JPH11262277A - 放電ギャップスイッチを含む充放電回路 - Google Patents
放電ギャップスイッチを含む充放電回路Info
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- JPH11262277A JPH11262277A JP8269298A JP8269298A JPH11262277A JP H11262277 A JPH11262277 A JP H11262277A JP 8269298 A JP8269298 A JP 8269298A JP 8269298 A JP8269298 A JP 8269298A JP H11262277 A JPH11262277 A JP H11262277A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 並列につないだ多数のコンデンサよりなるコ
ンデンサバンクに高電圧に電荷を充電し、離隔した金属
球を電極とする放電ギャップスイッチを用いて大電流を
負荷に流すようにした回路において、電流をさらに増や
すための放電ギャップスイッチを複数にした場合、放電
ギャップスイッチの一つが閉じると他の放電ギャップス
イッチは放電が起こらず一つの放電ギャップスイッチだ
けが損傷する。並列につないだ複数の放電ギャップスイ
ッチが全て閉じるようにすることが目的である。 【解決手段】 複数の並列な放電ギャップスイッチのそ
れぞれにバイアスコンデンサを並列に設けバイアスコン
デンサに充電した電圧によって放電ギャップスイッチの
金属球間の電圧を維持して全ての放電ギャップスイッチ
が放電を開始できるようにしている。
ンデンサバンクに高電圧に電荷を充電し、離隔した金属
球を電極とする放電ギャップスイッチを用いて大電流を
負荷に流すようにした回路において、電流をさらに増や
すための放電ギャップスイッチを複数にした場合、放電
ギャップスイッチの一つが閉じると他の放電ギャップス
イッチは放電が起こらず一つの放電ギャップスイッチだ
けが損傷する。並列につないだ複数の放電ギャップスイ
ッチが全て閉じるようにすることが目的である。 【解決手段】 複数の並列な放電ギャップスイッチのそ
れぞれにバイアスコンデンサを並列に設けバイアスコン
デンサに充電した電圧によって放電ギャップスイッチの
金属球間の電圧を維持して全ての放電ギャップスイッチ
が放電を開始できるようにしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高電圧大電流発
生器においてコンデンサバンクに複数の放電ギャップス
イッチが接続されている場合において全ての放電ギャッ
プスイッチにおいて放電を起こさせるようにする為の回
路に関する。ここで高電圧というのは数十ｋＶの電圧を
意味する。大電流というのは数ｋＡ〜数百ｋＡの電流を
意味する。つまり数十ＭＷ〜数千ＭＷの巨大な電力を一
瞬に（パルス的に）負荷に掛けるようにした電源回路の
スイッチを問題にする。
生器においてコンデンサバンクに複数の放電ギャップス
イッチが接続されている場合において全ての放電ギャッ
プスイッチにおいて放電を起こさせるようにする為の回
路に関する。ここで高電圧というのは数十ｋＶの電圧を
意味する。大電流というのは数ｋＡ〜数百ｋＡの電流を
意味する。つまり数十ＭＷ〜数千ＭＷの巨大な電力を一
瞬に（パルス的に）負荷に掛けるようにした電源回路の
スイッチを問題にする。
【０００２】例えば大出力のレーザを瞬間的に励起する
ために高電圧大電流をレーザに流すという場合がある。
あるいは高密度プラズマを点灯するために高電圧大電流
が必要とされることがある。このような高電圧大電流を
出せる電池はいまだ存在しない。そのような場合はコン
デンサを使うしかない。複数の高耐圧のコンデンサに直
流高電圧Ｖを掛けてかなりの電荷量を蓄積しておく。コ
ンデンサと負荷の間にスイッチを設け、コンデンサに電
荷（Ｑ＝ＣＶ）を蓄積しておき、スイッチを閉じる事に
よって電流を負荷に流すようにしている。電圧Ｖが高い
のでこのような場合に半導体のスイッチは使えない。現
存するサイリスタ、トランジスタでそのような高電圧に
耐えるものはないからである。
ために高電圧大電流をレーザに流すという場合がある。
あるいは高密度プラズマを点灯するために高電圧大電流
が必要とされることがある。このような高電圧大電流を
出せる電池はいまだ存在しない。そのような場合はコン
デンサを使うしかない。複数の高耐圧のコンデンサに直
流高電圧Ｖを掛けてかなりの電荷量を蓄積しておく。コ
ンデンサと負荷の間にスイッチを設け、コンデンサに電
荷（Ｑ＝ＣＶ）を蓄積しておき、スイッチを閉じる事に
よって電流を負荷に流すようにしている。電圧Ｖが高い
のでこのような場合に半導体のスイッチは使えない。現
存するサイリスタ、トランジスタでそのような高電圧に
耐えるものはないからである。
【０００３】また電流も大きいので真空管によって開閉
するということもできない。現存する真空管でそのよう
な大電流を流せるようなものはない。そうなると機械式
のスイッチということになろう。しかし金属の接点が離
隔し接触する機械的なスイッチでも電流が大きすぎるの
で接点が摩損したり融着したりする。機械的開閉接点を
持つ有接点スイッチもやはりこのような高電圧大電流の
開閉には使えない。
するということもできない。現存する真空管でそのよう
な大電流を流せるようなものはない。そうなると機械式
のスイッチということになろう。しかし金属の接点が離
隔し接触する機械的なスイッチでも電流が大きすぎるの
で接点が摩損したり融着したりする。機械的開閉接点を
持つ有接点スイッチもやはりこのような高電圧大電流の
開閉には使えない。
【０００４】
【従来の技術】このような大電流高電圧の電流を開閉す
る場合にスイッチとして使われるのが放電ギャップスイ
ッチである。２つの金属球体を一定距離離して保持し、
その中間にトリガー電極を設けた物である。二つの金属
球体がスイッチの電極になる。この球体間にはコンデン
サ電圧に等しい電圧が掛かっている。トリガー電極と一
方の球体（アース極）との間に数ｋＶの電圧を掛ける
と、トリガー電極とその球体との間にアーク放電が発生
する。このアーク放電は電極である二つの球体間に移動
しトリガー電極の電圧を除いてもアークは存在し続け
る。アーク放電によって大電流が流れこれが負荷電流と
なる。コンデンサに蓄積されている電荷が全て流れてし
まうと電流は流れなくなる。蓄積電荷がなくなると共に
アーク放電は消滅する。だからスイッチといっても高電
圧が掛かっているときに閉じる作用だけがあればよい。
電流を中途で遮断する必要はないのである。
る場合にスイッチとして使われるのが放電ギャップスイ
ッチである。２つの金属球体を一定距離離して保持し、
その中間にトリガー電極を設けた物である。二つの金属
球体がスイッチの電極になる。この球体間にはコンデン
サ電圧に等しい電圧が掛かっている。トリガー電極と一
方の球体（アース極）との間に数ｋＶの電圧を掛ける
と、トリガー電極とその球体との間にアーク放電が発生
する。このアーク放電は電極である二つの球体間に移動
しトリガー電極の電圧を除いてもアークは存在し続け
る。アーク放電によって大電流が流れこれが負荷電流と
なる。コンデンサに蓄積されている電荷が全て流れてし
まうと電流は流れなくなる。蓄積電荷がなくなると共に
アーク放電は消滅する。だからスイッチといっても高電
圧が掛かっているときに閉じる作用だけがあればよい。
電流を中途で遮断する必要はないのである。
【０００５】放電ギャップ「スイッチ」というが「開」
「閉」のふたつの作用をするのではなく閉成だけの作用
をする。電極である球体自体は接触しないがアーク放電
によって電流が流れるのである。雰囲気は大気中のこと
もあるし、ＳＦ6 ガス中、ＣＯ2 ガス中の事もある。放
電によってガスがイオン化され電子流が流れて雰囲気中
を大電流が流れる。接点がないので金属球（電極）が摩
損すると言うことはない。
「閉」のふたつの作用をするのではなく閉成だけの作用
をする。電極である球体自体は接触しないがアーク放電
によって電流が流れるのである。雰囲気は大気中のこと
もあるし、ＳＦ6 ガス中、ＣＯ2 ガス中の事もある。放
電によってガスがイオン化され電子流が流れて雰囲気中
を大電流が流れる。接点がないので金属球（電極）が摩
損すると言うことはない。
【０００６】図１は従来例にかかる大電流高電圧開閉装
置の概略図である。コンデンサバンク１は多数のコンデ
ンサＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…を並列に接続したものであ
る。それぞれ数ｋＶ〜数百ｋＶの耐圧を持つコンデンサ
である。容量は数十μＦ程度である。一つでは容量が足
りないから同等のコンデンサを複数個並列接続して容量
を増やしたものである。少なくとも１０個、多いときは
数百個も接続することがある。高耐圧で十分な容量のコ
ンデンサが現存しないのでこのように幾つものコンデン
サを並列につなぐ。全体の容量Ｃは個々のコンデンサの
容量の和Ｃ＝Ｃ1＋Ｃ2 ＋…となる。耐圧は変わらな
い。同等のコンデンサｍ個（Ｃ1 ＝Ｃ2 ＝…＝Ｃm ）を
並列に繋いだとすると容量はｍＣ1 となる。多数のコン
デンサの集合であるからコンデンサバンクという。
置の概略図である。コンデンサバンク１は多数のコンデ
ンサＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…を並列に接続したものであ
る。それぞれ数ｋＶ〜数百ｋＶの耐圧を持つコンデンサ
である。容量は数十μＦ程度である。一つでは容量が足
りないから同等のコンデンサを複数個並列接続して容量
を増やしたものである。少なくとも１０個、多いときは
数百個も接続することがある。高耐圧で十分な容量のコ
ンデンサが現存しないのでこのように幾つものコンデン
サを並列につなぐ。全体の容量Ｃは個々のコンデンサの
容量の和Ｃ＝Ｃ1＋Ｃ2 ＋…となる。耐圧は変わらな
い。同等のコンデンサｍ個（Ｃ1 ＝Ｃ2 ＝…＝Ｃm ）を
並列に繋いだとすると容量はｍＣ1 となる。多数のコン
デンサの集合であるからコンデンサバンクという。
【０００７】コンデンサＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…の一端は
アース５に接続され、他端は放電ギャップスイッチ２、
波形調整用コイル３を経て負荷４につながっている。負
荷４の他端はアースされる。負荷は先述のようにレーザ
やプラズマなどである。その他にトランス、避雷器、ケ
ーブルなどが負荷になることもある。何れにしてもパル
ス的に高電圧大電流を必要とする負荷である。
アース５に接続され、他端は放電ギャップスイッチ２、
波形調整用コイル３を経て負荷４につながっている。負
荷４の他端はアースされる。負荷は先述のようにレーザ
やプラズマなどである。その他にトランス、避雷器、ケ
ーブルなどが負荷になることもある。何れにしてもパル
ス的に高電圧大電流を必要とする負荷である。
【０００８】ここには書いてないがコンデンサバンクに
はもちろん充電の為の回路がある。これは交流電源、ト
ランス、整流回路などよりなることが多い。整流回路も
半波整流、全波整流などがありうる。充電のための回路
があるので、コンデンサが放電されたあとすぐにコンデ
ンサを充電することができる。
はもちろん充電の為の回路がある。これは交流電源、ト
ランス、整流回路などよりなることが多い。整流回路も
半波整流、全波整流などがありうる。充電のための回路
があるので、コンデンサが放電されたあとすぐにコンデ
ンサを充電することができる。
【０００９】コイル３は数ｍＨ〜数μＨのものであって
電圧が掛かっても逆起電力を発生し急激には電流が流れ
ないようにしている。電圧に対する電流の遅れ時間はＬ
／Ｒの程度である。負荷抵抗Ｒは極めて小さいものであ
るから、数ｍＨのコイルでも十分な遅延時間を与えるこ
とができる。放電ギャップスイッチ２は二つの金属球が
一定距離離れて対向しその間にトリガースイッチ（図示
しない）が設けられたものである。
電圧が掛かっても逆起電力を発生し急激には電流が流れ
ないようにしている。電圧に対する電流の遅れ時間はＬ
／Ｒの程度である。負荷抵抗Ｒは極めて小さいものであ
るから、数ｍＨのコイルでも十分な遅延時間を与えるこ
とができる。放電ギャップスイッチ２は二つの金属球が
一定距離離れて対向しその間にトリガースイッチ（図示
しない）が設けられたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】コンデンサバンク１が
ある電圧Ｖまで充電されているとする。電荷ＣＶが蓄積
されている。放電ギャップスイッチ２の球電極間は絶縁
されており電流が流れていない。電極間のギャップは適
当な距離を持つので、数ｋＶ、数百ｋＶが電極間に掛か
っていてもそのままでは放電が起こらない。その状態
で、トリガー電極に数ｋＶのトリガー信号が加えられた
とする。トリガー電極と一方（或いは両方）の電極の間
に放電が起こる。この放電が瞬時に延びて両電極間にア
ーク放電が起こる。電極間電圧が瞬時に低下し負荷電流
が流れる。電極間では電子流となってプラズマ中を電流
が流れる。導体を流れるのではないから大電流を流すこ
とができる。コンデンサには有限の電荷が蓄積されてい
るからτ＝ＣＲ（Ｒは負荷抵抗）の時定数のパルス的な
電流が負荷に流れる。
ある電圧Ｖまで充電されているとする。電荷ＣＶが蓄積
されている。放電ギャップスイッチ２の球電極間は絶縁
されており電流が流れていない。電極間のギャップは適
当な距離を持つので、数ｋＶ、数百ｋＶが電極間に掛か
っていてもそのままでは放電が起こらない。その状態
で、トリガー電極に数ｋＶのトリガー信号が加えられた
とする。トリガー電極と一方（或いは両方）の電極の間
に放電が起こる。この放電が瞬時に延びて両電極間にア
ーク放電が起こる。電極間電圧が瞬時に低下し負荷電流
が流れる。電極間では電子流となってプラズマ中を電流
が流れる。導体を流れるのではないから大電流を流すこ
とができる。コンデンサには有限の電荷が蓄積されてい
るからτ＝ＣＲ（Ｒは負荷抵抗）の時定数のパルス的な
電流が負荷に流れる。
【００１１】電流Ｉ（ｔ）はＩ（ｔ）＝Ｉｅｘｐ（−ｔ
／τ）という変化をする。Ｉは初期電流（Ｉ＝Ｖ／Ｒ）
である。実際にはコイル３の為に｛１−ｅｘｐ（−ｔＲ
／Ｌ）｝という短い過渡変化があるが、Ｌ／Ｒ＜＜ＣＲ
であるから電流変化は大体Ｉｅｘｐ（−ｔ／τ）だと考
えて良い。すぐに（ｔ＞τ）コンデンサは放電し０Ｖに
なる。アーク放電が終了し電弧（アーク）が消える。放
電ギャップスイッチは遮断状態にもどる。再び交流回
路、整流回路から電流が流されてコンデンサバンクが充
電される。負荷によるがこの充電放電の１サイクルは２
分〜１０分の程度である。放電時間（パルス幅）はＣＲ
によるが数十百μｓ〜数ｍｓである。パルス立ち上がり
時間は数百ｎｓ〜数μｓ程度である。
／τ）という変化をする。Ｉは初期電流（Ｉ＝Ｖ／Ｒ）
である。実際にはコイル３の為に｛１−ｅｘｐ（−ｔＲ
／Ｌ）｝という短い過渡変化があるが、Ｌ／Ｒ＜＜ＣＲ
であるから電流変化は大体Ｉｅｘｐ（−ｔ／τ）だと考
えて良い。すぐに（ｔ＞τ）コンデンサは放電し０Ｖに
なる。アーク放電が終了し電弧（アーク）が消える。放
電ギャップスイッチは遮断状態にもどる。再び交流回
路、整流回路から電流が流されてコンデンサバンクが充
電される。負荷によるがこの充電放電の１サイクルは２
分〜１０分の程度である。放電時間（パルス幅）はＣＲ
によるが数十百μｓ〜数ｍｓである。パルス立ち上がり
時間は数百ｎｓ〜数μｓ程度である。
【００１２】負荷がより大きくなってさらに大きな電流
を必要とする場合、コンデンサバンクのコンデンサの数
を増やせば良い。そうすると放電ギャップスイッチに流
れる電流Ｉも増える。あまりに電流Ｉが増えると放電ギ
ャップスイッチが強く加熱され金属電極の表面が融け出
す。コンデンサ数ｍが増え電流が増えると放電ギャップ
スイッチも一つでは足りないようになる。一つで不足な
らば２つ、３つ、５つと増やせば良いのであろう。複数
（ｋ個）の放電ギャップスイッチＳ1 、Ｓ2 、…Ｓk を
並列に接続しておき一斉に放電すれば良い筈である。す
ると電流は分散されＩ／ｋの電流が一つの放電ギャップ
スイッチに流れるように思われよう。
を必要とする場合、コンデンサバンクのコンデンサの数
を増やせば良い。そうすると放電ギャップスイッチに流
れる電流Ｉも増える。あまりに電流Ｉが増えると放電ギ
ャップスイッチが強く加熱され金属電極の表面が融け出
す。コンデンサ数ｍが増え電流が増えると放電ギャップ
スイッチも一つでは足りないようになる。一つで不足な
らば２つ、３つ、５つと増やせば良いのであろう。複数
（ｋ個）の放電ギャップスイッチＳ1 、Ｓ2 、…Ｓk を
並列に接続しておき一斉に放電すれば良い筈である。す
ると電流は分散されＩ／ｋの電流が一つの放電ギャップ
スイッチに流れるように思われよう。
【００１３】ところがそうでない。並列にｋ個の放電ギ
ャップスイッチＳ1 、Ｓ2 、…Ｓkを並べてこれに一斉
にトリガー信号を与えたとする。しかし同時に全ての放
電ギャップスイッチが放電を始める訳でない。特性のば
らつき条件の偏りによりいずれか一つ（ｊ番目）がトリ
ガーによってアーク放電を開始する。すると放電ギャッ
プスイッチの電極間の電圧が直ちにほぼ０Ｖに低下す
る。この電圧低下は全ての放電ギャップスイッチについ
て起こる。それ以外の放電ギャップスイッチは（ｉ≠
ｊ）もはや電極間に電圧が掛かってないのでトリガー電
極とアース電極間で放電が起こってもこれが他方の電極
（＋電極）まで広がらない。つまりそれ以外の放電ギャ
ップスイッチｉ（≠ｊ）は開放のままである。結局全部
の電流Ｉが一つの放電ギャップスイッチＳj に掛かって
しまう。大電流のためにｊ番目の放電ギャップスイッチ
Ｓj が破損する可能性がある。
ャップスイッチＳ1 、Ｓ2 、…Ｓkを並べてこれに一斉
にトリガー信号を与えたとする。しかし同時に全ての放
電ギャップスイッチが放電を始める訳でない。特性のば
らつき条件の偏りによりいずれか一つ（ｊ番目）がトリ
ガーによってアーク放電を開始する。すると放電ギャッ
プスイッチの電極間の電圧が直ちにほぼ０Ｖに低下す
る。この電圧低下は全ての放電ギャップスイッチについ
て起こる。それ以外の放電ギャップスイッチは（ｉ≠
ｊ）もはや電極間に電圧が掛かってないのでトリガー電
極とアース電極間で放電が起こってもこれが他方の電極
（＋電極）まで広がらない。つまりそれ以外の放電ギャ
ップスイッチｉ（≠ｊ）は開放のままである。結局全部
の電流Ｉが一つの放電ギャップスイッチＳj に掛かって
しまう。大電流のためにｊ番目の放電ギャップスイッチ
Ｓj が破損する可能性がある。
【００１４】このような難点を解決し、大電流に対応し
て複数の放電ギャップスイッチを設けた時に、全ての放
電ギャップスイッチが閉じるようにし、電流を分散でき
る回路を提供する事が本発明の目的である。複数の放電
ギャップスイッチの同時放電開始、同時閉成が、本発明
の意図するところである。
て複数の放電ギャップスイッチを設けた時に、全ての放
電ギャップスイッチが閉じるようにし、電流を分散でき
る回路を提供する事が本発明の目的である。複数の放電
ギャップスイッチの同時放電開始、同時閉成が、本発明
の意図するところである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の回路は、並列接
続された全ての放電ギャップスイッチの電極間に、バイ
アスコンデンサＣｓを並列に接続したものである。コン
デンサの他に抵抗を加えても良い。その場合は抵抗Ｒｓ
とコンデンサＣｓを直列に繋いだバイアス回路を放電ギ
ャップスイッチに並列に設けることになる。放電ギャッ
プスイッチが開いているとき、主コンデンサＣ1 、…、
Ｃm の他にバイアスコンデンサＣｓも同時に充電され
る。このためのバイアスコンデンサＣｓの両極には電圧
Ｖが掛かっている。
続された全ての放電ギャップスイッチの電極間に、バイ
アスコンデンサＣｓを並列に接続したものである。コン
デンサの他に抵抗を加えても良い。その場合は抵抗Ｒｓ
とコンデンサＣｓを直列に繋いだバイアス回路を放電ギ
ャップスイッチに並列に設けることになる。放電ギャッ
プスイッチが開いているとき、主コンデンサＣ1 、…、
Ｃm の他にバイアスコンデンサＣｓも同時に充電され
る。このためのバイアスコンデンサＣｓの両極には電圧
Ｖが掛かっている。
【００１６】トリガー電極に電圧が印加され金属球電極
間にアーク放電が起こり放電ギャップスイッチの両電極
間でアーク放電が起こっても、しばらくはバイアスコン
デンサから電流が流れて電極間電圧Ｖが維持される。バ
イアスコンデンサはしばらくもとの電圧Ｖを保持する作
用がある。これは短い時間であってよい。その短い電圧
保持期間Ｔ2 にそのほかの放電ギャップスイッチもアー
ク放電が起こり導通する。このように全ての放電ギャッ
プスイッチがアーク放電を開始するまでの短い時間バイ
アスコンデンサにより電位Ｖがそれぞれの電極間で保持
される。バイアスコンデンサの電荷はすぐになくなるの
で放電ギャップスイッチの電極間の電圧は０Ｖに減少す
る。
間にアーク放電が起こり放電ギャップスイッチの両電極
間でアーク放電が起こっても、しばらくはバイアスコン
デンサから電流が流れて電極間電圧Ｖが維持される。バ
イアスコンデンサはしばらくもとの電圧Ｖを保持する作
用がある。これは短い時間であってよい。その短い電圧
保持期間Ｔ2 にそのほかの放電ギャップスイッチもアー
ク放電が起こり導通する。このように全ての放電ギャッ
プスイッチがアーク放電を開始するまでの短い時間バイ
アスコンデンサにより電位Ｖがそれぞれの電極間で保持
される。バイアスコンデンサの電荷はすぐになくなるの
で放電ギャップスイッチの電極間の電圧は０Ｖに減少す
る。
【００１７】バイアスコンデンサＣｓに直列につなぐ抵
抗Ｒｓは、その並列接続されている放電ギャップスイッ
チ電極間のコンデンサによる電圧保持時間Ｔ2 を決める
ものである。例えば、別の一系統のギャップが先に放電
したとし、そのア−ク抵抗をＲａとすると、放電時定数
はＣ（Ｒｓ＋Ｒａ）となる。（図２の場合は、Ｃはバイ
アスコンデンサと主コンデンサの合成容量となるが、バ
イアスコンデンサを小さくすれば合成容量はほどんどバ
イアスコンデンサに近い値になる）。並列接続されるギ
ャップにとっては放電するまでにはＣ（Ｒｓ＋Ｒａ）時
定数で決まる電圧が端子間に掛かっている。想定される
ギャップの放電のばらつきを補償できるような時定数と
なるようにＲｓの値を決める。因に、放電中の電極間電
圧は、コンデンサ電圧ＶをＲａとＲｓの分圧比で配分し
たものとなる。バイアスコンデンサＣｓは、主となるコ
ンデンサバンク１の主コンデンサＣ1 、Ｃ2 、…、Ｃm
より小さい容量であって良い。（図２の場合は小さくす
るべきである。そうでないとギャップ間に電圧が掛から
ない。）
抗Ｒｓは、その並列接続されている放電ギャップスイッ
チ電極間のコンデンサによる電圧保持時間Ｔ2 を決める
ものである。例えば、別の一系統のギャップが先に放電
したとし、そのア−ク抵抗をＲａとすると、放電時定数
はＣ（Ｒｓ＋Ｒａ）となる。（図２の場合は、Ｃはバイ
アスコンデンサと主コンデンサの合成容量となるが、バ
イアスコンデンサを小さくすれば合成容量はほどんどバ
イアスコンデンサに近い値になる）。並列接続されるギ
ャップにとっては放電するまでにはＣ（Ｒｓ＋Ｒａ）時
定数で決まる電圧が端子間に掛かっている。想定される
ギャップの放電のばらつきを補償できるような時定数と
なるようにＲｓの値を決める。因に、放電中の電極間電
圧は、コンデンサ電圧ＶをＲａとＲｓの分圧比で配分し
たものとなる。バイアスコンデンサＣｓは、主となるコ
ンデンサバンク１の主コンデンサＣ1 、Ｃ2 、…、Ｃm
より小さい容量であって良い。（図２の場合は小さくす
るべきである。そうでないとギャップ間に電圧が掛から
ない。）
【００１８】例えばバイアスコンデンサ容量Ｃｓは１０
００ｐＦ程度、バイアス抵抗Ｒｓは１００Ωとする。主
コンデンサは数十μＦである。バイアスコンデンサの放
電の時定数は、Ｃｓ（Ｒａ＋Ｒｓ）である。ただし充電
する場合に、充電回路は（Ｃ1 ＋Ｃ2 ＋…＋Ｃm ＋ｍＣ
ｓ）だけの容量を充電しなければならなくなる。その場
合、Ｒｓが入っていると充電回路の最大電流をより小さ
くできる。
００ｐＦ程度、バイアス抵抗Ｒｓは１００Ωとする。主
コンデンサは数十μＦである。バイアスコンデンサの放
電の時定数は、Ｃｓ（Ｒａ＋Ｒｓ）である。ただし充電
する場合に、充電回路は（Ｃ1 ＋Ｃ2 ＋…＋Ｃm ＋ｍＣ
ｓ）だけの容量を充電しなければならなくなる。その場
合、Ｒｓが入っていると充電回路の最大電流をより小さ
くできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】主コンデンサと放電ギャップスイ
ッチを直列につないだものと、主コンデンサも、放電ギ
ャップスイッチもまとめたものを直列につないだものが
ありうる。
ッチを直列につないだものと、主コンデンサも、放電ギ
ャップスイッチもまとめたものを直列につないだものが
ありうる。
【００２０】［Ａ．主コンデンサと放電ギャップスイッ
チを直列に接続したものを並列接続したタイプ］図２に
よってこのようなタイプのものを説明する。コンデンサ
バンク１の主コンデンサＣk の一端はＦ点で一括してア
ースされる。主コンデンサＣ1 に、放電ギャップスイッ
チＳｗ1 が接続され、Ｓｗ1 に並列に、バイアス抵抗Ｒ
ｓ1 とバイアスコンデンサＣｓ1 がつながれる。つまり
一般にｋ番目のコンデンサＣk は、Ｓｗk と（Ｒｓk ＋
Ｃｓk ）と直列接続される。
チを直列に接続したものを並列接続したタイプ］図２に
よってこのようなタイプのものを説明する。コンデンサ
バンク１の主コンデンサＣk の一端はＦ点で一括してア
ースされる。主コンデンサＣ1 に、放電ギャップスイッ
チＳｗ1 が接続され、Ｓｗ1 に並列に、バイアス抵抗Ｒ
ｓ1 とバイアスコンデンサＣｓ1 がつながれる。つまり
一般にｋ番目のコンデンサＣk は、Ｓｗk と（Ｒｓk ＋
Ｃｓk ）と直列接続される。
【００２１】ｍ個の放電ギャップスイッチＳｗk （ｋ＝
１，２，３，…，ｍ）と、（Ｒｓk＋Ｃｓk ）（ｋ＝
１，２，３，…，ｍ）とがＢ点で一つにまとまりこれが
コイル３に接続される。コイル３の他端は負荷４の一端
Ｄに接続されている。負荷４の他端ＥはアースＦされ
る。これもそれぞれの主コンデンサには充電回路（交流
電源、トランス、整流回路）があり、それぞれに充電で
きるようになっている。充電はバイアスコンデンサＣｓ
k にも同時になされる。余分にコンデンサが必要になる
がこれに蓄積された電荷は負荷電流の一部になるので無
駄に浪費されるわけではない。
１，２，３，…，ｍ）と、（Ｒｓk＋Ｃｓk ）（ｋ＝
１，２，３，…，ｍ）とがＢ点で一つにまとまりこれが
コイル３に接続される。コイル３の他端は負荷４の一端
Ｄに接続されている。負荷４の他端ＥはアースＦされ
る。これもそれぞれの主コンデンサには充電回路（交流
電源、トランス、整流回路）があり、それぞれに充電で
きるようになっている。充電はバイアスコンデンサＣｓ
k にも同時になされる。余分にコンデンサが必要になる
がこれに蓄積された電荷は負荷電流の一部になるので無
駄に浪費されるわけではない。
【００２２】特性のばらつきによって一つの放電ギャッ
プスイッチＳｗj だけが最初にアーク放電を開始して電
圧が下がっても、電圧降下がバイアスコンデンサＣｓj
によって妨げられる。そのうちに他の放電ギャップスイ
ッチもアーク放電を開始し他の主コンデンサからも負荷
電流が流れるようになる。
プスイッチＳｗj だけが最初にアーク放電を開始して電
圧が下がっても、電圧降下がバイアスコンデンサＣｓj
によって妨げられる。そのうちに他の放電ギャップスイ
ッチもアーク放電を開始し他の主コンデンサからも負荷
電流が流れるようになる。
【００２３】［Ｂ．主コンデンサの集合と放電ギャップ
スイッチの集合を接続したタイプ］図３によってこのよ
うなタイプのものを説明する。コンデンサバンク１の主
コンデンサＣk の一端はＪ点で一括してアースされる。
コンデンサバンク１の全てのコンデンサＣ1 、Ｃ2 、
…、Ｃm はＧ点にて一括して纏められる。ｍ個の放電ギ
ャップスイッチＳｗ1 、Ｓｗ2 、…、Ｓｗm にはそれぞ
れバイアスコンデンサ６とバイアス抵抗７を直列に接続
したものを並列の接続してある。
スイッチの集合を接続したタイプ］図３によってこのよ
うなタイプのものを説明する。コンデンサバンク１の主
コンデンサＣk の一端はＪ点で一括してアースされる。
コンデンサバンク１の全てのコンデンサＣ1 、Ｃ2 、
…、Ｃm はＧ点にて一括して纏められる。ｍ個の放電ギ
ャップスイッチＳｗ1 、Ｓｗ2 、…、Ｓｗm にはそれぞ
れバイアスコンデンサ６とバイアス抵抗７を直列に接続
したものを並列の接続してある。
【００２４】これら複数の放電ギャップスイッチの一端
は一点Ｇで纏められる。他端はＢ点で纏められる。つま
りコンデンサは並列に、放電ギャップスイッチも並列に
つながれこれらが直列につながっているのである。さら
にＢ点には波形調整用のコイル３が接続され、コイル３
の他端には負荷４の一端Ｄがつながれる。負荷の他端Ｅ
はアースされる。コンデンサバンクのコンデンサには充
電回路（交流電源、トランス、整流回路）が接続してあ
り、コンデンサに充電できるようになっている。前例と
同じように充電はバイアスコンデンサＣｓk にも同時に
なされる。
は一点Ｇで纏められる。他端はＢ点で纏められる。つま
りコンデンサは並列に、放電ギャップスイッチも並列に
つながれこれらが直列につながっているのである。さら
にＢ点には波形調整用のコイル３が接続され、コイル３
の他端には負荷４の一端Ｄがつながれる。負荷の他端Ｅ
はアースされる。コンデンサバンクのコンデンサには充
電回路（交流電源、トランス、整流回路）が接続してあ
り、コンデンサに充電できるようになっている。前例と
同じように充電はバイアスコンデンサＣｓk にも同時に
なされる。
【００２５】バイアス回路の作用は前例と殆ど同じであ
る。特性のばらつきによって一つの放電ギャップスイッ
チＳｗj だけが最初にアーク放電を開始して電圧が下が
っても、電圧降下がバイアスコンデンサＣｓj によって
妨げられる。そのうちに他の放電ギャップスイッチもア
ーク放電を開始し他の主コンデンサからも負荷電流が流
れるようになる。
る。特性のばらつきによって一つの放電ギャップスイッ
チＳｗj だけが最初にアーク放電を開始して電圧が下が
っても、電圧降下がバイアスコンデンサＣｓj によって
妨げられる。そのうちに他の放電ギャップスイッチもア
ーク放電を開始し他の主コンデンサからも負荷電流が流
れるようになる。
【００２６】
【実施例】図４にはレーザ負荷に瞬時に大電流高電圧を
印加するための装置の概略図である。上記の第１のタイ
プのものであるが、そのような物をさらにいくつか集め
て高電圧大電流を得るようにしている。ここにはＡ〜Ｆ
のコンデンサ、放電ギャップスイッチの組み合わせの例
が示される。１番目の充放電回路Ａは、コンデンサＣ
a 、放電ギャップスイッチ、コイルＬ1 よりなる閉回路
をなしている。２番目の充放電回路Ｂは、コンデンサＣ
b 、放電ギャップスイッチと先のコイルＬ1 によって閉
回路を形成している。
印加するための装置の概略図である。上記の第１のタイ
プのものであるが、そのような物をさらにいくつか集め
て高電圧大電流を得るようにしている。ここにはＡ〜Ｆ
のコンデンサ、放電ギャップスイッチの組み合わせの例
が示される。１番目の充放電回路Ａは、コンデンサＣ
a 、放電ギャップスイッチ、コイルＬ1 よりなる閉回路
をなしている。２番目の充放電回路Ｂは、コンデンサＣ
b 、放電ギャップスイッチと先のコイルＬ1 によって閉
回路を形成している。
【００２７】二つの充放電回路Ａ、ＢはコイルＬ1 を共
通にしている。これはＡ、Ｂを合計した大電流をトラン
スに流すためである。同様に３番目の充放電回路Ｃ、Ｄ
もコイルＬ2 を共用する。コンデンサと放電ギャップス
イッチとコイルＬ2 によって閉回路をなす点も同様であ
る。第５番目の充放電回路Ｅ、Ｆもコンデンサ、放電ギ
ャップスイッチ、コイルＬ3 を直列に接続したものであ
る。コイルＬ1 、Ｌ2、Ｌ3 はトランス８の一次巻線と
なっている。二次巻線Ｌ0 が負荷９につながっている。
つまり直接の負荷はトランス８になっており、実際の負
荷はトランスの二次側につながれている負荷９である。
巻数の比は１：１である。
通にしている。これはＡ、Ｂを合計した大電流をトラン
スに流すためである。同様に３番目の充放電回路Ｃ、Ｄ
もコイルＬ2 を共用する。コンデンサと放電ギャップス
イッチとコイルＬ2 によって閉回路をなす点も同様であ
る。第５番目の充放電回路Ｅ、Ｆもコンデンサ、放電ギ
ャップスイッチ、コイルＬ3 を直列に接続したものであ
る。コイルＬ1 、Ｌ2、Ｌ3 はトランス８の一次巻線と
なっている。二次巻線Ｌ0 が負荷９につながっている。
つまり直接の負荷はトランス８になっており、実際の負
荷はトランスの二次側につながれている負荷９である。
巻数の比は１：１である。
【００２８】６つの充放電回路が図示されているが実際
にはもっと数多くのものが設置される。より大きい電流
をうるためのである。瞬時に高電圧大電流を実現するた
め同時に放電ギャップスイッチを閉じる必要がある。ト
リガー電極に同時にトリガー電極を掛ける。放電ギャッ
プスイッチの金属球間でアーク放電が生起する時刻に多
少の違いがあってもバイアスコンデンサによって放電ギ
ャップスイッチ電極間電位が保持されるので電圧は掛か
っておりやがて放電が起こる。
にはもっと数多くのものが設置される。より大きい電流
をうるためのである。瞬時に高電圧大電流を実現するた
め同時に放電ギャップスイッチを閉じる必要がある。ト
リガー電極に同時にトリガー電極を掛ける。放電ギャッ
プスイッチの金属球間でアーク放電が生起する時刻に多
少の違いがあってもバイアスコンデンサによって放電ギ
ャップスイッチ電極間電位が保持されるので電圧は掛か
っておりやがて放電が起こる。
【００２９】このようにして全ての放電ギャップスイッ
チが次々と閉じて行く。コイルＬ1、Ｌ2 、Ｌ3 …に瞬
時に電流が流れる。Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、…それぞれの電
圧が加算され、二次側でより高い電圧が発生して負荷９
に流れる。主コンデンサＣa、Ｃb 、…の電荷が全てな
くなってしまうと電圧が０になり電流が消滅する。放電
ギャップスイッチ間のアーク放電も消失する。放電ギャ
ップスイッチは開放状態に戻る。再びコンデンサが充電
される。このような繰り返しをする。
チが次々と閉じて行く。コイルＬ1、Ｌ2 、Ｌ3 …に瞬
時に電流が流れる。Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、…それぞれの電
圧が加算され、二次側でより高い電圧が発生して負荷９
に流れる。主コンデンサＣa、Ｃb 、…の電荷が全てな
くなってしまうと電圧が０になり電流が消滅する。放電
ギャップスイッチ間のアーク放電も消失する。放電ギャ
ップスイッチは開放状態に戻る。再びコンデンサが充電
される。このような繰り返しをする。
【００３０】
【発明の効果】多数の高電圧に充電されたコンデンサか
ら放電ギャップスイッチを介して負荷に高電圧大電流を
あたえる回路において、複数の放電ギャップスイッチを
並列に接続し、それぞれの放電ギャップスイッチに並列
にバイアスコンデンサを設ける。放電ギャップスイッチ
のトリガー電極に電圧を与えると放電ギャップスイッチ
がアーク放電を起こして閉じるが、その他の放電ギャッ
プスイッチにおいても暫くはバイアスコンデンサによっ
て放電ギャップスイッチの電極間の電圧が維持できるか
らやがて放電を開始して放電ギャップスイッチが閉じ
る。全ての放電ギャップスイッチが閉じて電流が分散さ
れるので放電ギャップスイッチが長寿命になる。
ら放電ギャップスイッチを介して負荷に高電圧大電流を
あたえる回路において、複数の放電ギャップスイッチを
並列に接続し、それぞれの放電ギャップスイッチに並列
にバイアスコンデンサを設ける。放電ギャップスイッチ
のトリガー電極に電圧を与えると放電ギャップスイッチ
がアーク放電を起こして閉じるが、その他の放電ギャッ
プスイッチにおいても暫くはバイアスコンデンサによっ
て放電ギャップスイッチの電極間の電圧が維持できるか
らやがて放電を開始して放電ギャップスイッチが閉じ
る。全ての放電ギャップスイッチが閉じて電流が分散さ
れるので放電ギャップスイッチが長寿命になる。
【００３１】例えば数十ｋＶ、数ｋＡ〜数百ｋＡの電流
を流すこととし、２分〜１０分に１回の割合で充電放電
を繰り返した場合、放電ギャップスイッチを１万回閉動
作させても正常に動作していた。
を流すこととし、２分〜１０分に１回の割合で充電放電
を繰り返した場合、放電ギャップスイッチを１万回閉動
作させても正常に動作していた。
【図１】一つの放電ギャップスイッチを有する従来例に
係る大電流高電圧供給回路図。
係る大電流高電圧供給回路図。
【図２】バイアスコンデンサを設けた複数の放電ギャッ
プスイッチをそれぞれ主コンデンサ一つづつと直列に繋
いでそれらを並列に接続することによって大電流高電圧
を負荷へパルス的に供給する本発明の第１の実施例にか
かる回路図。
プスイッチをそれぞれ主コンデンサ一つづつと直列に繋
いでそれらを並列に接続することによって大電流高電圧
を負荷へパルス的に供給する本発明の第１の実施例にか
かる回路図。
【図３】バイアスコンデンサを設けた複数の放電ギャッ
プスイッチを並列につなぎ、主コンデンサも並列につな
いで、コンデンサバンクの全体と、並列放電ギャップス
イッチを接続することによって大電流高電圧を負荷へパ
ルス的に供給する本発明の第２の実施例に掛かる回路
図。
プスイッチを並列につなぎ、主コンデンサも並列につな
いで、コンデンサバンクの全体と、並列放電ギャップス
イッチを接続することによって大電流高電圧を負荷へパ
ルス的に供給する本発明の第２の実施例に掛かる回路
図。
【図４】大型レーザに瞬間的に高電圧大電流を流すため
の回路に本発明を適用した実施例を示す回路図。
の回路に本発明を適用した実施例を示す回路図。
１ コンデンサバンク ２ 放電ギャップスイッチ ３ 波形調整用コイル ４ 負荷 ５ アース ６ バイアスコンデンサ ７ バイアス抵抗
Claims (1)
- 【請求項１】 複数のエネルギー蓄積用のコンデンサ
と、コンデンサにつながる複数の放電ギャップスイッチ
と、放電ギャップスイッチにつながる負荷と、各放電ギ
ャップスイッチに並列に接続されたバイアスコンデンサ
Ｃｓとを含むことを特徴とする放電ギャップスイッチを
含む充放電回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8269298A JPH11262277A (ja) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | 放電ギャップスイッチを含む充放電回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8269298A JPH11262277A (ja) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | 放電ギャップスイッチを含む充放電回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11262277A true JPH11262277A (ja) | 1999-09-24 |
Family
ID=13781476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8269298A Pending JPH11262277A (ja) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | 放電ギャップスイッチを含む充放電回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11262277A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4525858B1 (ja) * | 2009-12-21 | 2010-08-18 | 日新電機株式会社 | インパルス電流発生装置 |
| JP2021182830A (ja) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 三菱電機株式会社 | パルス電源 |
| CN115189586A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-10-14 | 新铂科技(东莞)有限公司 | 一种实现脉冲中多能量变换输出供电装置 |
-
1998
- 1998-03-12 JP JP8269298A patent/JPH11262277A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4525858B1 (ja) * | 2009-12-21 | 2010-08-18 | 日新電機株式会社 | インパルス電流発生装置 |
| JP2011130637A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Nissin Electric Co Ltd | インパルス電流発生装置 |
| JP2021182830A (ja) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 三菱電機株式会社 | パルス電源 |
| CN115189586A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-10-14 | 新铂科技(东莞)有限公司 | 一种实现脉冲中多能量变换输出供电装置 |
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