JPS6323562A - Ｓｃｒパルス発生器の改良された注入・掃出回路装置 - Google Patents

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〕 本発明は、ＳＣＲによって制御されるか、又はこれに類
するエネルギースイッチング回路（以下一般にＳＣＲス
イッチング装置又は手段と称する）、−層詳細には、従
来の注入及びキャリヤ掃出の回路網における損失及び逆
電圧の過渡現象を減少させるように改良された回路に関
する。

〔従来の技術〕

本出願人と同じ者を譲受人とする米国特許第４２３０９
５５号明細書において、ＳＣＲスイッチング装置を“注
入する”可飽和インダクタ及びＳＣＲスイッチングにお
ける逆電流を制限する少数キャリヤ“掃出”回路の両者
における消散損失を除去する重要な改良が開示されてい
る。そのような改良は、注入過程及び掃出過程の各々か
ら生じるエネルギーを、それぞれの可飽和インダクタ回
路網によって電源に転送することにあり、これらの回路
網は、リセット過程（第４図）におけるエネルギーの交
換及び蓄積に能動的に関与している。この特許は、これ
らの損失の問題を解決する方法を、実際面において兄事
に見出してはいるが、その実施例は、二つの別個の機能
の可飽和インダクタ（一方は注入、他方は掃出を制御す
るために必要）が必要であることを教えている。

〔発明の解決しようとする問題点〕

しかしながら、単一の可飽和インダクタ回路網によって
、しかも前記特許におけるようにエネルギーの交換に関
与するか又は蓄積インダクタの役割をなすリセット回路
網を使用せずに、簡素化、コストの低減及び効率の向上
に対する重要な成果を挙げて、両方の機能を制御し得る
ようにすることは非常に望ましいことである。

従って、本発明の目的は、上記及びその他の長所を有し
、ＳＣＲ注入・掃出回路損失及び逆電圧過渡現象のない
新しい改良された可飽和インダクタ回路装置を提供する
ことである。

その他のまたそれ以上の目的は下記の説明に述べられて
おり、特許請求の範囲に一層詳しく述べられている。

一つの観点から要約すれば、本発明は、直列接続された
ＳＣＲスイッチング手段のゲートの制御によって、エネ
ルギーの蓄積及び放電を可能にする可飽和鉄心インダク
タ手段を備えた、ＳＣＲパルス発生器の注入・掃出回路
を包含し、前記回路が、前記可飽和インダクタ手段と変
圧器結合されると共に各端子において別々のダイオード
手段及び蓄積インダクタンスを介して直流電源の一方の
側に接続された二次巻線手段と、前記電源の他方の側が
前記二次巻線手段の中間端子に接続される。好適な改良
の形式の実施例及び詳細を以下説明する。

〔実　施　例〕

次に、添付図を参照して、本発明を説明する。

第１図は、本発明によるＳＣＲパルス発生器の一部を示
している。このパルス発生器は、直流電源Ｅｄｃから、
半正弦波パルス電流をコンデンサＣ１及び“負荷へ′″
と表示された負荷回路　　　・（抵抗器、可飽和磁気パ
ルス圧縮器、他のＳＣＲ回路など）に供給するため、可
飽和鉄心インダクタＬ、を使用した公知の共振充電原理
を採用している。可飽和鉄心インダクタＬ１は変圧器の
一次巻線“ｐ″としての役割を有する。その二次巻線Ｓ
、−Ｓ２は一次巻線と結合され、各々の端子においてそ
れぞれダイオードＤ１及びＤ２に接続され、その中間タ
ップからｌ１ｉｄｃのマイナス端子又はマイナス側に接
続されている。ダイオ−トロ、及びＤ２が共通に接続さ
れている端子は、蓄積インダクタンスＬ２を介して、直
流電源８ｄｃのプラス側に接続されている。

電流パルスは、直列に接続されたＳＣＲ，が時間１＝０
において（第２Ｃ図及び第２Ｆ図）ゲート・オンした際
に開始され、を−π■藷汗秒の単共振周期の間持続する
。このとき固有振動がＳＣＲ，を通る電流の方向を逆転
し、５ＣＲ１をターンオフする。ターンオフの際に、コ
ンデンサの正電圧ｅｃｌがＥｄｃを超過すると、正味逆
電圧がＳＣＲ，との間に生じる。ＳＣＲは数１０マイク
ロ秒の逆バイアスの後に、順方向電圧阻止能力を回復す
る。Ｓ　ＣＲｌ　が回復した場合、充電されたコンデン
サが充電回路から絶縁され、そのエネルギーが負荷に供
給される。しばしば、負荷回路への放電に続いて、負電
圧ｅｃ１がＣＩに残留する。この負電圧が電源電圧に加
えられ、ＳＣＲ，がターンオンした際にインダクタＬ１
及びＣＩの固有振動を誘発する。゛無損失′”共振充電
において、コンデンサの電圧が、電源電圧の２倍の正レ
ベルと残留コンデンサ電圧の負レベルとの和に達する。

このようにして、パルス発生器の定常動作時におけるピ
ーク・ピーク・コンデンサ電圧が、第２Ａ図において＋
６Ｂｄｃとして示されているように、直流電源電圧Ｂｄ
ｃの数倍になる。これに対応して、５ＣＲＩを流れる半
正弦波型流パルス（第２Ｃ図）が大きくなり、しばしば
数千アンペアに達する。

ＳＣＲの通電能力及び電流切換能力は、抵抗損失に基づ
く接合部温度の上昇によって制限される。抵抗損失は、
ゲート・オンの直後に全回路電圧がゲートの近くの接合
部の小さな伝導領域に印加された場合に特に高く、また
ターンオフ時には、接合部に蓄積された少数キャリヤが
逆電圧によって掃出され、伝導接合部領域が零に縮小す
る場合に特に高い。第１図の回路図は、臨界的なターン
オン及びターンオフの期間内におけるＳＣＲ電流の変化
率（ｄｉ／ｄｔ）を小さくする手段を提供している。こ
の回路は、二つの臨界的な期間の間、その飽和値し１以
上の充電インダクタンスの大きな増加を生じ、それによ
ってｄｉ／ｄｔを減少させる。ターンオンの際に、ＳＣ
Ｒ接合部は、主電流パルスに先立って伝導接合部を広げ
る電流の小さなランプによってパ注入″される。ターン
オフの際、伝導接合部に蓄積された少数キャリヤを、逆
回路電圧が”描出”する間、逆方向のＳＣＲ電流が同様
に抑制される（第２Ｆ図“タイミング図表”参照）。逆
電流は極めて速く終了し、関連する回路インダクタンス
に生じるｄｉ／ｄｔによって、そのとき絶縁されている
ＳＣＲ接合部に逆電圧の過渡パルスを生じる。第１図の
回路によって得られる逆電流の抑制によって、この過渡
パルスが小さく保たれ、損失を伴う在来の直列ＲＣスナ
バをＳＣＲに設ける必要がない。

５ＣＲＩ　のゲート・オンに続くコンデンサの電圧ｅｃ
ｌと、第２Ａ図右側に点線で示されたものと同様な、電
圧が６８ｄｃの正レベルから一４Ｂｄ。

の負レベルに反転される、負荷を通してのＣ５の先行放
電を示す第２Ａ図を再び考察する。これらの電圧レベル
は任意であり、上述の共振充電の基本原則を示すだけの
役割をなしている。他の初期状態は、インダクタし、の
可飽和鉄心の磁気状態である。第１図において、点及び
極性又はリセット電流Ｉｒの方向によって示されている
ように、変圧器としてのＬｌに結合されたリセット二次
巻線Ｓ３にり、を介して接続された直流リセット電源ε
、によって、ｏｌの鉄心は放電サイクルの間に完全にリ
セットされる。リセットインダクタンスしｒとＬｌ上の
巻線との巻線比は、後述の動作サイクルの間リセット電
流１ｒがほぼ一定に維持されるように調整される。本発
明の特徴であるＳＣＲの注入及び掃出の間のエネルギー
交換は、ダイオードＤ１及びＤ２を介して、比較的小さ
な蓄積インダクタＬ２の中へ、及び蓄積インダクタＬ２
から可飽和鉄心変圧器巻線り、−３，−８２の間に生ず
る。可飽和インダクタの鉄心が飽和していない間、巻線
の鉄心は密に結合された変圧器のように作動する。飽和
が生じた場合、−次及び二次の巻線Ｌ１及びＳ、−Ｓ、
の間の相互結合が大きく消失する。

第２Ｆ図のｔ＝Ｑにおけるゲートパルスに先立って、Ｓ
ＣＲ，は、いわば５Ｅｄｃの順電圧が印加されている。

ゲート・オンが生じると、ＳＣＲ接合部の抵抗が殆ど瞬
間的に零近くに減少し、回路電圧５Ｅａｃが可飽和イン
ダクタし、の−次巻線“ｐ”に印加される。鉄心は、電
圧が印加された点の方向（第１図）に不飽和であるため
、二次巻線Ｓ１に変圧器動作が生じ（第２Ｂ図）、この
二次巻線Ｓ１に誘起電圧５Ｅｄｃ（Ｓｌ／ｐ巻線比）が
生じる。ダイオードＤ２が逆方向バイアスされ、ダイオ
ードＤ１が順方向バイアスされ、正味電圧（５（Ｓ＋／
ｐ）−１＞８＝＋ｃが蓄積インダクタＬ２に印加される
。インダクタに対して、端子電圧３＝ｌ　ｄｉ／ｄｔで
あるため、二次巻線ＳｌｓダイオードＤ１及びＬ２を通
して電源に流入する電流は、下記の割合で上昇する。

可飽和インダクタの変圧器動作によって、（ｐ／Ｓ１）
倍の同様な上昇電流が、−次巻線”ｐ”、ＳＣＲ，を通
り、負荷コンデンサＣＩに流れる。

第２Ｃ図、第２Ｂ図及び第２Ｄ図に示すように、それぞ
れ蓄積インダクタ電流１２及びＳＣＲ電流における直線
的な上昇は、Ｌｌのスクエアループ鉄心が時間ｔ、に突
然飽和するまで持続する（第２Ｆ図）。設計上、注入期
間（０ないし１＋）の終端におけるＳＣＲ電流は数１０
アンペアであり、後続の主パルスＳＣＲ電流の数千アン
ペアに比較すれば小さいが、ＳＣＲにおける伝導接合部
の拡大を助長するには十分である。鉄心が飽和した場合
、第２Ｂ図に示すように、−次及び二次の巻線“ｐ”（
Ｌｌ）−３ｌ−３２の間の相互結合が突然減少する。−
次側において、すべての回路電圧（５Ｂｄｃより僅かに
低い）が、−次巻線の飽和したインダクタンスＬ１に供
給され、負荷コンデンサの主回路正弦波再充電が、π■
■鳶−秒の期間にわたって行われる。

二次側においては、時間ｔ１に、−次巻線から結合した
主回路電圧が殆ど消失し、蓄積インダクタＬ２、ダイオ
ード０１％二次巻線ＳＩの飽和した小さなインダクタン
スを通り、電源Ｂｄｏに流れる変圧されたＳＣＲ注入電
流が残存する。電源へのこの循環電流は、近似的に下記
の割合、ｄ＋２　　　８ｄｃ ｄｔ　　　　　　　　Ｌ２ で零に降下し、Ｌ２に蓄積され変圧されたＳＣＲ注入エ
ネルギーを電源に戻す所望の目的が達せられる。可飽和
インダクタＬ１のこの設計によって、飽和された期間ｊ
＋−ｈ　（第２Ｆ図）において、−次巻線と二次巻線と
の結合が小さくなり、の主放電エネルギーがし２に分流
される。第２Ｄ従って、前記特許の回路の作用と異なり
、少量図に示すように、Ｄを通る注入エネルギーの戻り
は、主放電が終了する以前に完了している。

主共振放電電流がパルス波高点から零に近づく途中に、
同様な回路動作が行われる。可飽和インダクタの定常飽
和された一次巻線Ｌ１に印加された回路電圧は、主パル
スｄｉ／ｄｔが負であるため、その場合、点（第１図）
に対して負である。Ｌｌの鉄心が順方向の飽和から引き
出された際、全回路電圧（Ｃ，の６ａａｃ−電源のＦＣ
−５Ｂ、＋ｃ）が、Ｌｌの一次巻線に負方向に生じる（
第２Ｂ図）。

電源Ｂ　ｄｃへの電流のランプは、二次巻線Ｓ２、ダイ
オード０２及び蓄積インダクタし２を経由して二次側で
開始される。ＳＣＲの掃出期間は、−次電流が負になっ
た際に開始される。ＳＣＲ接合部に存続する少数キャリ
ヤがある限り、ＳＣＲの電圧降下は少なく、ＳＣＲを通
しての背後のランプ電流、及びＤ２を通しての対応する
二次電流のランプの上昇部分が持続する（第２Ｅ図）。

設計によって、Ｌｌの鉄心は、逆方向ＳＣＲ接合部電流
がＳＣＨのターンオフ時に終了する以前には、リセット
方向に飽和しない。ターンオフが開始されると、ＳＣＲ
逆電流が零の方へ急速に減少し、その結果、可飽和イン
ダクタの一次側のｄｉ／ｄｔが負から反対に正になる。

これによって、第２Ｄ図及び第２Ｅ図に示すように、蓄
積インダクタ電流１２が、二次巻線Ｓ２及びＳｌの間の
漏れインダクタンスによって制限された割合でＶ１２か
らり、へ急速に転移する。双方のダイオードＤ１及び口
、が、短時間の間、Ｌｌの二次巻線を短絡して一時的に
導通する。同時に、ＳＣＲ接合部が、その逆電圧阻止能
力を急速に回復し、これによって、し１の一次巻線に印
加された回路電圧が消滅する。ダイオードＤ、及び蓄積
インダクタＬ２は、ＳＣＲ掃出電流の変圧されたレプリ
カを、電源に流し続ける。注入の場合と同様に、この電
流の流れはＥｄｃによって妨害され、掃出エネルギーが
電源に戻される。Ｄｌの導通が消滅した場合、リセット
電流Ｉｒだけが可飽和鉄心に起磁力を供給し続ける。第
２Ｂ図に示されているように、二次電圧波形の端部に小
さな比較的長い電圧パルスが、鉄心のリセット時に生じ
る。

第１図の回路の有益な特徴は、可飽和鉄心上の二つの二
次巻線Ｓ、、Ｓ２が、同数の巻数を有する必要がないこ
とである。この形式の好適な回路は、例えば注入回路部
分に対しては１２：５の巻数比、描出に対しては１２；
７の巻数比を使用している。このように、ＳＣＲの注入
の間の一次巻線に関する有効なインダクタンスは、掃出
中に生じるものと異なる場合があり、従って設計の相違
の尺度は、ピーク注入回路とピーク掃出電流との間にあ
る。かかる相違を有しない別の回路は、Ｓ、＝Ｓ２の中
央タップニ次巻線を使用するか、又は単一二次巻線に設
けられた従来の全波４・ダイオードブリッジを使用する
ことができる（図示せず）。

〔発明の効果〕

このように、本発明の第１図の回路は、（ａ）ターンオ
ン及びターンオフにおけるこれらの臨界期間にＳＣＲに
印加される電圧の減少によるＳＣＲ損失の低減、 （ｂ）抵抗を有する従来技術の回路におけるより著しく
少ない消散損失による（ａ）の遂行、の点において、冒
頭に述べた特許（その第４図）の目的と幾分共通の目的
を有している。付随的な利点は、ＳＣＲ，がターンオフ
した際に生じる逆電圧過渡現象が、本質的に排除される
点である。前述のように、一般式な対策は、ＳＣＲ。

に設けられた直列ＲＣスナバ回路網であるが、これは多
くの電力を消費する。更に、双方の回路はターンオフ時
における回路のｄｉ／ｄｔを減少するため、Ｌ、　ｄｉ
／ｄｔに比例する過渡電圧が相応して少なくなる。本発
明及びその新しい回路の一層重要で新しい貢献の中に、
高価で損失の多い可飽和インダクタの一つ削減、及び注
入エネルギー及び掃出エネルギーの電源への即座の変換
の遂行がある。前記した特許の回路においては、リセッ
トインダクタ（Ｌ３）が、全充電期間を通じて注入エネ
ルギーを保有し、若干の電力損失（Ｒ′１における）を
生じる。しかしながら本発明（第１図）では、第２イン
ダクタＬ２は前述のように好都合に、エネルギーの変換
又は蓄積に関与しないリセットインダクタしｒと同様に
、小形で多くの経費を要しないインダクタンスである。

このように第１図は、単一で共通の可飽和インダクタン
ス回路網が、ＳＣＲのスイッチング、充電及び放電エネ
ルギー供給主回路の注入回路及び掃出回路の双方の要求
を満たすことを可能にしている。場合によっては、前述
のような可飽和インダクタ（変圧器）回路網り、−３，
−３２をそれぞれ備えた一対の回路を、プッシュプルで
使用することができる。また、この技術の熟練者には、
別の修正を行うことも可能であり、これらは、特許請求
の範囲に明示されているような本発明の精神及び枠内に
入ると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２Ａ図ない
し第２Ｅ図は第１図に示す回路の動作を示す波形図、第
２Ｆ図は第１図に示す回路の時間的な動作推移を示すグ
ラフである。 Ｂｄｃ・・・直流電源 自・・・コンデンサ Ｌｌ・・・可飽和鉄心インダクタ Ｌ２・・・蓄積インダクタンス ｐ・・・変圧器−次巻線 Ｓ、、Ｓ、・・・変圧器二次巻線 Ｓ３・・・リセットニ次巻線 り、、　Ｄ２・・・ダイオード ｅｃ・・・コンデンサ電圧 １ｒ・・・リセット電流 Ｌｒ・・・リセットインダクタンス ８ｒ・・・直流リセット電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　直列接続されたＳＣＲスイッチング手段のゲートの
   制御によってエネルギーの蓄積及び放電を可能にする可
   飽和鉄心インダクタ手段を備えたＳＣＲパルス発生器の
   注入・掃出回路において、前記回路が、前記可飽和イン
   ダクタ手段と変圧器結合されると共に各端子において別
   々のダイオード手段及び蓄積インダクタンスを介して直
   流電源の一方の側に接続された二次巻線手段と、前記電
   源の他方の側が前記二次巻線手段の中間端子に接続され
   ることとを組み合わせて備える、ＳＣＲパルス発生器の
   注入・掃出回路。 ２　前記可飽和鉄心インダクタ手段が、別のリセットイ
   ンダクタンスを介してリセット電流を提供する別の巻線
   に結合された別の変圧器である、特許請求の範囲第１項
   記載の注入・掃出回路。 ３　蓄積インダクタンス手段がＳＣＲスイッチング手段
   手段のゲート・オン時に一方のダイオード手段を通して
   ランプ電流を受け入れるようにさせ、ＳＣＲスイッチン
   グ手段を通して流れる同様な電流のランプによって、電
   流を零に減少させ前記蓄積インダクタンスから前記電源
   へ電流を流す前記可飽和鉄心インダクタ手段の飽和まで
   注入を行わせる手段が設けられ、ＳＣＲ接合部から少数
   キャリヤを掃出しＳＣＲスイッチング手段が回復してタ
   ーンオンするまで逆電圧過渡現象を防止するため、他方
   のダイオード手段及び蓄積インダクタンスを通して前記
   電源に別のランプ電流を流す放電流の反転の間、電流が
   殆ど零で作動可能な手段及び前記可飽和鉄心インダクタ
   手段が飽和から脱する、特許請求の範囲第１項記載の注
   入・掃出回路。 ４　可飽和鉄心インダクタ手段と前記中間端子の両側の
   二次巻線との巻線比が、約１２：７及び１２：５のレベ
   ルである、特許請求の範囲第３項記載の注入・掃出回路
   。 ５　リセット回路インダクタンスが設けられ、前記注入
   ・掃出回路におけるエネルギーの蓄積及び伝達の機能に
   は本質的に関与しないように結合される、特許請求の範
   囲第１項記載の注入・掃出回路。