JPS6096182A - 高電圧パルス発生装置 - Google Patents

高電圧パルス発生装置

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JPS6096182A
JPS6096182A JP20546584A JP20546584A JPS6096182A JP S6096182 A JPS6096182 A JP S6096182A JP 20546584 A JP20546584 A JP 20546584A JP 20546584 A JP20546584 A JP 20546584A JP S6096182 A JPS6096182 A JP S6096182A
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0971Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/55Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a gas-filled tube having a control electrode

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野1 この発明は高効率で高い繰り返し周波数を有する高電圧
を発生する装置に関し、特に相互に並列に接続されたキ
ャパシタンスとインダクタンスにてなる1または直列接
続された複数ステージと、電源と消費装置との間に設け
たスイッチとを有し、TEAデ゛す゛インのガスレーザ
ーに用いられる装置に関する。
[従来技術とその問題点1 上述の種類の装置は公知である。この装置は特にTEA
エネルギーレーサ′−に用いられる。レーザーにおいて
は、高いピーク出力を有する電気エネルギーはガス放電
中において、レーザー発光へ導びく励起エネルギーに変
換される。レーザー装置だけでなく、高電圧パルスを用
いる技術分野においては、高速、高電圧、高エネルギー
のパルスを利用できるようにすることは必要である。
上述の装置においては、非常に高いピーク出力を得るた
めには、使用されるすべての部品とそれら機械的構成部
分は非常に低いインダクタンスであることが絶対的に必
要である。さらに、コンデンサに蓄えられているエネル
ギーを負荷に供給するための高速スイッチを使用するこ
とは不可欠である。辿の種々の要求の池に、このスイッ
チは特に高維持電圧が必要であり、また低損失で高ピー
ク電流をスイッチングする能力が必要であり、さらに長
寿命でなければならない。従来スイッチとして使用され
ているサイラトロンは上述の要求に合う能力は有してい
るけれども、負荷に対するスイッチング電圧、電流、限
界ピーク出力等についての制限等の種々の欠点を有して
いる。さらにサイラトロンの寿命はその使用モードに鋭
敏に依存している。非常に高いピーク電流のもとての使
用可能期間は低電流で同じチャージを伝送する場合に比
してはるかに短かくなる。従来使用されている部品のう
ちでは、スイッチが最も弱い部分であるので、スイッチ
にかかる負担をで終るだけ軽減するように努力か′なさ
れて来た。
その問題に対する1つの解決は1982年4月1日のA
i+pln、 phys、 Lett 40(7)に1
.Sm1lanski et al によって記載され
ている。
この従来技術は第3図に示されている。第3図の装置は
抵抗R、スイッチSとエネルギー消費負荷RLの池に電
源HVを備えている。
さらにコンデンサCO〜CNの直並列接続とコイルLD
C,Llと可飽和コイルSII、SINの直並列接続と
を備えている。
エネルギー1土コンテ゛ンサCO]こ貯えられ、スイッ
チSによってコンデンサC1に転送される。この場合に
おいて、コイルL1のインダクタンスの大I きさは、スイッチの最大電流定格−とI waxをt 越えないように調節される。
再負荷時間は でとまる。
可飽和インダクタンスSilはその高インダクタンスの
故にコンデンサC2に非常に低い電流が流れるようにす
る。
可飽和インダクタンスSIIを正しく定めることにより
、コンデンサCOがほぼ完全に放電したときに飽和する
。現在のコンデンサC1の充電量からコンデンサC2へ
の再充電かτ1よりもはるの時間で行なわれるようにし
たSIIの可飽和インダクタンスSIIは低くなければ
ならない。
各ステージでのコンデンサの容量を同しにすることで、
K1をステージ当りの圧縮効果としたと外、 τi にしたがって電流が圧縮される。もしスイッチSと可飽
和インダクタンスSI内の損失が無視できるものである
ならば、共振再充電が行なわれ、後続の状態での電圧は
前回の状態での電圧と等しい。
上述の設計によって、電流圧縮を伴なった共振再充電が
完成されるけれどもコンデンサ上の電圧は変らない。
しかしながらシステムの要求により、第1ステージで用
いられる電圧とは別の電圧が第n番目のステージで用い
られねばならないと外は、たとえば次段でより高電圧を
必要とすると外はキャパシタンスは低くされなければな
らないし、逆に低電圧が必要なとぎはキャパシタンスを
増加する。この装置の基本的な欠点は、エネルギーの再
充電は共振充電形式では行なわれず、エネルギーは先行
ステージと同じであり、再び戻り、このようにして不要
な発振に至る。
[発明の目的1 この発明は上述の種類の装置において、最小の負担で最
大効率を向上することによってピーク電流ならびにピー
ク電圧を上昇させ、部分的なエネルギー伝送の欠点なし
に電圧増倍を可能にした装置を提供することを課題とす
るものである。
上述の課題は特許請求の範囲に記載された構成によって
達成される。
[発明の構成の要点および効果1 この発明は高電圧で高いパルスくり返し周波数をもった
パルスを効率よく発生する装置を提供する。
具体的には直列−並列接続されたコンデンサにてなるカ
スケード接続された回路と可飽和インダクタとが設けら
れ、コンデンサは並列回路内で充電される。1つのコン
デンサの電圧を反転させるために並列充電回路において
、共振的発振が行なわれて、さらに、好ましくは可飽和
インダクタンスの形式のスイッチ装置がコンデンサに生
じる最大電位を発生するようなタイミングに切り換えら
れ、充電された並列コンデンサの電荷エネルギーを直列
的に追加する形式で次のステージまたはエネルギー利用
装置、たとえばガスレーザ゛−などに転送する。
この発明の装置は、高い周波数で動作することが要求さ
れ、しかも、スイッチSの酌容損失が特に限定されてい
るような場合に有効に用いられる。
各ステージにおける電圧を上昇できることとは別に、電
流の圧縮が可能であり、これによって、各ステージにお
ける最大電流を調mすることができる。
この電流圧縮係数は、ステージ毎に独立に選定できると
ともに、近接しているステージのキャパシタンスとイン
ダクタンスの大トさに依存している。この発明の装置は
種々の形式のガスレーザーに都合よく使用でとるととも
に、30()ト1z以上の周波数で動作し得る。電気部
品の分野における改良以外に、レーザーの動作も改善す
ることができる。全体としての効率は2倍に向上でとる
。その結果、電極の消耗は非常に低減でき、ガス混合物
の寿命を長くすることがでとる。一般的に上述の結果、
回路の種々の部品の寿命を長くするとともに、この発明
の装置を用いることによって1.高電圧パルス技術の分
野において、高容量、高電圧パルスを用いるシステムの
部分的ないしは全体的な効率を高めることができる。
この発明の主たる目的はそれ故に、電荷エネルギーを効
率よく用いる高い周波数で高い電圧のパルスを発生する
能力を備えたパルス発生装置を提供することにある。こ
の発明の他の目的と使用範囲は以下の詳細な説明により
明らかになるであろう。
以下にこの発明を一実施例につき添付図面とともに説明
する。なお図面においては、均等な部分には同じ符号を
イ=jした。
[実施例1 第1図の回路は第3図の回路の基本原理から進められた
ものである。
に亘って直列に接続される。
コンデンサC: 、 C4は、高圧電源HVにょって電
圧UOまで充電される。トリガ可能なスイッチSを閉じ
ることによってLO−C58通して発振が生じ、電圧は
最高2×UOまで上昇する。同し電圧降下が可飽和イン
ダクタンスSISに生じ亀 る。電圧時間積分UXdtは以下のようにしてなされる
。即ち は飽和し、エネルギーはコンデンサC1とC7へ流れる
。直流によって、飽和点近くまで簡単ってM 磁化されているインダクタンスSI、はコンデンすC1
の充電に重要な役割を果たす。即ちこれはダイオードと
同様の効果を有する。極く小さい順方向電流でコア材料
を充分に飽和させる。一方逆方向電流は電圧時間積分に
したがって抑制される。
再充電プロセスにおいて損失が生じないものとすればC
1の合計は、共振再充電に対して、合計出力と等しくな
る。
c’、、 =C: l c: =1/2C: トtルコ
トl:ヨッで、コンデンサC1の電圧は最大値2Uuへ
上昇する。インダクタンスSI? は、電流反転で手頃
な値となり、電圧時間積分にしたがって一定時間、帰還
電流を阻止するので、可飽和インダクタンスSI?によ
ってコンデンサC1からCOへのエネルギーの帰還流は
防止される。この方法において、インダクタンスSI2
上での電圧上昇を導びく可飽和インダクタンスSI、の
補助によりCI、と81、との間での発振が可能となる
。この電圧パターンは、上述のSlτ におけると同じ
方法で、可飽和インダクタンスSIユでもくり返される
本装置の利点はスイッチSでの損失と可飽和インダクタ
ンスSIでの損失により決定される。これらの部品内で
の損失は、配線の適切なデザインとコンデンサの形式の
正しい選択によって無視できる程度に低く保つことがで
きる。上述の装置の補助によってスイッチSでの1パル
ス当りの損失が減った量と同程度にまでくり返し周波数
を高くすることができ、パルスくり返し率と1パルス当
リの損失が一定に保たれるようにすることができる。
可飽和インダクタンスSIを用る場合において、最大磁
気誘導チャージを利用可能とするために、コアは2つの
パルス間に反対極性の残留磁気点にリセットまたは復帰
しなければならない。
これは2つの異なる方法で行なわれる。一方においては
コアの周囲に絶縁巻線を配置して脈流または一定の直流
を通すことである。他方では電荷転送のための共振状態
が少しじゃまされて、再充電の後は短い時間に反対極性
の電圧が供給されて、電流が少し逆流するように、コン
デンサを設計することもできる。
可飽和インダクタンスのコア材料が直角B−11特性を
有する場合には、この電流は反対極性の残留磁気点へ到
達するためには充分なものである。
第1図の回路構成を1段に−しrこものを第2図に示し
ている。サイリスクがスイッチSとして用いられ、キャ
パシタンスCI、C2,C3はセラミックコンデンサに
てなる。空気−コアコイルがインダクタンスLO,LD
Cとして用いられ、可飽和インダクタンスS目よコア材
料として、アモルファス金属を用いる。
キャパシタンスC1,C2は抵抗Rを介して電圧UOに
充電される。スイッチSを閉じた後に回路5−LO−C
Iで発振が生じ、電圧反転がコンデンサC1で起る。同
時にインダクタンスSlで電圧がOからコンデンサCI
、C2の電圧の合計まで上昇する。可飽和インダクタン
スSIは、最大電圧に到達する直前にその値がくずれて
、電荷キャリア交換かコンデンサCI、C2とC3との
間で起るように、設計される。共振エネルギー転送を保
証するために、3つの適合すべき条件がある。
1、直列コンデンサC1と02の容量はコンデンサC3
の容量と等しくなければならない。
2、回路5−LO−C1内で発振後にコンデンサC]に
貯えられた電荷はコンデンサC2の電荷と等しくなけれ
ばならない。
3、可飽和インダクタンスSrの“スイッチング時点゛
は、回路5−LO−C1の発振が、コンデンサCl−C
2からC3へのエネルギー転送と適正な位相関係で終り
、エネルギー転送の後にはコンデンサC1と02の電圧
はゼロに等しくなるように定める。
上述の必須要件は再充電の後にはコンデンサC1と02
上にエネルギーが残らないように、個々の部品の適正な
調節によって満たされる。エネルギーの帰還流は、コン
デンサC3のエネルギーが充電抵抗内で消費されるよう
に、逆方向電流に対して高いインダクタンスによって阻
止される。再充電電流の位相の少しの不一致があっても
極く小さい逆方向電流しか生じない。それ故、追加的な
外部配線が、リセットの目的に関しては不要となるよう
に、自動的に残留磁気点へのリセットを可能にする。
上述の説明から判るようにこの発明によれば、高効率で
所定の目的を達成し得るパルス発生装置を提供できる。
なお本発明の範囲内において、図示の実施例から種々の
変形が可能である。明細書ならびに図面は好ましい実施
例を示したものであって、本発明はこの実施例に限られ
ることなく、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載によ
り定められるべきである。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の一実施例を示す回路図であり、複数
のステージが直列接続された例を示す回路図、第2図は
この発明の1ステーンの実施例を示す回路図、第3図は
従来例を示す回路図である。 CΣ、C7、cζ・・・コンデンサ・ LDC・・・インダクタンス、 SI’i、SIj・・・可飽和インダクタンス、Sl、
IsI、・・・可飽和インダクタンス、S・・・スイッ
チ、R・・・抵抗。 特許出願人 ラムダ・フィツク・ゲゼルシャフト・ミツ
ト・ベシュレンクテル・ハ7ツング代理人弁理士゛青山
 葆外1名

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)電源に並列的に接続され充電をする第1と第2の
    コンデンサと、 第1と第2のコンデンサのうちの1つの電圧を反転する
    ように回路を発振させる、上記コンデンサとともに設け
    られる回路手段と、 第1と第2:7ンデンサとともに回路中に設けられ、第
    1と第2の並列に充電されたコンデンサからエネルギー
    使用装置へ電荷エネルギーを直列加算的に転送する手段 1 とを11iえたことを特徴とする高電圧パルス発生
    装置。 (2)回路手段は選択的に駆動可能なスイッチ手段と、
    スイッチ手段のスイッチングに続いて回路発振を起させ
    る少なくとも1つの誘導的装置とを含む特許請求の範囲
    第1項に記載の装置。 (3)回路手段は回路発振させる所定条件のもとで飽和
    が生じるように、第1のコンデンサと並列に接続された
    可飽和インダクタンスを含む特許請求の範囲第1項に記
    載の装置。 (4)転送する手段は、エネルギー転送を許すように充
    電終期の直前に飽和する可飽和インダクタンスを含んで
    いる特許請求の範囲第1項に記載の装置。 (5)可飽和インダクタンスは充電時間τ0−π、[「
    −一 ここで、COは第]と第2のコンデンサのうちの1つの
    コンデンサの容量、L 、Oi、t e l)と作用す
    るインダクタンスを表わす の終期の直前に飽和する特許請求の範囲第4項に記載の
    装置。 (6)可飽和インダクタンスはエネルギー転送時期の開
    にリセットされる特許請求の範囲第4項に記載の装置。 (7)コンデンサは可飽和インダクタンスをリセットさ
    せるように反転極性の電圧を与えるように構成されてい
    る特許請求の範囲第6項に記載の装置。 (8)可飽和インダクタンスはリセットするための直流
    を受ける巻線を含む特許請求の範囲第6項に記載の装置
    。 (9)直流はパルス化されている特許請求の範囲第8項
    に記載の装置。 (10)多ステージ装置であって各ステージは電源に並
    列的に接続され充電をする第1と第2のコンデンサと、 第1と第2のコンデンサの電圧を増加するように回路を
    発振させる、上記コンデンサとともに設けられる第1の
    手段と、 第1と第2コンデンサとともに回路中に設けられ、第1
    と第2の並列に充電されたコンデンサから次のステージ
    の第1と第2のコンデンサに電荷エネルギーを直列加算
    的に転送する第2の手段とを備えたことを特徴とする多
    ステージ装置。 (11)第1手段は選択的に駆動可能なスイッチ手段と
    、スイッチ手段のスイッチングに続いて回路発振を起さ
    せる少なくとも1つの誘導的装置とを含む特許請求の範
    囲第10項に記載の装置。 (12)第1手段は回路発振させる所定条件のもとて飽
    和が生じるように、第1のコンデンサと並列に接続され
    た可飽和インダクタンスを含む特許請求の範囲第10項
    に記載の装置。 (13)第2手段は、エネルギー転送を許すように充電
    終期の直前に飽和する可飽和インダクタンスを含んでい
    る特許請求の範囲第10項に記載の装置。 (14)可飽和インダクタンスは充電時間τ、=πに璽
    〒 ここで、COは第1と第2のコンデンサのうちの1つの
    コンデンサの容量、LOはCOと作用するインダクタン
    スを表わす の終期の直曲に飽和する特許請求の範囲第13項に記載
    の装置。 (15)可飽和インダクタンスはエネルギー転送時期の
    間にリセットされる特許請求の範囲第13項に記載の装
    置。 (16)コンデンサは可飽和インダクタンスをリセット
    させるように反転極性の電圧を与えるように構成されて
    いる特許請求の範囲第15項に記載の装(17)可飽和
    インダクタンスはリセットされるための直流を受ける巻
    線を含む特許請求の範囲第15項に記載の装置。 (18)直流はパルス化されている特許請求の範囲第1
    7項に記載の装置。
JP59205465A 1983-09-30 1984-09-28 高電圧パルス発生装置 Expired - Fee Related JPH0667219B2 (ja)

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DE3335690.4 1983-09-30
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JPS6096182A true JPS6096182A (ja) 1985-05-29
JPH0667219B2 JPH0667219B2 (ja) 1994-08-24

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JPH0645149A (ja) * 1992-07-24 1994-02-18 Rikagaku Kenkyusho 可飽和インダクタによるパルス電流制御方法およびこれを用いたlc反転倍電圧発生回路

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DE3335690C2 (de) 1986-03-27
DE3335690A1 (de) 1985-05-30
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