JPH03185911A

JPH03185911A - パルス発生装置

Info

Publication number: JPH03185911A
Application number: JP32442889A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Teranishi; 常治寺西; Hiroshi Murase; 洋村瀬; Satoru Yagiu; 悟柳父
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1991-08-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、電子銃やクライストロンなどに高電圧矩形波
パルスを供給するパルス発生装置に関するものであり、
特にその動作特性を改善する技術に係る。

（従来の技術）従来、パルスを発生させる回路に用いられるスイッチ素
子には、許容電流上昇率が大きいこと、比較的耐電圧が
高いことなどからサイラトロンが使われることが多かっ
た。第２図はサイラトロンを用いた矩形波パルス発生装
置の一例である。この装置においては、パルス形成線路
２を充電電源１によって一定電圧に充電しておき、次に
サイラトロン３をオンすることにより矩形波パルスを負
荷５に発生させることができる。この場合、サイラトロ
ン３の耐電圧は通常数十ｋＶであり、それ以上の電圧を
発生させる場合は、図のようにパルストランス４を用い
て昇圧する。パルス形成線路２を用いた場合、線路のイ
ンピーダンスは負荷のインピーダンスに等しくしておく
必要があり、出力電圧はパルストランスの一次側で充電
電圧の１／２になる。

出力電圧を高電圧にするにはパルストランスを用いる以
外に、ブルームライン形、スタックライン形などパルス
形成線路を直列化する方法がある。

第３図はブルームライン６を用いた矩形波パルス発生装
置で、スイッチング素子としてはやはりサイラトロン３
を用いている。ブルームライン６を用いた場合、第１の
導体６１と第２の導体６２この間のインピーダンスを２
１、第２の導体６２と第３の導体６３との間のインピー
ダンスを２２とし、負荷５のインピーダンスをＲとした
とき、Ｒ／２＝Ｚ１＝Ｚ２としておけば、出力には充電
電圧と等しい電圧の矩形波パルスが得られる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、クライストロンなどの高周波増幅管による粒
子加速の効率を」二るためには、パルスの電圧を高くし
て立上りを短くする必要がある。

出力電圧をさらに高くしたい場合、パルス形成線路の直
列化のみでは限度があり、スイッチング素子としてサイ
ラトロンを用いる場合は結局パルストランスを用いざる
を得なくなる。しかし、パルストランスを用いる方法に
は次のような問題点がある。

即ち、クライストロンのような高インピーダンスの負荷
に立」ニリの速いパルスを印加する場合、パルストラン
スの漂遊キャパシタンスのもつインピーダンスが負荷の
インピーダンスに対して無視できなくなり、トランスの
一次側に印加した波形をそのまま二次側に発生させるこ
とが極めて難しくなる。

さらに、このようなパルス発生装置を高繰返しで使用し
ようとすると、サイラトロンの寿命の低さが問題となる
。即ち、一般にサイラトロンは１０８ショット程度の寿
命をもつが、例えば１０００ｐｐｓという高繰返しで運
転する場合、３０時間程度で交換を余儀なくされ装置全
体の長時間の連続運転が事実上不可能となる。

このサイラトロンの低寿命を解決しかつ高電圧化を達成
する方法にスイッチング素子として磁気スイッチを用い
る方法がある。即ち、第３図のすイラトロンの代わりに
非線形磁性飼料を鉄心とした可飽和リアクトルを用いる
方法である。この方法によれば、所望の電圧に応じて鉄
心断面積を大きくすれば可飽和リアクトルの飽和電圧を
高くできるので高電圧でのスイッチングが可能である。

しかし、この方法には新たに次のような問題が生じる。

可飽和リアクトルの鉄心の飽和磁束量Φ、は、可飽和リ
アクトルに加わる電圧をｖＳ鉄心が飽和するまでの時間
でとすると、次式で与えられる。

Φｓ＝Ｊ’ｏｖｄｔいまかりに線路への入力電圧がｖ（ｔ）＝（Ｖｏ／２）　　　（１−ｃｏｓωｔ）で表
されるとし、τ＝π／ωで鉄心が飽和するように設計さ
れているとすれば、 Φｓ　＝Ｖｏ　Ｔ／２＝ＶＯｙｒ／２ω即ち、Φ５は飽
和電圧と充電時間の積で与えられる。したがって、線路
をゆっくり充電しようとするとそれだけ一層飽和磁束量
を多くとる必要が生じる。一方、可飽和リアクトルのコ
イル巻回数をＮ１鉄心断面積をＡ１鉄心の磁束密度変化
量をΔＢとすれば、Φ５＝Ｎ−Ａ◆ΔＢの関係から、Φ
５を大きくするためには、′ΔＢは鉄心飼料で決まるの
で、ＮまたはＡを大きくせざるを得ない。しかし、どち
らも可飽和リアクトルの飽和インダクタンスＬ５を大き
くすることになる。矩形波パルスの立上りは、負荷のイ
ンピーダンスをＲとすると、Ｌｓ／Ｒで決まる。したが
って、出力電圧として必要な矩形波パルスの立上りを速
くするには可飽和リアクトルの飽和インダクタンスをで
きるだけ小さくする必要がある。以上のことから、高電
圧でかつ立」ニリの速いパルスを得るためには、ライン
の充電時間をある程度速く、即ちτを小さくして可飽和
リアクトルの鉄心のΦ８を極力抑えてやらねばならない
。

しかし、充電時間を短くすることは充電電流のピーク値
を大きくすることにつながり、充電時に負荷に加わる電
圧が大きくなることを意味する。

即ち、所望の矩形波パルスに先立ってラインの充電期間
中に充電時間の速さに応じて矩形波パルスの波高値の数
％〜数十％の電圧パルスが負荷に加わることになり、純
粋な矩形波パルスが得られなくなる。

本発明は以」−の点に鑑みなされたもので、高電圧で速
い立上りをもつ矩形波パルスを高繰返しで発生できるパ
ルス発生装置を得ることを目的としている。

し発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明においては、ブルームラインとスイッチング素子
とを組合わせた矩形波パルス発生装置において、スイッ
チング素子としてアモルファス磁性飼料など非線形の磁
化特性を利用した可飽和リアクトルを用い、第一の可飽
和リアクトルをプルムラインの入力端子と対地間に接続
し、かつ、ブルームラインの出力端子に負荷に並列に充
電電流をバイパスさせる第二の可飽和リアクトルを接続
する。

そして、このような接続で、第一の可飽和リアクトルは
ブルームラインの充電電流が流れる方向に対して逆方向
にリセットしておき、第二の可飽和リアクトルは充電電
流の方向に対して順方向にリセットしておく。

（作用）このような構成の本発明においては、ブルームラインの
出力端子に接続した第二の可飽和リアクトルの充電電流
のバイパス作用と、ブルームラインの入力端子と対地間
に接続した第一の可飽和リアクトルのスイッチング作用
とで、出力端子に接続された負荷にパルスが線路を往復
伝搬する時間に相当するパルス幅をもった高電圧矩形波
パルスを供給することができる。

（実施例）以下に、本発明の一実施例を第１図を参照して具体的に
説明する。

本実施例の構成＊第１図において、充電電源１がコンデンサ７に接続され
、コンデンサ７の高圧端子がサイリスタ８を介してパル
ストランス４の一次側に接続されている。パルストラン
ス４の二次側はブルームライン６の入力側に接続される
。ブルームライン６は二重同心円筒構造の３本の導体で
構成され、中心導体は第一の導体６１を、中間の円筒導
体は第二の導体６２を、外側の円筒導体は第三の導体６
３を形成し、第一の導体６１の外径Ｒ４と第二の導体６
２の内径ｒ２の比Ｒ１／ｒ２と、第二の導体６２の外径
Ｒ２と第三の導体６３の内径ｒ３の比Ｒ２／ｒ３は等し
くなっており、第一の導体６１と第二の導体６２とで形
成される線路のサージインピーダンスおよびパルス伝搬
速度は、第二の導体６２と第三の導体６３とで形成され
る線路のサージインピーダンスおよびパルス伝搬速度に
一致するように構成されている。また、第一の導体６１
と第三の導体６３との間の静電的、電磁的結合は第二の
導体６２によって完全に遮蔽されている。そして、パル
ストランス４の二次側とプルムライン６の接続は、パル
ストランス４の高圧側端子がブルームライン６の第二の
導体６２に、接地側端子がブルームライン６の第三の導
体６３に接続されている。

さらに、前記ブルームライン６の入力側のパルストラン
ス４が接続される端子間に、第一の可飽和リアクトル９
が接続されている。また、ブルームライ、ン６の出力側
は、第一の導体６１と第三の導体６３との間に負荷５が
接続され、負荷と並列に第二の可飽和リアクトル１０が
接続されている。

そして、パルストランス４に正のパルスが加えられる場
合、第一の可飽和リアクトル９の鉄心は磁化曲線上、負
の残留磁束の点にリセットされており、第二の可飽和リ
アクトル１０の鉄心は同じく磁化西線上、正の残留磁束
の点にリセットされている。

本実施例の作用＊以上のような構成を有する本実施例の作用は次のとおり
である。

充電電源１によりコンデンサ７に充電された電荷をサイ
リスタ８をオンすることによって、パルストランス４の
漏れインダクタンスとコンデンサ７のキャパシタンスで
決まる立」ニリをもったパルスが、パルストランス４の
巻線比に応じて昇圧され、パルストランス４の二次側に
誘起される。第一の可飽和リアクトル９は負にリセット
されているので、正のパルスが加わったときは高いイン
ダクタンスを示し、可飽和リアクトル９へはほとんど電
流が流れず、ブルームライン６に電流が流れ込みブルー
ムライン６が充電されていく。このとき第二・の可飽和
リアクトル１０は正にリセットされているので、正の電
流に対しては低いインダクタンスを示し、充電電流は負
荷に流れず、第二の可飽和リアクトル１０をバイパスし
て、第一の導体６１と第二の導体６２とで形成される線
路を充電する。

ブルームライン６が充電されたところで第一の可飽和リ
アクトル９の鉄心が飽和に達するように、鉄心断面積お
よびコイル巻回数を設定しておけば、鉄心の飽和によっ
て第一の可飽和リアクトル９のインダクタンスは急激に
低下し、ブルームライン６の入力端子と対地との間のス
イッチを閉じたのと同じ作用が生じ、出力端子には線路
の往復伝搬時間に相当するパルス幅をもち、ブルームラ
イン１６の入力端子に印加した電圧と絶対値が等しく極性が反
対の矩形波パルスが得られる。

本実施例の効果＊上記の実施例に示すような構成によれば、次のような効
果が得られる。

■パルストランスで昇圧した後に可飽和リアクトルのス
イッチング作用でパルスの立」ニリを速くできるので、
パルス形成後パルストランスで昇圧する方法に比べ、昇
圧時のパルス波形の変甫の恐れがなく、高電圧で急峻な
立上りをもつパルスを得ることができる。

■負荷をバイパスする可飽和リアクトルの働きによって
、線路の充電時に負荷に同極性あるいは逆極性の電圧を
加えることなく、所望の矩形波パルスのみ供給すること
ができる。

■したがって、ブルームラインの充電を比較的短時間で
行えるので、可飽和リアクトルのコイル巻回数、鉄心断
面積を低減でき可飽和リアクトルの飽和インダクタンス
が小さくなりパルスの立」ニリ時間を短くすることがで
きる。

２ ■ブルームラインを用いることによって、入力電圧と同
じ波高値をもつ矩形波パルスを負荷に供給することがで
きる。

■昇圧前の低電圧のパルス発生には、サイラトロンに比
べ動作電圧の低いサイリスタなどの半導体素子を使うこ
とも可能であり、高繰返し、長寿命化を図ることができ
る。

（他の実施例）本実施例のブルームラインは二重同心円筒構造で説明し
たが、ブルームラインはこの構造に限ることなく、第一
および第二の導体の作る線路の特性と第二および第三の
導体の作る線路の特性とが等しくかつ、第一の導体と第
三の導体との静電的、電磁的結合のない構造であればよ
く、例えば、絶縁物を介して帯状導体を３段に重ねてそ
れぞれ第一、第二、第三の導体とする構造でもよい。

また、低電圧のパルス発生部に用いるスイッチング素子
は寿命を問わなければ半導体素子である必要はなく、例
えばサイラトロンでもよい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、スイッチング素
子としての可飽和リアクトルとブルームラインとの組合
わせるという簡単な手段により１、急峻な立上りをもつ
高電圧の矩形波パルスを高繰返しで発生することのでき
るパルス発生装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパルス発生装置の一実施例を示す
回路図、第２図は従来のパルス発生装置の一例を示す回
路図、第３図は従来のブルームラインを用いた矩形波パ
ルス発生回路を示す図である。１・・・充電電源、２・・・パルス形成線路、３・・・
サイラトロン、４・・・パルストランス、５・・・負荷
、６・・・ブルームライン、７・・・コンデンサ、８・
・・サイリスタ、９，１０・・・可飽和リアクトル。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）充電電源に接続されたブルームラインとスイッチ
ング素子を備え、このブルームラインに接続された負荷
に対して矩形波パルスを発生させるパルス発生装置にお
いて、スイッチング素子として可飽和リアクトルを使用するこ
とを特徴とするパルス発生装置。
（２）スイッチング素子として、ブルームラインの入力
端子と対地の間に第一の可飽和リアクトルを配設し、か
つ、ブルームラインを充電する電流が流れる方向にあら
かじめ鉄心を磁気飽和させた第二の可飽和リアクトルを
ブルームラインの出力端子に負荷と並列に接続したこと
を特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。