JPH04200281A - パルス充電装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ、加速器に用いるパルス充電装置に係
わり、特に充電効率の向上を図ったパルス充電装置に関
する。

（従来の技術） 近年パルス状の高電圧を利用してガスレーザの励起を行
ったり、荷電粒子の加速を行ったりするパルスパワー技
術に対する産業上の需要が高まっている。パルス電圧を
得る方法としては高電圧に充電されるコンデンサを高速
スイッチによりインダクタンスを介して放電させ、他の
コンデンサに充電する。いわゆる容量移行型の回路が従
来最もよく用いられている。

このような容量移行型のパルス充電回路においては、比
較的簡単な回路によって高速パルス電圧を得ることがで
きる。

（発明が解決しようとする課題） 第１のコンデンサ、インダクタンス、高速スイッチ、第
２のコンデンサを有する閉路であるパルス充電回路にお
いて、回路損失が全くないか。

あるいは無視できるとき、理論的には第１のコンデンサ
と第２のコンデンサの容量値を等しくすることによって
電荷の完全な移行条件が得られる。

しかし実際には高速スイッチＳＷ等に無視できない損失
があるにも関わらず、この理論的な理想条件が適用され
ていた。そのために、第１のコンデンサの電荷が完全に
第２のコンデンサに移行せず、第１のコンデンサに電荷
が残留することがあった。

このように、回路定数が最適化が十分でないため、充電
エネルギー移行効率が良くないという問題点があった。

そこで、本発明の目的は回路定数を最適化することで、
充電エネルギー移行効率の良いパルス充電装置を提供す
ることである６ 〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明は以上の目的を達成するために、直流充電電源と
、 この直流充電電源に並列に接続された高速スイッチと、 高速スイッチの開放状態において、直流充電電源により
充電される第１のコンデンサと、高速スイッチの投入に
より、第１のコンデンサの電荷が移行して高速充電され
る第２のコンデンサと、を有するパルス充電装置におい
て、第１のコンデンサの容量に対する第２のコンデンサ
の容量の比率γを０．７〈γ＜１．０であることを特徴
とするものである。

（作用） 従来損失のある容量移行型回路におけるコンデンサ容量
値の比率とエネルギー取り出し効率の関係については明
確ではなかった。本発明の発明者がこの関係について実
験的に調べたところ、第３図に示すエネルギー取り出し
効率とコンデンサ容量値比の関係を得た。実験において
、高速スイッチとしてＩ　Ｇ　Ｂ　Ｔ　（Ｉｎｓｕｌａ
ｔｅｄ　Ｇａｔｅ　ＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｅ
ｒ）を用いた。第３図かられかるように、第１のコンデ
ンサＣ１の容量値を第２のコンデンサＣ２の容量値より
大きくしたとき、最も高いエネルギー取り出し効率が得
られる。使用する高速スイッチの種類１回路条件等によ
り異なるが、種々検討の結果、エネルギー取り出し効率
りを最大にする容量値の比率γの値は、０．７＜γ＜１
．０の範囲にあることがわかった。ここで、エネルギー
取り出し効率りとは、第１のコンデンサＣ１の初期充電
エネルギーに対する第２のコンデンサＣ２のピーク充電
エネルギーの比率で定義される。

このように第１のコンデンサの容量値に対する第２のコ
ンデンサの容量値の比率γを０，７＜γく１、Ｏとする
ことで、第１のコンデンサの電荷が第２のコンデンサへ
効率良く移行し、第１のコンデンサに電荷の残留率を低
下する。

（実施例） 本発明による実施例を図面によって説明する。

第１図は容量移行型のパルス充電回路と磁気圧縮回路を
組み合わせた回路である。

第１図において、１は直流充電電源である。ＳＣＲは半
導体スイッチであり、直流充電型Ｍ１に並列に接続され
ている。放電リアクトルＬＤ、コンデンサＣ１，コンデ
ンサＣ２が直列接続されて、半導体スイッチＳＣＬに並
列接続されている。ＬＣは充電リアクトルであり、コン
デンサＣ１とコンデンサＣ２の間に一端が接続されてい
る。ＳＬは可飽和リアクトル、２は負荷であり、直列に
接続されてコンデンサｃ２の両端に接続されている。

また、コンデンサＣ１の容量値に対するコンデンサＣ２
の容量値の比率γは０．８とする。

半導体スイッチＳＣＨの開放時に、直流充電電源１によ
り、放電リアクトルを介してコンデンサＣ１に電荷が充
電される。

半導体スイッチＳＣＨの投入により、コンデンサＣ１に
充電された電荷はほとんど、放電リアクトルＬＤを通じ
てコンデンサｃ２に移行し、パルス充電が行われる。こ
の際、コンデンサＣ２の電圧は可飽和リアクトルＳＬを
パルス励磁する。この励磁作用により可飽和リアクトル
ＳＬが飽和すると、インダクタンス値が激減し、コンデ
ンサＣ２の電荷は負荷に移行する。このとき、可飽和リ
アクトルＳＬの飽和時のインダクタンス値は極めて小さ
いので負荷２への充電は高速化され、パルス圧縮作用が
行われる。

この実施例によれば、コンデンサＣ１の容量に対するコ
ンデンサＣ２の容量の比率γをγ＝０．８としたことで
、コンデンサＣ１に充電された電荷は、すべてコンデン
サＣ２へ移行し、コンデンサＣ１の電荷残留率は極めて
低い。そのため充電エネルギー移行効率の良いパルス充
電装置を得ることができる。

次に、他の実施例を説明する。第３図において、１は直
流充電電源である。ＳＣＲは半導体スイッチであり、直
流充電電源１に並列に接続されている。Ｃ１はコンデン
サであり、パルストランス３の１次側と接続されて半導
体スイットＳＣＲに並列に接続される。Ｃ２はコンデン
サであり、パルストランス３の２次側に並列に接続され
る。ＳＬは可飽和リアクトルであり、２は負荷であり、
そわぞれ直列に接続されて、コンデンサＣ２に並列接続
されている。

このようなパルストランス３によって結合される回路に
おいては１等価回路的にパルストランス３の漏れインダ
クタンスが放電リアクトル＠Ｄと同等の働きをし、パル
ストランス３の励磁インダンタンスが充電リアクトルＬ
Ｃと同様の働きをするので、第１の実施例と同様の容量
移行型パルス充電回路であるということが言える。ただ
し、第１のコンデンサＣ１に対する第２のコンデンサＣ
２の容量値の比率γをパルストランス３の巻数比に応じ
てパルストランス３の１次側もしくは２次側に換算して
適用する必要がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、回路内の損失を考慮した回路定数を選
択したことにより、充電エネルギー移行効率の良いパル
ス充電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパルス充電装置の実施例を示す回
路図、第２図は本発明によるパルス充電装置の他の実施
例を示す回路図、第３図はエネルギー取り出し効率りと
コンデンサ容量値の比率γの関係図である。 １・・・直流充電電源、　　２・・・負荷、３・・・パ
ルストランス、 ＳＣＬ・・・半導体スイッチ、 ＬＤ・・・放電リアクトル、ＬＣ・・・充電リアクトル
、ＳＬ・・可飽和リアクトル。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流充電電源と、 この直流充電電源に並列に接続された高速スイッチと、 高速スイッチの開放状態において、直流充電電源により
   充電される第１のコンデンサと、 高速スイッチの投入により、第１のコンデンサの電荷が
   移行して高速充電される第２のコンデンサと、を有する
   パルス充電装置において、 第１のコンデンサの容量に対する第２のコンデンサの容
   量の比率γを０．７＜γ＜１．０であることを特徴とす
   るパルス充電装置。