JPH1141952A - パルス電源 - Google Patents
パルス電源Info
- Publication number
- JPH1141952A JPH1141952A JP19532297A JP19532297A JPH1141952A JP H1141952 A JPH1141952 A JP H1141952A JP 19532297 A JP19532297 A JP 19532297A JP 19532297 A JP19532297 A JP 19532297A JP H1141952 A JPH1141952 A JP H1141952A
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- JP
- Japan
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- capacitor
- switch
- time
- pulse
- voltage
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- Pending
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- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 パルス発生回路１は、コンデンサＣ0から可
飽和リアクトルＳＩ0を通した半導体スイッチＳＷのオ
ン制御でパルス電流を発生し、負荷側からのキックバッ
ク電流でコンデンサが逆極性に充電されたときにリアク
トルＬとの振動電流によって該コンデンサを正極性に充
電してエネルギーを回生するのでは、可飽和リアクトル
が飽和した後にスイッチに逆電圧が印加されるため、そ
のターンオフ期間が不充分になる。 【解決手段】 ダイオードＤ0と抵抗Ｒ0の直列回路をス
イッチのアノードとコンデンサの正極側との間に設け、
コンデンサが逆極性に充電されたときに該コンデンサの
電圧をスイッチに逆電圧として印加することにより、可
飽和リアクトルの飽和を待つことなく、スイッチに逆電
圧を印加できるようにする。
飽和リアクトルＳＩ0を通した半導体スイッチＳＷのオ
ン制御でパルス電流を発生し、負荷側からのキックバッ
ク電流でコンデンサが逆極性に充電されたときにリアク
トルＬとの振動電流によって該コンデンサを正極性に充
電してエネルギーを回生するのでは、可飽和リアクトル
が飽和した後にスイッチに逆電圧が印加されるため、そ
のターンオフ期間が不充分になる。 【解決手段】 ダイオードＤ0と抵抗Ｒ0の直列回路をス
イッチのアノードとコンデンサの正極側との間に設け、
コンデンサが逆極性に充電されたときに該コンデンサの
電圧をスイッチに逆電圧として印加することにより、可
飽和リアクトルの飽和を待つことなく、スイッチに逆電
圧を印加できるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力用半導体スイ
ッチを用いたパルス発生回路と磁気圧縮回路を組み合わ
せて狭幅の大電流パルスを発生するパルス電源に係り、
特にキックバックエネルギー回生方式における半導体ス
イッチのターンオフ時間確保のためのパルス発生回路に
関する。
ッチを用いたパルス発生回路と磁気圧縮回路を組み合わ
せて狭幅の大電流パルスを発生するパルス電源に係り、
特にキックバックエネルギー回生方式における半導体ス
イッチのターンオフ時間確保のためのパルス発生回路に
関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のパルス電源の構成例を図４に示
す。パルス発生回路１は、電力用の初段コンデンサＣ0
を設け、このコンデンサＣ0を充電器２により初期充電
しておき、半導体スイッチＳＷのオン制御でコンデンサ
Ｃ0から可飽和リアクトルＳＩ0を通して磁気パルス圧縮
回路３の入力段コンデンサＣにパルス電流τ0を供給す
る。
す。パルス発生回路１は、電力用の初段コンデンサＣ0
を設け、このコンデンサＣ0を充電器２により初期充電
しておき、半導体スイッチＳＷのオン制御でコンデンサ
Ｃ0から可飽和リアクトルＳＩ0を通して磁気パルス圧縮
回路３の入力段コンデンサＣにパルス電流τ0を供給す
る。
【０００３】なお、可飽和リアクトルＳＩ0は、パルス
圧縮動作のみでなく、スイッチＳＷのスイッチング損失
を軽減するための磁気アシスト手段として設けられ、リ
セット巻線を有して図示の極性にリセット電流が供給さ
れる。
圧縮動作のみでなく、スイッチＳＷのスイッチング損失
を軽減するための磁気アシスト手段として設けられ、リ
セット巻線を有して図示の極性にリセット電流が供給さ
れる。
【０００４】磁気パルス圧縮回路３は、コンデンサＣと
可飽和リアクトルをＳＩを組みとして複数段設けられ、
コンデンサＣの充電電圧で可飽和リアクトルＳＩが磁気
スイッチ動作することにより各段のコンデンサから次段
のコンデンサへの狭幅のパルス電流τを発生させて磁気
パルス圧縮を得、最終段のコンデンサＣからエキシマレ
ーザやグロー放電を利用した薄膜形成装置などの負荷装
置４に数十ｎｓ〜数μｓの狭幅・高電圧のパルス電流τ
nを供給する。この電流τnは、１秒間に数十〜数千ショ
ットの繰り返しになる。
可飽和リアクトルをＳＩを組みとして複数段設けられ、
コンデンサＣの充電電圧で可飽和リアクトルＳＩが磁気
スイッチ動作することにより各段のコンデンサから次段
のコンデンサへの狭幅のパルス電流τを発生させて磁気
パルス圧縮を得、最終段のコンデンサＣからエキシマレ
ーザやグロー放電を利用した薄膜形成装置などの負荷装
置４に数十ｎｓ〜数μｓの狭幅・高電圧のパルス電流τ
nを供給する。この電流τnは、１秒間に数十〜数千ショ
ットの繰り返しになる。
【０００５】このような構成のパルス電源において、負
荷装置４になる放電負荷は、与えられたパルス電力を全
て消費することなく、一部のエネルギーがパルス電源に
戻ってくる。この戻ってくるエネルギーのことをキック
バックエネルギーと称しているが、これを抵抗で消費さ
せると、高出力（単位時問当たりのショット数が高い）
装置では抵抗の損失が無視できないレベルになるほか、
抵抗の冷却系も含めて電源装置が大型化する。
荷装置４になる放電負荷は、与えられたパルス電力を全
て消費することなく、一部のエネルギーがパルス電源に
戻ってくる。この戻ってくるエネルギーのことをキック
バックエネルギーと称しているが、これを抵抗で消費さ
せると、高出力（単位時問当たりのショット数が高い）
装置では抵抗の損失が無視できないレベルになるほか、
抵抗の冷却系も含めて電源装置が大型化する。
【０００６】このため，パルス発生回路１は、キックバ
ックエネルギーを初段のコンデンサＣ0に回生してお
き，次の充電サイクルに充電エネルギーの一部として利
用する回生形に構成される。なお、キックバック電流τ
0’の方向は、初段コンデンサＣ0から最初のパルスを発
生するに必要な充電方向とは逆向きになる。したがっ
て、回生するためにはキックバック電圧を反転させる必
要がある。
ックエネルギーを初段のコンデンサＣ0に回生してお
き，次の充電サイクルに充電エネルギーの一部として利
用する回生形に構成される。なお、キックバック電流τ
0’の方向は、初段コンデンサＣ0から最初のパルスを発
生するに必要な充電方向とは逆向きになる。したがっ
て、回生するためにはキックバック電圧を反転させる必
要がある。
【０００７】このため、パルス発生回路１は、コンデン
サＣ0が電流τ0’で逆極性に充電されたときに半導体ス
イッチＳＷをターンオフさせる。これにより、コンデン
サＣ0とダイオードＤを通したリアクトルＬとの間に振
動電流が発生することでコンデンサＣ0を正極性に充電
させ、エネルギーの回生を得る。
サＣ0が電流τ0’で逆極性に充電されたときに半導体ス
イッチＳＷをターンオフさせる。これにより、コンデン
サＣ0とダイオードＤを通したリアクトルＬとの間に振
動電流が発生することでコンデンサＣ0を正極性に充電
させ、エネルギーの回生を得る。
【０００８】なお、磁気パルス圧縮回路３の回路構成は
図４の構成に限らず、パルス発生回路１との間にパルス
トランスや可飽和トランスを介在したものなど種々のも
のがある。
図４の構成に限らず、パルス発生回路１との間にパルス
トランスや可飽和トランスを介在したものなど種々のも
のがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図５は、パルス発生回
路１におけるエネルギー回生時のコンデンサＣ0の電圧
波形ＶC0と、スイッチＳＷの電圧波形ＶSW等を示す。
路１におけるエネルギー回生時のコンデンサＣ0の電圧
波形ＶC0と、スイッチＳＷの電圧波形ＶSW等を示す。
【００１０】時刻ｔ1でスイッチＳＷがオン制御された
とき、可飽和リアクトルＳＩ0による磁気アシスト作用
でコンデンサＣ0からの放電電流τ0がわずかに遅れ、ス
イッチＳＷの電圧ＶSWが零レベルに達した後の時刻ｔ2
からコンデンサＣ0の電圧ＶC0が低下してくる。
とき、可飽和リアクトルＳＩ0による磁気アシスト作用
でコンデンサＣ0からの放電電流τ0がわずかに遅れ、ス
イッチＳＷの電圧ＶSWが零レベルに達した後の時刻ｔ2
からコンデンサＣ0の電圧ＶC0が低下してくる。
【００１１】その後、時刻ｔ3でキックバックエネルギ
ーにより電流τ0’でコンデンサＣ0が逆極性に充電され
始め、時刻ｔ4で最大値まで充電される。このコンデン
サＣ0の逆極性への充電に対して、ダイオードＤを通し
た振動電流の発生でコンデンサＣ0の電圧が徐々に低下
してくるが、スイッチＳＷに対しては可飽和リアクトル
ＳＩ0が飽和するまでの時間ＴBだけ遅れてターンオフ電
圧の印加が阻止される。この時間ＴBは、斜線部分で示
す可飽和リセットＳＩ0のコアの飽和を決定する電圧−
時間積（Ｖｔ積）に相当する。
ーにより電流τ0’でコンデンサＣ0が逆極性に充電され
始め、時刻ｔ4で最大値まで充電される。このコンデン
サＣ0の逆極性への充電に対して、ダイオードＤを通し
た振動電流の発生でコンデンサＣ0の電圧が徐々に低下
してくるが、スイッチＳＷに対しては可飽和リアクトル
ＳＩ0が飽和するまでの時間ＴBだけ遅れてターンオフ電
圧の印加が阻止される。この時間ＴBは、斜線部分で示
す可飽和リセットＳＩ0のコアの飽和を決定する電圧−
時間積（Ｖｔ積）に相当する。
【００１２】したがって、スイッチＳＷは、そのターン
オフのためのゲート電流が供給されるも、時間ＴBだけ
遅れた時刻ｔ5で逆電圧が印加され、この時点からコン
デンサＣ0の電圧が正極性に反転充電され始める時刻ｔ6
までの間にターンオフされる。このため、スイッチＳＷ
に確保される逆電圧時間Ｔq（ｔ6−ｔ5）は、スイッチ
ＳＷが持つターンオフ動作時間よりも短くなると、その
ターンオフに失敗してしまい、誤点弧によってスイッチ
ＳＷを破壊してしまう恐れがあるし、磁気パルス圧縮回
路３に不要なパルス電流を発生してしまう。また、スイ
ッチＳＷにはターンオフ時間の短い電気的性能のものが
要求される。
オフのためのゲート電流が供給されるも、時間ＴBだけ
遅れた時刻ｔ5で逆電圧が印加され、この時点からコン
デンサＣ0の電圧が正極性に反転充電され始める時刻ｔ6
までの間にターンオフされる。このため、スイッチＳＷ
に確保される逆電圧時間Ｔq（ｔ6−ｔ5）は、スイッチ
ＳＷが持つターンオフ動作時間よりも短くなると、その
ターンオフに失敗してしまい、誤点弧によってスイッチ
ＳＷを破壊してしまう恐れがあるし、磁気パルス圧縮回
路３に不要なパルス電流を発生してしまう。また、スイ
ッチＳＷにはターンオフ時間の短い電気的性能のものが
要求される。
【００１３】さらに、充分なターンオフ時間を得るため
にリアクトルＬのインダクタンスを大きくし、コンデン
サＣ0との振動周期を長くすることが考えられるが、高
い繰り返しのパルス発生には不適となる。
にリアクトルＬのインダクタンスを大きくし、コンデン
サＣ0との振動周期を長くすることが考えられるが、高
い繰り返しのパルス発生には不適となる。
【００１４】本発明の目的は、エネルギー回生を行うパ
ルス発生回路の半導体スイッチのターンオフを確実にす
るパルス電源を提供することにある。
ルス発生回路の半導体スイッチのターンオフを確実にす
るパルス電源を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、コンデンサＣ
0が逆極性に充電されたときに、この電圧を利用して半
導体スイッチＳＷに逆電圧を印加する迂回路スイッチ手
段を設けることにより、可飽和リアクトルＳＩ0の飽和
を待つことなく、スイッチに逆電圧を印加して充分なタ
ーンオフ期間を確保できるようにしたもので、以下の構
成を特徴とする。
0が逆極性に充電されたときに、この電圧を利用して半
導体スイッチＳＷに逆電圧を印加する迂回路スイッチ手
段を設けることにより、可飽和リアクトルＳＩ0の飽和
を待つことなく、スイッチに逆電圧を印加して充分なタ
ーンオフ期間を確保できるようにしたもので、以下の構
成を特徴とする。
【００１６】初期充電されるコンデンサから可飽和リア
クトルを通した半導体スイッチのオン制御でパルス電流
を発生するパルス発生回路と、前記パルス電流を磁気圧
縮して負荷に供給する磁気パルス圧縮回路とを備え、前
記パルス発生回路は負荷側からのキックバック電流で前
記コンデンサが逆極性に充電されたときにリアクトルと
の振動電流によって該コンデンサを正極性に充電してエ
ネルギーを回生するパルス電源において、前記パルス発
生回路は、前記コンデンサが逆極性に充電されたときに
該コンデンサの電圧を前記スイッチに逆電圧として印加
するスイッチ手段を備えたことを特徴とする。
クトルを通した半導体スイッチのオン制御でパルス電流
を発生するパルス発生回路と、前記パルス電流を磁気圧
縮して負荷に供給する磁気パルス圧縮回路とを備え、前
記パルス発生回路は負荷側からのキックバック電流で前
記コンデンサが逆極性に充電されたときにリアクトルと
の振動電流によって該コンデンサを正極性に充電してエ
ネルギーを回生するパルス電源において、前記パルス発
生回路は、前記コンデンサが逆極性に充電されたときに
該コンデンサの電圧を前記スイッチに逆電圧として印加
するスイッチ手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
パルス発生回路１の回路図である。同図が図４と異なる
部分は、スイッチＳＷのアノード側とコンデンサＣ0の
正極側との間にダイオードＤ0と抵抗Ｒ0の直列回路にな
るスイッチ手段を設けた点にある。
パルス発生回路１の回路図である。同図が図４と異なる
部分は、スイッチＳＷのアノード側とコンデンサＣ0の
正極側との間にダイオードＤ0と抵抗Ｒ0の直列回路にな
るスイッチ手段を設けた点にある。
【００１８】ダイオードＤ0の接続極性は、コンデンサ
Ｃ0が逆極性に充電された状態でスイッチＳＷに逆電圧
を印加する方向にされる。
Ｃ0が逆極性に充電された状態でスイッチＳＷに逆電圧
を印加する方向にされる。
【００１９】本実施形態によるエネルギー回生時の各部
波形は、図２に示すようになる。同図において、時刻ｔ
1〜ｔ4までは従来の場合と同様になる。この後、コンデ
ンサＣ0がキックバックエネルギーで逆極性に充電さ
れ、電流τ0’が途絶えた時刻ｔ4にわずかに遅れた時刻
ｔ5にはダイオードＤ0と抵抗Ｒ0の直列回路を迂回路と
してスイッチＳＷに逆電圧が印加される。
波形は、図２に示すようになる。同図において、時刻ｔ
1〜ｔ4までは従来の場合と同様になる。この後、コンデ
ンサＣ0がキックバックエネルギーで逆極性に充電さ
れ、電流τ0’が途絶えた時刻ｔ4にわずかに遅れた時刻
ｔ5にはダイオードＤ0と抵抗Ｒ0の直列回路を迂回路と
してスイッチＳＷに逆電圧が印加される。
【００２０】これにより、可飽和リセットＳＩ0が非飽
和状態にあっても、スイッチＳＷには時刻ｔ5からの逆
電圧印加が始まり、コンデンサＣ0が正極性に充電し始
める時刻ｔ6までの長い時間Ｔqのターンオフ時間を確保
でき、その確実なターンオフ動作を得ることができる。
和状態にあっても、スイッチＳＷには時刻ｔ5からの逆
電圧印加が始まり、コンデンサＣ0が正極性に充電し始
める時刻ｔ6までの長い時間Ｔqのターンオフ時間を確保
でき、その確実なターンオフ動作を得ることができる。
【００２１】これに伴い、スイッチＳＷには、そのター
ンオフ時間性能を落とした素子を使用でき、素子の選定
範囲を広げ、低価格のものを使用できる。また、リアク
トルＬのインダクタンスを小さくすることが可能とな
り、構造的に小型化を図ることができ、さらに高い繰り
返しのパルス発生ができるようになる。
ンオフ時間性能を落とした素子を使用でき、素子の選定
範囲を広げ、低価格のものを使用できる。また、リアク
トルＬのインダクタンスを小さくすることが可能とな
り、構造的に小型化を図ることができ、さらに高い繰り
返しのパルス発生ができるようになる。
【００２２】図３は、本発明の他の実施形態を示す。同
図が図１と異なる部分は、ダイオードＤ0と抵抗Ｒ0の直
列回路になるスイッチ手段に代えて、半導体スイッチＳ
Ｗ1をスイッチ手段として設けた点にある。
図が図１と異なる部分は、ダイオードＤ0と抵抗Ｒ0の直
列回路になるスイッチ手段に代えて、半導体スイッチＳ
Ｗ1をスイッチ手段として設けた点にある。
【００２３】このスイッチＳＷ1は、コンデンサＣ0がキ
ックバックエネルギーで逆極性に充電されてそのピーク
に達したことを検出又は時間予測し、このタイミングで
オン制御される。
ックバックエネルギーで逆極性に充電されてそのピーク
に達したことを検出又は時間予測し、このタイミングで
オン制御される。
【００２４】これにより、図１の場合と同様に、スイッ
チＳＷに充分な逆電圧期間を確保し、その確実なターン
オフを得ることができる。
チＳＷに充分な逆電圧期間を確保し、その確実なターン
オフを得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、コンデ
ンサＣ0が逆極性に充電されたときに、この電圧を利用
して半導体スイッチＳＷに逆電圧を印加する迂回路スイ
ッチ手段を設けたため、可飽和リアクトルＳＩ0が非飽
和状態にある期間にもスイッチに逆電圧を印加して充分
なターンオフ期間を確保でき、そのターンオフを確実に
する効果がある。
ンサＣ0が逆極性に充電されたときに、この電圧を利用
して半導体スイッチＳＷに逆電圧を印加する迂回路スイ
ッチ手段を設けたため、可飽和リアクトルＳＩ0が非飽
和状態にある期間にもスイッチに逆電圧を印加して充分
なターンオフ期間を確保でき、そのターンオフを確実に
する効果がある。
【図１】本発明の実施形態を示すパルス電源のパルス発
生回路図。
生回路図。
【図２】実施形態におけるエネルギー回生時の波形図。
【図３】本発明の他の実施形態を示すパルス発生回路
図。
図。
【図４】従来のパルス電源回路例。
【図５】従来のエネルギー回生時の波形図。
１…パルス発生回路 ２…充電器 ３…磁気パルス圧縮回路 ４…負荷装置 ＳＷ、ＳＷ1…半導体スイッチ ＳＩ0、ＳＩ…可飽和リアクトル Ｃ0、Ｃ…コンデンサ Ｄ、Ｄ0…ダイオード Ｒ、Ｒ0…抵抗
Claims (1)
- 【請求項１】 初期充電されるコンデンサから可飽和リ
アクトルを通した半導体スイッチのオン制御でパルス電
流を発生するパルス発生回路と、前記パルス電流を磁気
圧縮して負荷に供給する磁気パルス圧縮回路とを備え、
前記パルス発生回路は負荷側からのキックバック電流で
前記コンデンサが逆極性に充電されたときにリアクトル
との振動電流によって該コンデンサを正極性に充電して
エネルギーを回生するパルス電源において、 前記パルス発生回路は、前記コンデンサが逆極性に充電
されたときに該コンデンサの電圧を前記スイッチに逆電
圧として印加するスイッチ手段を備えたことを特徴とす
るパルス電源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19532297A JPH1141952A (ja) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | パルス電源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19532297A JPH1141952A (ja) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | パルス電源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1141952A true JPH1141952A (ja) | 1999-02-12 |
Family
ID=16339245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19532297A Pending JPH1141952A (ja) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | パルス電源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1141952A (ja) |
-
1997
- 1997-07-22 JP JP19532297A patent/JPH1141952A/ja active Pending
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