＥＦを発生させるために使用されてよい。さらに、ｎｓＰＥＦ発生器は、蓄電コンデンサを選択的に放電するように構成された放電回路も有してよい。

蓄電コンデンサを選択的に放電することは、少なくとも、エネルギー蓄積装置の蓄積されたエネルギーによってもたらされるパルス発生器に対する損傷のリスクを削減するため、ｎｓＰＥＦ発生器のオペレータ、患者、及び被験者に対する危害のリスクを削減するため、ならびにパルス発生器の強化された制御を提供するために有益である場合がある。

本発明の一態様は、パルス発生器の放電回路である。回路は、１つ以上の放電段を含み、各放電段は、複数の制御入力端子を含む。また、回路は、第１の放電端子及び第２の放電端子、ならびに第１の放電端子と第２の放電端子との間で電気的に接続された複数の直列接続スイッチも含み、スイッチのそれぞれの導電状態は、制御信号によって制御される。また、回路は、直列接続スイッチのために制御信号を発生させるように構成された複数の誘電性素子も含み、各誘電性素子は、制御入力端子のうちの１つ以上で１つ以上の入力信号に応えて、直列接続スイッチのうちの１つのために制御信号を発生させるように構成され、直列接続スイッチのそれぞれは、誘電性素子のそれぞれ１つから制御信号を受信するように構成される。

発明の別の態様は、患者にｎｓＰＥＦパルスを送達するように構成された１対の電極、及びマルクス発生器装置を含むナノ秒パルス電場（ｎｓＰＥＦ）発生器システムである。マルクス発生器装置は、電源及び複数のパルス発生器段を含む。各パルス発生器段は、電源によって充電されるように構成され、電極を通して放電されるように構成された容量性素子を含む。また、発生器システムは、段の容量性素子を選択的に放電するように構成された放電回路も含む。

発明の別の態様は、ナノ秒パルス電場（ｎｓＰＥＦ）発生器システムを操作する方法である。方法は、システムの１対の電極を用いて第１のｎｓＰＥＦパルスを患者に送達することであって、第１のｎｓＰＥＦパルスが第１の電圧を有する、送達することと、放電回路を用いて異なる充電電圧にシステムを放電することと、１対の電極を用いて患者に第２のｎｓＰＥＦパルスを送達することを含む。

発明の別の態様は、ナノ秒パルス電場（ｎｓＰＥＦ）発生器システムを操作する方法である。方法は、１つ以上の電源からの電流を用いてシステムを充電電圧に充電することと、ｎｓＰＥＦパルスが患者に送達されると判断することと、システムの１対の電極を用いて患者にｎｓＰＥＦパルスを送達することと、追加のｎｓＰＥＦパルスが患者に送達されないと判断することとを含む。また、方法は、追加のｎｓＰＥＦパルスが患者に送達されないと判断することに応えて、放電回路を用いて異なる充電電圧にシステムを放電することも含む。

実施形態に係るナノ秒パルス発生器装置を示す。 実施形態に係る電圧及び電流の両方のパルスプロファイルを示す。 実施形態に係る７ニードル（ｓｅｖｅｎ−ｎｅｅｄｌｅ）電極の斜視図を示す。 実施形態に係る２極電極の斜視図を示す。 実施形態に係るパルス発生器の電気概略図である。 充電モードの間の図５に示されるパルス発生器を示す概略図である。 充電モードの間の図５に示されるパルス発生器を示す概略図である。 パルス発生器回路のアセンブリの電気概略図である。 図７に示されるパルス発生器回路のうちの１つの電気概略図である。 図８に示されるパルス発生器段のうちの１つの電気概略図である。 図９に示されるスイッチドライバのうちの１つの電気概略図である。 代替スイッチ素子の電気概略図である。 変圧器の動作及びＭＯＳＦＥＴゲートに対する制御電圧を示す波形図である。 図１に示されるパルス発生器の代替電気概略図である。 図１に示されるパルス発生器の代替電気概略図である。 放電回路を有する図７に示されるパルス発生器回路のうちの１つの実施形態の電気概略図である。 放電回路段を有する図１５に示されるパルス発生器段のうちの１つの実施形態の電気概略図である。 図１６のパルス発生器段で使用される放電回路段の実施形態の概略図である。 放電回路を有するパルス発生器回路の実施形態の電気概略図である。 ピーク電源の実施形態の図である。 図１６のパルス発生器段で使用される放電回路段の実施形態の概略図である。 図１６のパルス発生器段で使用される放電回路段の実施形態の概略図である。 図１６のパルス発生器段で使用される放電回路段の実施形態の概略図である。 図１６のパルス発生器段で使用される放電回路段の実施形態の概略図である。 パルス発生器システムを使用する方法を示すフローチャート図である。 パルス発生器システムを使用する方法を示すフローチャート図である。 パルス発生器システムを使用する方法を示すフローチャート図である。

ｎｓＰＥＦ治療は、がん性腫瘍細胞にアポトーシス、つまりプログラムされた細胞死を受けさせるために使用できることが示されている。試験は、腫瘍が治療後、非存在まで小さくなる場合があることを示している。薬物は必要とされない場合がある。また、被験者の免疫系が、ｎｓＰＥＦで治療される腫瘍の中にはない腫瘍の腫瘍細胞を含むすべての同様な腫瘍細胞を攻撃するために刺激され得ることも示されている。

「腫瘍」は、被験者の上もしくは被験者の中のまたはそれ以外の場合、当該技術で既知の、任意の新生物または組織の異常な望まれない成長を含む。腫瘍は、異常な成長を示す１つ以上の細胞の集合体を含む場合がある。多くの種類の腫瘍がある。悪性腫瘍はがん性であり、悪性になる前の腫瘍は前がん状態であり、良性腫瘍は非がん性である。腫瘍の例は、良性前立腺過形成（ＢＰＨ）、子宮筋腫、脾臓癌、肝臓癌、腎臓癌、結腸癌、前基底細胞癌、及びバレット食道と関連付けられた組織を含む。

「疾病」は、がん性、前がん状態、及び良性である組織を含む、組織の異常な制御できない成長と関連付けられる被験者の中または被験者の上の任意の異常な状態、または当該技術で既知の他の疾病を含む。

腫瘍または細胞の「アポトーシス」は、順序正しくプログラムされた細胞死を含む、またはそれ以外に当該技術で既知である通りである。

腫瘍または細胞の「免疫原性アポトーシス」は、免疫系反応が後に続く、またはそれ以外に当該技術で既知である通りであるプログラムされた細胞死を含む。免疫系反応は、アポトーシスを起こした細胞がその表面でカルレティキュリンまたは別の抗原を示すときに関与していると考えられ、これは、樹枝状細胞を刺激して、標的細胞を巻き込む、標的細胞を破壊する、またはそれ以外の場合標的細胞の食作用を行わせ、標的腫瘍または標的細胞に対する特定のＴ細胞反応の結果的な活性化につながる。

ｎｓＰＥＦのための１０ナノ秒と９００ナノ秒の間のパルス長は、免疫反応を刺激する上で効果的となるために特に研究されてきた。約１００ナノ秒のパルス長は、それらが低パルス数で効果的となるために十分なエネルギーを運ぶには十分に長いが、所望される方法で効果的となるために十分に短いという点で特に興味深い。

「約」特定数のナノ秒の時間は、±１％、２％、３％、４％、５％、７．５％、１０％、１５％、２０％、２５％、もしくは他のパーセンテージの公差、または±０．１、±０．２、±０．３、±０．４、±０．５、±０．７、±１．０、±２．０、±３．０、±４．０、±５．０、±７．０、±１０、±１５、±２０、±２５、±３０、±４０、±５０、±７５ｎｓ等の固定公差、または期間の有効性に準拠する当該技術で許容される等の他の公差の範囲内の時間を含む。

免疫系のバイオマーカは、免疫反応が患者の中でトリガされたことを確認するためにｎｓＰＥＦ治療の前及び／または後に測定できる。さらに、ｎｓＰＥＦ治療は、がんを攻撃するためのＣＤ８＋Ｔ細胞（つまり、細胞傷害性Ｔ細胞）をよりうまく訓練するためにＣＤ４７−遮断抗体治療と組み合わせることができる。

図１は、実施形態に係るナノ秒パルス発生器システムを示す。ｎｓＰＥＦシステム１００は、電極１０２、フットスイッチ１０３、及びインタフェース１０４を含む。フットスイッチ１０３は、コネクタ１０６を通してハウジング１０５、及びハウジングの中の電子部品に接続されている。電極１０２は、高電圧コネクタ１１２を介してハウジング１０５及びハウジング１０５の中の電子部品に接続されている。また、ｎｓＰＥＦシステム１００は、ハンドル１１０及び貯蔵引出し１０８も含む。図１の詳細Ａ部分に示すように、ｎｓＰＥＦシステム１００は、ホルスタ電極１０２をそのハンドル部分１１４で保持するように構成されるホルスタ１１６も含む。

人間のオペレータは、例えばパルスの数、振幅、パルス持続時間、及び周波数の情報を、テンキーまたはインタフェース１０４のタッチスクリーンに入力する。いくつかの実施形態では、パルス幅は変えることができる。マイクロコントローラは、ｎｓＰＥＦシステム１００の中のパルス制御要素に信号を送信する。いくつかの実施形態では、光ファイバケーブルは、ｎｓＰＥＦ発生システム１００、高電圧回路を有する金属キャビネットの内容物を外部から電気的に絶縁しながらも制御信号伝達を可能にする。システムをさらに絶縁するために、システム１００は、壁のコンセントからの代わりに電池式であってよい。

図２は、実施形態に係る電圧及び電流の両方のパルスプロファイルを示す。第１のパルス及び第２のパルスのために図の上部に電圧、下部に電流があるｎｓＰＥＦシステム１００からの出力。第１のパルスは、約１５ｋＶの振幅、約５０Ａの電流、及び約１５ｎｓの持続時間を有する。第２のパルスは、約１５ｋＶの振幅、約５０Ａの電流、及び約３０ｎｓの持続時間を有する。係るパルスが、プレート間に４ｍｍを有する吸引電極に送達されると、パルス発生器は、約５０Ａ及び３７．５ｋＶ／ｃｍのパルスを送達しただろう。電圧を所与として、電流は電極のタイプ及び組織抵抗に大いに依存する。

図２は、特定の例を示しているが、他のパルスプロファイルも生成されてよい。例えば、いくつかの実施形態では、パルスの立ち上がり時間及び／または立ち下がり時間は、２０ｎｓ、約２０ｎｓ、約２５ｎｓ、約３０ｎｓ、約４０ｎｓ、約５０ｎｓ、約６０ｎｓ、約７５ｎｓ未満であってよい、または７５ｎｓを超えてよい。いくつかの実施形態では、パルス電圧は、５ｋＶ、約５ｋＶ、約１０ｋＶ、約１５ｋＶ、約２０ｋＶ、約２５ｋＶ、約３０ｋＶ未満であってよい、または３０ｋＶを超えてよい。いくつかの実施形態では、電流は１０Ａ、約１０Ａ、約２５Ａ、約４０Ａ、約５０Ａ、約６０Ａ、約７５Ａ、約１００Ａ、約１２５Ａ、約１５０Ａ、約１７５Ａ、約２００Ａ未満であってよい、または２００Ａを超えてよい。いくつかの実施形態では、パルス持続時間は、１０ｎｓ、約１０ｎｓ、約１５ｎｓ、約２０ｎｓ、約２５ｎｓ、約３０ｎｓ、約４０ｎｓ、約５０ｎｓ、約６０ｎｓ、約７５ｎｓ、約１００ｎｓ、約１２５ｎｓ、約１５０ｎｓ、約１７５ｎｓ、約２００ｎｓ、約３００ｎｓ、約４００ｎｓ、約５００ｎｓ、約７５０ｎｓ、約１μｓ、約２μｓ、約３μｓ、約４μｓ、約５μｓ未満であってよい、または５μｓを超えてよい。

図３は、実施形態に係る７ニードル電極の斜視図を示す。電極３００では、シース３０１は、７つの鋭い電極３０２を取り囲み、末端部に広い開口部がある。開口端部が腫瘍に当てられると、結果として生じるチャンバから、空気が真空穴３０４を通って排出されて、腫瘍全体または腫瘍の一部分をチャンバの中に引き込む。腫瘍は、電極の１つ以上が好ましくは腫瘍を貫通するように引き寄せられる。電極の鋭い端部は、腫瘍に穴を開けるように構成される。中心電極は１つの極性であってよく、外側の６つの電極は反対の極性であってよい。ナノパルス電場は、次いでｎｓＰＥＦシステム１００（図１を参照）を使用し、腫瘍に正確に印加できる。

電極は並べられる場合があり、電極の各正極及び負極の対の一方は腫瘍の一方の側にあり、対の他方の電極は腫瘍の対向する側にある。例えば、針電極が腫瘍の一部分に穴を開ける場合等、腫瘍の相対する側面は、腫瘍の外側または腫瘍の中の領域を含む場合がある。

図４は、本実施形態に係る２極吸引電極を示す。電極装置４００では、シース４０１は、チャンバの対向する側面で２つの広い電極４０２を取り囲む。真空穴４０４を通って空気が排出され、腫瘍がチャンバの中に引っ張られると、相対する電極は腫瘍にｎｓＰＥＦパルスを印加する。

使用される電極の性質は、おもに腫瘍の形状に依存する。また、その物理的な大きさ及び固さは、特定の電極の種類の選択で考慮に入れられる場合がある。

（Ｎｕｃｃｉｔｅｌｌｉらに対する）米国特許第８，６８８，２２７Ｂ２号は、治療的電気療法のための他の吸引電極を基にした医療機器及びシステムを開示し、米国特許第８，６８８，２２７Ｂ２号は参照により本明細書に援用される。

被験者に複数の腫瘍がある場合、外科医は、腫瘍の電極との適合性に基づいて治療するために単一の腫瘍を選択することができる。例えば、胃壁に隣接する腫瘍は、脊椎または脳に隣接する腫瘍よりも容易に近づきやすい場合がある。ｎｓＰＥＦパルスは好ましくは、影響を及ぼされる非腫瘍細胞の集団を最小限に抑えつつ、電場が可能な限り多くの腫瘍塊を通過するように印加されるため、腫瘍の２つの対向する「極」への明確な経路も選択基準であってよい。

被験者の皮膚上またはまさに真下の腫瘍の場合、針電極は経皮的に使用できる。被験者の中のより深い位置の場合、格納式電極が、胃カメラ、気管支鏡、結腸鏡、または他の内視鏡もしくは腹腔鏡の中に収まる場合がある。例えば、患者の結腸内の腫瘍にアクセスし、結腸鏡の中の電極を使用し、治療することができる。体の中の腫瘍の場合、電極は、観血手術、腹腔鏡手術において、または他の低侵襲手術法によって使用できる。

患者の食道内膜組織の部分が損傷を受けているバレット食道は、インフレータブルバルーンに設置された電極を使用し、治療できる。

ナノ秒パルス発生器の実施形態は、単一ナノ秒から単一マイクロ秒の範囲で電気パルスを発生させる。パルスは、例えば容量性エネルギーリザーバまたは誘導エネルギーリザーバ内に蓄えられるエネルギーの、概してエネルギーリザーバの充電時間よりもはるかに短い期間の負荷への急速な放出によって作り出される。

従来の容量タイプのパルス発生器は、一定のパルス持続時間及びインピーダンスを提供するパルス形成ネットワークを含む。負荷の抵抗の予備知識により、負荷に一致するインピーダンスを有するパルス形成ネットワークを使用できる。しかし、より幅広い応用例のために、特に負荷抵抗が未知であるときは、インピーダンス整合の柔軟性及びパルス持続時間の変動のあるパルス発生器を有することが望ましい。係る柔軟性は、制御可能スイッチでコンデンサを切り替えることによって実施できる。この場合、コンデンサは、「電圧源」と見なすことができ、種々の負荷抵抗に適応できる。切り替えられたパルス振幅は、次いでコンデンサの電圧と同じ電圧を有する場合がある。パルス幅は、スイッチ「オン」時間により相応して決定される。

ナノ秒パルス発生器におけるスイッチの選択は、関与する高電圧、高電流、及び高速切り替え時間のため、制限される。

通常パルスパワー技術で使用される火花間隙スイッチは、高電圧を切り替え、高電流を伝導することができる。しかし、火花間隙スイッチは、オンにすることしかできず、伝導の中ほどで電流を停止することは不可能である。火花間隙に加えて、磁気スイッチ、真空スイッチ（例えば、サイラトロン）、及び特定の高電圧半導体スイッチ等の他のタイプの高電圧、高パワースイッチが利用できる。

磁気スイッチは、磁心の飽和に依存し、回路内で高インピーダンスから低インピーダンスに変化する。磁気スイッチは、特定の電流閾値を超えてオンにすることができるが、すべての電流が負荷によって使い果たされるまでオフにできない。

真空スイッチは、高電圧及び高補充速度の動作にとって優れたオプションであるが、磁気スイッチと同様に、真空スイッチもオンにするしかできず、所定の時間でオフにすることはできない。

いくつかのタイプの高電圧半導体スイッチも、検討され得る。サイリスタ及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）は、いくつかの実施形態で使用され得る。しかしながら、サイリスタ及びＩＧＢＴのターンオン時間は、その有用性を制限する。

金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）は、従来のパルス発生器アーキテクチャで使用されて、本明細書に説明する応用例に必要な電圧及び電流を生じさせるには不十分な最大ドレインソース間電圧定格（例えば、＜１ｋＶ）及び不十分な最大ドレインソース間電流定格（例えば、＜５０Ａ）を有する。ＭＯＳＦＥＴが使用されると、高振幅出力電圧を発生させるために多数の段が必要となるだろう。しかしながら、多数の段を有する従来のマルクス発生器アーキテクチャでは、マルクス発生器は、きわめて減衰されたモードの代わりに、非減衰モードに入り、オーバーシュートの損失を生じさせる。結果として、全体的な電圧効率は減少する。例えば、マルクス発生器の電圧効率は、５段で８０％であるが、２０段で５０％まで減少する場合がある。

さらに段の数が増加するにつれ、マルクス発生器のインピーダンスも増加する。これは、負荷に送達可能な総エネルギーを削減する。これは特に、低インピーダンス負荷及び長いパルスを駆動するためには好ましくない。

さらに、充電抵抗器での充電損失も、段数の増加に伴い増加する。結果として、係るマルクス発生器は、高繰り返し率の動作には適していない。

したがって、高電圧パルスを発生させるためには、単に段数を増加させることは、低効率、高インピーダンス等を含む一連の問題を引き起こす。段数と実際の出力電圧との間にはトレードオフがあるため、従来のマルクス発生器を使用することは、本明細書に説明する応用例にとって十分である高電圧パルスを発生させることはできない。

本開示のいくつかの実施形態は、調節可能な高電圧ナノ秒パルス発生器を含む。スイッチは、例えば、１ｋＶの電圧及び最大３０Ａまでの電流について定格されてよいパワーＭＯＳＦＥＴであってよい。いくつかの実施形態では、スイッチは、１ｋＶの電圧及び最大連続９０Ａまでの電流及び２００Ａを超えるピークについて定格されたＭＯＳＦＥＴに電力を供給する。電圧は、マルクススイッチスタックハイブリッド回路によってスケールアップされる。各マルクス発生器段では、ＭＯＳＦＥＴの特に構成されたスタックが使用される。結果として、段ごとの充電電圧は単一スイッチの場合の定格最大値よりも大きい。

構成の技術的な優位点は、全体的な出力電圧が、ほんの数段（例えば、≦５）で増加できる点である。結果として、多数の段を有するマルクス発生器での上述の問題は回避され、高効率、低インピーダンス、及びパルス持続時間の大きい可変性を達成できる。

また、係るアーキテクチャは、各段にただ１つのトリガ回路しか必要とされない場合があるので、はるかに容易な制御を可能にする。１つの追加の利点は、パルス発生器は低インピーダンスを有するため、高電流及び延長されたパルス持続時間を有する種々の負荷を駆動できるという点である。電流のスケールアップは、複数のマルクススイッチスタック回路を並列で結合することによって実施される。パルス持続時間は、スイッチスタックのスイッチの開閉によって制御される。

図５は、図１のｎｓＰＥＦ１００の内部で使用されてよいパルス発生器回路５００を示す。パルス発生器回路５００は、３つのスイッチスタックによって切り替えられるマルクス発生器を含むパネルを示す。ｎｓＰＥＦシステムは、単一のパルス発生器回路パネルを有する場合がある。いくつかの実施形態では、ｎｓＰＥＦシステムは並行して複数のパネルを含む。

回路５００は３つの段−５１０、５２０、及び５３０を含む。いくつかの実施形態では、別の段数が使用される。例えば、いくつかの実施形態では、２段、４段、５段、６段、７段、８段、９段、または１０段が使用される。段５１０は、抵抗器５１２及び５１４、コンデンサ５１５、ならびにスイッチスタック５１６を含む。同様に、段５２０は、抵抗器５２２及び５２４、コンデンサ５２５、ならびにスイッチスタック５２６を含み、段５３０は、抵抗器５３２及び５３４、コンデンサ５３５、ならびにスイッチスタック５３６を含む。これらの要素のそれぞれは、段５１０の対応する要素に類似する構造及び機能性を有する。

段５１０は、第１の及び第２の入力電圧入力端子５１１及び５１３、ならびに第１の及び第２の電圧出力端子５１７及び５１８を有する。段５２０は、第１の及び第２の入力電圧入力端子５２１及び５２３、ならびに第１の及び第２の電圧出力端子５２７及び５２８を有する。段５３０は、第１の及び第２の入力電圧入力端子５３１及び５３３、ならびに第１の及び第２の電圧出力端子５３７及び５３８を有する。

段５１０の第１の及び第２の電圧入力端子５１１及び５１３は、それぞれ第１の及び第２の電源入力端子Ｖ１及びＶ２に接続される。段５１０の第１の及び第２の電圧出力端子５１７及び５１８は、それぞれ段５２０の第１の及び第２の電圧入力端子５２１及び５２３に接続される。段５２０の第１の及び第２の電圧出力端子５２７及び５２８は、それぞれ段５３０の第１の及び第２の電圧入力端子５３１及び５３３に接続される。段５３０の第２の電圧出力端子５３８及び段５１０の第２の電圧入力端子５１３は、それぞれ第１の及び第２の電力出力端子ＶＯ１及びＶＯ２に接続される。

パルス発生器回路５００は、充電モードで及び放電モードで動作する。図６Ａに関して以下により詳細に説明する充電モード中、コンデンサ５１５、５２５、及び５３５は、第１の及び第２の電源入力端子Ｖ１及びＶ２から受け取られる電流によって充電電圧に充電される。図６Ｂに関して以下により詳細に説明する放電モード中、コンデンサ５１５、５２５、及び５３５は、第１の電力出力端子ＶＯ１及びＶＯ２を横切って接続された負荷（不図示）に電流を提供するために放電される。

図６Ａは、充電中のパルス発生器回路５００を示す。第１の及び第２の入力電圧は、第１の及び第２の電源入力端子Ｖ１及びＶ２にそれぞれ印加される。一方、スイッチスタック５１６、５２６、及び５３６のそれぞれは非導電性であるまたは開いており、一方第１の及び第２の電力出力端子は、負荷（不図示）から切断されてよい。スイッチスタック５１６、５２６、及び５３６のそれぞれは開いているため、実質的には電流はそこを通らず、それらは図６Ａで開回路として表される。充電モード中、コンデンサ５１５、５２５、及び５３５のそれぞれは、抵抗器５１２、５２２、５３２、５３４、５２４、及び５１４を通って第１の入力電圧と第２の入力電圧の差異に等しい電圧までまたは電圧に向けて流れる電流によって充電電圧に充電される。

スイッチスタック５１６、５２６、及び５３６のスイッチのそれぞれは、超えるべきでなない絶縁破壊電圧を有する。しかしながら、スイッチは直列で接続されるため、コンデンサ５１５、５２５、及び５３５は、個々のスイッチの絶縁破壊電圧よりも大幅に大きい電圧に充電されてよい。例えば、スイッチの絶縁破壊電圧は１ｋＶであってよく、コンデンサ５１５、５２５、及び５３５は、各スイッチスタックで５つ以上のスイッチが使用されるとき、５ｋＶの電圧に充電されてよい。

例えば、第１の及び第２の入力電圧は、それぞれ５ｋＶ及び０Ｖであってよい。係る例では、コンデンサ５１５、５２５、及び５３５のそれぞれは、５ｋＶに等しい電圧までまたは電圧に向けて充電される。いくつかの実施形態では、第１の入力電圧と第２の入力電圧の差異は、１０ｋＶ未満に制限される。

図６Ｂは、放電モード中のパルス発生器回路５００を示す。第１の電源入力端子Ｖ１は、第１の入力電圧から切断されてよい。いくつかの実施形態では、第１の電源入力端子Ｖ１は、第１の入力電圧に接続されたままである。第２の電源入力端子Ｖ２は、第２の入力電圧に接続されたままである。さらに、スイッチスタック５１６、５２６、及び５３６のそれぞれは、導電性であるまたは閉じられている。スイッチスタック５１６、５２６、及び５３６のそれぞれが閉じられているため、電流はそこを通って流れ、それらは図６Ｂで導線として表される。結果として、電源入力端子Ｖ２から電力出力端子ＶＯ１への低インピーダンス電気経路が、スイッチスタック５１６、コンデンサ５１５、スイッチスタック５２６、コンデンサ５２５、スイッチスタック５３６、及びコンデンサ５３５によって形成される。その結果として、電力出力端子ＶＯ１及びＶＯ２での電圧間の差異は、段の数（この例では３）に第１の入力電圧と第２の入力電圧の差異をかけたものに等しい。

第１の入力電圧及び第２の入力電圧がそれぞれ５ＫＶ及び０Ｖである場合、１５ｋＶの電圧差が、電力出力端子ＶＯ１及びＶＯ２全体で生じる。

図７は、図１のｎｓＰＥＦシステム１００の内部で使用されてよい代替のパルス発生器回路７００を示す。このパルス発生器は、並列のパネルを含む。パネルの数は、システムが異なる量の電流及び電力を発生させることを可能にするために調整できる。

パルス発生器回路７００は、入力ポートＶｉｎ全体で入力パルスを受け取り、受け取った入力パルスに応えて出力ポートＶｏｕｔを全体で出力パルスを発生させる。

パルス発生器回路７００は、複数のパネルまたはパルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０を含む。また、パルス発生器回路７００は、ドライバ７５０も含む。本実施形態では、４つのパルス発生回路が使用される。代替実施形態では、より少ないまたはより多いパルス発生器回路が使用される。例えば、いくつかの実施形態では、２つの、３つの、５つの、６つの、７つの、８つの、９つの、１０の、または別の数のパルス発生器回路が使用される。

パルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０のそれぞれは、本明細書に説明する他のパルス発生器回路に類似する特性を有してよい。例えば、各パルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０は、図５、図６Ａ、及び図６Ｂに関して上述したパルス発生器回路５００に類似する特性を有してよい。

パルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０のそれぞれは、正の及び負のＤＣ入力端子、正の及び負の制御入力端子、ならびに正の及び負の出力端子を有し、正の及び負の制御入力端子全体で印加される駆動信号パルスに応えて正の及び負の出力端子全体で出力電圧パルスを発生させるように構成される。また、出力電圧パルスは、正の及び負のＤＣ電源入力端子全体で受け取られた電圧に基づいている。

駆動信号パルスは、増幅器回路７５１、コンデンサ７５２、及び変圧器７５３を含むドライバ７５０によって導体７５６及び７５８全体で発生する。いくつかの実施形態では、ドライバ７５０は、クランプ回路７５４も含む。

ドライバ７５０は、入力ポートＶｉｎで入力信号パルスを受け取り、入力信号パルスに応えて導体７５６及び７５８全体で駆動信号パルスを発生させる。増幅器回路７５１は、入力信号パルスを受け取り、低周波信号及びＤＣ信号を遮るコンデンサ７５２を通して変圧器７５３を駆動する。増幅器回路７５１によって駆動されるのに応えて、変圧器７５３は、導体７５６及び７５８全体で出力電圧パルスを発生させ、これにより出力電圧パルスの持続時間は、入力ポートＶｉｎでの入力信号パルスの持続時間に等しいまたは実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）。

いくつかの実施形態では、クランプ回路７５４は、それ以外の場合共鳴によって引き起こされる場合がある電位信号を少なくとも減衰するために含まれる。クランプ回路７５４は、任意の電流反転のために短絡経路を提供する並列ダイオードを含み、クランプ回路７５４に接続された構成要素全体で最大電圧をクランプする。

いくつかの実施形態では、変圧器７５３は１：１の巻数比を有する。代替実施形態では、異なる巻数比が使用される。

パルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０は、正の及び負の制御入力端子全体でドライバ７５０から電圧パルスを受け取り、ドライバ７５０から受け取った電圧パルスに応えて正の及び負の出力端子全体で対応する電圧パルスを発生させる。正の及び負の出力端子全体で発生した電圧パルスは、ドライバ７５０から受け取った電圧パルスの持続時間に等しいまたは実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）持続時間を有する。

本実施形態では、パルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０の負の出力端子は、パルス発生器回路７００の出力ポートＶｏｕｔの負のＶｏｕｔ端子に直接的に接続される。さらに、本実施形態では、パルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０の正の出力端子は、それぞれダイオード７１５、７２５、７３５、及び７４５を通してパルス発生器回路７００の出力ポートＶｏｕｔの正のＶｏｕｔ端子に接続される。ダイオード７１５、７２５、７３５、及び７４５は、互いからパルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０を切り離す。結果として、それ以外の場合発生するだろう干渉及び関連付けられたパルス外乱は大幅に排除される。例えば、ダイオード７１５、７２５、７３５、及び７４５は、切り替えが完全に同期していない場合、パルス発生回路７１０、７２０、７３０、及び７４０の１つからパルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０の別の回路への電流を妨げる。また、ダイオード７１５、７２５、７３５、及び７４５は、パルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０が充電中、パルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０から流れる電流を妨げる。

本実施形態では、ダイオード７１５、７２５、７３５、及び７４５は、それぞれ単一のダイオードを含む。代替の実施形態では、ダイオード７１５、７２５、７３５、及び７４５はそれぞれ、直列で接続されたダイオードの少なくとも電圧定格に基づいて直接に接続された複数のダイオードを含む。

本実施形態では、ダイオード７１５、７２５，７３５、及び７４５は、本実施形態でのパルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０が、負のパルスを発生させるように構成されているので、出力ポートＶｏｕｔの正の端子からパルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０に向かって電流を伝導するように接続される。パルス発生器回路が正のパルスを発生させるように構成される代替実施形態では、ダイオードは、パルス発生回路から出力ポートの正の端子に電流を伝導するように同様に接続される。

図８は、図７のパルス発生器回路１０００のパルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０のために使用されてよいパルス発生器回路８００を示す。

パルス発生器回路８００は、入力ポートＶｉｎ全体で入力パルスを受け取り、受け取った入力パルスに応えて出力ポートＶｏｕｔ全体で出力パルスを発生させる。

パルス発生器回路８００は、複数のパルス発生器段８１０、８２０、及び８３０を含む。本実施形態では、パルス発生器回路７００は、ドライバ８５０、及び任意選択の共通モードチョーク８１５、８２５、及び８３５も含む。

パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のそれぞれは、本明細書に説明する他のパルス発生器段に類似する特性を有してよい。例えば、各パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０は、図５、図６Ａ、及び図６Ｂに関して上述したパルス発生器回路５００の段５１０、５２０、及び５３０に類似する特性を有してよい。いくつかの実施形態では、より少ないまたはより多いパルス発生器段が使用されてよい。

パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のそれぞれは、正の及び負のトリガ入力端子、正の及び負の電力ＤＣ入力端子、ならびに正の及び負のＶｏ出力端子を有し、正の及び負のトリガ入力端子全体で印加された駆動信号パルスに応えて、正の及び負のＶｏ出力端子全体で出力電圧パルスを発生させるように構成される。また、出力電圧パルスは、それぞれ正の及び負の電力ＤＣ入力端子で受け取られる電圧Ｖ１及びＶ２にも基づいている。

本実施形態では、パルス発生器段８３０の負のＶｉ入力端子は、パルス発生器回路８００の出力ポートＶｏｕｔの負の端末と接続される。さらに、本実施形態では、パルス発生器段８１０の負のＶｏ出力端子は、パルス発生器回路８００の出力ポートＶｏｕｔの正の端子と接続される。

さらに、示されるように、パルス発生器８３０の正のＶｏ出力端子は、パルス発生器８２０の正のＶｉ入力端子と接続され、パルス発生器８３０の負のＶｏ出力端子はパルス発生器８２０の負のＶｉ入力端子と接続される。さらに、パルス発生器８２０の正のＶｏ出力端子は、パルス発生器８１０の正のＶｉ入力端子と接続され、パルス発生器８２０の負のＶｏ出力端子は、パルス発生器８１０の負のＶｉ入力端子と接続される。

パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のための駆動信号パルスは、増幅器回路８５１、コンデンサ８５２、及び変圧器８５３を含むドライバ８５０によって導体８５６及び８５８全体で発生させられる。いくつかの実施形態では、ドライバ８５０は、クランプ回路８５４も含む。

ドライバ８５０は、図７に上述したように、導体７５６及び７５８に接続される入力ポートＶｉｎで入力信号パルスを受け取る。ドライバ８５０は、入力信号パルスに応えて導体８５６及び８５８全体で駆動信号パルスを発生させる。増幅器回路８５１は入力信号パルスを受け取り、低周波信号及びＤＣ信号を削減するまたは遮るコンデンサ８５２を通して変圧器８５３を駆動する。増幅器回路８５１によって駆動されることに応えて、変圧器８５３は導体７５６及び７５８全体で出力電圧パルスを発生させ、これにより出力電圧パルスの持続時間は、入力ポートＶｉｎでの入力信号パルスの持続時間に等しいまたは実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）。

いくつかの実施形態では、クランプ回路８５４は、それ以外の場合共鳴によって引き起こされる場合がある電位信号を少なくとも減衰するために含まれる。クランプ回路８５４は、任意の電流反転のために短絡経路を提供する並列ダイオードを含み、クランプ回路８５４に接続された構成要素全体で最大電圧をクランプする。

いくつかの実施形態では、変圧器８５３は１：１の巻数比を有する。代替実施形態では、異なる巻数比が使用される。

パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のそれぞれは、例えば高周波信号が、高電圧パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０から結合するのを遮る対応するチョーク８１５、８２５、または８３５を通してドライバ８５０から電圧パルスを受け取る。電圧パルスは、正の及び負のトリガ入力端子で受け取られ、パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０はそれぞれ、ドライバ８５０から受け取った電圧パルスに応えて、正の及び負のＶｏ出力端子全体で対応する電圧パルスを発生させる。正の及び負のＶｏ出力端子全体で発生する電圧パルスは、ドライバ８５０から受け取った電圧パルスの持続時間に等しいまたは実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）持続時間を有する。

図９は、図８に示すパルス発生器回路８００のパルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のうちの１つとして使用されてよいパルス発生器段９００を示す。

パルス発生器段９００は、入力ポートトリガ入力全体でトリガパルスを受け取り、受け取ったトリガパルスに応えて出力ポートＶｏｕｔで出力電圧を発生させる。また、出力電圧は、電力入力端子Ｖ１及びＶ２で受け取った電圧に基づいて発生する。パルス発生器段９００は、複数のスイッチドライバ９５０を含む。また、パルス発生器段９００は、スイッチスタック９１０、コンデンサ９２０、ならびに抵抗器９３０及び９４０も含む。

スイッチドライバ９５０は、以下にさらに詳細に説明するように、トリガパルスを受け取り、受け取ったトリガパルスに応えてスイッチスタック９１０のスイッチのために制御信号を発生させるように構成される。制御信号のそれぞれは、駆動されているスイッチに特有の電圧に参照される。したがって、第１のスイッチは、第１の電圧と第２の電圧の間の制御信号パルスを受け取り、第２のスイッチは、第３の電圧と第４の電圧の間の制御信号パルスを受け取り、第１の、第２の、第３の、及び第４の電圧のそれぞれは異なる。いくつかの実施形態では、第１の電圧と第２の電圧の差異は、第３の電圧と第４の電圧の差異と実質的に同じである。

スイッチスタック９１０、コンデンサ９２０、ならびに抵抗器９３０及び９４０は、図８に関して上述したパルス発生器回路８００の他のパルス発生器段の対応する要素と協調して機能して、パルス発生器回路８００の正の及び負のＶｏ出力端子全体で電圧パルスを発生させる。これらの要素は、例えば、図５、図６Ａ、及び図６Ｂに示すパルス発生器回路５００に関して上述した対応する要素として例えば協調して機能してよい。例えば、これらの要素は、電力入力端子Ｖ１及びＶ２に印加された電圧に、及びスイッチスタック９１０のスイッチに印加された制御信号に応えてパルス発生器回路８００の正の及び負のＶｏ出力端子全体で電圧パルスを発生させるために協調してよい。

制御信号は、駆動の複数の段を通して図７に示すパルス発生器回路７００の入力ポートＶｉｎ全体で受け取られた入力パルスに応えて発生するため、制御信号は、パルス発生器回路７００のスイッチスタックのスイッチのすべてを、実質的に同時にオンにし、オフにする。例えば、パルス発生器回路７００の入力ポートＶｉｎで受け取られる、例えば１００ｎｓの持続時間を有する１５Ｖの入力パルスは、パルス発生器回路７００に、約１００ｎｓの持続時間を有する高電圧（例えば、約１５ｋＶ）出力パルスを発生させてよい。同様に、例えばパルス発生器回路７００の入力ポートＶｉｎで受け取られた、５μｓの持続時間を有する１５Ｖの入力パルスは、パルス発生器回路７００に、約５μｓの持続時間を有する高電圧（例えば、約１５ｋＶ）出力パルスを発生させてよい。したがって、高電圧出力パルスの持続時間は、入力パルスの選択された持続時間と実質的に同じである。

図１０は、図９に示すスイッチドライバのうちの１つとして使用されてよいスイッチドライバ１０００を示す。

スイッチドライバ１０００は、入力ポートＶｉｎ全体でトリガパルスを受け取り、受け取ったトリガパルスに応えて出力ポートＶｏｕｔで制御信号パルスを発生させる。スイッチドライバ１０００は、増幅器回路１０１０、コンデンサ１０２０、及び変圧器１０３０を含む。いくつかの実施形態では、スイッチドライバ１０００は、クランプ回路１０７０も含む。

増幅器回路１０１０はトリガパルスを受け取り、低周波信号及びＤＣ信号を削減するまたは遮るコンデンサ１０２０を通して変圧器１０３０を駆動する。増幅器回路１０１０によって駆動されることに応えて、変圧器１０３０は出力ポートＶｏｕｔで制御信号パルスを発生させ、これにより制御信号パルスの持続時間は、入力ポートＶｉｎでのトリガパルスの持続時間に等しいまたは実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）。

いくつかの実施形態では、増幅器回路１０１０は、複数の増幅器集積回路を含む。例えば、電流駆動機能の増加のために、複数の増幅器集積回路は並列で接続されて、増幅器回路１０１０を形成してよい。例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、または別の数の増幅器集積回路が使用されてよい。

いくつかの実施形態では、クランプ回路１０７０は、それ以外の場合共鳴によって引き起こされる場合がある電位信号を少なくとも減衰するために含まれる。クランプ回路１０７０は、任意の電流反転のために短絡回路を提供する並列ダイオードを含み、また、クランプ回路１０７０に接続された構成要素全体で最大電圧をクランプする。

いくつかの実施形態では、ドライバ７５０、８５０、及び１０００は、マルクス発生器用の電源から隔離されるＤＣ−ＤＣ電力モジュールから電力を受け取る。これは、接地結合の遮断を保証する。

いくつかの実施形態では、変圧器１０３０は、１：１の巻数比を有する。代替の実施形態では、異なる巻数比が使用される。

いくつかの実施形態では、非常に高速の切り替えを達成するために、変圧器１０３０は、一次巻線で５巻き未満、及び二次巻線で５巻き未満を有する。例えば、いくつかの実施形態では、変圧器１０３０は、一次巻線及び二次巻線のそれぞれで１巻き、２巻き、３巻き、または４巻きを有する。いくつかの実施形態では、変圧器１０３０は、例えば、一次巻線及び二次巻線での１／２巻き等、完全な１回転未満を有する。一次巻線及び二次巻線のそれぞれでの低い巻数は、低インダクタンスループを可能にし、二次巻線での現在の立ち上がり時間を増加させ、これはＭＯＳＦＥＴスイッチの入力容量を充電する。

従来の応用例でＭＯＳＦＥＴをトリガするための変圧器は、電流伝達効率を保証するために高結合、高透磁率、及び低損失コアを必要とする。パルスごとに、変圧器が高周波数で操作されるときに飽和を回避するために、コアの残留磁束をクリアする必要がある。従来、コアエネルギーを消散するために、第３の巻線を含むリセット回路が使用される。

いくつかの実施形態では、高周波信号を制限し、そのエネルギーを熱として消散するために電磁干渉（ＥＭＩ）チョークとして通常使用される変圧器等の損失の多い変圧器が、スイッチをトリガするために使用される。例えば、変圧器は、１００Ｖμｓ未満の電圧時間定数を有してよい。いくつかの実施形態では、変圧器は、５０Ｖμｓ、３０Ｖμｓ、２０Ｖμｓ、１０Ｖμｓ、または５Ｖμｓ未満の電圧時間定数を有する。損失の多い変圧器の使用は、パワーエレクトロニクスにおける共通の慣行に反している。

高周波数磁束は、コアの損失（うず損失、ヒステリシス損失、及び抵抗損失）のために減衰されるが、損失の多い変圧器は、それでも磁束の十分な制限を可能にし、十分な結合を提供する。さらに、磁束は、また、取り除かれている一次巻線での信号に応えて迅速に減少する。磁束減衰のプロセスは、通常、約数マイクロ秒かかる。

係る変圧器を有することは、従来不利に思えるが、ナノ秒を数マイクロ秒のパルスに結合するために、好ましくは係る変圧器が使用される。その結果として、以下の利点が達成される。つまり、１）高電圧マルクス発生器から低圧ドライバへの高電圧、高周波過渡結合が抑制される。２）変圧器コアにおける損失のため、以前のパルスからの残留磁束は、一般的な低損失変圧器コアよりも速く消散され、これによりリセット巻線は必要とされず、存在していない。

スイッチドライバ１０００の利点は、スイッチドライバ１０００が出力パルス持続時間を制限する点である。スイッチ制御信号は変圧器１０３０によって発生させられるため、入力ポートＶｉｎで入力トリガ信号を発生させる回路網が、限定されていない長さのパルスを発生させるならば、変圧器は飽和し、制御信号にスイッチをオフにさせるだろう。

図１１は、ここで説明するスイッチスタックで使用されてよい構成要素を含むスイッチ素子１１００の例を示す。スイッチ素子１１００は、スイッチ１１１０を含み、入力ポートＶｉｎに印加された制御電圧に応えて端子ＶＡとＶＢとの間に導電性経路または低抵抗経路を選択的に形成する。

いくつかの実施形態では、スイッチ１１１０は、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。いくつかの実施形態では、スイッチ１１１０は、別のタイプのスイッチである。いくつかの実施形態では、スイッチ１１１０は、５ｎｓ、約５ｎｓ、約１０ｎｓ、約２５ｎｓ、約１５ｎｓ、約７５ｎｓ、約１００ｎｓ未満または１００ｎｓを超えるターンオン時間を有する。

いくつかの実施形態では、スイッチ素子１１００は、スナバ回路１１２０も含む。いくつかの実施形態では、スイッチスタックのスイッチのターンオン時間は同一ではない。スイッチ１１１０が耐えることができる電圧よりも大きい電圧を妨げるために、スナバ回路１１２０は、スイッチ１１１０をパスすることによって電流シャント経路を提供する。ダイオード１１２２は、低周波電流経路を提供し、コンデンサ１１２６及び抵抗器１１２４の組み合わせが高周波電流経路を提供する。

いくつかの実施形態では、スイッチ素子１１００は、任意選択の過電流保護回路１１４０も含む。過電流保護回路１１４０は、スイッチ１１４２及び検出抵抗器１１４４を含む。

端子ＶＡから端子ＶＢに流れる電流は、検出抵抗器１１４４を通して伝導される。したがって、電流が端子ＶＡから端子ＶＢに流れるとき、電圧は検出抵抗器１１４４全体で発生する。発生した電圧は、スイッチ１１４２の導電状態を制御する。端子ＶＡから端子ＶＢに流れる電流が閾値より大きい場合、発生した電圧はスイッチ１１４２に伝導させる。結果として、スイッチ１１４２は、スイッチ１１１０の制御電圧を削減する。削減された制御電圧に応えて、スイッチ１１１０は、あまり導電性ではなくなる、またはオフになる。その結果として、端子ＶＡから端子ＶＢに伝導されてよい電流は、過電流保護回路１１４０によって制限される。

いくつかの実施形態では、スイッチ１１１０のゲートとスイッチ１１４２のドレインとの間に制限抵抗器が置かれて、スイッチ１１４２が、損傷を引き起こすだろう電流よりも大きい電流を経験するのを防ぐ。

本明細書に説明する実施形態では、ＭＯＳＦＥＴスイッチが使用される。代替実施形態では、他のスイッチが使用される。例えば、いくつかの実施形態では、サイリスタ、ＩＧＢＴ、または他の半導体スイッチが使用される。

変圧器の動作の例は、図１２に示される。入力一時インダクタでの電圧は実質的に方形波形であるが、ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース電圧である二次インダクタでの電圧は、電圧振幅が例えば数マイクロ秒の期間内にゼロに向かって減少するにつれ、先細る。変圧器飽和に起因する二次インダクタでの電圧の削減の後、電圧を受け取るスイッチは、電圧が十分に強化されたＶｇｓよりも低いときに動作の飽和領域から動作の線形領域に進入する。結果として、スイッチの抵抗は増加し、負荷全体での出力電圧も先細ったプロファイルを示す。二次インダクタでの電圧が、ＭＯＳＦＥＴのターンオン閾値（Ｖｔｈ）未満の値まで減少するとき、ＭＯＳＦＥＴは遮断される。ＭＯＳＦＥＴがオフになると、トリガ信号の持続時間が延長されるとしても、スイッチはもはや伝導せず、開回路と見なされる場合がある。したがって、二次インダクタでの電圧の波形は、例えば各パネルからの高電圧出力パルスの持続時間を数マイクロ秒以下になるように制限する。

いくつかの実施形態では、二次インダクタでの電圧の減少は、スイッチを線形領域動作に入らせるほど十分ではないため、トリガ信号の持続時間は、スイッチが飽和したままとなるほど短い。係る実施形態では、負荷電圧パルスは、図１２に示される先細りを示さない。例えば、係る実施形態では、負荷電圧パルスは実質的に正方形であってよい。

いくつかの実施形態では、本明細書に説明するスイッチスタックは、他の構成部品だけではなく上述したスイッチも含む。

いくつかの実施形態では、閾値未満の持続時間のパルスを発生させるとき、パルスの形状は実質的に正方形である。いくつかの実施形態では、閾値を超える持続時間のパルスを発生させるとき、パルスの形状は、閾値に実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）持続時間、実質的に正方形である。閾値後の時間、係る長いパルスの電圧は０Ｖに向かって低下する。いくつかの実施形態では、０Ｖに向かう低下は実質的に線形である。いくつかの実施形態では、０Ｖに向かう低下は実質的に急激である。

図１３は、図１のｎｓＰＥＦシステム１００の内部で使用されてよい代替パルス発生器回路１３００を示す。

パルス発生器回路１３００は、入力ポートＶｉｎ全体で入力パルス、及び入力ポートＶＤＣ１及びＶＤＣ２でＤＣ電圧を受け取り、受け取った入力パルス及びＤＣ電圧に応えて出力ポートＶｏｕｔ全体で出力パルスを発生させる。

パルス発生器回路１３００は、複数のパルス発生器回路１３１０及び１３２０を含む。本実施形態では、２つのパルス発生器回路が使用される。代替実施形態では、より多くのパルス発生器回路が使用される。例えば、いくつかの実施形態では、パルス発生器回路１３００に関して以下に説明するように、その出力ポートが直列で接続された３つ、４つ、５つ、１０、または別の数のパルス発生器回路が使用される。

パルス発生器回路１３１０及び１３２０のそれぞれは、本明細書で説明する他のパルス発生器回路に類似してよい。例えば、パルス発生器回路１３１０及び１３２０は、図７に関して上述したパルス発生器回路７００に類似してよい、または実質的に同一であってよい。

パルス発生器回路１３１０及び１３２０のそれぞれは、そのそれぞれの制御イン入力ポート全体で同じ入力パルス信号を受信する。それに応えて、パルス発生器回路１３１０及び１３２０のそれぞれは、そのそれぞれのＶｏｕｔ出力ポート全体で高電圧パルスを発生させる。パルス発生器回路１３１０ １３２０のＶｏｕｔ出力ポートは直列で接続されるため、パルス発生器回路１３００の出力ポートＶｏｕｔ全体でパルス発生器回路１３１０及び１３２０が発生させる電圧パルスは、パルス発生器回路１３１０及び１３２０がそれぞれ発生させるパルスの電圧の合計に実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）。

図１４は、図１のｎｓＰＥＦシステム１００の内部で使用されてよく、図１３のパルス発生器１３００に類似する特性を有する代替パルス発生器回路１４００を示す。パルス発生器回路１４００は、パルス発生器１４１０及び１４２０、ドライバ１４１５及び１４２５、ならびに電源１４１２及び１４２２を含む。

パルス発生器回路１４００は、複数のパルス発生器回路１４１０及び１４２０を含む。本実施形態では、２つのパルス発生器回路が使用される。代替実施形態では、より多くのパルス発生器回路が使用される。パルス発生器回路１４１０及び１４２０のそれぞれは、本明細書に説明する他のパルス発生器回路に類似してよい。

パルス発生器回路１４００は、図８に関して上述したドライバ８５０に類似してよい、ドライバ１４１５及び１４２５のそれぞれで入力パルスを受け取る。パルス発生器回路１４００は、受け取った入力パルスに応えて出力ポートＶｏｕｔ全体で出力パルスを発生させる。また、出力電圧パルスは、電源１４１２及び１４２２から受け取る電圧にも基づく。

ドライバ１４１５及び１４２５のそれぞれは、入力パルス信号を受信する。受信した入力信号に応えて、ドライバ１４１５及び１４２５はそれぞれ、パルス発生器回路１４１０及び１４２０のための駆動信号パルスを発生させる。駆動信号パルスに応えて、パルス発生器回路１４１０及び１４２０のそれぞれは、そのそれぞれの出力ポートＶｏ１及びＶｏ２全体で高電圧パルスを発生させる。パルス発生器回路１４１０及び１４２０のＶｏ１及びＶｏ２出力ポートは直列で接続されるため、パルス発生器回路１４００の出力ポートＶｏｕｔ全体でパルス発生器回路１４１０及び１４２０が発生させる電圧パルスは、パルス発生器回路１４１０及び１４２０がそれぞれ発生させるパルスの電圧の合計に実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）。

本実施形態では、パルス発生器回路１４１０は、その出力ポートＶｏ１全体で、電源１４１２の電圧の３倍（−３ｘ［Ｖ１−Ｖ２］）に実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）高電圧パルスを発生させる。さらに、パルス発生器回路１４２０は、その出力ポートＶｏ２全体で、電源１４１４の電圧の３倍（３ｘ［Ｖ’１−Ｖ’２］）に実質的に等しい（例えば、１０％または１％以内）高電圧パルスを発生させる。結果として、パルス発生器回路１４００は、その出力ポートＶｏｕｔ全体で（３ｘ［Ｖ’１−Ｖ’２］）−（−３ｘ［Ｖ１−Ｖ２］）の電圧を発生させる。

いくつかの実施形態では、両方のパルス発生器回路１４１０及び１４２０に接続された単一のドライバ回路が、ドライバ１４１５及び１４２５の代わりに使用される。係る実施形態では、単一のドライバ回路は、入力パルス信号に応えて、パルス発生器回路１４１０及び１４２０の両方のために駆動信号パルスを発生させる。

種々の目的で、パルスを発生させるためにパルス発生器によって使用されるコンデンサを放電することが望ましい場合がある。例えば、図９のパルス発生器９００のコンデンサ９２０を放電することが望ましい場合がある。コンデンサを放電することは、種々の放電回路の種々の実施形態を使用し、行われてよい。いくつかの実施形態は、本明細書で説明される。

図１５は、図７のパルス発生器回路７００のパルス発生器回路７１０、７２０、７３０、及び７４０のために使用されてよいパルス発生器回路１５００を示す。パルス発生器回路１５００は、図８に示されるパルス発生器回路８００に類似している。パルス発生器回路１５００は、さらに特定の放電回路１５５０を含む。

示されるように、放電回路１５５０は、第１の及び第２の電源入力端子Ｖ１及びＶ２に電気的に接続される。また、放電回路１５５０は、放電入力端子Ｄ１にも電気的に接続される。第１の及び第２の電源入力端子Ｖ１及びＶ２ならびに放電入力端子Ｄ１での電圧に基づいて、放電回路１５５０は、パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のそれぞれを選択的に放電する。

いくつかの実施形態では、放電回路１５５０は、放電入力端子Ｄ１で受信される放電制御信号に応えて、パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のそれぞれを放電するように構成される。いくつかの実施形態では、放電回路１５５０は、第１の及び第２の電源入力端子Ｖ１及びＶ２での電圧によって決定される充電電圧と、パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のそれぞれのコンデンサに蓄積される帯電電圧との比較に応えて、パルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のそれぞれをそれぞれ放電するように構成される。

図１６は、図１５に示されるパルス発生器回路１５００のパルス発生器段８１０、８２０、及び８３０のうちの１つとして使用されてよいパルス発生器段１６００を示す。パルス発生器段１６００は、放電回路段１６５０を含む。

いくつかの実施形態では、放電回路段１６５０は、放電入力端子Ｄ１で受信される放電コマンド信号に応えて、コンデンサ９２０を放電するように構成される。いくつかの実施形態では、放電回路段１６５０は、第１の及び第２の電源入力端子Ｖ１及びＶ２での電圧によって決定される充電電圧と、コンデンサ９２０に蓄積される帯電電圧との比較に応えてコンデンサ９２０を放電するように構成される。

図１７は、図１６のパルス発生器段１６００で使用される放電回路段１７００の実施形態の概略図である。パルス発生器段１７００は、電圧源１７０６及び１７０８、コンパレータ１７１０、ＯＲ回路１７２０、バッファ１７３０、パルス発生器１７４０、バッファ１７５１、１７６１、１７７１、１７８１、及び１７９１、変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３、ならびに抵抗器１７９５を含む。

コンパレータ１７１０は、放電回路段１７００の他の構成部品に選択的に、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にさせ、出力ポートＯＵＴで放電端子を効果的に短絡させる信号を発生させるように構成される。複数のスイッチを使用することは、放電回路段１７００の出力での電圧が、単一のスイッチの最大ドレイン／ソース電圧定格よりも大きくなることを可能にする利点を有する。例えば、示されている実施形態では、５つのスイッチが使用される。スイッチごとの最大ドレイン／ソース電圧定格が１０００Ｖである場合、５つのスイッチを使用すると、理想的には放電回路段１７００の出力で５０００Ｖが可能になる。

例えば、本実施形態では、コンパレータ１７１０は、電圧制御入力端子Ｖｐｇ及びＶｄｃで入力電圧を受け取る。電圧入力端子Ｖｐｇでの電圧は、放電回路段１７００によって選択的に放電されるコンデンサ全体での電圧に基づいて電圧源１７０６によって発生させられる。電圧入力端子Ｖｄｃでの電圧は、第１の及び第２の電源入力端子Ｖ１及びＶ２に基づいて電圧源１７０８によって発生させられる。

いくつかの実施形態では、電圧源１７０６及び１７０８は、コンパレータ１７１０が耐えることができる電圧よりも高い電圧を受け取るレベルシフト回路である。例えば、電圧源１７０６は、その入力Ｖｃ１及びＶｃ２全体で約５ｋＶの電圧差を受け取り、約１０Ｖに等しい出力電圧を端子Ｖｐｇで発生させるように構成されてよく、端子Ｖｐｇでの出力電圧は、入力Ｖｃ１及びＶｃ２全体での電圧差に比例する。同様に、電圧源１７０８は、その入力Ｖ１及びＶ２全体で約５Ｖの電圧差を受け取り、約１０Ｖに等しい出力電圧を端子Ｖｄｃで発生させるように構成されてよく、端子Ｖｄｃでの出力電圧は、入力Ｖ１及びＶ２全体での電圧差に比例する。

いくつかの実施形態では、端子Ｖｐｇでの電圧を入力Ｖｃ１及びＶｃ２全体での電圧に関係付ける比例定数は、端子Ｖｄｃでの電圧を入力Ｖ１及びＶ２全体での電圧に関連付ける比例定数に等しい。係る実施形態では、コンパレータ１７１０は、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にし、パルス発生器段１６００の端末Ｖ１及びＶ２全体でのＤＣ入力電圧がパルス発生器段１６００のコンデンサ９２０全体での電圧未満であることに応えて出力ポートＯＵＴを横切る放電経路を提供するように構成される。

いくつかの実施形態では、端子Ｖｐｇでの電圧を入力Ｖｃ１及びＶｃ２全体での電圧に関連付ける比例定数は、端子Ｖｄｃでの電圧を入力Ｖ１及びＶ２全体での電圧に関連付ける比例定数に等しくない。係る実施形態では、コンパレータ１７１０は、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にし、パルス発生器段１６００の端子Ｖ１及びＶ２全体でＤＣ入力電圧が、比例定数の差に関連する所定の閾値を超えた分、パルス発生器段１６００のコンデンサ９２０全体での電圧に満たないことに応えて出力ポートＯＵＴを効果的に短絡させるように構成される。

例えば、いくつかの実施形態では、入力端子Ｖ１及びＶ２全体での５ｋＶの電圧差は、電圧源１７０８に、端子Ｖｄｃで１０Ｖの電圧を発生させ、入力端子Ｖｃ１及びＶｃ２全体での５．１ｋＶの電圧差は、電圧源１７０６に、端子Ｖｐｇで１０Ｖの電圧を発生させる。係る実施形態では、コンパレータ１７１０は、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にし、パルス発生器段１６００の端子Ｖ１及びＶ２全体でのＤＣ入力電圧が、パルス発生器段１６００のコンデンサ９２０全体での電圧に１００Ｖを超えて満たないことに応えて出力ポートＯＵＴを効果的に短絡させる。

いくつかの実施形態では、電圧源１７０６及び１７０８は、それぞれが直列接続された第１の及び第２の抵抗素子を含む抵抗分圧器である。出力電圧は、第１の及び第２の抵抗素子によって共用されるノードで発生し、第１の及び第２の入力電圧はそれぞれ第１の及び第２の抵抗素子のうちの１つと接続される。

ＯＲ回路１７２０は、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にし、パルス発生器段１６００の端子Ｖ１及びＶ２全体でのＤＣ入力電圧に応えて、出力ポートＯＵＴを効果的に短絡させる信号を選択的に発生させるように構成される。ＯＲ回路１７２０は、コンパレータ１７１０の出力に、及び放電制御入力端子Ｄ１で印加される電圧レベルに基づいて信号を発生させるように構成される。

本実施形態では、ＯＲ回路１７２０は、コンパレータ１７１０の出力または閾値よりも大きい放電入力端子Ｄ１での電圧レベルのどちらかに応えて、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にするように構成される。例えば、コンパレータ１７１０の出力または放電入力端子Ｄ１の電圧レベルのどちらかが閾値よりも大きい場合、コンパレータ１７１０の出力または放電入力端子Ｄ１での電圧レベルのどちらかが閾値よりも大きい場合、ＯＲ回路１７２０の出力は、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にする。

本実施形態では、ＯＲ回路１７２０は、コンパレータ１７１０の出力または放電入力端子Ｄ１の電圧レベルのどちらかが閾値を超えると、光を発するように構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）１７２２を含む。したがって、ＬＥＤ１７２２は、放電回路段１７００が、パルス発生段１６００のコンデンサ９２０を放電していることの視覚的な表示を提供する。

放電回路段１７００は、任意選択でバッファ１７３０を含む。バッファ１７３０は、ＯＲ回路１７２０が発生させる信号を受信し、パルス発生器１７４０のための出力信号を発生させる。

いくつかの実施形態では、バッファ１７３０は使用されない。係る実施形態では、ＯＲ回路１７２０が発生させる信号は、パルス発生器１７４０に直接的に提供されてよい、またはＯＲ回路１７２０が発生させる信号に基づいてパルス信号発生器１７４０に信号を提供する他の回路網によって調節されてよい。

いくつかの実施形態では、バッファ１７３０は反転バッファである。いくつかの実施形態では、バッファ１７３０は非反転バッファである。

本実施形態では、パルス信号発生器１７４０は、バッファ１７３０から信号を受信するように構成される。パルス信号発生器１７４０は、受信信号に応えて、受信信号に基づいた一連のパルス信号を選択的に発生させる。いくつかの実施形態では、受信信号は、有効入力によって受信され、これによりパルス信号発生器１７４０は、受信信号が適切な論理状態であることに応えて一連のパルス信号を発生させ、受信信号が正反対の論理状態であることに応えて一連のパルス信号を発生させない。

いくつかの実施形態では、パルス信号発生器１７４０は、例えば５５５タイマ等のタイマ回路を含む。係る実施形態では、タイマ回路は、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にするのに適したパルス信号を発生させるように構成されてよい。例えば、タイマ回路は、変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２にとって適切である一連のパルス信号を発生させるように調整されてよく、これにより変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２は飽和せず、これにより変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２は、パルス信号系列の各期間の大きな部分の間、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にする信号を発生させる。例えば、周波数、デューティーサイクル、立ち上がり時間、及び立下り時間は、変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２の飽和を回避するために調整されてよく、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３が導電性である各期間の部分を増加させるまたは最大限にするために調整されてよい。

放電回路段１７００は、任意選択でバッファ１７５１、１７６１、１７７１、１７８１、及び１７９１を含む。バッファ１７５１、１７６１、１７７１、１７８１、及び１７９１は、パルス信号発生器１７４０が発生させる一連のパルス信号を受信し、それぞれ変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２のために信号を発生させる。

いくつかの実施形態では、バッファ１７５１、１７６１、１７７１、１７８１、及び１７９１は使用されない。係る実施形態では、パルス信号発生器１７４０が発生させる信号は、変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２に直接的に提供されてよい、またはパルス信号発生器１７４０が発生させる信号に基づいて変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２に信号を提供する他の回路網によって調節されてよい。

いくつかの実施形態では、バッファ１７５１、１７６１、１７７１、１７８１、及び１７９１は反転バッファである。いくつかの実施形態では、バッファ１７５１、１７６１、１７７１、１７８１、及び１７９１は非反転バッファである。

本実施形態では、変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２は、バッファ１７５１、１７６１、１７７１、１７８１、及び１７９１からパルス信号系列を受信するように構成される。受信したパルス信号系列に応えて、変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２は、受信したパルス信号系列に基づいて一連のパルスを選択的に発生させる。変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２が発生させる一連のパルス信号は、それぞれ、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３を導電性にし、出力ポートＯＵＴを効果的に短絡させる。

例えば、スイッチ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３は、トランジスタであってよく、受信したパルス信号系列に応えて、変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２のそれぞれは、トランジスタ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３のうちの対応する１つのためにゲート電圧及びソース電圧を発生させるように構成されてよい。変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２のフローティング出力のため、ゲート電圧は、対応するソース電圧に参照されるように発生する。いくつかの実施形態では、バイポーラトランジスタが使用されてよく、変圧器１７５２、１７６２、１７７２、１７８２、及び１７９２は、トランジスタ１７５３、１７６３、１７７３、１７８３、及び１７９３のうちの対応する１つのためにベース電圧及びエミッタ電圧を発生させるように構成されてよい。

図１８は、図７のパルス発生器回路７００のために使用されてよい代替パルス発生器回路１８００を示す。パルス発生器回路１８００は、図７に示されるパルス発生器回路７００に類似している。パルス発生器回路１８００は、さらに放電回路１８５０及びピーク電源１８２０を含む。

示されるように、放電回路１８５０は、第１の及び第２の電源入力端子ＶＰ１及びＶＰ２に電気的に接続される。また、放電回路１８５０は、放電入力端子Ｄ１にも電気的に接続される。第１の及び第２の電源入力端子ＶＰ１及びＶＰ２、放電入力端子Ｄ１、ならびに第１の及び第２の電源端子Ｖ１及びＶ２での電圧に基づいて、放電回路１８５０は、第１の及び第２の電源端子Ｖ１及びＶ２を選択的に放電する。

いくつかの実施形態では、放電回路１８５０は、放電入力端子Ｄ１で受信された放電制御信号に応えて、第１の及び第２の電源端子Ｖ１及びＶ２を放電するように構成される。いくつかの実施形態では、放電回路１８５０は、第１の及び第２の電源端子Ｖ１及びＶ２での電圧によって決定される充電電圧と、第１の及び第２の電源入力端子ＶＰ１及びＶＰ２の電圧との比較に応えて、第１の及び第２の電源端子Ｖ１及びＶ２を放電するように構成される。

図１７の放電回路段１７００、または本明細書に説明する他の放電回路のいずれかは、放電回路１８５０として使用されてよい。

ピーク電源１８２０は、任意の低域通過フィルタであってよい。例えば、ピーク電源１８２０は、単極ＲＣフィルタを形成するために抵抗器及びコンデンサを含んでよい。他のフィルタは、さらにまたは代わりに使用されてよい。

図１９は、図１８のピーク電源１８２０として使用されてよいピーク電源１９００の実施形態である。示されるように、ピーク電源１９００は、ダイオード１９１０、抵抗器１９２０、ＲＣ抵抗器１９３０、及びＲＣコンデンサ１９４０を含む。抵抗器１９２０は、コンデンサ１９４０ならびに電源端子Ｖ１及びＶ２を受動的に放電するために動作する。

図２０Ａ及び図２０Ｂは、本明細書に説明するパルス発生器用の放電回路としてもしくは放電回路内で、または他のトポロジのパルス発生器のために使用されてよい放電回路段２０００の代替実施形態の概略図である。例えば、放電回路段２０００は、図１６のパルス発生器段１６００で放電回路段１６５０として使用されてよい。放電回路段２０００の例は、各パルス発生器段とパルス発生器段を充電するために使用される電源との間でインタフェースをとるために使用される。放電回路段２０００は、直列抵抗２０１０、比較コンデンサ２０２０、放電抵抗器２０３０、ブロックダイオード２０４０、ブリッジコンデンサ２０５０、及びバッファコンデンサ２０６０を含む。

図２０Ａは、パルス発生器段が、電源によって充電されている間の電源からパルス発生器段への電流経路の表示２０７０を含む。示されるように、パルス発生器段が充電されている間、電流は、電源から直列抵抗２０１０を通って、ブロックダイオード２０４０を通って出力ポートＯＵＴに、及び充電されているパルス発生器段（不図示）に流れる。パルス発生器段は、電源入力電圧が、少なくともブロックダイオード２０４０の順電圧降下分、パルス発生器段の電圧よりも大きいことに応えて充電される。

図２０Ｂは、パルス発生器段が、放電回路２０００によって及び電源によって放電されている間のパルス発生器段から電源への電流経路の表示２０８０を含む。示されるように、パルス発生器段が放電されている間、電流は、出力ポートＯＵＴから流れ、ブリッジコンデンサ２０５０を通って、受動放電抵抗器２０３０を通って、電源端子Ｖ２に結合される。パルス発生器段は、電源入力電圧の電圧が、パルス発生器段の電圧未満の電圧に降下するに応えて放電される。

本実施形態では、放電抵抗器２０３０は、受動的な連続ブリード抵抗としての機能を果たし、パルス発生器段を放電するために、パルス発生器段から電源への電流の経路を提供することに役立つ。

いくつかの実施形態では、放電回路段２０００は、図１８の放電回路１８５０として使用されてよい。

図２１Ａ及び図２１Ｂは、本明細書に説明するパルス発生器用の放電回路としてもしくは放電回路内で、または他のトポロジのパルス発生器のために使用されてよい放電回路段２１００の代替実施形態の概略図である。例えば、放電回路段２１００は、図１６のパルス発生器段１６００で使用されてよい。放電回路段２１００の例は、各パルス発生器段と、パルス発生器段を充電するために使用される電源との間でインタフェースをとるために使用される。放電回路段２１００は、ブロックダイオード２１１０、ブリッジコンデンサ２１２０、ＬＥＤ２１８０、電源Ｖｃｃに接続された電流制限抵抗器２１４５、スイッチ２１３０、フォトトランジスタ２１４０、及び放電抵抗器２１５０を含む。いくつかの実施形態では、コンデンサ２１２０は使用されず、ＬＥＤ２１８０の陰極は、ブロックダイオード２１１０の陽極に接続される。

図２１Ａは、パルス発生器段が電源によって充電されている間の電源からパルス発生器段への電流経路の表示２１６０を含む。示されるように、パルス発生器段が充電されている間、電流は、電源からブロックダイオード２１１０を通って出力ポートＯＵＴへ、及び充電されているパルス発生器段（不図示）に流れる。パルス発生器段は、電源入力電圧の電圧が、少なくともブロックダイオード２１１０の順電圧降下分、パルス発生器段の電圧よりも大きいことに応えて充電される。

図２１Ｂは、パルス発生器段が、放電回路２１００によって及び電源によって放電されている間のパルス発生器段から電源への電流経路の表示２１７０を含む。図示されるように、パルス発生器段が放電されている間、電流は、出力ポートＯＵＴからスイッチ２１３０を通って、放電抵抗器２１５０を通って、電源端子Ｖ２へ流れる。パルス発生器段は、パルス発生器段の電圧が、ＬＥＤ２１８０を通して電流を流すことに応えて放電される。電流に応えて、ＬＥＤ２１８０は光を発し、ＬＥＤ２１８０によって発せられる光に応えて、フォトトランジスタ２１４０はオフになり、スイッチ２１３０に出力ポートＯＵＴから、スイッチ２１３０を通って、放電抵抗器２１５０を通って、電源端子Ｖ２に電流を伝導させる。

いくつかの実施形態では、放電回路段２１００は、図１８の放電回路１８５０として使用されてよい。

図２２Ａ及び図２２Ｂは、本明細書に説明するパルス発生器用の放電回路としてもしくは放電回路内で、または他のトポロジのパルス発生器のために使用される放電回路段２２００の代替実施形態の概略図である。例えば、放電回路段２２００は、図１６のパルス発生器段１６００で使用されてよい。放電回路段２２００の例は、各パルス発生器段とパルス発生器段を充電するために使用される電源との間でインタフェースをとるために使用される。放電回路段２２００は、ブロックダイオード２２１０、ブリッジコンデンサ２２２０、スイッチ２２３０、及び放電抵抗器２２５０を含む。

図２２Ａは、パルス発生器段が電源によって充電されている間の電源からパルス発生器段への電流の流れの表示２２６０を含む。示されるように、パルス発生器段が充電されている間、電流は、電源からブロックダイオード２２１０を通して出力ポートＯＵＴに、及び充電されているパルス発生器段（不図示）に流れる。パルス発生器段は、電源入力電圧が、少なくともブロックダイオード２２１０の順電圧降下分、パルス発生器段の電圧よりも大きいことに応えて充電される。

図２２Ｂは、パルス発生器段が放電回路２２００によって及び電源によって放電されている間のパルス発生器段から電源への電流経路の表示２２７０を含む。示されるように、パルス発生器段が放電されている間、電流は、出力ポートＯＵＴから放電抵抗器２２５０を通って、スイッチ２２３０を通って、電源端子Ｖ１に流れる。パルス発生器段は、パルス発生器段の電圧が、少なくともスイッチ２２３０の閾値分、電源入力電圧を超えることに応えて放電される。パルス発生器段の電圧が、少なくともスイッチ２２３０の閾値電圧分、電源入力電圧を超えることに応えて、スイッチ２２３０は導電性になる。

いくつかの実施形態では、放電回路段２２００は、図１８の放電回路１８５０として使用されてよい。

図２３Ａ及び図２３Ｂは、本明細書に説明するパルス発生器用の放電回路としてもしくは放電回路内で、または他のトポロジのパルス発生器のために使用されてよい放電回路段２３００の代替実施形態の概略図である。例えば、放電回路段２０００は、図１６のパルス発生器段１７００で使用されてよい。放電回路段２３００の例は、各パルス発生器段と、パルス発生器段を充電するために使用される電源との間でインタフェースをとるために使用される。放電回路段２３００は、ブロックダイオード２３１０、ブリッジコンデンサ２３２０、スイッチ２３３０、変圧器２３４０、及び放電抵抗器２３５０を含む。

図２３Ａは、パルス発生器段が電源によって充電されている間の電源からパルス発生器段への電流経路の表示２３６０を含む。示されるように、パルス発生器段が充電されている間、電流は、電源からブロックダイオード２３１０を通って出力ポートＯＵＴに、及び充電されているパルス発生器段（不図示）に流れる。パルス発生器段は、電源入力電圧が、ブロックダイオード２３１０の少なくとも順電圧降下分、パルス発生器段の電圧を超えることに応えて充電される。

図２３Ｂは、パルス発生器段が、放電回路２３００によって及び電源によって放電されている間のパルス発生器段から電圧への電流経路の表示２３７０を含む。示されるように、パルス発生器段が放電されている間、電流は、出力ポートＯＵＴから、スイッチ２３３０を通って、放電抵抗器２３５０を通って、電源端子Ｖ２へ流れる。パルス発生器段は、電源入力電圧の電圧が、パルス発生器段の電圧に満たない電圧に降下することに応えて放電される。これにより、電流は、変圧器２３４０の一次インダクタを通って流れ、これが、スイッチ２３３０のゲート及びソース全体で電圧を誘導し、スイッチ２３３０に出力ポートＯＵＴからスイッチ２３３０を通って、放電抵抗器２３５０を通って電源端子Ｖ２に電流を伝導させる。

いくつかの実施形態では、放電回路段２３００は、図１８の放電回路１８５０として使用されてよい。

図２４は、放電回路を含む、本明細書に説明するパルス発生器システムの実施形態等、パルス発生器システムを使用する方法２４００を示すフローチャート図である。方法２４００は、参照により本明細書に援用される、２０１６年５月６日に出願され、「ＨＩＧＨ−ＶＯＬＴＡＧＥ ＡＮＡｌＯＧ ＣＩＲＣＵＩＴ ＰＵＬＳＥＲ ＷＩＴＨ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する米国特許出願第１５／１４８，３４４号に説明する方法のいずれかとともにまたはいずれかの一部として使用されてよい。

２４１０で、パルス発生器システムのパルス発生器回路が充電される。例えば、パルス発生器システムは、例えば、図６Ａのコンデンサ５１５、５２５、及び５３５に関して上述したように、パルス発生器回路のコンデンサを充電することによって充電されてよい。

２４２０で、パルスが発生し、患者または被験者に印加される。例えば、パルス発生器システムの電極は、例えば図６Ｂに関して上述したように、患者または被験者にパルスを印加するためにパルス発生器回路を放電するために使用されてよい。

２４３０で、追加のパルスが、患者または被験者に印加されるかどうかに関して判断が下される。追加のパルスが印加される場合、方法は２４２０に戻り、追加のパルスが印加される。追加のパルスが印加されない場合、方法は２４４０に続く。

２４４０で、パルス発生器回路システムのパルス発生器回路が放電される。例えば、パルス発生器回路は、本明細書の他の箇所で説明する放電回路等の放電回路を使用し、放電されてよい。例えば、追加のパルスが患者または被験者に印加されない場合、入力電圧はオフにされ、パルス発生器システムのパルス発生器回路は、パルス発生器回路のエネルギー蓄積コンデンサ全体での電圧が１００Ｖ、５０Ｖ、２０Ｖ、１０Ｖ、５Ｖ、または１Ｖ未満になるように放電されてよく、エネルギー蓄積コンデンサは、以前に１０００Ｖ、２５００Ｖ、または５０００Ｖを超える電圧に充電されていた。

したがって、放電回路を含むことによって、ｎｓＰＥＦパルス発生器はより安全になる。ｎｓＰＥＦパルス発生器は、インピーダンスチェックまたは初期安全チェックが合格した後にのみ完全に充電されてよく、パルシング終了直後に自動的に放電できる。これは、患者またはユーザーに誤って高電圧を印加する可能性を排除する。

図２５は、放電回路を含む本明細書に説明するパルス発生器システムの実施形態等、パルス発生器システムを使用する方法２５００を示すフローチャート図である。方法２５００は、参照により本明細書に援用される、２０１６年５月６日に出願され、「ＨＩＧＨ−ＶＯＬＴＡＧＥ ＡＮＡＬＯＧ ＣＩＲＣＵＩＴ ＰＵＬＳＥＲ ＷＩＴＨ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する米国特許出願第１５／１４８，３４４号に説明する方法のいずれかとともにまたはいずれかの一部として使用されてよい。

２５１０で、パルス発生器システムのパルス発生器回路が充電される。例えば、パルス発生器システムは、例えば図６Ａに関して上述したように、パルス発生器回路を充電することによって充電されてよい。

２５２０で、パルスが発生し、患者または被験者に印加される。例えば、パルス発生器システムの電極は、例えば図６Ｂに関して上述したように、患者または被験者にパルスを印加するためにパルス発生器回路を放電するために使用されてよい。

２５３０で、２５１０の充電の電圧に対応する追加のパルスが患者または被験者に印加されるかどうかに関して判断が下される。２５１０の充電の電圧に対応する追加のパルスが印加される場合、方法は２５２０に戻り、追加のパルスが印加される。追加のパルスが印加されない場合、方法は２５４０に続く。

２５４０で、パルス発生器システムのパルス発生器回路の電圧は、例えば、２５１０の充電の電圧に満たない電圧に放電される等、変更される。例えば、パルス発生器システムは、例えば本明細書に説明する放電回路等の放電回路を使用し、放電されてよい。例えば、パルス発生器システムのパルス発生器回路は、５０００Ｖの電圧から４０００Ｖの放電電圧に放電されてよい。

２５５０で、パルスが発生し、患者または被験者に印加される。例えば、パルス発生器システムの電極は、例えば図６Ｂに関して上述したように、患者または被験者にパルスを印加するためにパルス発生器回路を放電するために使用されてよい。

２５６０で、２５４０の放電の電圧に対応する追加のパルスが患者または被験者に印加されるのかどうかに関して判断が下される。２５４０の放電の電圧に対応する追加パルスが印加される場合、方法は２５５０に戻り、追加パルスが印加される。追加パルスが印加されない場合、方法は２５７０に続く。

２５７０で、パルス発生器システムのパルス発生器回路は、放電電圧から放電される。例えば、パルス発生器回路は、本明細書の他の箇所に説明する放電回路等の放電回路を使用し、放電されてよい。例えば、追加パルスが患者または被験者に印加されない場合、パルス発生器システムのパルス発生器回路は、パルス発生器回路のエネルギー蓄積コンデンサ全体での電圧が１００Ｖ、５０Ｖ、２０Ｖ、１０Ｖ、５Ｖ、または１Ｖ未満になるように放電されてよく、エネルギー蓄積コンデンサは、以前に１０００Ｖ、２５００Ｖ、４０００Ｖ、または５０００Ｖを超える電圧に充電されていた。

図２６は、放電回路網を含む本明細書に説明するパルス発生器システムの実施形態等のパルス発生器システムを使用する方法２６００を示すフローチャート図である。方法２６００は、参照により本明細書に援用される、２０１６年５月６日に出願され、「ＨＩＧＨ−ＶＯＬＴＡＧＥ ＡＮＡＬＯＧ ＣＩＲＣＵＩＴ ＰＵＬＳＥＲ ＷＩＴＨ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する米国特許出願第１５／１４８，３４４号に説明する方法のいずれかとともにまたはいずれかの一部として使用されてよい。

２６１０で、パルス発生器システムのパルス発生器回路は、新しい電圧に充電または放電される。例えば、パルス発生器システムは、例えば図６Ａに関して上述したように、パルス発生器回路を充電することによって充電されてよい。代わりに、パルス発生器システムは、図１７に関して上述したように、放電回路を用いてパルス発生器回路を放電することによって放電されてよい。

２６３０で、２６１０の充電または放電の電圧に対応する追加のパルスが患者または被験者に印加されるかどうかに関して判断が下される。２６１０の充電または放電の電圧に対応する追加のパルスが印加される場合、方法は、２６２０に戻り、追加のパルスが印加される。追加のパルスが印加されない場合、方法は２６４０に続く。

２６４０で、新しい電圧に対応する追加のパルスが患者または被験者に印加されるかどうかに関して判断が下される。新しい電圧に対応する追加のパルスが印加される場合、方法は２６１０に戻り、パルス発生器システムのパルス発生器回路が新しい電圧に充電または放電される。追加のパルスが印加されない旨の判断に応えて、方法は２６５０に続く。

２６５０で、パルス発生器システムのパルス発生器回路は、その以前の電圧から放電される。例えば、追加パルスが患者または被験者に印加されない場合、パルス発生器システムのパルス発生器回路は、パルス発生器回路のエネルギー蓄積コンデンサ全体での電圧が１００Ｖ、５０Ｖ、２０Ｖ、１０Ｖ、５Ｖ、または１Ｖ未満になるように放電されてよく、エネルギー蓄積コンデンサは、以前に１０００Ｖ、２５００Ｖ、４０００Ｖ、または５０００Ｖを超える電圧に充電または放電されていた。

したがって、方法２６００を使用すると、次に印加される各パルスの電圧は、各パルスが印加された後に増加もしくは減少されてよい、または所定数の各パルスが印加された後に増加もしくは減少されてよい。いくつかの実施形態では、次の各パルスの電圧が決定され、パルス発生器システムが相応して充電または放電される。

アポトーシスを刺激するほど十分に腫瘍にｎｓＰＥＦを印加することは、少なくとも実験で見つけられた電気特性を含む。例えば、５００〜２０００パルスの場合、毎秒１〜７パルス（ｐｐｓ）での２０ｎｓの立ち上がり時間から３０ｋＶ／ｃｍ（センチメートル毎キロボルト）を有する１００ｎｓの長さのパルスが、腫瘍の種類に応じてアポトーシスを刺激するのに十分であることが判明している。少なくとも２０ｋＶ／ｃｍのパルス電場が効果的であることが示されている。５０パルスを超えるパルスの数も効果的であることが示されている。電極のタイプ及び皮膚抵抗に応じて、１２Ａと６０Ａの間の電流値が生じた。

本明細書に説明するパルス発生器の実施形態には多くの用途がある。被験者の血流を介して転移したがんは、ｎｓＰＥＦ免疫刺激特性を使用し、治療され得る。治療のために、循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）は血流から隔離され、バイアル、試験管、または他の適切な体外環境で蓄積される。いくつかの場合、収集され、蓄積される腫瘍細胞は少し（例えば、５、１０）しかない場合がある。ｎｓＰＥＦ電場は、細胞を治療するためにこの塊を通して印加される。これは、カルレティキュリンまたは１つ以上の他の損傷関連分子パターン（ＤＡＭＰ）を腫瘍細胞の表面膜に発現させる場合がある。腫瘍細胞は、次いで注射、点滴、またはそれ以外によって被験者の血流の中に戻されてよい。

代替実施形態では、単一のＣＴＣが血流から隔離されてもよく、各細胞は個別に治療されてよい。ビオチン類似体を運ぶポリマー層でコーティングされ、ＣＴＣを捕捉するための抗体に抱合された鉄ナノ粒子を使用し全血液中でＣＴＣを捕捉する自動システムは、腫瘍細胞を自動的に捕捉することができ、磁石及び／または遠心分離機がそれらを分離できる。抗体からの分離後、ＣＴＣは、小さい毛細管によりｎｓＰＥＦで治療され、次いで患者の血流に最導入され得る。

応用の例は、人間の被験者及びネズミ科目の対象を説明しているが、他の動物の治療も意図される。馬及び乳牛等の農業用動物、または馬等のレース用の動物が治療されてよい。猫及び犬等のコンパニオンアニマルは、本明細書に説明する治療による特別な用途を見つける。獣医が小さい動物から多くの腫瘍を除去することが困難である場合があるが、動物はその進行する痛みを伝達できないため、がんは相対的に後期に見つけられる場合がある。さらに、腫瘍細胞−治療された腫瘍細胞ではあるが−を再注入する上で固有のリスクは、最愛のペットの転移したがんを潜在的に停止させる潜在的な利益に値する場合がある。

本発明の方法は、悪性、良性、軟組織、それとも固形として特徴付けられるのかに関わりなく任意の種類のがん、及び前がん及び転移後（ｐｏｓｔ−ｍｅｔａｓｔａｔｉｃ）がんを含むすべての段階及び等級のがんに使用できる。異なる種類のがんの例は、胃癌（例えば、胃癌）、大腸癌、消化管間質腫瘍、消化管カルチノイド腫瘍、結腸癌、直腸癌、肛門癌、胆管癌、小腸癌、及び食道癌等の消化器癌及び消化管癌、乳癌、肺癌、胆嚢癌、肝臓癌、脾臓癌、虫垂癌、前立腺癌、卵巣癌、腎臓癌（例えば、腎細胞癌）、中枢神経系の癌、皮膚癌（例えば、黒色腫）、リンパ腫、神経膠腫、絨毛腫、頭部癌及び頸部癌、骨肉腫、及び血液癌を含むが、これに限定されるものではない。

ｎｓＰＥＦ治療の電気特性は、腫瘍の大きさ及び／または種類に基づいて調整できる。腫瘍の種類は、上述したがん性腫瘍等の体の異なる部位の腫瘍を含む場合がある。

本明細書に説明する種々の実施形態はほんの一例にすぎず、本発明の範囲を制限することを目的としていないことを理解されたい。例えば、本明細書で説明する多くの材料及び構造は、本発明の精神から逸脱することなく他の材料及び構造と置換されてよい。したがって、請求される本発明は、当業者に明らかになるように、本明細書に説明する特定の例及び好ましい実施形態からの変形形態を含んでよい。本発明がなぜ機能するのかに関する種々の理論が制限的となることを目的としていないことを理解されたい。

上記説明は例示的であり、制限的ではない。本発明の多くの変形形態は、本開示を見直すと当業者に明らかになる。したがって、本発明の範囲は、上記説明に関してではなく決定されるべきであるが、代わりにその完全な範囲及び同等物とともに未決の特許請求の範囲に関して決定されるべきである。

上述したように、明細書中または図中で本明細書に提供されるすべての測定、寸法、及び材料は、ほんの一例に過ぎない。

「ａ」、「ａｎ」、または「ｔｈｅ」の列挙は、明確に逆の指示がない限り、「１つ以上の」を意味することが意図される。「第１の」構成要素に対する参照は、必ずしも、第２の構成要素が提供されることを必要としない。さらに、「第１の」または「第２の」構成要素に対する参照は、特に明記しない限り参照された構成要素を特定の位置に制限しない。

本明細書で言及するすべての刊行物は、刊行物が引用されるものに関連して方法及び／または材料を開示し、記述するために参照により本明細書に援用される。本明細書で説明する刊行物はその開示のためだけに、本願の出願日前に提供される。本明細書中のなにも、本発明が、先行発明のおかげで係る刊行物に先行する権利がない旨の了解として解釈されるべきではない。さらに、提供される刊行物の日付は、実際の公開日と異なる場合があり、実際の公開日は独立して確認する必要がある場合がある。

Claims (23)

1. ナノ秒パルス電場（ｎｓＰＥＦ）発生器であって、
   直列に接続されている複数のパルス発生器段と、
   入力信号パルスに応えて前記複数のパルス発生器段のために駆動信号パルスを発生させるように構成されたドライバ回路と、を備え、
   前記複数のパルス発生器段のそれぞれが、
   直列に接続された複数のスイッチを含むスイッチスタックと、
   前記駆動信号パルスに応えて前記複数のスイッチを切り替えるために制御信号パルスを発生させるように構成された少なくとも１つのスイッチドライバと、を備え、
   前記スイッチドライバの入力ポートが、前記ドライバ回路の出力ポートに結合され、
   前記スイッチドライバの出力ポートが、前記複数のスイッチの前記それぞれのスイッチに結合され、
   前記スイッチドライバの前記出力ポートが、変圧器を通して前記スイッチドライバの前記入力ポートに結合され、
   容量性素子が、前記スイッチスタックに結合される、
   前記ナノ秒パルス電場発生器。
2. 前記複数のパルス発生器段のうちの少なくともいくつかが複数のスイッチドライバを備え、
   各スイッチドライバが、前記複数のスイッチのうちのそれぞれのスイッチに対応し、前記駆動信号パルスに応えて前記それぞれのスイッチを切り替えるために制御信号パルスを発生させるように構成される、
   請求項１に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
3. 抵抗素子をさらに備え、充電モード中、前記容量性素子が、前記抵抗素子を通って流れる電流により充電電圧まで充電される、
   請求項１または２に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
4. 前記複数のパルス発生器段及び前記ドライバ回路がパルス発生器回路であるパネルを形成し、
   前記ｎｓＰＥＦ発生器が、並列に接続された複数のパネルを含む、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
5. 前記複数のパルス発生器段が５つ以下の段を含む、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
6. 前記複数のパルス発生器段のうちの少なくともいくつかが、５ｋＶを超える振幅を有するパルスを発生させるように構成される、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
7. 前記変圧器が、損失の多い変圧器を含む、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
8. 前記変圧器が、１００Ｖμｓ未満の電圧時間定数を有する、
   請求項７に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
9. 前記変圧器が、
   ５巻き未満を有する一次巻線と、
   ５巻き未満を有する二次巻線と、を含む、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
10. 前記変圧器が、リセットを行う巻線なしの変圧器を含む、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
11. 前記複数のスイッチが、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、サイリスタ、または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含む、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
12. 前記複数のパルス発生器段のうちのそれぞれを選択的に放電するように構成された放電回路をさらに備える、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
13. 前記放電回路が、充電電圧と、前記パルス発生器段の前記容量性素子全体での電圧との差異に基づいてパルス発生器段を放電するように構成される、
    請求項１２に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
14. 前記放電回路が複数の放電段を含み、各放電段がパルス発生器段に対応する、
    請求項１２に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
15. 前記複数の放電段のうちの１つの放電段が、
    直列に接続された複数の放電スイッチを含む放電スイッチスタックと、
    パルス発生器段の前記容量性素子に前記放電スイッチスタックを接続する放電抵抗器と、を備える、
    請求項１４に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
16. 前記複数の放電段のうちの前記１つの放電段が、さらに
    前記パルス発生器段の前記容量性素子全体での電圧に基づいてパルスを発生させるように構成されたパルス発生器と、
    複数の変圧器であって、前記複数の変圧器の各変圧器が、前記パルス発生器及びそれぞれの放電スイッチに接続され、前記パルス発生器の出力に基づいて前記それぞれの放電スイッチのために制御信号を生成するように構成される、前記複数の変圧器と、を備える、
    請求項１５に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
17. 前記放電回路が、放電入力端子において受信される放電制御信号に応じて、前記複数のパルス発生器段のそれぞれに放電するように構成されている、請求項１２に記載のｎｓＰＥＦ発生器。
18. パルス発生器の作動方法であって、
    ドライバ回路によって入力信号パルスを受け取ることと、
    前記ドライバ回路によって、前記入力信号パルスに基づいて駆動信号パルスを発生させることと、
    複数の直列接続されたパルス発生器段の各パルス発生器段によって、及び前記駆動信号パルスに基づいて、
    前記パルス発生器段の容量性素子を充電すること、及び
    複数のスイッチを切り替えて前記容量性素子を電極を通して放電するために、少なくとも１つのスイッチドライバによって及び前記駆動信号パルスに基づいて、制御信号パルスを発生させること
    によって、前記駆動信号パルスよりも高い振幅を有する出力パルスを発生させることと、を含み、
    前記複数のスイッチが直列に接続されてスイッチスタックを形成し、
    前記少なくとも１つのスイッチドライバが、前記駆動信号パルスを前記制御信号パルスに変換する変圧器を含む、
    前記方法。
19. 前記複数のスイッチを切り替えるために前記制御信号パルスを発生させることが、
    前記少なくとも１つのスイッチドライバによって、前記複数のスイッチのそれぞれのスイッチを切り替えるために制御信号パルスを発生させること、を含む、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記制御信号パルスの最大幅、前記複数のスイッチの最大ターンオン時間、及び前記出力パルスの最大パルス幅がナノ秒範囲内である、
    請求項１８または１９に記載の方法。
21. 充電電圧と、前記対応するパルス発生器段の前記容量性素子全体での電圧との差異に基づいて前記複数の直列に接続されたパルス発生器段の各パルス発生器段を選択的に放電すること、をさらに含む、
    請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 各パルス発生器段を選択的に放電することが、放電抵抗器を通して放電スイッチスタックによって前記容量性素子を放電することを含む、
    請求項２１に記載の方法。
23. 前記放電スイッチスタックによって前記容量性素子を放電することが、
    複数の変圧器のうちの１つの変圧器によって、前記放電スイッチスタックのそれぞれの放電スイッチのために制御信号を生成することと、を含む、
    請求項２２に記載の方法。