JPH07122979A - パルス電源 - Google Patents

パルス電源

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JPH07122979A
JPH07122979A JP26532693A JP26532693A JPH07122979A JP H07122979 A JPH07122979 A JP H07122979A JP 26532693 A JP26532693 A JP 26532693A JP 26532693 A JP26532693 A JP 26532693A JP H07122979 A JPH07122979 A JP H07122979A
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JP
Japan
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semiconductor switch
output
switch
series
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP26532693A
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English (en)
Inventor
Yutaka Inatomi
裕 稲富
Takashi Sakukawa
貴志 佐久川
Hisashi Yanase
寿 柳瀬
Takehisa Koganezawa
竹久 小金澤
Kiyoshi Hara
喜芳 原
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.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体スイッチの直列接続又は並列接続を不
要にして所期の高電圧、大電流のパルスを得る。 【構成】 1つの半導体スイッチSWと、この半導体ス
イッチに直列接続されるエネルギー蓄積用コンデンサC
0と、このコンデンサと半導体スイッチに一次巻線が直
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昇圧トランスPTとを有する
2つの初段スイッチ回路S1、S2を設け、各昇圧トラ
ンスの出力巻線を直列接続した出力を一次入力として昇
圧と磁気スイッチ動作を得る可飽和トランスSTを設
け、この可飽和トランスの昇圧と磁気スイッチ動作によ
って放電管DTにパルス電流を供給する出力回路を設け
る。これにより、各初段スイッチ回路は、1つの半導体
スイッチ構成にしてその直列接続による分担電圧の発生
やタイミングのずれによる絶縁破壊を無くす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体スイッチと可飽
和トランスを用いて高電圧・大電流の短パルスを発生す
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,パルス脱硝装置等のパルス電源には、サイラトロン
スイッチやトリガトロンスイッチ等の放電スイッチを用
いて直接に高電圧・大電流をスイッチングすることでパ
ルスを発生するものと、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組合せたものがある。また、
1つの可飽和トランスで昇圧とパルス圧縮を行い、スイ
ッチング素子の負担を軽減するものもある。
【0003】図4は可飽和トランスを用いた従来回路を
示す。半導体スイッチSWはGTOサイリスタ,SIサ
イリスタ,IGBT等の半導体スイッチング素子とその
ゲート制御回路,スナバ回路を有して構成された初段ス
イッチにされる。
【0004】可飽和リアクトルSI0と初段エネルギー
蓄積用コンデンサC0及び昇圧トランスPTの一次巻線
は直列接続されて半導体スイッチSWに直列接続され、
初段スイッチ回路が構成される。
【0005】この初段スイッチ回路の出力端になる昇圧
トランスPTの二次巻線には可飽和トランスSTの一次
巻線が直列接続され、この可飽和トランスSTの二次巻
線には出力回路としてのエネルギー蓄積用のコンデンサ
1とピーキングコンデンサCPの直列回路が並列接続さ
れる。また、コンデンサCPには放電管DTと可飽和リ
アクトルSI1が夫々並列接続される。
【0006】上述の構成において、可飽和リアクトルS
0は半導体スイッチSWをアシストするための磁気ア
シストとして使用され、可飽和リアクトルSI1はコン
デンサC1の充電時の電流を放電管DTをバイパスさせ
ることで該放電管DTへのプリパルス発生を防止し、ま
たコンデンサC1の放電電流は阻止して放電管に流すプ
リパルス低減手段になる。この可飽和リアクトルSI1
は空心コイルや高速ダイオードで置換することもでき
る。
【0007】可飽和トランスSTは、一次巻線と二次巻
線が低い昇圧又は降圧になる巻線比にされる。例えば、
トランスSTは1対2の巻線比にされる。昇圧トランス
PTは、高い昇圧比を得るよう二次巻線の巻数が大きく
される。
【0008】このような構成のパルス電源の動作を以下
に説明する。
【0009】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SI0→昇圧トランスPT→半導体スイッチSWの
経路で一次電流I0を流す。
【0010】この電流I0に対し、昇圧トランスPTは
その巻数比(例えば1対6)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。また、可飽和リ
アクトルSI0が半導体スイッチSWの磁気アシストと
して動作し、スイッチSWのスイッチング損失を低減す
ることで磁気アシストのないスイッチング動作より高い
電流ピーク(電流上昇率)で使用することが可能とな
る。
【0011】電流I0 による昇圧トランスPTの二次側
では電流I1 がトランスPTの二次巻線→可飽和トラン
スSTの一時巻線の経路で流れる。
【0012】この電流I1に対し、可飽和トランスST
は非飽和領域で動作させ、その巻線比による昇圧した電
圧を二次巻線に得る。この動作は非飽和領域の動作で電
流I2によってコンデンサC1を充電する。このとき、可
飽和リアクトルSI1は電流I2が流れ易い方向に磁化さ
れている。
【0013】電流I2が流れ終わった時点で可飽和トラ
ンスSTは飽和動作領域に入ることでその一時側と二次
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、コ
ンデンサC1からトランスSTの二次巻線側にパルス圧
縮した電流I2′を流す。この電流I2′により、放電管
DTには短絡電流を供給、すなわち高電圧・大電流の短
パルスを供給する。
【0014】可飽和リアクトル及び可飽和トランスにお
ける磁気スイッチ動作は、その初期状態の設定を外部の
電源から各磁気スイッチに設けたリセット巻線に直流電
流を流すことでなされる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】従来構成において、出
力パルスの電圧、電流が大きくなると、初段スイッチ回
路の半導体スイッチ素子自体の耐電圧、可制御電流の限
界から、半導体スイッチ素子を多数個直列接続又は並列
接続した構成を必要とする場合がある。
【0016】この半導体スイッチの直列接続の場合、制
御ゲートに分担電圧が生じたり、タイミングのずれから
1つの半導体スイッチがすべての電圧を分担する状態が
生じて半導体スイッチを絶縁破壊することがある。
【0017】また、半導体スイッチの並列接続の場合、
ターンオンのタイミングがずれた場合や1つの半導体ス
イッチが故障した場合に一部の半導体スイッチが電流容
量の限界を越え、全部の半導体スイッチの電流破損する
ことがある。
【0018】本発明の目的は、半導体スイッチの直列接
続又は並列接続を不要にして所期の高電圧、大電流のパ
ルスを得るパルス電源を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、1つの半導体スイッチと、この半導体ス
イッチに直列接続され初期充電されるエネルギー蓄積用
コンデンサと、このコンデンサと前記半導体スイッチに
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昇圧トランスと
を有する複数の初段スイッチ回路と、前記各昇圧トラン
スの出力巻線を直列接続した出力を一次入力として昇圧
と磁気スイッチ動作を得る可飽和トランスと、前記可飽
和トランスの昇圧と磁気スイッチ動作によって放電管に
パルス電流を供給する出力回路とを備えたことを特徴と
する。
【0020】また、本発明は、1つの半導体スイッチ
と、この半導体スイッチに直列接続され初期充電される
エネルギー蓄積用コンデンサと、このコンデンサと前記
半導体スイッチ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と磁気ス
イッチした出力を得る可飽和トランスとを有する複数の
初段スイッチ回路と、前記各可飽和トランスの出力巻線
を直列接続した出力によって放電管にパルス電流を供給
する出力回路とを備えたことを特徴とする。
【0021】
【作用】1つの半導体スイッチによりスイッチ動作を得
る初段スイッチ回路を複数組設け、各初段スイッチ回路
の出力を昇圧トランス又は可飽和トランスで直列に加算
した出力を得て所期の昇圧したパルス出力を得る。これ
により、半導体スイッチの直列接続による分担電圧の発
生やタイミングのずれによる絶縁破壊の課題を解消す
る。
【0022】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。同図が図4と異なる部分は、1つの半導体スイッチ
を持つ2組の初段スイッチ回路S1、S2を設け、両初
段スイッチ回路のそれぞれの出力段になる2つの昇圧ト
ランスPT1、PT2の二次側を直列接続して可飽和ト
ランスSTの一次入力とした点にある。
【0023】初段スイッチ回路S1、S2の半導体スイ
ッチSWは、GTOサイリスタ,SIサイリスタ,IG
BT等の1つの半導体スイッチング素子とそのゲート制
御回路,スナバ回路を有して構成される。
【0024】両初段スイッチ回路S1、S2は、それぞ
れ可飽和リアクトルSI0と初段エネルギー蓄積用コン
デンサC0及び昇圧トランスPTの一次巻線が直列接続
されて半導体スイッチSWに直列接続される。
【0025】両初段スイッチ回路S1、S2のそれぞれ
の昇圧トランスPTの二次巻線は、互いに直列接続され
て可飽和トランスSTの一次巻線に直列接続される。両
昇圧トランスPTは従来の昇圧比の半分になる巻線比に
される。
【0026】本実施例の動作を説明する。まず、両初段
スイッチ回路S1、S2のそれぞれのコンデンサC0
直流電源DCによって高圧充電しておく。この後、両初
段スイッチ回路S1、S2のそれぞれの半導体スイッチ
SWをほぼ同時にオンさせることにより、両昇圧トラン
スPTにそれぞれ一次電流I0を流す。
【0027】この電流I0に対し、両昇圧トランスPT
はその巻数比(例えば1対3)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する。このとき、両昇
圧トランスPTの二次側は直列接続されることから、そ
の電圧加算で2倍の昇圧(1対6)になる。換言すれ
ば、両初段スイッチ回路S1、S2は、従来と同じ昇圧
出力を可飽和リアクトルSTに与えるのに、個々には半
分のパルス電圧を発生すれば良い。
【0028】従って、両初段スイッチ回路S1、S2
は、共に1つの半導体スイッチSWを使った構成とな
り、両半導体スイッチSWでのターンオンの少しのタイ
ミングのずれにも分担電圧が互いに悪影響を及ぼすこと
がなくなり、半導体スイッチを直列接続した従来の構成
でのゲートの分担電圧やタイミングのずれによる絶縁破
壊等の課題は解消される。
【0029】図2は、本発明の他の実施例を示す回路図
である。同図が図1と異なる部分は、両初段スイッチ回
路S1、S2の出力段になる昇圧トランスPTに代え
て、可飽和トランスST1、ST2とした初段スイッチ
回路S3、S4を設け、この両可飽和トランスST1、
ST2の二次巻線を直列接続してコンデンサC1側への
パルス出力を得る構成にした点にある。
【0030】本実施例において、可飽和トランスST
1、ST2は、飽和するまではトランスとして動作し、
その昇圧比は図1の昇圧トランスPTの昇圧分も含めた
値に設計される。
【0031】本実施例においても、両初段スイッチ回路
S3、S4は、共に1つの半導体スイッチによるスイッ
チ動作になり、前記実施例の場合と同様の作用効果を得
ることができる。
【0032】以上までの実施例において、初段スイッチ
回路S1〜S4は、2回路構成の場合を示すが、これは
3回路など所期の昇圧を得るための回路数増設は同様に
なされる。また、可飽和リアクトルSI0の省略や、可
飽和トランス以降の出力回路の設計変更は適宜なされ
る。例えば、図3に示す実施例では、コンデンサC1
可飽和トランスの二次巻線に並列接続し、可飽和リアク
トルSI1を放電管DTに直列に設けた構成にされる。
【0033】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、1つの
半導体スイッチによりスイッチ動作を得る初段スイッチ
回路を複数組設け、各初段スイッチ回路の出力を昇圧ト
ランス又は可飽和トランスで直列に加算した出力を得て
所期の昇圧したパルス出力を得るようにしたため、半導
体スイッチの直列接続による分担電圧の発生やタイミン
グのずれによる絶縁破壊を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図。
【図2】本発明の他の実施例を示す回路図。
【図3】本発明の他の実施例を示す回路図。
【図4】従来の回路図。
【符号の説明】
SW…半導体スイッチ PT…昇圧トランス ST、ST1、ST2…可飽和トランス DT…放電管 SI0,SI1…可飽和リアクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小金澤 竹久 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 原 喜芳 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つの半導体スイッチと、この半導体ス
    イッチに直列接続され初期充電されるエネルギー蓄積用
    コンデンサと、このコンデンサと前記半導体スイッチに
    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昇圧トランスと
    を有する複数の初段スイッチ回路と、 前記各昇圧トランスの出力巻線を直列接続した出力を一
    次入力として昇圧と磁気スイッチ動作を得る可飽和トラ
    ンスと、 前記可飽和トランスの昇圧と磁気スイッチ動作によって
    放電管にパルス電流を供給する出力回路とを備えたこと
    を特徴とするパルス電源。
  2. 【請求項2】 1つの半導体スイッチと、この半導体ス
    イッチに直列接続され初期充電されるエネルギー蓄積用
    コンデンサと、このコンデンサと前記半導体スイッチに
    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と磁気スイッチした出力を
    得る可飽和トランスとを有する複数の初段スイッチ回路
    と、 前記各可飽和トランスの出力巻線を直列接続した出力に
    よって放電管にパルス電流を供給する出力回路とを備え
    たことを特徴とするパルス電源。
JP26532693A 1993-10-25 1993-10-25 パルス電源 Pending JPH07122979A (ja)

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