JPH05145157A - 可飽和トランスを用いた完全固体素子化磁気パルス圧縮電源回路 - Google Patents
可飽和トランスを用いた完全固体素子化磁気パルス圧縮電源回路Info
- Publication number
- JPH05145157A JPH05145157A JP30646791A JP30646791A JPH05145157A JP H05145157 A JPH05145157 A JP H05145157A JP 30646791 A JP30646791 A JP 30646791A JP 30646791 A JP30646791 A JP 30646791A JP H05145157 A JPH05145157 A JP H05145157A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 パルス幅を圧縮した、高電圧・大電流のパル
スを得る装置の構成の簡単化を図る。 【構成】 半導体スイッチＳＷに直列に可飽和リアクト
ルＳＩ1を設けて磁気アシストを行い、エネルギー蓄積
用コンデンサＣ0の放電パルス電流を可飽和トランスＳ
Ｔの一次電流として該トランスによる昇圧動作でコンデ
ンサＣ1を充電し、可飽和トランスの磁気スイッチ動作
によりコンデンサＣ1からパルス圧縮した電流を放電管
ＤＴに供給する。
スを得る装置の構成の簡単化を図る。 【構成】 半導体スイッチＳＷに直列に可飽和リアクト
ルＳＩ1を設けて磁気アシストを行い、エネルギー蓄積
用コンデンサＣ0の放電パルス電流を可飽和トランスＳ
Ｔの一次電流として該トランスによる昇圧動作でコンデ
ンサＣ1を充電し、可飽和トランスの磁気スイッチ動作
によりコンデンサＣ1からパルス圧縮した電流を放電管
ＤＴに供給する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高電圧・大電流パルス
を発生するためのパルス電源に関する。
を発生するためのパルス電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】パルスレーザ励起やパルスプラズマ発生
用のパルス電源には、半導体スイッチと磁気スイッチに
なる可飽和リアクトルを用いた図４に示す構成のものが
ある。同図中、複数個直列接続されるサイリスタＴＨは
高電圧の半導体スイッチとされ、高電圧充電されたコン
デンサとリアクトルＬの直列回路を短絡することで電流
Ｉ1によるＬＣ反転の倍電圧を発生させる。
用のパルス電源には、半導体スイッチと磁気スイッチに
なる可飽和リアクトルを用いた図４に示す構成のものが
ある。同図中、複数個直列接続されるサイリスタＴＨは
高電圧の半導体スイッチとされ、高電圧充電されたコン
デンサとリアクトルＬの直列回路を短絡することで電流
Ｉ1によるＬＣ反転の倍電圧を発生させる。
【０００３】この電圧発生により可飽和リアクトルＳＲ
1とコンデンサＣ11，Ｃ2の直列回路にパルス圧縮した電
流Ｉ2を得、さらにコンデンサＣ2の電圧により可飽和リ
アクトルＳＲ2とコンデンサＣ3，Ｃ2の直列回路にパル
ス圧縮した電流Ｉ3を得、最終段の可飽和リアクトルＳ
Ｒ3と放電管ＤＴにパルス圧縮した高電圧・大電流パル
スＩ4を得る。
1とコンデンサＣ11，Ｃ2の直列回路にパルス圧縮した電
流Ｉ2を得、さらにコンデンサＣ2の電圧により可飽和リ
アクトルＳＲ2とコンデンサＣ3，Ｃ2の直列回路にパル
ス圧縮した電流Ｉ3を得、最終段の可飽和リアクトルＳ
Ｒ3と放電管ＤＴにパルス圧縮した高電圧・大電流パル
スＩ4を得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の構成において、
初段の半導体スイッチ（サイリスタＴＨ）はＬＣ反転の
倍電圧効果によりレーザ発振に必要な出力電圧の約１／
２を負担し、可飽和リアクトルの磁気スイッチ作用でパ
ルス圧縮を行い、必要とするパルス幅を得るのに可飽和
リアクトルとコンデンサをはしご状に複数段設けてい
る。
初段の半導体スイッチ（サイリスタＴＨ）はＬＣ反転の
倍電圧効果によりレーザ発振に必要な出力電圧の約１／
２を負担し、可飽和リアクトルの磁気スイッチ作用でパ
ルス圧縮を行い、必要とするパルス幅を得るのに可飽和
リアクトルとコンデンサをはしご状に複数段設けてい
る。
【０００５】ここで、一般的なパルスレーザ（例えばエ
キシマレーザ、横型励起ＣＯ2レーザ等）の放電励起に
は電源の出力電圧として数＋ＫＶを必要とするのに対
し、現在の半導体素子では数ＫＶの耐圧しか得られない
ため、半導体素子を多数個直列に接続して所期の耐電圧
を得るようにしており、半導体素子の電力損失も考慮す
ると大型、大容量の初段スイッチ構成になってしまう。
なお、ＬＣ反転を行わない場合には必要とする半導体素
子数が倍増する。
キシマレーザ、横型励起ＣＯ2レーザ等）の放電励起に
は電源の出力電圧として数＋ＫＶを必要とするのに対
し、現在の半導体素子では数ＫＶの耐圧しか得られない
ため、半導体素子を多数個直列に接続して所期の耐電圧
を得るようにしており、半導体素子の電力損失も考慮す
ると大型、大容量の初段スイッチ構成になってしまう。
なお、ＬＣ反転を行わない場合には必要とする半導体素
子数が倍増する。
【０００６】また、可飽和リアクトルの体積（個数）
は、電圧と通電時間の積（電圧時間積Ｖ×ｔ）に比例す
ることから、特に１段目の磁気圧縮には多数個の可飽和
リアクトルコアが必要となり、可飽和リアクトルとコン
デンサの回路をはしご状に複数段設ける構成では装置構
成が大型，高価になる。
は、電圧と通電時間の積（電圧時間積Ｖ×ｔ）に比例す
ることから、特に１段目の磁気圧縮には多数個の可飽和
リアクトルコアが必要となり、可飽和リアクトルとコン
デンサの回路をはしご状に複数段設ける構成では装置構
成が大型，高価になる。
【０００７】従来の他のパルス電源として、図５に示す
ように、電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）の大きなガス入放電
スイッチ素子Ｓ（サイラトロン等）を用い、そのスイッ
チングによるパルスをそのまま放電管ＤＴに供給するも
のがあるが、ガス入放電スイッチ素子Ｓの寿命が約１０
8パルスと短く、高い繰り返しの出力を得る電源として
は短寿命になり採用できない。
ように、電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）の大きなガス入放電
スイッチ素子Ｓ（サイラトロン等）を用い、そのスイッ
チングによるパルスをそのまま放電管ＤＴに供給するも
のがあるが、ガス入放電スイッチ素子Ｓの寿命が約１０
8パルスと短く、高い繰り返しの出力を得る電源として
は短寿命になり採用できない。
【０００８】本発明の目的は、装置構成の簡単化を図っ
たパルス電源を提供することにある。
たパルス電源を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、半導体スイッチと、この半導体スイッチに
直列接続されて磁気アシストを行う可飽和リアクトル
と、直流電圧で充電される第１のコンデンサと、このコ
ンデンサと前記半導体スイッチ及び可飽和リアクトルに
一次巻線が直列接続され該半導体スイッチのオンによっ
て一次電流が供給されて昇圧出力を得る可飽和トランス
と、この可飽和トランスのトランス動作中の二次出力電
流が供給される第２のコンデンサとリアクトルの直列回
路と、前記可飽和トランスのトランス動作後の磁気スイ
ッチ動作により前記第２のコンデンサの充電電圧が可飽
和トランスの二次巻線を通して印加されてパルス放電を
得る第３のコンデンサと放電管の並列回路とを備えたこ
とを特徴とする。
決するため、半導体スイッチと、この半導体スイッチに
直列接続されて磁気アシストを行う可飽和リアクトル
と、直流電圧で充電される第１のコンデンサと、このコ
ンデンサと前記半導体スイッチ及び可飽和リアクトルに
一次巻線が直列接続され該半導体スイッチのオンによっ
て一次電流が供給されて昇圧出力を得る可飽和トランス
と、この可飽和トランスのトランス動作中の二次出力電
流が供給される第２のコンデンサとリアクトルの直列回
路と、前記可飽和トランスのトランス動作後の磁気スイ
ッチ動作により前記第２のコンデンサの充電電圧が可飽
和トランスの二次巻線を通して印加されてパルス放電を
得る第３のコンデンサと放電管の並列回路とを備えたこ
とを特徴とする。
【００１０】
【作用】半導体スイッチを可飽和リアクトルで磁気アシ
ストすることによりスイッチング損失を低減すると共に
パルス圧縮を行い、このパルス電流に対して可飽和トラ
ンスのトランス動作により昇圧したパルス電流を得ると
共にその後の磁気スイッチ動作によりパルス圧縮をして
放電管に高電圧・大電流の短パルスを供給する。
ストすることによりスイッチング損失を低減すると共に
パルス圧縮を行い、このパルス電流に対して可飽和トラ
ンスのトランス動作により昇圧したパルス電流を得ると
共にその後の磁気スイッチ動作によりパルス圧縮をして
放電管に高電圧・大電流の短パルスを供給する。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。半導体スイッチＳＷは、ＧＴＯサイリスタ，ＳＩサ
イリスタ，ＩＧＢＴ等の半導体素子の複数個直列接続で
構成された初段スイッチにされる。
る。半導体スイッチＳＷは、ＧＴＯサイリスタ，ＳＩサ
イリスタ，ＩＧＢＴ等の半導体素子の複数個直列接続で
構成された初段スイッチにされる。
【００１２】可飽和リアクトルＳＩ1と初段エネルギー
蓄積コンデンサＣ0及び可飽和トランスＳＴの一次巻線
は直列接続されて半導体スイッチＳＷに並列接続され
る。
蓄積コンデンサＣ0及び可飽和トランスＳＴの一次巻線
は直列接続されて半導体スイッチＳＷに並列接続され
る。
【００１３】可飽和リアクトルＳＩ1は、実効動作磁束
密度量（△Ｂ）の大きな磁心材、例えば鉄基非晶質合金
磁心材や鉄基超微結晶質合金磁心材、コバルト基非晶質
合金等の磁心材を持ち、半導体スイッチＳＷをアシスト
するための磁気アシストとして使用される。
密度量（△Ｂ）の大きな磁心材、例えば鉄基非晶質合金
磁心材や鉄基超微結晶質合金磁心材、コバルト基非晶質
合金等の磁心材を持ち、半導体スイッチＳＷをアシスト
するための磁気アシストとして使用される。
【００１４】可飽和トランスＳＴは、高い角形比を持つ
磁心材、例えば鉄基非晶質合金磁心材や鉄基超微晶質合
金磁心材、コバルト基非晶質合金等の磁心材を持ち、１
対ｎ（例えばｎ＝３）の巻線比を持つ。
磁心材、例えば鉄基非晶質合金磁心材や鉄基超微晶質合
金磁心材、コバルト基非晶質合金等の磁心材を持ち、１
対ｎ（例えばｎ＝３）の巻線比を持つ。
【００１５】可飽和トランスＳＴの二次巻線にはコンデ
ンサＣ1と飽和タイミング調整用可変リアクトルＬ1及び
コンデンサＣPの直列回路が並列接続される。また、コ
ンデンサＣPにはリアクトルＬ2と放電管ＤＴが並列接続
される。
ンサＣ1と飽和タイミング調整用可変リアクトルＬ1及び
コンデンサＣPの直列回路が並列接続される。また、コ
ンデンサＣPにはリアクトルＬ2と放電管ＤＴが並列接続
される。
【００１６】本実施例の動作を説明する。まず、コンデ
ンサＣ0は直流電源ＤＣによって高圧充電しておく。こ
の後、半導体スイッチＳＷをオンさせることにより、コ
ンデンサＣ0→可飽和リアクトルＳＩ1→半導体スイッチ
ＳＷ→可飽和トランスＳＴの一次巻線の経路で一次電流
Ｉ0を流す。
ンサＣ0は直流電源ＤＣによって高圧充電しておく。こ
の後、半導体スイッチＳＷをオンさせることにより、コ
ンデンサＣ0→可飽和リアクトルＳＩ1→半導体スイッチ
ＳＷ→可飽和トランスＳＴの一次巻線の経路で一次電流
Ｉ0を流す。
【００１７】この電流Ｉ0に対して、可飽和トランスＳ
Ｔは非飽和領域で動作させ、その巻数比（１対ｎ）によ
る昇圧した電圧を二次巻線に得るトランスとして動作さ
せる。
Ｔは非飽和領域で動作させ、その巻数比（１対ｎ）によ
る昇圧した電圧を二次巻線に得るトランスとして動作さ
せる。
【００１８】このときの可飽和トランスＳＴの二次側で
は、コンデンサＣ1→可変リアクトルＬ1→リアクトルＬ
2→可飽和トランスＳＴの二次巻線の経路で二次電流Ｉ1
が流れ、コンデンサＣ1を昇圧後の電圧（一次側のｎ倍
の電圧）で充電する。
は、コンデンサＣ1→可変リアクトルＬ1→リアクトルＬ
2→可飽和トランスＳＴの二次巻線の経路で二次電流Ｉ1
が流れ、コンデンサＣ1を昇圧後の電圧（一次側のｎ倍
の電圧）で充電する。
【００１９】この後、可飽和トランスＳＴが飽和領域に
入ると、一次側と二次側が非結合状態となり、トランス
としての作用でなく可飽和リアクトルとして作用する磁
気スイッチとなり、二次巻線が低インピーダンスになっ
てパルス圧縮した電流Ｉ2によってコンデンサＣPを高速
充電する。
入ると、一次側と二次側が非結合状態となり、トランス
としての作用でなく可飽和リアクトルとして作用する磁
気スイッチとなり、二次巻線が低インピーダンスになっ
てパルス圧縮した電流Ｉ2によってコンデンサＣPを高速
充電する。
【００２０】このコンデンサＣPの充電電圧によって放
電管ＤＴには短絡電流Ｉ3を供給、すなわち高電圧・大
電流のパルス電流Ｉ3を放電管ＤＴに供給する。
電管ＤＴには短絡電流Ｉ3を供給、すなわち高電圧・大
電流のパルス電流Ｉ3を放電管ＤＴに供給する。
【００２１】従って、本実施例によれば可飽和トランス
ＳＴはトランス動作による高電圧発生と磁気スイッチ動
作によるパルス圧縮を行い、高電圧・大電流のパルスを
電流Ｉ2として発生し、この電流でコンデンサＣPが放電
管ＤＴの放電開始電圧まで充電されたときの電流Ｉ3を
コンデンサＣPと共に供給する。
ＳＴはトランス動作による高電圧発生と磁気スイッチ動
作によるパルス圧縮を行い、高電圧・大電流のパルスを
電流Ｉ2として発生し、この電流でコンデンサＣPが放電
管ＤＴの放電開始電圧まで充電されたときの電流Ｉ3を
コンデンサＣPと共に供給する。
【００２２】一方、初段スイッチになる半導体スイッチ
ＳＷには磁気アシストとしての可飽和リアクトルＳＩ1
が設けられることから、スイッチＳＷのスイッチング損
失を低減すると共にパルス圧縮をした電流Ｉ0を可飽和
トランスＳＴに供給する。
ＳＷには磁気アシストとしての可飽和リアクトルＳＩ1
が設けられることから、スイッチＳＷのスイッチング損
失を低減すると共にパルス圧縮をした電流Ｉ0を可飽和
トランスＳＴに供給する。
【００２３】図２は磁気アシストを設けない場合のスイ
ッチＳＷの電圧・電流波形（ａ）と、磁気アシストを設
けた場合の電圧・電流波形（ｂ）を示す。同図（ａ）の
斜線部分はスイッチＳＷのスイッチング損失に相当し、
磁気アシストを設けることで同図（ｂ）に示すようにス
イッチング損失は低減され、スイッチＳＷの素子容量の
低減及び放熱回路の小型化を可能にする。
ッチＳＷの電圧・電流波形（ａ）と、磁気アシストを設
けた場合の電圧・電流波形（ｂ）を示す。同図（ａ）の
斜線部分はスイッチＳＷのスイッチング損失に相当し、
磁気アシストを設けることで同図（ｂ）に示すようにス
イッチング損失は低減され、スイッチＳＷの素子容量の
低減及び放熱回路の小型化を可能にする。
【００２４】このスイッチング損失の低減に加えて、電
流Ｉ0のパルス幅も数分の１に短縮され、電流上昇率を
高める。これに伴い、可飽和トランスＳＴでは印加され
る電圧時間積（Ｖ×ｔ）が小さくなり、そのコア体積
（個数）を減らしてその小型化を可能とし、さらにトラ
ンスＳＴの飽和後のインダクタンスが小さくなるためパ
ルス圧縮効果を高めることができる。例えば、１段の磁
気パルス圧縮によって百ナノ秒以下のパルス出力を得る
ことができた。
流Ｉ0のパルス幅も数分の１に短縮され、電流上昇率を
高める。これに伴い、可飽和トランスＳＴでは印加され
る電圧時間積（Ｖ×ｔ）が小さくなり、そのコア体積
（個数）を減らしてその小型化を可能とし、さらにトラ
ンスＳＴの飽和後のインダクタンスが小さくなるためパ
ルス圧縮効果を高めることができる。例えば、１段の磁
気パルス圧縮によって百ナノ秒以下のパルス出力を得る
ことができた。
【００２５】また、本実施例では可飽和トランスの昇圧
作用により、半導体スイッチＳＷの制御電圧を数分の１
（例えばトランス巻数比１対ｎでは１／ｎ）に低減する
ことができ、半導体素子の直列接続数の低減を図ること
ができる。
作用により、半導体スイッチＳＷの制御電圧を数分の１
（例えばトランス巻数比１対ｎでは１／ｎ）に低減する
ことができ、半導体素子の直列接続数の低減を図ること
ができる。
【００２６】なお、実施例における可飽和リアクトルＳ
Ｉ1は図３に示すように半導体スイッチＳＷと直列接続
する構成にして同等の作用効果を得ることができる。ま
た、リアクトルＬ2を可飽和リアクトルとする構成にし
てプリパルスの発生を低減できる。また、飽和タイミン
グ調整を不要とするときにリアクトルＬ1を省略した構
成とすることもできる。
Ｉ1は図３に示すように半導体スイッチＳＷと直列接続
する構成にして同等の作用効果を得ることができる。ま
た、リアクトルＬ2を可飽和リアクトルとする構成にし
てプリパルスの発生を低減できる。また、飽和タイミン
グ調整を不要とするときにリアクトルＬ1を省略した構
成とすることもできる。
【００２７】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、初段ス
イッチになる半導体スイッチに可飽和リアクトルを直列
接続した磁気アシストを行い、エネルギー蓄積用コンデ
ンサの放電パルス電流を可飽和トランスによって昇圧及
びパルス圧縮を行うようにしたため、以下の効果があ
る。
イッチになる半導体スイッチに可飽和リアクトルを直列
接続した磁気アシストを行い、エネルギー蓄積用コンデ
ンサの放電パルス電流を可飽和トランスによって昇圧及
びパルス圧縮を行うようにしたため、以下の効果があ
る。
【００２８】（１）可飽和リアクトルによる磁気アシス
トによって半導体スイッチのスイッチング損失を低減す
ると共にパルス圧縮できる。
トによって半導体スイッチのスイッチング損失を低減す
ると共にパルス圧縮できる。
【００２９】（２）可飽和トランスの昇圧動作によって
半導体スイッチの制御電圧負担を軽減できる。
半導体スイッチの制御電圧負担を軽減できる。
【００３０】（３）パルス圧縮した一次電流が供給され
る可飽和トランスはそのコア個数を減らすことができる
と共に飽和後のインダクタンスを小さくしてパルス圧縮
効果を高めることができる。
る可飽和トランスはそのコア個数を減らすことができる
と共に飽和後のインダクタンスを小さくしてパルス圧縮
効果を高めることができる。
【００３１】（４）磁気アシストによるパルス圧縮と可
飽和トランスによる昇圧、磁気パルス圧縮により構成要
素個数を低減できる。
飽和トランスによる昇圧、磁気パルス圧縮により構成要
素個数を低減できる。
【図１】実施例の回路図。
【図２】スイッチ波形図。
【図３】他の実施例の回路図。
【図４】従来例の回路・波形図。
【図５】従来例の回路図。
【符号の説明】 ＳＷ…半導体スイッチ、ＳＩ1…可飽和リアクトル、Ｓ
Ｔ…可飽和トランス、ＤＴ…放電管。
Ｔ…可飽和トランス、ＤＴ…放電管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 康夫 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 広瀬 尚 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体スイッチと、この半導体スイッチ
に直列接続されて磁気アシストを行う可飽和リアクトル
と、直流電圧で充電される第１のコンデンサと、このコ
ンデンサと前記半導体スイッチ及び可飽和リアクトルに
一次巻線が直列接続され該半導体スイッチのオンによっ
て一次電流が供給されて昇圧出力を得る可飽和トランス
と、この可飽和トランスのトランス動作中の二次出力電
流が供給される第２のコンデンサとリアクトルの直列回
路と、前記可飽和トランスのトランス動作後の磁気スイ
ッチ動作により前記第２のコンデンサの充電電圧が可飽
和トランスの二次巻線を通して印加されてパルス放電を
得る第３のコンデンサと放電管の並列回路とを備えたこ
とを特徴とする可飽和トランスを用いた完全固体素子化
磁気パルス圧縮電源回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30646791A JPH05145157A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 可飽和トランスを用いた完全固体素子化磁気パルス圧縮電源回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30646791A JPH05145157A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 可飽和トランスを用いた完全固体素子化磁気パルス圧縮電源回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05145157A true JPH05145157A (ja) | 1993-06-11 |
Family
ID=17957369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30646791A Pending JPH05145157A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 可飽和トランスを用いた完全固体素子化磁気パルス圧縮電源回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05145157A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011006284A (ja) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Toyota Motor Corp | オゾン発生装置 |
| WO2024009363A1 (ja) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | 精電舎電子工業株式会社 | パルス発生回路及びパルス発生装置 |
-
1991
- 1991-11-22 JP JP30646791A patent/JPH05145157A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011006284A (ja) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Toyota Motor Corp | オゾン発生装置 |
| WO2024009363A1 (ja) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | 精電舎電子工業株式会社 | パルス発生回路及びパルス発生装置 |
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