JPH06334492A - Magnetic switch circuit - Google Patents
Magnetic switch circuitInfo
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- JPH06334492A JPH06334492A JP12104393A JP12104393A JPH06334492A JP H06334492 A JPH06334492 A JP H06334492A JP 12104393 A JP12104393 A JP 12104393A JP 12104393 A JP12104393 A JP 12104393A JP H06334492 A JPH06334492 A JP H06334492A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は，プラズマやコロナ放電
等の励起や加速器などに用いられる高電圧パルス発生装
置に適用される磁気スイッチ回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic switch circuit applied to a high voltage pulse generator used for excitation of plasma, corona discharge, etc., and accelerators.
【０００２】[0002]
【従来の技術】プラズマやコロナ放電等の励起や加速器
などには、立ち上がり時間が１［μｓ］前後以下の急峻
な高電圧パルスを出力する高電圧パルス発生装置が必要
とされている。2. Description of the Related Art A high voltage pulse generator for outputting a steep high voltage pulse having a rise time of about 1 [μs] or less is required for excitation of plasma and corona discharge, accelerators, and the like.
【０００３】従来、高電圧パルス発生装置のスイッチ素
子として電子管（例えばサイラトロン）やギャップスイ
ッチが用いられてきたが、これらの素子は寿命が極めて
短く産業用には適さない。このため、高電圧大電流のサ
イリスタ素子を初段のスイッチ素子として用い、その出
力を少なくとも１段の磁気パルス圧縮回路で順次パルス
幅を圧縮して、急峻なパルス出力を発生させる方法を採
用している。Conventionally, an electron tube (for example, a thyratron) or a gap switch has been used as a switch element of a high voltage pulse generator, but these elements have extremely short lives and are not suitable for industrial use. For this reason, a method is used in which a thyristor element having a high voltage and a large current is used as a switch element in the first stage, and the output is sequentially compressed in a magnetic pulse compression circuit in at least one stage to generate a steep pulse output. There is.
【０００４】図３に従来の磁気スイッチ回路を用いた磁
気パルス圧縮回路（１段分）を示す。同図において、１
１は磁気スイッチ回路で、鉄心１２と、この鉄心１２に
巻回された出力巻線１３及びバイアス用巻線１４からな
っている。そして、出力巻線１３の両端にコンデンサ１
５，１６が接続され、バイアス用巻線１４にバイアス電
源１７が接続される。上記コンデンサ１５，１６は、図
示しないが、サイリスタにより充電されるようになって
いる。FIG. 3 shows a magnetic pulse compression circuit (one stage) using a conventional magnetic switch circuit. In the figure, 1
Reference numeral 1 denotes a magnetic switch circuit, which includes an iron core 12, an output winding 13 and a bias winding 14 wound around the iron core 12. Then, the capacitor 1 is provided on both ends of the output winding 13.
5, 16 are connected, and the bias power supply 17 is connected to the bias winding 14. Although not shown, the capacitors 15 and 16 are charged by a thyristor.
【０００５】上記の構成において、まず、コンデンサ１
５にサイリスタ（図示せず）をスイッチとして用いてゆ
っくりとパルス充電を行なう。これなより磁気スイッチ
回路１１には、前記コンデンサ１５の充電電圧と同じ電
圧が印加される。上記鉄心１２が磁束飽和するまでの間
は、磁気スイッチ回路１１は高インダクタンス値を持つ
のでスイッチはオフの状態である。In the above structure, first, the capacitor 1
5, a thyristor (not shown) is used as a switch to slowly perform pulse charging. Therefore, the same voltage as the charging voltage of the capacitor 15 is applied to the magnetic switch circuit 11. Until the iron core 12 is saturated with magnetic flux, the magnetic switch circuit 11 has a high inductance value, so the switch is in the off state.
【０００６】コンデンサ１５へ充電開始後、その充電電
圧の時間積分値が増加して所定値になると鉄心１２は飽
和し、磁気スイッチ回路１１のインダクタンス値は未飽
和時の１／１，０００程度の小さな値になる。その結
果、回路のＬＣ共振現象によってコンデンサ１５からコ
ンデンサ１６ヘ急峻に電荷が移り、磁気スイッチ回路１
１はスイッチオン状態になると同時に、コンデンサ１６
がパルス充電される。After the charging of the capacitor 15 is started, when the time integrated value of the charging voltage increases to a predetermined value, the iron core 12 is saturated, and the inductance value of the magnetic switch circuit 11 is about 1/1000 of that in the unsaturated state. It becomes a small value. As a result, the electric charge is rapidly transferred from the capacitor 15 to the capacitor 16 by the LC resonance phenomenon of the circuit, and the magnetic switching circuit
1 is switched on and at the same time the capacitor 16
Is pulse charged.
【０００７】上記鉄心１２は、図４に示すヒステリシス
特性の磁化特性（Ｂ−Ｈ特性）を持ち、磁束密度Ｂ［Ｔ
（テスラー）］が鉄心固有の磁束飽和密度Ｂs になると
飽和する。この際、鉄心１２の磁束密度の初期状態は、
バイアス電源１７により同図のａ点に示す磁束飽和密度
（−Ｂs ）の位置にリセットして安定させておく。これ
は、急峻な動作を行なう磁気スイッチ回路１１に一般に
用いられるアモルファス材やフェライト材の鉄心は、飽
和状態以外の動作が極めて不安定であるからである。The iron core 12 has the magnetization characteristic (BH characteristic) of the hysteresis characteristic shown in FIG. 4, and the magnetic flux density B [T
(Tessler)] becomes saturated when the magnetic flux saturation density B s peculiar to the iron core is reached. At this time, the initial state of the magnetic flux density of the iron core 12 is
The bias power supply 17 resets and stabilizes the magnetic flux saturation density (-B s ) at the point a shown in FIG. This is because the iron core of an amorphous material or a ferrite material that is generally used in the magnetic switch circuit 11 that performs a steep operation is extremely unstable in the operation other than the saturated state.
【０００８】鉄心１２がａ点位置（−Ｂs ）の初期状態
にリセットされている状態において、上記したようにコ
ンデンサ１５への充電を行ない、鉄心１２の磁束密度Ｂ
がｂの位置（Ｂs ）になると、鉄心１２が飽和して磁気
スイッチ回路１１はオフからオンになる。In the state where the iron core 12 is reset to the initial state at the point a (-B s ), the capacitor 15 is charged as described above, and the magnetic flux density B of the iron core 12 is increased.
Becomes the position of b (B s ), the iron core 12 is saturated and the magnetic switch circuit 11 is switched from off to on.
【０００９】鉄心１２の飽和磁束密度をＢs 、出力巻線
１３の巻線数をＮ、鉄心１２の断面積をＳ、コンデンサ
１５への充電電圧をｖ（ｔ）とすると、次式（１）を満
足するコンデンサ１５への充電開始後の時間Ｔで鉄心１
２は飽和し、磁気スイッチ回路１１はオフからオンにな
る。Assuming that the saturation magnetic flux density of the iron core 12 is B s , the number of windings of the output winding 13 is N, the cross-sectional area of the iron core 12 is S, and the charging voltage to the capacitor 15 is v (t), the following equation (1) 1) at the time T after the start of charging the capacitor 15
2 is saturated, and the magnetic switch circuit 11 is turned on.
【００１０】[0010]
【数１】 [Equation 1]
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】従来の磁気スイッチ回
路では、（１）式からも解るように充電電圧ｖ（ｔ）の
波形が同一で、その大きさが段階的に変化する場合に、
同一時間Ｔで磁気スイッチ回路１１をスイッチオンさせ
ようとすると、鉄心１２の特性を変更して磁束飽和密度
Ｂs を変更するか、巻線１３の巻数Ｎ、鉄心１２の断面
積Ｓを変更するしかなかった。In the conventional magnetic switch circuit, as can be seen from the expression (1), when the waveform of the charging voltage v (t) is the same and its magnitude changes stepwise,
When the magnetic switch circuit 11 is to be turned on at the same time T, the characteristics of the iron core 12 are changed to change the magnetic flux saturation density B s , or the number of turns N of the winding 13 and the cross-sectional area S of the iron core 12 are changed. There was nothing else.
【００１２】しかし、運転中にこれらを変更するのは大
変困難であるため、特定の大きさを持つ充電電圧にのみ
対応するものしか作れないという問題があった。本発明
は上記実情に鑑みてなされたもので、プラズマ励起やコ
ロナ放電等に用いる高電圧パルス電源で充電電圧の波形
は同一でその大きさを段階的に変更することのできる磁
気スイッチ回路を提供することを目的とする。However, since it is very difficult to change these during operation, there has been a problem that only a charging voltage having a specific magnitude can be made. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a magnetic switch circuit in which the waveform of the charging voltage is the same in a high-voltage pulse power supply used for plasma excitation, corona discharge, etc., and its size can be changed stepwise. The purpose is to do.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気スイッ
チ回路は、可飽和型磁化特性を有する複数の鉄心と、こ
れらの各鉄心にそれぞれ巻回されるバイアス用巻線と、
これらの各バイアス用巻線に対し、制御指令に従ってバ
イアス電圧を供給するバイアス電源と、上記複数の鉄心
に共通に巻回される出力巻線とを具備したことを特徴と
する。A magnetic switch circuit according to the present invention comprises a plurality of iron cores having saturable magnetizing characteristics, a bias winding wound around each of the iron cores,
A bias power source for supplying a bias voltage to each of the bias windings in accordance with a control command and an output winding commonly wound around the plurality of iron cores are provided.
【００１４】[0014]
【作用】パルス波形は同一で、その大きさが段階的に変
化するパルス電圧が磁気スイッチ回路に入力されると、
このパルス電圧の大きさに対応して磁気スイッチ回路外
部からの制御によってバイアス電源出力のオン・オフを
行ない、所定の数の鉄心のセット・リセットを行なう。
その結果、複数個の鉄心全体の磁束飽和までの磁束変位
量が変化することにより、パルス波形は同一で大きさの
異なるパルス電圧であっても、磁気スイッチ回路は同一
のスイッチ動作を行なうことができる。この結果、磁気
スイッチ回路を用いるパルス電圧発生装置の出力電圧の
大きさを、その波形を変化させずに運転中にも段階的に
変化できる。When the pulse voltage whose pulse waveforms are the same and whose magnitude changes stepwise is input to the magnetic switch circuit,
The bias power supply output is turned on / off by control from the outside of the magnetic switch circuit according to the magnitude of this pulse voltage, and a predetermined number of iron cores are set / reset.
As a result, the amount of magnetic flux displacement up to the magnetic flux saturation of the entire iron cores changes, so that the magnetic switch circuit can perform the same switching operation even if the pulse voltages have the same pulse waveform and different magnitudes. it can. As a result, the magnitude of the output voltage of the pulse voltage generator using the magnetic switch circuit can be changed stepwise during operation without changing its waveform.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る磁気スイッチ
回路２１を用いた磁気パルス圧縮回路（１段分）の回路
構成図、図２は磁気スイッチ回路２１の外観構成を示す
斜視図である。上記磁気スイッチ回路２１は、複数例え
ば２つの環状鉄心２２，２３と、この鉄心２２，２３に
共通に巻回される出力巻線２４、各鉄心２２，２３にそ
れぞれ巻回されるバイアス用巻線２５，２６、このバイ
アス用巻線２５，２６に接続されるバイアス電源２７，
２８からなっている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a magnetic pulse compression circuit (one stage) using a magnetic switch circuit 21 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing an external configuration of the magnetic switch circuit 21. The magnetic switch circuit 21 includes a plurality of, for example, two annular iron cores 22 and 23, an output winding 24 commonly wound around the iron cores 22 and 23, and a bias winding wound around each of the iron cores 22 and 23. 25, 26, a bias power supply 27 connected to the bias windings 25, 26,
It consists of 28.
【００１６】上記鉄心２２，２３は、図２に示すように
中心軸が一致するように並行に配置し、その磁束有効断
面積を複数段階、即ちこの実施例では、２段階の大きさ
のパルス電圧の比に比例した割合に設定している。例え
ばパルス電圧の大きさを「１」と「１／２」に段階的に
変化させる場合であれば、鉄心２２と鉄心２３の有効断
面積比を１：１に設定する。バイアス電源２７，２８
は、外部からの制御指令により出力電圧あるいは出力電
流の少なくとも何れか一方を変化できると共に、出力を
オン・オフできるようになっている。また、バイアス電
源２７，２８は、一般に低電圧（通常ＤＣ数１０Ｖ前
後）、低電流（通常ＤＣ１０Ａ前後）の電源で十分であ
るが、その出力端にはサージ電圧吸収回路を設けること
が望ましい。As shown in FIG. 2, the iron cores 22 and 23 are arranged in parallel so that their central axes coincide with each other, and the magnetic flux effective cross-sectional areas thereof are in a plurality of steps, that is, in this embodiment, a pulse having a size of two steps. The ratio is set to be proportional to the voltage ratio. For example, when the magnitude of the pulse voltage is changed stepwise to "1" and "1/2", the effective area ratio of the iron core 22 and the iron core 23 is set to 1: 1. Bias power supply 27, 28
Is capable of changing at least one of the output voltage and the output current according to a control command from the outside and turning on / off the output. As the bias power supplies 27 and 28, a low voltage (usually around DC 10V) and low current (usually around DC 10A) power supply is generally sufficient, but it is desirable to provide a surge voltage absorbing circuit at the output end thereof.
【００１７】そして、上記出力巻線２４には、充放電用
のコンデンサ２９，３０が接続される。次に上記実施例
の動作を説明する。The output winding 24 is connected with charging and discharging capacitors 29 and 30. Next, the operation of the above embodiment will be described.
【００１８】２段階の大きさのパルス電圧のうち大きい
方のパルス電圧、即ち大きさ「１」のパルス電圧でスイ
ッチ動作させる場合は、鉄心２２と鉄心２３の磁束密度
初期状態を共に図４のリセット位置ａ（−Ｂs の位置）
になるようにバイアス電源２７，２８に指令を与え、予
め動作させておく。この結果、磁気スイッチ回路２１全
体の磁束飽和量が増大し、大きさ「１」のパルス電圧に
対応したスイッチング動作が可能となる。When the switch operation is performed by the larger one of the pulse voltages of two levels, that is, the pulse voltage of the size "1", the initial states of the magnetic flux densities of the iron core 22 and the iron core 23 are both shown in FIG. Reset position a (position of -B s )
The bias power supplies 27 and 28 are commanded to operate in advance so that As a result, the magnetic flux saturation amount of the entire magnetic switch circuit 21 is increased, and the switching operation corresponding to the pulse voltage having the magnitude “1” can be performed.
【００１９】この状態で、まず、コンデンサ２９に対
し、サイリスタ（図示せず）をスイッチとして用いて大
きさ「１」のパルス電圧でパルス充電を行なう。これに
より磁気スイッチ回路２１には、コンデンサ２９の充電
電圧と同じ電圧が印加される。上記鉄心２２，２３が磁
束飽和するまでの間は、磁気スイッチ回路２１は高イン
ダクタンス値を持つのでスイッチはオフの状態である。In this state, first, the capacitor 29 is pulse-charged by using a thyristor (not shown) as a switch with a pulse voltage of "1". As a result, the same voltage as the charging voltage of the capacitor 29 is applied to the magnetic switch circuit 21. Until the iron cores 22 and 23 are saturated with magnetic flux, the magnetic switch circuit 21 has a high inductance value, so the switch is in the off state.
【００２０】コンデンサ２９へ充電開始後、その充電電
圧の時間積分値が増加して所定値になり、鉄心２２，２
３の磁束密度が「Ｂs 」の位置ｂになると鉄心２２，２
３は飽和し、回路のＬＣ共振現象によってコンデンサ２
９からコンデンサ３０ヘ急峻に電荷が移り、磁気スイッ
チ回路２１はスイッチオン状態になると同時に、コンデ
ンサ３０がパルス充電される。After charging the capacitor 29, the time integral value of the charging voltage increases to a predetermined value, and the iron cores 22, 2
When the magnetic flux density of 3 reaches the position b of "B s ", the iron cores 22, 2
3 becomes saturated, and the capacitor 2 is caused by the LC resonance phenomenon of the circuit.
The electric charge is sharply transferred from 9 to the capacitor 30, and the magnetic switch circuit 21 is switched on, and at the same time, the capacitor 30 is pulse-charged.
【００２１】また、大きさ「１／２」のパルス電圧でス
イッチ動作させる場合には、２つの鉄心２２と鉄心２３
のうちどちらか一方の磁束密度初期状態を「−Ｂs 」の
位置ａにリセットして安定させ、他方の磁束密度初期状
態を飽和位置、即ち、「Ｂs」の位置ｂにセットするよ
うにバイアス電源２７，２８に指令を与える。この結
果、磁気スイッチ回路２１全体の磁束飽和量は、大きさ
「１／２」のパルス電圧に対応した磁束飽和量となる。
従って、大きさ「１／２」のパルス電圧を用いてコンデ
ンサ２９への充電を行なうことにより、パルス充電電圧
の大きさに拘らずに同一のスイッチング動作を実現する
ことができる。When the switch operation is performed with a pulse voltage of "1/2", two iron cores 22 and 23 are used.
Either the magnetic flux density initial state is stabilized is reset to position a "-B s" in the saturated position of the other of the magnetic flux density the initial state, i.e., so as to set the position b of the "B s" A command is given to the bias power sources 27 and 28. As a result, the magnetic flux saturation amount of the entire magnetic switch circuit 21 becomes the magnetic flux saturation amount corresponding to the pulse voltage having the magnitude "1/2".
Therefore, the same switching operation can be realized regardless of the magnitude of the pulse charging voltage by charging the capacitor 29 with the pulse voltage having the magnitude "1/2".
【００２２】上記説明は、パルス電圧の大きさが「１」
と「１／２」の場合についてのみ説明したが、これ以外
の他のパルス電圧の大きさの比の場合には、その比に比
例した鉄心の有効断面積比を決定すれば良い。また、３
段階以上のパルス充電電圧の大きさに対応する場合に
は、本発明のユニットの数を増設してパルス電圧の段階
数と一致させることで解決できる。In the above description, the magnitude of the pulse voltage is "1".
However, in the case of other ratios of the magnitude of the pulse voltage other than this, the effective area ratio of the iron core may be determined in proportion to the ratio. Also, 3
In the case of dealing with the magnitude of the pulse charging voltage of more than steps, it can be solved by increasing the number of units of the present invention to match the number of steps of the pulse voltage.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、パ
ルス波形は同一で段階的な大きさを持つパルス電圧に対
しても、同一のスイッチ動作を行なうことができる磁気
スイッチ回路が実現できる。また、この磁気スイッチ回
路を磁気パルス圧縮回路に適用することによって、シス
テムの運転を停止することなくパルス出力電圧を段階的
に変化させることができ、かつパルス出力波形が同一の
高電圧パルス発生装置を実現できる。As described above in detail, according to the present invention, a magnetic switch circuit capable of performing the same switching operation even for pulse voltages having the same pulse waveform and a stepwise magnitude is realized. it can. Further, by applying this magnetic switch circuit to a magnetic pulse compression circuit, the pulse output voltage can be changed stepwise without stopping the operation of the system, and the high voltage pulse generator having the same pulse output waveform. Can be realized.
【図１】本発明の一実施例に係る磁気スイッチ回路を用
いた磁気パルス圧縮回路（１段分）の構成を示す回路
図。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a magnetic pulse compression circuit (for one stage) using a magnetic switch circuit according to an embodiment of the present invention.
【図２】同実施例における磁気スイッチ回路の外観構成
を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing an external configuration of a magnetic switch circuit according to the embodiment.
【図３】従来磁気スイッチ回路を用いた磁気パルス圧縮
回路（１段分）の構成を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a magnetic pulse compression circuit (for one stage) using a conventional magnetic switch circuit.
【図４】鉄心の磁化飽和特性を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a magnetization saturation characteristic of an iron core.
２１ 磁気スイッチ回路 ２２，２３ 鉄心 ２４ 出力巻線 ２５，２６ バイアス用巻線 ２７，２７ バイアス電源 ２９，３０ コンデンサ 21 magnetic switch circuit 22,23 iron core 24 output winding 25,26 bias winding 27,27 bias power supply 29,30 capacitor
Claims (1)
と、これらの各鉄心にそれぞれ巻回されるバイアス用巻
線と、これらの各バイアス用巻線に対し、制御指令に従
ってバイアス電圧を供給するバイアス電源と、上記複数
の鉄心に共通に巻回される出力巻線とを具備したことを
特徴とする磁気スイッチ回路。1. A plurality of iron cores having saturable magnetizing characteristics, bias windings respectively wound around these iron cores, and a bias voltage is supplied to each of these bias windings according to a control command. A magnetic switch circuit, comprising: a bias power supply that operates in accordance with the above; and an output winding that is commonly wound around the plurality of iron cores.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12104393A JPH06334492A (en) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | Magnetic switch circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12104393A JPH06334492A (en) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | Magnetic switch circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06334492A true JPH06334492A (en) | 1994-12-02 |
Family
ID=14801409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12104393A Withdrawn JPH06334492A (en) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | Magnetic switch circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06334492A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995016900A1 (en) * | 1993-12-14 | 1995-06-22 | Somerset Technical Laboratories Limited | Leakage detection |
| JPH08162912A (en) * | 1994-11-29 | 1996-06-21 | Integrated Applied Physics Inc | Inductive addition device |
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-
1993
- 1993-05-24 JP JP12104393A patent/JPH06334492A/en not_active Withdrawn
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