JPH11205098A - パルス電源装置 - Google Patents

パルス電源装置

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JPH11205098A
JPH11205098A JP1813598A JP1813598A JPH11205098A JP H11205098 A JPH11205098 A JP H11205098A JP 1813598 A JP1813598 A JP 1813598A JP 1813598 A JP1813598 A JP 1813598A JP H11205098 A JPH11205098 A JP H11205098A
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bypass
power supply
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Nissin High Voltage Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力パルスの平坦度を良くし、かつ立上りお
よび立下り時間を短くすることができるパルス電源装置
を提供する。 【解決手段】 パルス形成回路網4を構成する初段のリ
アクトル6aに並列に、同パルス形成回路網を構成する
初段のコンデンサ8aよりも小容量のバイパスコンデン
サ26と共振抑制用抵抗28とを直列接続して成るバイ
パス回路30を接続した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば線形加速
器やパルスレーザ等にパルス電力を供給するパルスクラ
イストロンの駆動等に用いられるものであってパルス形
成回路網を含むパルス電源装置に関し、より具体的に
は、その出力パルスの立上りおよび立下り時間と平坦度
とを両立させる手段に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来のパルス電源装置をパルス
クライストロンの駆動に用いた例を示す回路図であり、
図3は、図2の回路のパルス電源装置周りの等価回路図
である。
【0003】このパルス電源装置1は、複数のリアクト
ル(通常はこの例のように可変リアクトル)6および複
数のコンデンサ8を梯子形(ラダー形)に接続して成る
パルス形成回路網(PFN)4と、このパルス形成回路
網4の出力側から数えて初段のリアクトル6(これを特
に符号6aで示す)に直列に接続された出力スイッチ1
0と、このパルス形成回路網の最終段に接続されていて
当該パルス形成回路網4(より具体的にはその各コンデ
ンサ8)を充電する直流の充電電源2とを備えている。
出力スイッチ10は、この例ではサイラトロンで構成さ
れているが、それに限られるものではない。
【0004】この出力スイッチ10の出力側(具体的に
はサイラトロンのカソード)と初段のコンデンサ8(こ
れを特に符号8aで示す)の接地電位側との間には、こ
の例では、パルストランス14が接続されており、この
パルストランス14には高周波電力増幅用のパルスクラ
イストロン(パルス動作形のクライストロン)16が接
続されており、このパルスクライストロン16からのパ
ルス電力Pが線形加速器20に供給される。この例で
は、これらのパルストランス14、パルスクライストロ
ン16および線形加速器20が、図3中に示す負荷24
を構成している。この負荷24と出力スイッチ10との
間には、パルストランス14の漏れインダクタンスを含
めたラインインダクタンス22が不可避的に存在する。
なお、クリッパ回路12は、パルスクライストロン16
のブレークダウン時のコンデンサ8等の機器の保護用の
ものであり、この発明の本質に影響するものではない。
【0005】充電電源2でパルス形成回路網4を充電し
た状態において出力スイッチ10をオンすると、各コン
デンサ8から電荷が放電されてパルス形成回路網4から
所定の波形のパルスが出力され、それが出力スイッチ1
0およびパルストランス14を経由してパルスクライス
トロン16に供給されてそこで増幅され、パルス電力P
となって線形加速器20に供給される。このパルス電源
装置1から出力される出力パルスは、方形パルスに近い
台形状の波形をしており、そのパルス幅は例えば数μs
〜数ms程度、波高値は例えば数十kV〜数百kV程度
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなパルス電
源装置1およびパルスクライストロン16等を例えば線
形加速器の駆動に用いる場合、当該線形加速器において
荷電粒子ビーム(例えば電子ビームやイオンビーム)の
均一な加速を得るためには、パルス電力Pの、即ちパル
ス電源装置1から出力してパルスクライストロン16に
印加する出力パルスの平坦部の平坦度を良くする必要が
ある。
【0007】また一方で、パルス電源装置1からパルス
クライストロン16に印加する出力パルスの立上りおよ
び立下りを速くして平坦部を長く取ることによって、パ
ルスクライストロン16の効率を上げる必要がある。
【0008】このパルス電源装置1からの出力パルスの
立上りおよび立下りは、パルス形成回路網4の初段のリ
アクトル6aのインダクタンスL1 、同初段のコンデン
サ8aの静電容量C1 およびラインインダクタンス22
のインダクタンスL0 で規定される時定数で決まる。具
体的には、簡単に言うとほぼ2√{(L0 +L1 )・C
1 }で決まる。従って、インダクタンス(L0 +L1
が小さい程、出力パルスの立上りおよび立下りは速くな
る。
【0009】一方、上記出力パルスの平坦度は、インダ
クタンス(L0 +L1 )が大きい程、当該インダクタン
スによって十分にリップルが抑えられるので良くなる。
【0010】このように、出力パルスの立上りおよび立
下り時間と平坦度とは相反する関係にあり、従来は両者
を両立させることが困難であった。
【0011】そこでこの発明は、出力パルスの平坦度を
良くし、かつ立上りおよび立下り時間を短くすることが
できるパルス電源装置を提供することを主たる目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明のパルス電源装
置は、前記初段のリアクトルに並列に、前記パルス形成
回路網を構成する初段のコンデンサよりも小容量のバイ
パスコンデンサと共振抑制用抵抗とを直列接続して成る
バイパス回路を接続したことを特徴としている。
【0013】上記構成によれば、出力パルスの立上りお
よび立下りの過渡時では出力電流は殆どがバイパス回路
を通して流れ、立上りおよび立下り時以外では出力電流
は殆どがパルス形成回路網の初段のリアクトルを通して
流れる。従って、出力パルスの立上りおよび立下り時間
は、パルス形成回路網の初段のリアクトルのインダクタ
ンスに殆ど依存しなくなる。しかも、バイパス回路を構
成するバイパスコンデンサの静電容量を、パルス形成回
路網の初段のコンデンサの静電容量よりも小さくしてい
るので、出力パルスの立上りおよび立下り時間は、パル
ス形成回路網の初段のコンデンサの静電容量にも殆ど依
存しなくなる。従って、出力パルスの立上りおよび立下
り時間を規定する要素としては、上記バイパスコンデン
サの静電容量CB および出力側の前述したラインインダ
クタンスのインダクタンス値L0が支配的となり、出力
パルスの立上りおよび立下り時間はほぼ2√(L0 ・C
B)によって決まる。
【0014】その結果、パルス形成回路網の初段のリア
クトルのインダクタンスを大きくして出力パルスの平坦
度を良くすることが可能になり、しかもそのようにして
も上記理由から出力パルスの立上りおよび立下り時間を
短く維持することが可能になる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、この発明に係るパルス電
源装置の一例を示す等価回路図である。図3の従来例と
同一または相当する部分には同一符号を付し、以下にお
いては当該従来例との相違点を主に説明する。
【0016】この実施例のパルス電源装置1aにおいて
は、前述したパルス形成回路網4を構成する初段のリア
クトル6aに並列に、同パルス形成回路網4を構成する
初段のコンデンサ8aよりも小容量のバイパスコンデン
サ26と共振抑制用抵抗28とを直列接続して成るバイ
パス回路30を接続している。
【0017】バイパスコンデンサ26の方を小容量とす
るのは、仮にそれと反対にすると、出力パルスの立上り
および立下り時におけるバイパスコンデンサ26の充電
および放電に長時間がかかり、出力パルスの立上りおよ
び立下りが遅くなるからである。このバイパスコンデン
サ26の静電容量CB は、パルス形成回路網の初段のコ
ンデンサ8aの静電容量C1 に比べて十分に小さくする
のが好ましい。例えば、バイパスコンデンサ26の静電
容量CB は初段のコンデンサ8aの静電容量C1 の1/
5〜1/20程度にするのが好ましく、1/10前後が
より好ましい。
【0018】共振抑制用抵抗28は、出力パルスの立上
りおよび立下りの過渡時に上記バイパスコンデンサ26
とラインインダクタンス22とで生じる直列共振(寄生
振動)を抑制することができる程度の小さい抵抗値のも
ので良い。例えば、この共振抑制用抵抗28の抵抗値
は、数十Ω〜数百Ω程度で良い。
【0019】このパルス電源装置1aにおいては、出力
パルスの立上りおよび立下りの過渡時では出力電流は殆
どがバイパス回路30を通して流れ、立上りおよび立下
り時以外では出力電流は殆どがパルス形成回路網4の初
段のリアクトル6aを通して流れる。これは、定性的に
言えば、出力パルスの立上り時は、パルス形成回路網4
の初段のコンデンサ8aからの電荷がまずバイパスコン
デンサ26を充電するように流れ、バイパスコンデンサ
26の充電後はコンデンサ8aからの電荷はリアクトル
6aを経由して流れるからである。これを定量的に言え
ば、出力パルスの立上りおよび立下りの過渡時は周波数
(角周波数)ωが極めて高いために、リアクトル6aの
インピーダンス(=ωL1 )に比べてバイパス回路30
のインピーダンス(≒1/ωCB 。共振抑制用抵抗28
の抵抗値は前述したように小さいので無視する。)の方
が遙かに小さくなり、立上りおよび立下り時以外では周
波数ωが非常に小さいために、上記とは逆にリアクトル
6aのインピーダンスの方がバイパス回路30のインピ
ーダンスに比べて遙かに小さくなるからである。従っ
て、出力パルスの立上りおよび立下り時間は、リアクト
ル6aのインダクタンスL1 に殆ど依存しなくなる。
【0020】しかも、バイパスコンデンサ26の静電容
量CB を、パルス形成回路網4の初段のコンデンサ8a
の静電容量C1 よりも上記のように小さくしているの
で、出力パルスの立上りおよび立下り時間は、パルス形
成回路網4の初段のコンデンサ8aの静電容量C1 にも
殆ど依存しなくなる。これは、出力パルスの立上りおよ
び立下り時に形成されるコンデンサ8aとバイパスコン
デンサ26との直列回路の合成静電容量は、値の小さい
方の静電容量CB に殆ど支配されるからである。
【0021】従って、出力パルスの立上りおよび立下り
時間を規定する要素としては、バイパスコンデンサ26
の静電容量CB および出力側の前述したラインインダク
タンス22のインダクタンス値L0 が支配的となり、出
力パルスの立上りおよび立下り時間はほぼ2√(L0
B )によって決まる。
【0022】その結果、パルス形成回路網4の初段のリ
アクトル6aのインダクタンスL1を大きくして出力パ
ルスの平坦度を良くすることが可能になり、しかもその
ようにしても上記理由から出力パルスの立上りおよび立
下り時間を短く維持することが可能になる。即ち、出力
パルスの平坦度を良くし、かつ立上りおよび立下り時間
を短くすることができる。このような効果が、簡単なバ
イパス回路30を付加することで得られる。
【0023】なお、このパルス電源装置1aは、パルス
クライストロンの駆動以外にも、また線形加速器の電源
以外にも、勿論用いることができる。
【0024】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、出力パ
ルスの立上りおよび立下り時間が、パルス形成回路網の
初段のリアクトルのインダクタンスに殆ど依存しなくな
るので、当該リアクトルのインダクタンスを大きくして
出力パルスの平坦度を良くすることが可能になり、しか
もそのようにしても出力パルスの立上りおよび立下り時
間を短く維持することが可能になる。即ち、出力パルス
の平坦度を良くし、かつ立上りおよび立下り時間を短く
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るパルス電源装置の一例を示す等
価回路図である。
【図2】従来のパルス電源装置をパルスクライストロン
の駆動に用いた例を示す回路図である。
【図3】図2の回路のパルス電源装置周りの等価回路図
である。
【符号の説明】
1a パルス電源装置 2 充電電源 4 パルス形成回路網 6 リアクトル 6a 初段のリアクトル 8 コンデンサ 8a 初段のコンデンサ 10 出力スイッチ 26 バイパスコンデンサ 28 共振抑制用抵抗 30 バイパス回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のリアクトルおよび複数のコンデン
    サを梯子形に接続して成るパルス形成回路網と、このパ
    ルス形成回路網の出力側から数えて初段のリアクトルに
    直列に接続された出力スイッチと、前記パルス形成回路
    網を充電する充電電源とを備えるパルス電源装置におい
    て、前記初段のリアクトルに並列に、前記パルス形成回
    路網を構成する初段のコンデンサよりも小容量のバイパ
    スコンデンサと共振抑制用抵抗とを直列接続して成るバ
    イパス回路を接続したことを特徴とするパルス電源装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007088419A (ja) * 2005-06-17 2007-04-05 Nisshinbo Ind Inc ソーラシミュレータによる測定方法
JP2008270635A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ソーラシミュレータ用光源装置
JP2016100680A (ja) * 2014-11-19 2016-05-30 ニチコン株式会社 パルス電源装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008270635A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ソーラシミュレータ用光源装置
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