JPH0645149A - 可飽和インダクタによるパルス電流制御方法およびこれを用いたlc反転倍電圧発生回路 - Google Patents

可飽和インダクタによるパルス電流制御方法およびこれを用いたlc反転倍電圧発生回路

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JPH0645149A
JPH0645149A JP19864292A JP19864292A JPH0645149A JP H0645149 A JPH0645149 A JP H0645149A JP 19864292 A JP19864292 A JP 19864292A JP 19864292 A JP19864292 A JP 19864292A JP H0645149 A JPH0645149 A JP H0645149A
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JP
Japan
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pulse current
saturable inductor
circuit
flow path
current
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Pending
Application number
JP19864292A
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English (en)
Inventor
Hidekazu Hatanaka
秀和 畑中
Katsumi Midorikawa
克美 緑川
Minoru Obara
實 小原
Hideo Tashiro
英夫 田代
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来に較べて構造を簡易化することができる
とともに、エネルギー損失が少なく高効率化を図ること
のできる可飽和インダクタによるパルス電流制御方法お
よびこれを用いたLC反転倍電圧発生回路を提供する。 【構成】 磁性体からなるドーナツ状のコア1の回りに
は、被制御パルス電流の流路となるコイルを構成する如
く、主巻線Wと、磁界リセット用巻線となる補助巻線W
R が巻回されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、可飽和インダクタによ
るパルス電流制御方法およびこれを用いたLC反転倍電
圧発生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】非定常電流および定常電流の流れる方向
を制限するいわゆる整流デバイスとして、従来から半導
体によって構成された半導体ダイオードが知られてい
る。この半導体ダイオードは、電気抵抗の大きさが電圧
の印加方向によって異なるという特性を利用したデバイ
スである。
【0003】また、従来から、少なくとも2つのキャパ
シタを有し、入力電圧によりこれらのキャパシタに充電
した後、一方のキャパシタの電圧を反転させて倍電圧を
発生させるいわゆるLC反転倍電圧発生回路が知られて
いる。このようなLC反転倍電圧発生回路では、キャパ
シタの充電方向にのみ電流を流し、電圧反転時に逆方向
に電流が流れないよう電流を制御することが好ましく、
このような目的で、上述したような半導体ダイオードが
用いられている。
【0004】上記LC反転倍電圧発生回路は、例えばパ
ルスレーザーの充電回路等として好適である。このよう
なパルスレーザーの電源では、数十キロボルトの電圧を
取り扱うことが多く、このような高電圧回路に用いる高
電圧用整流デバイスは、一般に直並列化した半導体ダイ
オードと保護回路とで構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の高電圧用整流デバイスは、複数の半導体ダイオードと
保護回路とから構成されている。このため、回路構成が
複雑となり、かつ保護回路でのエネルギー損失が発生す
るという問題がある。
【0006】また、電流導通時でも半導体ダイオードに
は抵抗があり、特に高電圧用の半導体ダイオードでは抵
抗が大きい。このため、半導体ダイオード自体によるエ
ネルギーの損失が大きく、実装時に効率の低下を招くば
かりでなく、デバイスの熱的な破壊を防ぐために冷却装
置も必要になり、装置の構成が一層複雑になるという問
題があった。
【0007】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、従来に較べて構造を簡易化することがで
きるとともに、エネルギー損失が少なく高効率化を図る
ことのできる可飽和インダクタによるパルス電流制御方
法およびこれを用いたLC反転倍電圧発生回路を提供し
ようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の可飽
和インダクタによるパルス電流制御方法は、磁性体から
なるコアと、このコアの回りに巻回され被制御パルス電
流の流路となるコイルとを有する可飽和インダクタを、
電流流路に介挿し、前記可飽和インダクタの飽和状態と
未飽和状態とのインダクタンスの差によって、該電流流
路に流れるパルス電流の方向を、所望の方向に制限する
ことを特徴とする。
【0009】また、本発明のLC反転倍電圧発生回路
は、少なくとも2つのキャパシタを有し、入力電圧によ
りこれらのキャパシタに充電した後、一方のキャパシタ
の電圧を反転させて倍電圧を発生させるLC反転倍電圧
発生回路において、磁性体からなるコアと、このコアの
回りに巻回され被制御パルス電流の流路となるコイルと
を有する可飽和インダクタを、前記キャパシタへの充電
電流流路に介挿し、該可飽和インダクタの飽和状態を調
節して前記充電電流流路に流れる電流を、充電方向に制
限するよう構成したことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の可飽和インダクタによるパルス電流制
御方法およびこれを用いたLC反転倍電圧発生回路で
は、磁性体からなるコアと、このコアの回りに巻回され
たコイルとからなる簡単な構造の可飽和インダクタを用
い、この可飽和インダクタの飽和状態と未飽和状態との
インダクタンスの差によってパルス電流の流れる方向を
所望の方向に制限する。すなわち、可飽和インダクタ
を、非定常電流に対するダイオードとして使用する。
【0011】これにより、エネルギー損失を、コイル
(巻線)の抵抗によるわずかな損失に抑えることが可能
となり、高効率な回路を実現することができる。また、
高電圧の場合でも、直列化および並列化したり、保護回
路を設けたりする必要がないため、回路構成を簡易化す
ることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の詳細を、一実施例について図
面を参照して説明する。
【0013】図1は、本発明の一実施例における可飽和
インダクタによるパルス電流制御デバイスの構成を示す
もので、図において1は、磁性体からなるドーナツ状の
コアである。このコア1としては、強磁性体が好まし
く、本実施例では、アモルファス金属から構成されてい
る。また、このコア1の回りには、被制御パルス電流の
流路となるコイルを構成する如く、主巻線Wと、磁界リ
セット用巻線となる補助巻線WR が巻回されている。こ
の補助巻線WR は、コア1を飽和させるための磁界を発
生する。
【0014】上記パルス電流制御デバイスのインダクタ
ンスLは、以下に示す(1)式で与えられる。
【0015】 L=μ・A・nW 2 /la ……(1) ここで、 L:電流制御デバイスのインダクタンス(H) μ:磁性体の透磁率 A:コア1の有効磁束断面積(m2 ) nW :主巻線Wの巻数 la :コア1の平均磁路長(m) である。
【0016】図2は、磁性体の磁化飽和特性曲線を示す
もので、図中Bは磁性体内部の磁束密度、BS は飽和磁
束密度、Br は残留磁束密度、Hは磁界、HS は飽和磁
化力を表している。ここで、磁性体の透磁率μは以下に
示す(2)式で与えられる。 μ=dB/dH ……(2) 上記(2)式は、透磁率が図2の特性曲線の傾きで与え
られることを示している。よって、この特性曲線の傾き
から分かるように、磁性体にHS 以上の磁界Hを与える
と、内部の磁束密度が飽和し、透磁率μは真空の透磁率
μ0 になる。この値HS は磁性体の材質、形状等により
決定される固有のものである。ここで、コア1を飽和さ
せるための磁界を発生する補助巻線WR の巻数nWRと電
流IWRの条件は、以下に示す(3)式により導かれる。
【0017】 nWR・IWR/la ≧HS ……(3) ここで、 HS :コア1が飽和する磁界(A/m) nWR:補助巻線WR の巻数 IWR:補助巻線WR に流す直流電流(A) である。
【0018】したがって、補助巻線WR による磁界HWR
(≧HS )と同じ向き(以下、順方向という。)の磁界
を発生する電流を主巻線Wに流す場合のインダクタンス
SIは、以下の(4)式で与えられる。
【0019】 LSI=μ0 ・A・nW 2 /la ……(4) したがって、順方向の電流は、図1のパルス電流制御デ
バイスの両端に、以下の(5)式に示す逆起電力VMD+
を発生する。
【0020】 VMD+ =−LSIdI/dt ……(5) これに対して、補助巻線WR によって生じる磁界と反対
向き(以下、逆方向という。)の磁界を発生させる向き
に主巻線Wを通して電流を流す場合のインダクタンスL
USI は、以下の(6)式で与えられる。
【0021】 LUSI =μR ・A・nW 2 /la ……(6) ここで、 LUSI :未飽和時のインダクタンス(H) μR :未飽和時の透磁率 である。
【0022】したがって、逆方向の電流は、図1のパル
ス電流制御デバイスの両端に、以下の(7)式に示す逆
起電力逆起電力VMD- (V)を発生する。
【0023】 VMD- =−LUSI dI/dt ……(7) ここで、適当な磁性体コアを用いることによって、以下
の(8)式の条件を満たすことができる。
【0024】μR >>μ0 ……(8) (8)式の関係を(4)式および(6)式に適用する
と、以下の(9)式の関係を得る。
【0025】LUSI >>LSI ……(9) この(9)式をさらに(5)式および(7)式に適用す
ると、以下の(10)式が導き出される。
【0026】VMD+ <<VMD- ……(10) 上記(10)式は、図1のパルス電流制御デバイスの逆
起電力が、電流の流れる向きによって大きく違うことを
示しており、ダイオードとして動作することが分かる。
【0027】上記(10)式が成立する条件は、以下の
(11)式で与えられる。
【0028】
【数1】 ここで、 Tmax :ダイオードとして動作する最大時間 △B:磁束密度変化(T) である。Tmax を過ぎると、電流制御デバイスは反対の
向きに飽和し、ダイオードとしての極性が反転する。
【0029】図3は、本発明の一実施例として、パルス
レーザー装置に使用される充電回路として用いられるL
C反転倍電圧発生回路の構成を示すものである。図3に
おいて、C1 、C2 はキャパシタ(コンデンサ)、L1
はインダクタ、MDは図1に示したパルス電流制御デバ
イス(磁界ダイオード)、SWはスイッチである。ま
た、同図において、10はリセット電流回路であり、こ
のリセット電流回路10はパルス電流制御デバイスMD
の補助巻線WR に接続されている。
【0030】キャパシタC1 、C2 は、インダクタL1
を通って印加される入力電圧VINの電流によって充電さ
れる。この充電時にパルス電流制御デバイスMDの巻線
Wに流れる電流は、コア1中に磁界を発生する。これと
同じ向きの磁界をリセット電流回路10からWR に通電
することによって予め発生させ、パルス電流制御デバイ
スMDを飽和させておく。これによって、キャパシタC
2 を充電する方向の電流が、巻線Wを通って流れ、キャ
パシタC2 が充電される。
【0031】この時、充電電流の供給を充分長くするこ
とができ、以下に示す(12)式の電圧VMD+ と充電時
間TC を満たす場合は、充電電流自身による自己リセッ
トを利用することができ、磁界リセット用の補助巻線W
R 等を省略できる。
【0032】
【数2】 ここで、 △B′:磁束密度変化(T) である。
【0033】このようにして充電を行い、キャパシタC
1 の電圧VC1が設定電圧VS に達した後、スイッチSW
を動作させると、キャパシタC1 に充電されていた電荷
は、インダクタL1 とスイッチSWを通して放電され
る。その結果、キャパシタC1の両端の電圧が反転して
電圧VC1は−VS となる。
【0034】この時、パルス電流制御デバイスMDの両
端の電圧VMDは、電圧VC1に対して−VS 低い電位にあ
るので、電圧の反転中に0から−2VS になり、充電時
と反対の向き(逆方向)に電流が流れようとするが、こ
の方向に対しては未飽和の状態となりインダクタンスが
大きいので、巻線Wを通してこの方向には電流がほとん
ど流れない。
【0035】このように、本実施例では、図1に示した
パルス電流制御デバイスMDをダイオードとして動作さ
せることにより、電流導通時の抵抗によるエネルギーの
消費および保護回路によるエネルギーの消費がほとんど
なく、高効率の回路を構成することができる。また、高
電圧の場合でも、直列化および並列化したり、保護回路
を設けたりする必要がないため、回路構成を簡易化する
ことができる。さらに、デバイス自体が過電圧サージに
対して強く、壊れにくいので、信頼性の向上を図ること
ができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の可飽和イ
ンダクタによるパルス電流制御方法およびこれを用いた
LC反転倍電圧発生回路によれば、従来に較べて構造を
簡易化することができるとともに、エネルギー損失が少
なく高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における可飽和インダクタに
よるパルス電流制御デバイスの構成を示す図。
【図2】磁性体の磁化飽和特性曲線を示す図。
【図3】本発明の一実施例のLC反転倍電圧発生回路の
構成を示す図。
【符号の説明】
W 主巻線 WR 磁界リセット用巻線(補助巻線) L1 LC反転用インダクタ C1 、C2 キャパシタ SW スイッチ MD パルス電流制御デバイス 1 磁性体コア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田代 英夫 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性体からなるコアと、このコアの回り
    に巻回され被制御パルス電流の流路となるコイルとを有
    する可飽和インダクタを、電流流路に介挿し、前記可飽
    和インダクタの飽和状態と未飽和状態とのインダクタン
    スの差によって、該電流流路に流れるパルス電流の方向
    を、所望の方向に制限することを特徴とする可飽和イン
    ダクタによるパルス電流制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の可飽和インダクタによる
    パルス電流制御方法において、 前記可飽和インダクタに、磁界を形成するための磁界形
    成用コイルを設け、この磁界形成用コイルによって飽和
    状態を制御することを特徴とする可飽和インダクタによ
    るパルス電流制御方法。
  3. 【請求項3】 少なくとも2つのキャパシタを有し、入
    力電圧によりこれらのキャパシタに充電した後、一方の
    キャパシタの電圧を反転させて倍電圧を発生させるLC
    反転倍電圧発生回路において、 磁性体からなるコアと、このコアの回りに巻回され被制
    御パルス電流の流路となるコイルとを有する可飽和イン
    ダクタを、前記キャパシタへの充電電流流路に介挿し、
    該可飽和インダクタの飽和状態を調節して前記充電電流
    流路に流れる電流を、充電方向に制限するよう構成した
    ことを特徴とするLC反転倍電圧発生回路。
JP19864292A 1992-07-24 1992-07-24 可飽和インダクタによるパルス電流制御方法およびこれを用いたlc反転倍電圧発生回路 Pending JPH0645149A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180216711A1 (en) * 2015-08-04 2018-08-02 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Ball screw drive

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6096182A (ja) * 1983-09-30 1985-05-29 ラムダ・フイジク・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング 高電圧パルス発生装置

Patent Citations (1)

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Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19961210