JPH099648A - 高電圧パルス電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高電圧半導体スイッチを使用した
高電圧パルス電源の電圧安定化と、装置の小型化及び経
済性を図ったものである。 【構成】 高電圧パルス電源の高電圧スイッチに、半導
体素子８を複数個直列接続、そのゲート回路にリングコ
ア形パルストランス６、及び整流・リセット回路７も同
数個使用、かつ高絶縁を施した１次導体で上記トランス
を貫通してなる高電圧半導体装置を採用し、基準パルス
電源３に同期したクロックパルス電流を１次導体に流
し、各パルストランスの２次電圧を整流・リセット回路
で復調し、そのゲート信号で、全半導体素子を同時にス
イッチングさせ高電圧のパルスを発生させる。又、電圧
の安定化方式は、基準電圧である直流電源１による出力
パルス電圧の検出との比較増幅器のフィードバック機能
による１次導体のクロックパルス電流制御、及び高電圧
スイッチング電源１２の電圧制御の連動動作により、高
電圧半導体装置の損失が最小になるよに同装置の動作電
圧を制御したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高電圧半導体スイッチ
を使用した高電圧パルス電源の電圧安定化に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、高電圧パルス電源の電圧安定化方
式の一例は図３に示すようにその高電圧スイッチに電子
管が使用されていた。即ち直流高電圧電源１と電子管２
の増幅及びスイッチ作用により高電圧のパルスを発生さ
せ、その安定化方式はパルス出力電圧をコンデンサ９．
１０、抵抗１１．１２より構成された分圧器で検出し、
その分圧電圧を誤差増幅器７の入力端に伝達、他の１端
は基準パルス電圧８の信号を受け、誤差増幅器７により
分圧電圧と基準電圧との差を増幅しその出力を電気・光
変換回路６に伝達し、光フアィバー５及び光・電気変換
回路４により電子管２のグリット端子に伝達する。その
結果、分圧電圧と基準電圧が等しくなるべく電子管が制
御され、基準電圧に相当するパルス電圧を出力端子に発
生させることができる。尚、直流電源３は電子管２のス
クリーン電源である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記にて説明した従来
形の電子管を使用する場合は下記のような欠点がある。

【０００４】一般に電子管はヒータ電源、スクリーン電
源、グリットバイアス電源、及び高いグリット制御電圧
を必要とした。特に図３の場合は電子管２が高電圧に設
置されているため、上記各電源は絶縁形を必要とし、ま
たグリット制御信号を高圧側に伝達するため伝達回路に
光フアィバー５を使用し、絶縁された光・電気変換回路
４も必要とした。

【０００５】以上の如く電子管を使用する場合は、絶縁
された各種の電源を必要とするため装置の小型化、及び
その経済性から電子管の半導体化が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は高電圧用として
同じ特性をもつ半導体素子を多数直列接続し、それ等を
同時にスイッチ及び増幅動作さる半導体装置で、その方
式は各素子のゲート（又はベース）信号としてリングコ
ア形パルストランスを使用し、その１次導体を高絶縁を
施したケーブル状のもので各コアを貫通連結し、その１
次導体に入力信号に同期した数１００ｋＨｚ以上に変調
したクロックパルス電流を流し、各パルストランスに誘
起した２次電圧を整流・リセット回路で入力信号に復調
したゲート信号で各半導体素子を同時にスイッチ及び増
幅動作させる。尚、各ゲート信号のパルス幅と電圧値
は、ゲート制御クロックパルス回路及び１次導体に流す
クロックパルス電流用直流電源の電圧値の変化で制御
し、従来の電子管と同等の動作機能を有する高電圧半導
体装置を提供するものである。

【０００７】

【作用】本発明の如く多数の半導体素子を直列接続し、
各素子のゲート信号伝達に、上述したリングコア形パル
ストランス方式の半導体装置を使用した高電圧パルス電
源においては、下記のような利点がある。

【０００８】絶縁耐力上製作が容易である。又、対地静
電容量が小さいため出力波形への影響が小さく、各半導
体素子間の電圧分担にも影響がない。

【０００９】ゲート信号を連続発振にすれば、直流動作
ができ１次導体のクロック電流用直流電源の電圧の調整
により、上記高電圧半導体装置の電流を制御することが
でき、増幅動作が可能である。

【００１０】クロック周波数５ＭＨｚ以上にすれば、リ
ングコアは小さくなり上記装置は小型になる。又、入力
信号に同期したクロックパルス信号を使用すれば、スイ
ッチング動作のジッタは全くない。

【００１１】

【実施例】以下本発明による実施例図１、同図回路の各
点の波形を示す図２に基づき説明する。図１において直
流電源１の図２の１に示す直流電圧を誤差増幅器１１と
アナログスイッチ２に伝達する。一方基準パルス電源３
の図２の３に示すパルス信号をゲート制御クロックパル
ス回路４とアナログスイッチ２の入力端子に伝達する。
回路４に伝達された信号は図２の４に示すようなクロッ
ク信号波形となりスイッチ素子（ＭＯＳ ＦＥＴ）５の
ゲートに伝達される。尚、スイッチ素子５のドレイン
は、複数個直列接続された半導体素子８、分圧抵抗９、
分圧コンデンサ１０、整流・リセット回路７、及びリン
グコア形パルストランス６より構成された半導体装置の
上記各リングコアの貫通１次導体に接続され、電流制御
用トランジスタ１６と直流電源１５とで閉回路を形成し
ている。ゲート信号により１次導体には図２の４の波形
に相当するクロックパルス電流が流れ、各パルストラン
スの２次電圧は図２の６に示す電圧波形となる。次に整
流・リセット回路７で基準パルス信号に復調した図２の
７のようなゲート電圧が発生し、各半導体素子８のゲー
ト端子に伝達され、各同素子が同時にスイッチング及び
増幅動作して、図２の出力波形に示す高電圧のパルスが
発生する。尚、分圧抵抗９及び分圧コンデンサは各半導
体素子８の分圧電圧の均一化の役目をする。

【００１２】基準パルス電源３から伝達されたパルス信
号により、アナログスイッチ２の出力に直流電源１の電
圧の基準パルス電圧を発生され、誤差増幅器１７の入力
の一端に伝達させる。

【００１３】他方誤差増幅器１１に伝達された直流電源
１の電圧と、分圧抵抗１３．１４．より直流高電圧の分
圧電圧を上記増幅器１１に伝達し、その二つの電圧差を
増幅し高電圧スイッチング電源１２の制御入力に伝達す
れば、直流電源１の電圧に相当する直流高電圧が分圧抵
抗１３の高圧端子に発生する。その高電圧を上述高電圧
半導体装置のスイッチング及び増幅機能により、高電圧
のパルス電圧を出力端に発生させることができる。

【００１４】その出力パルス電圧をコンデンサ１８．１
９、抵抗２０．２１より構成された分圧器で検出し、そ
の分圧電圧を誤差増幅器１７の入力の一端に伝達する、
他端には上述した如くアナログスイッチ２から基準パル
ス電圧が伝達され、その差電圧が誤差増幅器１７により
増幅され、その出力が電流制御用トランジスタ１６のベ
ースに伝達される。このベース電流の変化によりコレク
タ電流、即ち１次導体のクロックパルス電流変化、各パ
ルストランス６の２次電圧及び各半導体素子８のゲート
電圧の変化となり同半導体素子のドレイン電流が制御さ
れ、このフィードパック機能により、誤差増幅器１７の
入力電圧差が零になるべく動作する。即ち基準パルス電
圧と分圧電圧が等しくなるよう直流電源１の電圧に相当
した、安定化された高電圧パルス電圧を発生させること
ができる。尚、直列接続した半導体素子等で構成した高
電圧半導体装置の損失は、直流電源１の電圧を高電圧ス
イッチング電源１２、及び出力高電圧パルス電圧の基準
電圧として併用すれば、夫々の検出電圧を調整すること
により高電圧半導体装置の最小動作端子電圧に選定する
ことができ最小となる。即ち、同装置の損失を常に最小
にしながら直流電源１の電圧調整により、任意の安定化
した直流高電圧での高電圧のパルスを発生することがで
きる。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、以下に
記載されるような効果を奏する。

【００１６】電子管を使用した高電圧パルス電源に比較
して、本発明の高電圧半導体装置（スイッチ）を使用し
た同電源のほうが、小型で且つ信頼性も高く経済的であ
る。

【００１７】一個の基準電圧により直流高電圧とパルス
電圧を連動して発生させることができ、性能と効率が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高電圧パルス電源の実施例を示す回路
図である。

【図２】上記回路図中の各点の動作波形である。

【図３】高電圧スイッチに電子管を使用した高電圧パル
ス電源の回路図の一例である。

【符号の説明】

【図１】１ 直流電源 ２ アナログスイッチ ３ 基準パルス電源 ４ ゲート制御クロックパルス回路 ５ スイッチ素子 ６ リングコア形パルストランス ７ 整流・リセット回路 ８ 半導体素子 ９ 分圧抵抗 １０ 分圧コンデンサ １１ 誤差増幅器 １２ 高電圧スイッチング電源 １３、１４ 分圧抵抗 １５ 直流電源 １６ 電流制御用トランジスタ １７ 誤差増幅器 １８、１９ コンデンサ ２０、２１ 抵抗

【図２】１ 直流電圧波形 ３ パルス信号波形 ４ クロック信号波形 ６ パルストランスの２次電圧波形 ７ ゲート電圧波形 出力 出力波形

【図３】１ 直流高電圧電源 ２ 電子管 ３ スクリーン電源 ４ 光・電気変換回路 ５ 光フアィバー ６ 電気・光変換回路 ７ 誤差増幅器 ８ 基準パルス電圧 ９、１０ コンデンサ １１、１２ 抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流高電圧電源のスイッチに、１個又は
   ２個以上並列接続した半導体素子を複数個直列接続し、
   そのゲート回路にリングコア形パルストランス及び整流
   ・リセット回路を同数個使用し、かつ高絶縁を施した１
   次導体で上記各コアを貫通させ、その１次導体に入力信
   号に同期した数１００ｋＨｚ以上に変調したクロックパ
   ルス電流を流し、各パルストランスの誘起２次電圧を整
   流・リセット回路で入力信号に復調したゲート信号で各
   半導体素子を同時にスイッチ及び増幅動作させる半導体
   装置を使用し、その出力電圧のパルス幅はゲート制御ク
   ロックパルス回路で制御、また電圧値は１次導体のクロ
   ックパルス電流用直流電源電圧を、パルス出力電圧の検
   出電圧と基準電圧との比較増幅作用により制御し、基準
   電圧に相当した安定化の高電圧を発生させる高電圧パル
   ス電源。
2. 【請求項２】 前記直流高電圧電源の直流出力電圧を検
   出し、前記基準電圧との比較増幅作用により、基準電圧
   に相当し且つパルス出力電圧に比例した安定化な電圧を
   発生させ、前記半導体装置の損失が最小になるよう直流
   高電圧をパルス出力電圧と同時に制御した高電圧パルス
   電源。