JPH04133620A - スイッチ装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ この発明は多数の電界効果トランジスタ等の固体スイッ
チ素子を用い、これらの固体スイッチ素子を同時にＯＮ
、ＯＦＦするように成され、かつ保護回路を有するスイ
ッチ装置であって、特に放電励起レーザ装置等における
高電圧スイッチとして用いて好適なスイッチ装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

第２図は従来の放電励起レーザ装置としてのエキシマレ
ーザ（Ｅｘｃｉ＋ｌｅｒ：　Ｅｘｃｉｔｅｄ　Ｄｉｍｅ
ｒ　）装置に用いられる放電回路を示す回路図である。

図において、１０は高圧電源、１１は高圧電源１０の一
端に接続された充電用のりアクドル、２はリアクトル１
１に直列に接続された充電用のコンデンサ、９はコンデ
ンサ２と高圧電源１０の他端との間に設けられた放電用
の一対の電極、１３は電極９間の放電により発生したレ
ーザ光、１２は電極９と並列に接続された充電用のりア
クドル、８は電極９と並列に接続されコンデンサ２がら
電荷が転送されるコンデンサ、１はリアクトル１１とコ
ンデンサ２との接続点と高圧電源１０の他端との間に接
続された電荷転送用の高電圧スイッチとしてのサイラト
ロンである。なお、一対の電極９は希ガス、ハロゲンガ
ス等の放電ガス中に配されている。

第３図は上記第２図の放電回路を用いたエキシマレーザ
装置を示す斜視図であり、第２図と同一部分には同一符
号が付されている。

なお、第２図の高圧電源１０及びリアクトル１１．１２
は図示を省略されている。

第３図において、高電圧スイッチとしてのサイラトロン
１は導電材から成る円筒形の容器６に収納され、この容
器６の一端には絶縁体から成る蓋７が設けられている。

上記充電用のコンデンサ２は複数個設けられ一列に配さ
れている。このコンデンサ２の一端とサイラトロン１の
一端とは略し字状を成す導電板４を介して接続されてい
る。また、コンデンサ２の他端は細長い導電板３に接続
されている。

また、細長い箱状の導電材から成る容器５が設けられ、
この容器５には上記放電ガスが満たされると共に、一対
の細長い放電用の電極９が設けられ、その一方の電極９
は上記導電板３に設けられ、他方の電極９はこの容器５
の底部に設けられている。またこの容器５の一端は上記
容器６を介してサイラトロンエの他端に接続されている
。

また、容器５の両側の内壁と導電板３の両側面との間に
は電荷が転送される上記コンデンサ８が複数個接続され
ている。

以上の構成により第２図と等価な放電回路が構成される
。

次に動作について説明する。

第２図において、サイラトロン１がＯＦＦの状態で、高
圧電源１０が投入されると、先ず高圧電源１０−リアク
トル１１−コンデンサ２−リアクトル１２−高圧電源１
０の充電ループが形成されてコンデンサ２が充電される
。次いでサイラトロン１が点弧すると、コンデンサ２−
サイラトロン１−コンデンサ８の電荷転送ループが形成
されて、コンデンサ２が放電し、その電荷がコンデンサ
８に転送される。従って、このコンデンサ８の両端電圧
、即ち一対の電極９間の電圧が上昇し、放電電圧に達す
ると電極９間に放電が生じる。この放電により容器５内
のガスが励起され、その際にパルス状のレーザ光１３が
発生する。

上述した従来の放電回路においては、高電圧スイッチと
してサイラトロン１を用いている。しかしながらサイラ
トロン１はインダクタンスが大きく、このため電極９間
の電圧の立上りが遅くなって安定な放電が得られず、ま
た予熱時間を要したり、さらには温度に対して敏感であ
るため、温度制御のための装置を設ける必要がある等の
種々の欠点がある。

この対策として、本出願人は、サイラトロンに代えて多
数の固体スイッチ素子を用いたスイッチ装置を提案して
いる。第４図は固体スイッチ装置として電界効果トラン
ジスタ（以下、ＦＥＴという）１４を用い、多数のＦＥ
Ｔ１４を直並列に接続することにより、スイッチ装置１
５を構成した例を示す、このスイッチ装置１５を第２図
のサイラトロン１に代えて接続し、全てのＦＥＴ１４を
同時に導通させることにより、上記コンデンサ２の放電
電流を流すことができる。

而して、第４図のスイッチ装置１５は複数のＦＥＴ１４
を並列に接続した並列回路の複数個を直列に接続して構
成されている。このスイッチ装置１５の直並列回路にお
いて、素子のばらつき等により、各並列回路の導通タイ
ミングがずれた場合は、導通タイミングの遅れた並列回
路に過大な電圧がかかり、ＦＥＴＩ４が破壊することが
ある。

この対策として本出願人は第５図及び第６図に示す保護
回路１６を提案している。

第５図の保護回路１６は、逆流防止用ダイオードとコン
デンサ１８及び抵抗１９の並列回路とを直列に接続して
成るもので、この保護回路１６をＦＥＴ１４の各並列回
路２０・に並列に接続した構成となっている。

上記構成によれば、並列回路２０に過大な電圧が加えら
れ電流が流れると、コンデンサ１８がこのコンデンサ１
８及び抵抗１９との時定数によりダイオード１７を通じ
て徐々に充電されるので、各ＦＥＴ１４に過大な電圧が
直接に加えられることがなく、各ＦＥＴ１４を保護する
ことができる。

第６図の保護回路Ｉ６は逆流防止用のダイオード２１と
ＦＥＴ２２とを直列に接続すると共に、ダイオード２１
のカソード側を分岐してツェナーダイオード２３、逆流
防止用のダイオード２４及び抵抗２５の直列回路を接続
し、ダイオード２４と抵抗２５との接続点をＦＥＴ２２
のゲート端子に接続した構成となっている。

上記構成によれば、並列回路２０に過大な電圧が加えら
れると、ダイオード２１を介してツェナーダイオード２
３が導通し、従って抵抗２５に電圧が現れる。この電圧
がＦＥＴ２２のゲートＷｓ子に加えられてこのＦＥＴ２
２が導通する。これによって過大電圧による電流■がダ
イオード２１及びＦＥＴ２２を通して流れるので、ＦＥ
Ｔ１４を保護することができる。

以上のように第５図及び第６図に示した保護回路１６は
、何れも過大電圧による電流Ｉの側路を設けた構成とな
っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の保護回路１６を有するスイッチ装置１５は以上の
ように構成されているので、このスイ・ノチ装置１５を
第２図のような放電回路に用いた場合は次のような問題
が生していた。

第５図及び第６図の並列回路２０において、図の左側に
電′ａ（図示せず）が設けられているものとすると、電
流Ｉ０）電流ループとなる導体のインダクタンスしは電
源に近い方が遠い方より小さくなる。第７図はその理由
を説明する図であり、電流Ｉの電流ループの面積をＡ、
その奥行をｆとする。なお、ｌは実際の回路では並列回
路２０をさらにこのＰの方に並列に設けるので、その配
列の長さを示すもので、以下の説明ではｐは一定とする
。

第７図において、電流ループ■を形成する導体のインダ
クタンスしは、 ９　　　　　　・・・・・・・・・（１）Ｌ−μ。了 但し、μ。：誘電率 で表わされる。従って、第７図においては図の電流ルー
プの右側へいくほどＬが大きくなる。ここで主電流ルー
プＩで囲まれる断面内を“電流ループの内側”とすると
主電流ループの内側にある支電流ループの方がＬは小さ
い。即ち、第５図及び第６図の場合、並列回路２０を構
成する各ＦＥＴ１４に関して言えば、左側のＦＥＴ１４
ｔ、こ対する電流ループのインダクタンスしは小さく、
右側のＦＥＴ１４に対する電流ループのインダクタンス
しは大きくなる。また、インダクタンスＬの違いによる
電流Ｉは、 但し、■。：電　圧 Ｃ：コンデンサ２，８の合成容量 ｔ　：時　間 で表わされる。第８図は異なるインダクタンスＬ。

Ｌ’　　（Ｌ’＜Ｌ）についての電ｉｆの波形を示すも
ので、小さい方のインダクタンスＬ′の場合の電流波形
が短時間に急峻な波形となっていることが判る。

以上の述べたことから明らかなように、第５図及び第６
図においては、保護回路１６を設けていても、左側、即
ち電流ループの内側のＦＥＴ１．４には、保護回路１６
よりも先に過大電圧が加えられて、このＦＥＴが破壊す
ることがる等の課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、過大電圧による固体スイッチ素子の破壊を確実
に防止することのできるスイッチ装置を得ることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るスイッチ装置は、固体スイ・ノチ素子の
並列回路の保護回路を、この並列回路よりも電流ループ
の内側に設けたものである。

〔作　用〕

この発明における保護回路は、並列回路よりも電流ルー
プの内側に設けたので、過大電圧による電流ループのイ
ンダクタンスが保護回路に対して最小となり、このため
並列回路の固体スイッチ素子より先に電流が流れて固体
スイッチ素子が保護される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はスイッチ装置１５を前述したエキシマレーザ装置に
適用した場合の実施例を示すもので、第２図、第３同、
第５図及び第６図と対応する部分には同一符号を付して
説明を省略する。

第１圀において、２６は断面が鉤形を成す導電板で、そ
の下端がコンデンサ２に接続されている。

２７は導電板でその下端がコンデンサ８に接続されてい
る。

この発明によるスイッチ装置１５は、２つの導電板２６
．２７によりその上下において挟持された状態で保持さ
れている。なお、導電板２６．２７は紙面と直交する方
向に延長されており、この延長部分に多数のＦＥＴ１４
の並列回路２ｏが配されているものとする。また、高圧
電源１ｏが導電板２６と容器５との間に接続されている
。

この発明においては、前述した保護回路１６を各並列回
路２０の電源としてのコンデンサ２に近い側の端部に、
この並列回路２０と並列に接続している。なお、保護回
路Ｉ６は第５図又は第６図に示す構成のものが用いられ
ている。

次に動作について説明する。

まず、コンデンサ２に高圧電＋１！１ｏより導電板２６
を通して充電を行った後、スイッチ装置１５をＯＮと成
す。このスイッチ装置１５の制御は、図示せずも制御回
路より各並列回路のＦＥＴ１４の共通ゲート端子にトリ
ガ信号を介して、全てのＦＥＴ１４を導通させるように
成される。スイッチ装置１５がＯＮすると、コンデンサ
２に充電された電荷が導電板２６からスイッチ装置１５
及び導電板２７を通じてコンデンサ８に転送される。

これによって一対の電極９間に放電が発生してレーザ光
が得られる。

スイッチ装置１５の導電時、ある並列回路２０の導通タ
イミングが遅れると、その並列回路２０にはコンデンサ
２の電圧が加えられ、この電圧はこの並列回路２０が導
通ずるまでの間に上昇して過大になり、この過大電圧に
よる電流Ｉが流れる。

このとき、保護回路１６は並列回路２０のＦＥＴ１４よ
りも電源としてのコンデンサ２に最も近い位置に配され
ており、従ってこの保護回路１６に対する電流Ｉの電流
ループのインダクタンスは他のＦＥＴ１４に対するイン
ダクタンスに比べて最も小さい。このため、電流ｆは先
ず保護回路１６に流れることになり、これによってＦＥ
Ｔ１４が保護される。

なお、上記実施例では固体スイッチ素子としてＦ　Ｅ　
Ｔを用いたが、その他のＩ　ＧＢＴ、サイリスクは等の
素子を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、固体スイ・ンチ素子の
並列回路の保護回路を、この並列回路の電源側に配する
構成としたので、並列回路の導通遅れによって、過大電
圧が加わった場合は必ず保護回路に電流が流れるので、
固体スイッチ素子を確実に保護することができる効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるスイッチ装置をレー
ザ装置に適用した場合を示す構成図、第２図は従来のレ
ーザ装置における放電回路を示す回路図、第３図は従来
のサイラトロンを用いたレーザ装置を示す斜視図、第４
図は従来のＦＥＴを用いたスイッチ装置を示す回路図、
第５図及び第６図は従来のスイッチ装置の保護回路を示
す回路図、第７図は保護回路の動作を説明する説明図、
第８図は第７図の電流ループを流れる電流の波形回であ
る。 ２はコンデンサ、１４は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ
）、１５はスイッチ装置、１６は保護回路、２０は並列
回路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 特許出願人　　三菱電機株代会社 （り＋　Ｚ　る　） 第 ？ 図 第 図 第 ワ 図 第 図 電流■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれ複数の固体スイッチ素子が並列接続された複数
   の並列回路を直列に接続し、この直列回路の両端を電源
   に接続するように成されると共に上記各並列回路にはそ
   の並列回路に過大電圧が加えられたときの電流の側路を
   有する保護回路がそれぞれ並列に接続されて成るスイッ
   チ装置において、上記固体スイッチ素子を含む電流閉ル
   ープにて上記保護回路を上記固体スイッチ素子よりも内
   側に設置したことを特徴とするスイッチ装置。