JPH09298454A - パルス電源 - Google Patents

パルス電源

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JPH09298454A
JPH09298454A JP10897696A JP10897696A JPH09298454A JP H09298454 A JPH09298454 A JP H09298454A JP 10897696 A JP10897696 A JP 10897696A JP 10897696 A JP10897696 A JP 10897696A JP H09298454 A JPH09298454 A JP H09298454A
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JP
Japan
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semiconductor switch
reactor
current
capacitor
power supply
Prior art date
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Pending
Application number
JP10897696A
Other languages
English (en)
Inventor
Takehisa Koganezawa
竹久 小金澤
Eiji Sasamoto
栄二 笹本
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
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体スイッチにスナバ回路を設けること
は、スナバ回路が半導体スイッチのターンオン時にスイ
ッチングロス発生の原因となる。 【解決手段】 磁気アシスト用可飽和リアクトルを直列
に持つ半導体スイッチSWのスイッチ動作でパルス電流
を発生するにおいて、半導体スイッチのスナバ回路は、
半導体スイッチのターンオン時にコンデンサCSからの
放電電流を緩やかに立ち上げるリアクトルLSを抵抗RS
に直列に設けることにより、半導体スイッチの電圧の立
ち下がり期間でのスイッチングロスを軽減させる。この
放電電流のピークをメイン電流I0が流れ始める付近に
調整することでオン保持電流を確保する。リアクトルL
Sに代えて、可飽和リアクトル、又は、リアクトルと可
飽和リアクトルの直列回路とする場合も含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可飽和トランスや
可飽和リアクトルを用いて高電圧パルスを発生するため
のパルス電源に係り、特に初段の半導体スイッチ回路に
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、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や可飽和トラ
ンスを組合せたものがある。
【0003】図9は、パルス電源の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た初
段スイッチにされる。
【0004】可飽和リアクトルSI1と初段エネルギー
蓄積用コンデンサC0及び可飽和トランスSTの一次巻
線は、半導体スイッチSWに直列接続される。
【0005】可飽和トランスSTの二次巻線にはエネル
ギー蓄積用コンデンサC1とパルストランスPTの一次
巻線が直列接続され、このパルストランスPTの二次巻
線にはエネルギー蓄積用のコンデンサC2が並列接続さ
れ、さらには可飽和リアクトルSI2とコンデンサCP
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とリアクトルL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
1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SI2はコン
デンサC2の充電電流をパルス圧縮してコンデンサCP
充電電流として供給する。
【0007】リアクトルLは、放電管DTへのプリパル
ス発生を防止し、またコンデンサCPの放電電流を阻止
して放電管DTに流すプリパルス低減手段になる。
【0008】この種のパルス電源は、上記の構成の他
に、トランスPTの二次側に可飽和トランスに代えて2
段の磁気パルス圧縮回路を設けたもの、可飽和トランス
STの二次側に倍電圧回路を設けた回路、リアクトルL
に代えて可飽和リアクトルとした回路など多数の変形例
がある。
【0009】ここで、初段スイッチ回路は、例えば、図
10に示す構成にされる。半導体スイッチSWのターン
オフ時の過電圧保護及びターンオフ損失(スイッチング
ロス)を低減するためのスナバ回路として、抵抗RS
コンデンサCS及びダイオードDSが設けられる。ダイオ
ードDは、逆電圧から半導体スイッチを保護する。リア
クトルLLは、主に半導体スイッチSWに直列の可飽和
リアクトルSI1による磁気アシスト動作によるインダ
クタンス分に相当する。
【0010】一般に、半導体スイッチのターンオフ及び
ターンオン時の波形は、図11に示すようになり、半導
体スイッチSWのターンオン時にはその電圧VSWの低下
にしたがって電流ICが一定レベルまで増大する。ま
た、半導体スイッチのターンオフ時にはその電流IC
低下にしたがって電圧VSWが上昇する。
【0011】そこで、パルス電源における半導体スイッ
チSWにおいても、そのスナバ回路により半導体スイッ
チのターンオフ時のサージ電圧(図中のA部分)を吸収
して過電圧から保護し、電圧VSWの上昇率(傾き)dv
/dtを緩くして電流ICとの重なり期間を減らしてス
イッチングロスを減らそうとしている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来の構成において、
半導体スイッチにスナバ回路を設けることは、スナバ回
路が半導体スイッチのターンオン時にスイッチングロス
発生の原因となる。これを以下に説明する。
【0013】パルス電源においては、半導体スイッチの
ターンオン時には、図12に示すように、半導体スイッ
チのターンオン動作初期には、可飽和リアクトルがオン
電流をブロックし、可飽和リアクトルが飽和したとき
(時刻t1)にパルス状の急峻なメイン電流I0が流れ始
める。
【0014】このメイン電流I0には半導体スイッチの
オン抵抗による電圧VFの上昇でスイッチングロスが発
生するが、電圧VFによるスイッチングロスのみにな
る。
【0015】しかし、半導体スイッチのターンオン開始
時点(時刻t0)には、その電圧VSWの低下にしたがっ
てスナバ回路のコンデンサCSから抵抗RSを通して半導
体スイッチSWへのループで放電電流ISが流れ、この
電流ISと高い電圧VSWによる高いスイッチングロスが
発生してしまう。
【0016】この半導体スイッチのスイッチングロスの
増加は、高い繰り返し動作には半導体スイッチの放熱回
路を大型化する必要がある。
【0017】本発明の目的は、半導体スイッチのスイッ
チングロスを低減し、しかも確実なスイッチ動作を得る
パルス電源を提供することにある。
【0018】
【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、半導体スイッチのターンオン時にスナバ
回路からの放電電流を緩やかに立ち上げることによりタ
ーンオン時のスイッチングロスを軽減すると共に半導体
スイッチにオン保持電流を流すものであり、磁気アシス
ト用可飽和リアクトルを直列に持つ半導体スイッチのス
イッチ動作でパルス電流を発生するパルス電源におい
て、前記半導体スイッチのスナバ回路は、該半導体スイ
ッチのターンオン時にコンデンサからの放電電流を緩や
かに立ち上げる回路手段を設けたことを特徴とする。
【0019】また、前記回路手段は、リアクトル又は可
飽和リアクトル、もしくはリアクトルと可飽和リアクト
ルの直列回路としたことを特徴とする。
【0020】また、前記回路手段は、コンデンサの放電
電流路に振動防止用ダイオードを設け、コンデンサの充
電電流路に振動防止用抵抗を設けたことを特徴とする。
【0021】また、前記回路手段は、コンデンサからの
放電電流のピークが半導体スイッチのメイン電流が流れ
始めるタイミング近くにすることを特徴とする
【0022】
【発明の実施形態】図1は、本発明の一実施形態を示す
半導体スイッチの周辺回路図である。同図が図10と異
なる部分は、スナバ回路の抵抗RSに直列にリアクトル
Sを設けた点にある。
【0023】本実施形態によれば、半導体スイッチSW
のターンオンに際し、スナバ回路のコンデンサCSから
のループ電流ISは、リアクトルLSとの時定数によって
立ち上がりが抑制され、電圧VSWの立ち下がり期間での
スイッチングロスが軽減される。
【0024】この動作は、図2に波形図を示すように、
時刻t0における半導体スイッチのターンオンにはルー
プ電流ISが緩やかに立ち上がり、結果的にその間のス
イッチングロスが少なくなる。
【0025】なお、ループ電流ISは、メイン電流I0
流れ始めるタイミング(時刻t1)でピークあるいはピ
ーク付近になるよう、リアクトルLSとの時定数が設定
される。これにより、半導体スイッチにメイン電流がな
がれ始めるまでそれをオン状態に保持するラッチング電
流を確保する上から好ましい。
【0026】図3は、本発明の他の実施形態を示す回路
図である。同図が図1と異なる部分は、リアクトルLS
に代えて、可飽和リアクトルSISを使用した点にあ
る。
【0027】本実施形態では、図4に波形図を示すよう
に、可飽和リアクトルSISにより電圧VSWが零になる
まではコンデンサCSからの放電を阻止し、電圧VSW
零になったときにコンデンサCSから半導体スイッチS
Wに放電電流を流す。
【0028】これにより、前記状態形態と同様の作用効
果が得られるのに加えて、コンデンサCSからの電流に
よるスイッチングロスを一層軽減できる。
【0029】図5は、本発明の他の実施形態を示し、図
1及び図3におけるリアクトルLSと可飽和リアクトル
SISの直列回路を抵抗RSに直列に設けた点にある。
【0030】本実施形態によれば、上記までの実施形態
の作用効果に加えて、コンデンサCSからの放電電流を
ブロックする時間は可飽和リアクトルSISで設定し、
放電電流時定数をリアクトルLSで設定し、両者を独立
させた調整・設計が可能となる。
【0031】図6は、本発明の他の実施形態を示す。同
図においては、スナバ回路は、コンデンサCSの充電電
流路にはダイオードDSに直列に抵抗RSを設け、コンデ
ンサCSの放電電流路にはリアクトルLSに直列にダイオ
ードDS1を設けている。
【0032】本実施形態によれば、半導体スイッチSW
のターンオン時には、コンデンサCSからの放電電流が
抵抗を介することなく半導体スイッチSW側に流れ、半
導体スイッチSWのラッチング電流確保を確実にしなが
ら抵抗による発熱を無くす。なお、ダイオードDS1及び
抵抗RSは、ダイオードDを通してコンデンサCSに振動
電流が流れるのを抑制・防止する。
【0033】図7及び図8は、図6の変形例を示し、図
7ではリアクトルLSに代えて可飽和リアクトルSIS
使用し、図8ではリアクトルLSと可飽和リアクトルS
Sの直列回路としている。これら変形例では、図6の
場合の作用効果に加えて、図3及び図5の場合の作用効
果が得られる。
【0034】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、半導体
スイッチのターンオン時にスナバ回路からの放電電流を
緩やかに立ち上げる回路手段を設けたため、半導体スイ
ッチのターンオン時のスイッチングロスを軽減すること
ができる。
【0035】また、回路手段の時定数等を調整すること
により、半導体スイッチにメイン電流が流れ始めるまで
オン保持電流を流すことができ、半導体スイッチのスイ
ッチ動作を確実にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す回路図。
【図2】実施形態における電圧−電流波形。
【図3】他の実施形態を示す回路図。
【図4】他の実施形態における電圧−電流波形。
【図5】他の実施形態を示す回路図。
【図6】他の実施形態を示す回路図。
【図7】他の変形例を示す回路図。
【図8】他の変形例を示す回路図。
【図9】パルス電源の回路例。
【図10】従来の初段スイッチ回路図。
【図11】半導体スイッチの電圧−電流波形。
【図12】従来のターンオン時の電圧−電流波形。
【符号の説明】
SW…半導体スイッチ CS…スナバ回路のコンデンサ RS…スナバ回路の抵抗 DS、DS1…スナバ回路のダイオード LS…スナバ回路のリアクトル SIS…スナバ回路の可飽和リアクトル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気アシスト用可飽和リアクトルを直列
    に持つ半導体スイッチのスイッチ動作でパルス電流を発
    生するパルス電源において、 前記半導体スイッチのスナバ回路は、該半導体スイッチ
    のターンオン時にコンデンサからの放電電流を緩やかに
    立ち上げる回路手段を設けたことを特徴とするパルス電
    源。
  2. 【請求項2】 前記回路手段は、リアクトル又は可飽和
    リアクトル、もしくはリアクトルと可飽和リアクトルの
    直列回路としたことを特徴とする請求項1に記載のパル
    ス電源。
  3. 【請求項3】 前記回路手段は、コンデンサの放電電流
    路に振動防止用ダイオードを設け、コンデンサの充電電
    流路に振動防止用抵抗を設けたことを特徴とする請求項
    1又は2項の何れか1に記載のパルス電源。
  4. 【請求項4】 前記回路手段は、コンデンサからの放電
    電流のピークが半導体スイッチのメイン電流が流れ始め
    るタイミング近くにすることを特徴とする請求項1乃至
    3項の何れか1に記載のパルス電源。
JP10897696A 1996-04-30 1996-04-30 パルス電源 Pending JPH09298454A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012127896A1 (ja) 2011-03-22 2012-09-27 日本碍子株式会社 パルス発生装置及びパルス発生装置の設置方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012127896A1 (ja) 2011-03-22 2012-09-27 日本碍子株式会社 パルス発生装置及びパルス発生装置の設置方法
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