JPH09298454A - パルス電源 - Google Patents
パルス電源Info
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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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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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とリアクトルＬが夫々並列接続される。
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
Ｉ1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の
充電電流として供給する。
Ｉ1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の
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。
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。
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と
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。
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と
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の
低下にしたがって電圧ＶSWが上昇する。
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の
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
ＬSを設けた点にある。
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
ＬS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。
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。
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が
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。
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。
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が
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。
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が
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。
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。
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。
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。
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。
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を
使用し、図８ではリアクトルＬSと可飽和リアクトルＳ
ＩS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。
７ではリアクトルＬSに代えて可飽和リアクトルＳＩSを
使用し、図８ではリアクトルＬSと可飽和リアクトルＳ
ＩS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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10897696A JPH09298454A (ja) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | パルス電源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10897696A JPH09298454A (ja) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | パルス電源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09298454A true JPH09298454A (ja) | 1997-11-18 |
Family
ID=14498430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10897696A Pending JPH09298454A (ja) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | パルス電源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09298454A (ja) |
Cited By (1)
| 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 |
-
1996
- 1996-04-30 JP JP10897696A patent/JPH09298454A/ja active Pending
Cited By (2)
| 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 |
| US8466730B2 (en) | 2011-03-22 | 2013-06-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Pulse generator and method of disposing pulse generator |
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