(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ−Ｅ）と、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の入力部（２６）に接続され、それ等に電力を供給する電源装置（１０）と、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の出力部（２８）にその一次側（３２）が接続され、出力部（３９）がその二次側（３４）に接続される変圧器装置（３０）と、及び
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）に接続されたスイッチ制御部（２４）と、
を含む電力モジュレータにおいて、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）は、電子的にターンオン及び
ターンオフをなすソリッドステートの切換パルスジェネレータ部であること、
前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）をターンオン及びターンオフなすための制御信号を供給すること、
前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の中、第１のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を第１の瞬時にターンオンをなすための制御信号を供給すること、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の中、前記第１のサブセットとは異なる第２のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を、前記第１の瞬時とは異なる第２の瞬時にターンオンをなすこと、並びに
前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の中、第１のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を第３の瞬時にターンオフをなすための制御信号を供給すること、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の中、前記第２のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を、前記第３の瞬時とは異なる第４の瞬時にターンオフをなすこと、
を特徴とする電力モジュレータ。
【請求項２】
前記電源装置（１０）が、電源ユニット（１２；１２Ａ−Ｆ）の、２つ以上の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）との接続を可能にする接続装置（１４）を含んで成ることを特徴とする請求項１に記載の電力モジュレータ。
【請求項３】
前記接続装置（１４）が更に、選ばれた切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）との接続及び切断を可能にするスイッチ（１６）を備えて成ることを特徴とする請求項２に記載の電力モジュレータ。
【請求項４】
前記電源装置（１０）が切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）毎に電源（１２；１２Ａ-Ｆ）を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の電力モジュレータ。
【請求項５】
前記切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の少なくとも２つがその一次側（３２）に接続され、それにより磁気結合される共通変圧器（３８）を前記変圧器装置（３０）が備えて成ることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電力モジュレータ。
【請求項６】
前記切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の少なくとも２つが前記共通変圧器（３８）の一次側（３２）に互いに電気的分離されるよう結合されて成ることを特徴とする請求項５に記載の電力モジュレータ。
【請求項７】
前記変圧器装置（３０）がサブセット（２５Ａ−Ｆ）毎に一変圧器（３８Ａ−Ｆ）を備えて成ることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電力モジュレータ。
【請求項８】
前記両瞬時が１ｓより少ない時間で互いに分離されることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の電力モジュレータ。
【請求項９】
前記両瞬時が前記切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の最低可能パルス繰返し時間より少ない時間で互いに分離されることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の電力モジュレータ。
【請求項１０】
前記両瞬時が２００μｓより少ない時間で互いに分離されることを請求項１〜９の何れかに記載の電力モジュレータ。
【請求項１１】
前記第１のサブセット（２５Ａ）の前記切換パルスジェネレータ部が第１の電圧のパルスを供給するようにして成り、前記第２のサブセット（２５Ｂ）の前記切換パルスジェネレータ部が、第１の電圧とは異なる第２の電圧のパルスを供給するようにして成ることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の電力モジュレータ。
【請求項１２】
前記第１の電圧と第２の電圧が逆極性のものであることを特徴とする請求項１１に記載の電力モジュレータ。
【請求項１３】
前記両瞬時が前記切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の前記第１の電圧と第２の電圧間の切換時間より少ない時間で互いに分離されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電力モジュレータ。
【請求項１４】
前記両瞬時が繰り返されることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の電力モジュレータ。
【請求項１５】
前記変圧器装置（３０）の出力電力が１ｋＷを上回ることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の電力モジュレータ。
【請求項１６】
前記変圧器装置（３０）の出力電圧が１ｋＶを上回ることを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載の電力モジュレータ。
【請求項１７】
複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）を充電すること（２１０）ことからなる電圧パルスの発生方法において、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）は、電子的にターンオン及びターンオフをなすソリッドステートの切換パルスジェネレータ部であること、
前記方法は、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の第１のサブセット（２５Ａ−Ｅ）の切換パルスジェネレータ部を、第１の瞬時に変圧器装置（３０）を介した負荷（４０）との接続をなすこと（２２０）、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の、前記第１のサブセットとは異なる第２のサブセット（２５Ａ−Ｅ）の切換パルスジェネレータ部を、第１の瞬時とは異なる第２の瞬時に変圧器装置（３０）を介した負荷（４０）との接続をなすこと（２３０）、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の第１のサブセット（２５Ａ−Ｅ）の切換パルスジェネレータ部を、第３の瞬時に変圧器装置（３０）を介した負荷（４０）との接続を切ること（２２０）、及び
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の、前記第２のサブセット（２５Ａ−Ｅ）の切換パルスジェネレータ部を、第３の瞬時とは異なる第４の瞬時に変圧器装置（３０）を介した負荷（４０）との接続を切ること（２３０）、
を特徴とする電圧パルス発生方法。
【請求項１８】
複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）と、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の各々に備えられた電力の供給を受取る入力部（２６）と、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の各々に備えられた変圧器装置に対する電圧パルス供給用の出力部（２８）と、及び
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）に接続されたスイッチ制御部（２４）と、
を有するパルス発生装置において、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）は、電子的にターンオン及びターンオフをなすソリッドステートの切換パルスジェネレータ部であること、
前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）をターンオン及びターンオフなすための制御信号を供給すること、
前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の第１のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を第１の瞬時にターンオンをなすための制御信号を供給すること、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の、前記第１のサブセットとは異なる第２のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を、前記第１の瞬時とは異なる第２の瞬時にターンオンをなすための制御信号を供給すること、並びに
前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の第１のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を第３の瞬時にターンオフをなすための制御信号を供給すること、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の、前記第２のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を、前記第３の瞬時とは異なる第４の瞬時にターンオフをなすための制御信号を供給すること、
を特徴とするパルス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電力システム、特に電力パルスを供給する電力システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力パルスは多種の用途に用いられる。多くの場合、瞬間電力が非常に高いパルスの要求がある。典型的な用途分野はレーダシステム、粒子加速器、滅菌装置から高エネルギーレーザに亘る。これ等多くのシステムに共通するのは、瞬間電圧及び電流の非常に高い電力パルス列を要求することである。
【０００３】
これ等電力パルスを供給するための共通の手法は、適度の電圧でのエネルギー蓄積を利用し、短電圧パルスを高電圧に変圧する種々の電力モジュレータを用いることである。かかるシステムは前世紀中にも設計が多数ある。より最近の成功裏の、かかるシステムは米国特許５９０５６４６及び６７４１４８４に開示されているような、一般にＬＣＷシステムとして知られたシステムである。これ等システムでは、多数のパルス発生モジュールが、両端子を共通にもつ変圧器の１組の共通一次巻線に並列に接続される。これ等パルス発生モジュールの放電のターンオンを、極めて正確に同時発生すべく制御することにより、極めて高い電力のパルスを得ることができる。かかる装置は今、多くの異なる使用分野における市場で十分に認められている。
【０００４】
電力及び／又は電圧における極端な要求のため、他の動作パラメタには限界が幾つかある。典型的なシステムでは、パルス繰返し率は１〜５０００Ｈｚに亘る一方、パルス持続時間はしばしば０．５〜２０μｓの範囲にある。繰返し率が過頻繁である必要がある場合、平均電力は増大され、困難が生じることがある。パルス発生モジュールは各パルス間で回復されなければならず、かかる回復時間は各パルス間の要求時間より短くなければならない。
【０００５】
パルス発生モジュールは一般に、回復中に所定の電圧に充電される。パルス中に、一般にエネルギー量の１０％が放出され、電圧はより少ない電圧分低下する。次のパルスが別の電圧をもつ必要がある場合、パルス発生モジュールはこの新たな電圧に充電されなければならない、即ち、新たな電圧に対して用意されるべき切換え時間を要する。新たな電圧が最後のパルス後の残留電圧より高いと、それは単にエネルギー蓄積器を満たすのに十分な時間をもつことである。だが、新たな電圧が前の電圧より低い場合、電圧をパルス発生モジュール上で低下させる手立てが何かなければならない。これは技術的に比較的に複雑であると同時に、蓄積エネルギーの大部分は空費されてしまう。出力電圧が急速に変化されねばならないとすると、浪費される蓄積エネルギーの量は実に極めて大きいものとなろう。
【０００６】
電力パルスの形状は今日では一般に、立ち上り及び立ち下りが出来るだけ急峻な平坦なパルスである。この外観上の特徴を得るため、種々のパルス形成装置が提供されている。他のパルス形状が要求される場合、パルス形成回路は各パルス形状のため全体として再設計されなければならない。更に、パルス形状がパルス毎に変更を要するとき、動的なパルス形成回路が開発されなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許文献１：米国特許５９０５６４６
特許文献２：米国特許６７４１４８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は高電力パルスの供給の柔軟性を高めることである。本発明の更なる目的はパルス間隔、パルス電圧及び／又はパルス形状の点での柔軟性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は添付特許請求の範囲に記載の装置及び方法により達成される。本発明の第１の特徴として、複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ−Ｅ）と、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の入力部（２６）に接続され、それ等に電力を供給する電源装置（１０）と、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の出力部（２８）にその一次側（３２）が接続され、出力部（３９）がその二次側（３４）に接続される変圧器装置（３０）と、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）に接続されたスイッチ制御部（２４）と、を含む電力モジュレータにおいて、
前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）は、電子的にターンオン及び
ターンオフをなすソリッドステートの切換パルスジェネレータ部であること、前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）をターンオン及びターンオフなすための制御信号を供給すること、前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の中、第１のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を第１の瞬時にターンオンをなすための制御信号を供給すること、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の中、前記第１のサブセットとは異なる第２のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を、前記第１の瞬時とは異なる第２の瞬時にターンオンをなすこと、並びに前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の中、第１のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を第３の瞬時にターンオフをなすための制御信号を供給すること、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の中、前記第２のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を、前記第３の瞬時とは異なる第４の瞬時にターンオフをなすこと、を特徴とする電力モジュレータが提供される。
【００１０】
本発明の第２の特徴として、複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）を充電すること（２１０）ことからなる電圧パルスの発生方法において、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）は、電子的にターンオン及びターンオフをなすソリッドステートの切換パルスジェネレータ部であること、前記方法は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の第１のサブセット（２５Ａ−Ｅ）の切換パルスジェネレータ部を、第１の瞬時に変圧器装置（３０）を介した負荷（４０）との接続をなすこと（２２０）、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の、前記第１のサブセットとは異なる第２のサブセット（２５Ａ−Ｅ）の切換パルスジェネレータ部を、第１の瞬時とは異なる第２の瞬時に変圧器装置（３０）を介した負荷（４０）との接続をなすこと（２３０）、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の第１のサブセット（２５Ａ−Ｅ）の切換パルスジェネレータ部を、第３の瞬時に変圧器装置（３０）を介した負荷（４０）との接続を切ること（２２０）、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の、前記第２のサブセット（２５Ａ−Ｅ）の切換パルスジェネレータ部を、第３の瞬時とは異なる第４の瞬時に変圧器装置（３０）を介した負荷（４０）との接続を切ること（２３０）、を特徴とする電圧パルス発生方法が提供される。
【００１１】
本発明の第３の特徴として、複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）と、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の各々に備えられた電力の供給を受取る入力部（２６）と、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）の各々に備えられた変圧器装置に対する電圧パルス供給用の出力部（２８）と、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）に接続されたスイッチ制御部（２４）と、を有するパルス発生装置において、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）は、電子的にターンオン及びターンオフをなすソリッドステートの切換パルスジェネレータ部であること、前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）をターンオン及びターンオフなすための制御信号を供給すること、前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の第１のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を第１の瞬時にターンオンをなすための制御信号を供給すること、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の、前記第１のサブセットとは異なる第２のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を、前記第１の瞬時とは異なる第２の瞬時にターンオンをなすための制御信号を供給すること、並びに前記スイッチ制御部（２４）は、前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の第１のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を第３の瞬時にターンオフをなすための制御信号を供給すること、及び前記複数の切換パルスジェネレータ部（２２；２２Ａ-Ｅ）中の、前記第２のサブセット（２５Ａ−Ｆ）の切換パルスジェネレータ部を、前記第３の瞬時とは異なる第４の瞬時にターンオフをなすための制御信号を供給すること、を特徴とするパルス発生装置が提供される。
【００１２】
本発明の１つの利点は、電力モジュレータは多種類のパルス又はパルス列を提供するのに用い得ることである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明はその更なる目的及び利点と共に、添付図面と共に解される以下の記載を参照することにより最良に理解されよう。図面において
【図１】本発明による電力モジュレータの一実施態様のブロック図である。
【図２】大きさの異なる電圧パルスの一例を示す図である。
【図３】本発明による電力モジュレータのもう一つの実施態様のブロック図である。
【図４Ａ】大きさの異なる電圧パルスの他例を示す図である。
【図４Ｂ】大きさの異なる電圧パルスの他例を示す図である。
【図４Ｃ】大きさの異なる電圧パルスの他例を示す図である。
【図４Ｄ】大きさの異なる電圧パルスの他例を示す図である。
【図４Ｅ】大きさの異なる電圧パルスの他例を示す図である。
【図５】本発明による電力モジュレータの更にもう一つの実施態様のブロック図である。
【図６】電圧パルスバーストの一例を示す図である。
【図７】本発明による電力モジュレータの更にもう一つの実施態様のブロック図である。
【図８Ａ】長い電圧パルスの例を示す図である。
【図８Ｂ】長い電圧パルスの例を示す図である。
【図９】本発明による電力モジュレータの更にもう一つの実施態様のブロック図である。
【図１０Ａ】大きさが非一定の電圧パルスの例を示す図である。
【図１０Ｂ】大きさが非一定の電圧パルスの例を示す図である。
【図１０Ｃ】大きさが非一定の電圧パルスの例を示す図である。
【図１１】極性の異なる電圧パルスの一例を示す図である。
【図１２】本発明による電力モジュレータの更にもう一つの実施態様のブロック図である。
【図１３】本発明による電力モジュレータの更にもう一つの実施態様のブロック図である。
【図１４】本発明による方法の一実施態様のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面において、対応する参照符号は相似又は対応部を示すのに用いられている。
【００１５】
図１に、本発明の一実施態様による一般的電力モジュレータを示す。電力モジュレータ１は、複数の切換パルスジェネレータ部２２を有するパルス発生装置２０を備える。電源装置１０が複数の切換パルスジェネレータ部２２の入力端子２６に接続され、それ等に電力を供給する。電源装置１０は１つ又は数個の電源１２を備える。変圧器装置３０がこの実施例では、一次側３２、鉄心３６及び二次側３４を有する１つの共通変圧器３８を含む。一次側３２は複数の切換パルスジェネレータ部２２の出力端子２８に接続される。変圧器装置３０はその二次側３４に出力端子３９が接続されている。出力端子３９は、短い高電圧パルスが供給されるべき負荷４０に接続される。
【００１６】
スイッチ制御部２４が複数の切換パルスジェネレータ部２２に接続され、複数の切換パルスジェネレータ部２２のターンオン及び／又はオフ制御する制御信号を供給する。切換パルスジェネレータ部２２は異なるサブセット（２５Ａ−Ｅ）の切換パルスジェネレータ部に分割、グループ化される。これ等サブセットは異なるものであるが、実施態様によって、少なくとも部分的に重なるものとしても良い。スイッチ制御部２４は第１のサブセット２４Ａの切換パルスジェネレータ部を第１の瞬時（瞬間）にターンオン及び／又はオフする制御信号を提供するようになっている。同様に、スイッチ制御部２４は第２のサブセット２５Ｂの切換パルスジェネレータ部を、第１の瞬時とは異なる第２の瞬時にターンオン及び／又はオフする制御信号を提供するようになっている。
【００１７】
図１による装置の与える高汎用性は、本発明の異なる実施態様の多数の適用例を考えることにより理解できる。
【００１８】
第１の実施例では、仮定される要求は２つの別個の電圧振幅ＶＡ及びＶＢ間（ここでＶＡ＞ＶＢ）で交番するパルス列を提供することである。要求パルス列は図２に示されている。この例では、ＶＡはＶＢの３倍としてある。だが、当業者の理解するところでは、振幅間の関係をどのようにしても良い。電圧ＶＡ及びＶＢの何れも正とする。
【００１９】
図３に、そのような要求パルス列を得るための回路の実施態様を示す。この実施態様では、要求出力電圧ＶＡ及びＶＢは夫々６０及び２０ｋＶ、パルス幅１０μｓ、パルス繰返し率６００Ｈｚ，平均出力６ｋＷとされる。パルスにおける瞬間電力はそれにより１．２ＭＷとなる。基本ブロックは容易に分かる。電源装置１０はこの実施態様では２つの電源１２Ａ及び１２Ｂから成る。電源１２ＡはＤＣ電圧Ｖａを提供し、ここで関係ＶＡ／Ｖａは以下更に記載される、変圧器装置３０の変圧器比に対応する。同様の電源１２ＢはＤＣ電圧Ｖｂを提供し、ここで関係ＶＢ／Ｖｂ＝ＶＡ／Ｖａがある。本実施態様では、変圧器比は５０：１であり、これは電源１２Ａ及び１２Ｂの出力電圧が夫々、Ｖａ＝１２００Ｖ及びＶｂ＝４００Ｖを必要とする。パルス発生装置２０はこの実施態様では２つの切換パルスジェネレータ部２２Ａ及び２２Ｂから成る。電源１２Ａは切換パルスジェネレータ部２２Ａに接続される。
【００２０】
この特定実施例では、切換パルスジェネレータ部２２Ａはコンデンサ５２Ａで構成されるエネルギー蓄積器５１を含む。コンデンサ５２Ａは電源１２Ａにより電圧Ｖａに充電される。切換パルスジェネレータ部２２Ａは更に、この例示実施態様ではＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）スイッチで構成されるスイッチ５３を含む。このスイッチはゲート電極に適宜の電圧信号、即ち制御パルスを供給することによりターンオンされ、電圧信号を除くことによりターンオフされる。そのような電圧信号は、スイッチ制御部２４により提供されるスイッチ制御信号として提供される。本例示実施態様におけるパルス発生装置２０は更に、このＩＧＢＴ５４Ａのエミッタに接続され、振幅が一定な電圧パルスを生じるパルス平滑回路５５Ａを含む。コンデンサ５２Ａの負極とパルス平滑回路５５Ａからの出力端子間には、特にパルス発生器部２２Ａのスイッチオフに関連しての電圧スパイクに対して保護するダイオード５６Ａが設けられている。
【００２１】
使用できる電力スイッチの他の例には、ターンオン及び／又はターンオフに際し制御可能なＭｏｓＦｅｔ又はＩＧＴＣ（絶縁ゲート制御サイリスタ）等の固体（ソリッドステート）スイッチが含まれ、これはより望ましい場合である。
【００２２】
本実施態様における切換パルスジェネレータ部２２Ｂには、対応部が設けられる。だが、コンデンサ５２Ｂは電源１２Ｂにより電圧Ｖｂに充電される。切換パルスジェネレータ部２２Ｂには更に、パルス平滑回路５５Ａの出力端子と変圧器装置３０の間に直列に接続されるブロッキングダイオード５７が設けられている。ブロッキングダイオード５７は、ＩＧＢＴ５４Ｂに組み込まれるダイオードが、順方向バイアスされ、ＩＧＢＴ５４Ａのトリガー時に切換パルスジェネレータ部２２Ａからの極大電流の導通を引き起こすのを防止する。ブロッキングダイオード５７は入手困難ではない。１つの選択は、ダイオード５６Ａ、５６Ｂとして用いられるのと同種の並列ダイオードを用いることである。１０００〜２０００Ａの電流に対して、２つ又は３つの良く冷却された並列ダイオードが一般には十分であろう。
【００２３】
切換パルスジェネレータ部２２Ａ、２２Ｂからの出力端子は、変圧器装置３０の変圧器３８の一次巻線３２に並列に接続される。前記のように、変圧器は比ＶＢ／Ｖｂ＝ＶＡ／Ｖａに対応して電圧を増大させる。変圧器３８の二次巻線３４は負荷４０に接続される。
【００２４】
本実施態様では切換パルスジェネレータ部２２Ａ及び２２Ｂは２つの異なるサブセット２５Ａ及び２５Ｂに類別され、即ち本実施態様ではサブセット２５Ａは切換パルスジェネレータ部２２Ａから成り、サブセット２５Ｂは切換パルスジェネレータ部２２Ｂから成る。スイッチ制御部２４はＩＧＢＴ５４ＡとＩＧＢＴ５４Ｂを交互にスイッチオンするようになっている。結果として、変圧器３８の一次巻線３２は振幅が交互するパルスを受け、これ等のパルスが負荷４０に供給される交互電圧振幅パルスに変圧される。
【００２５】
典型的な場合には、コンデンサ５２Ａ、５２Ｂに蓄積されるエネルギーの１０％未満が各パルスにおいて放出される。換言すれば、エネルギーの９０％はパルス終了直後、コンデンサ５２Ａ、５２Ｂに残る。１つ且つ同一のパルス発生器部が異なる出力電圧の提供に用いられるなら、コンデンサ上の電圧はそれに応じて変更されなければならない。電圧が増大されるべき場合、コンデンサを適切な電圧まで充電する時間が得られねばならないが、これは主として供給線の抵抗により決定される。より面倒なのは、次のパルス用の電圧がより低い場合の状況である。そのような場合、蓄積コンデンサが次のパルス前にそのエネルギー量の一部を放出していなければならない。蓄積されるエネルギー量は一般に極めて大きいので、そのような手立ては達成が簡単なものではない。概して、大量のエネルギーが放棄されなければならず、これが全体的なエネルギー効率を極めて悪くする。
【００２６】
本発明により、２つの別個のパルスジェネレータ部を用いることにより、電圧のどんな変更も不要になり、コンデンサに蓄積されたエネルギーを蓄え、尚且つ不変更電圧の次のパルスを生じさせることができる。全消費エネルギーがそれによりずっと小さくなる。その目的のため、スイッチ制御器２４は利用可能な複数の切換パルスジェネレータ部の第１のサブセット２５Ａの切換パルスジェネレータ部２２Ｂを第１の瞬時にターンオンする、好ましくはターンオフをもするための制御信号を提供するようになっている。スイッチ制御部２４は更に、第２のサブセット２５Ｂの切換パルスジェネレータ部２２Ｂを第２の瞬時にターンオンする、好ましくはターンオフをもするための制御信号を提供するようになっている。第２の瞬時は第１の瞬時とは異なる。
【００２７】
図３の構成を用いて他のパルス列をも提供することもできる。振幅ＶＡ及びＶＢのパルスのどんな組み合わせの提供も、電圧源ダイオード等の容量がそれに応じて設計される場合、可能である。図４Ａ−Ｄに、非限定的実施例が幾つか与えられている。図４Ａにおいて、振幅 ＶＡの２つのパルスと振幅ＶＢの１つのパルスの規則的パターンが、切換パルスジェネレータ部２２Ａを２度、次いで切換パルスジェネレータ部２２Ｂを１度ターンオンし、その動作を繰り返すことにより得られる。図４Ｂでは、電圧ＶＡ及びＶＢが交互に、且つ先行パルスと異なる時間差で提供される。図４Ｃでは、電圧ＶＡ及びＶＢがこれもまた交互に、且つ不規則な時間間隔で提供される。これは、同一振幅の２つの連続するパルスが対応する切換パルスジェネレータ部の回復時間より長い時間である場合に限り、得られる。図４Ｄでは、パルスパターンは２つの振幅の順序及びパルスのタイミングの両方において完全に不規則である。
【００２８】
パルス例示実施例のパルス持続時間はパルス毎に同一である。切換パルスジェネレータ部２２Ａ、Ｂのターンオフが制御可能な場合、パルスの持続時間も規則的又は不規則的に変化させることができる。可能な変化は略無制限であることは当業者には分かる。可能なパルスの一例を図４Ｅに示す。
【００２９】
図５に、図３の代替的実施態様を示す。図３と同様な部分は再度言及しない。この実施態様では、電源装置１０は単一の電源部１２から成り、該電源部は接続装置１４を介して４つの別個の切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｄに接続される。これは、全電力が単一電源で処理するのに十分低い場合、良い解決策かも知れない。接続装置１４により、電源部１２を２つ以上の切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｄに接続することができる。接続装置１４は更に、選ばれた切換パルスジェネレータ部の接続及び切断を可能にするスイッチ１６を含む。スイッチ１６は本実施態様では、次のパルス生成のためターンオンされる予定の切換パルスジェネレータ部を接続するようにスイッチ制御部２４により制御される。スイッチ制御部２４はまた、電源部１２の出力電圧を次のパルスの目的電圧に応じて制御する。
【００３０】
４つの切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｄは２つのサブセット２５Ａ及び２５Ｂに類別され、その各々は一定の出力電圧を提供するように構成されている。このため、本例示的実施態様における切換パルスジェネレータ部２２Ａ及び２２Ｂはスイッチ制御部２４により制御され同時にターンオンし、同時にターンオフするようになっている。同様に、切換パルスジェネレータ部２２Ｃ及び２２Ｄはこれ等もスイッチ制御部２４により制御され同時にターンオンし、同時にターンオフするようになっている。この実施態様におけるサブセット２５Ｂには、第２のサブセット２５Ｂの各切換パルスジェネレータ部２２Ｃ、２２Ｄ用のブロッキングダイオード５７が設けられている。変圧器３８には、２つの別個に接続可能な一次側巻線３２Ａ及び３２Ｂが設けられている。巻線３２Ａ及び３２Ｂはそれにより、電気的には分離しているが、磁気的に結合される。この実施態様では、各サブセットからの一切換パルスジェネレータ部２２Ａ、２２Ｃが第１の巻線３２Ａに接続され、各サブセットからの一切換パルスジェネレータ部２２Ｂ、２２Ｄが第２の巻線３２Ｂに接続される。各巻線には、夫々接続される切換パルスジェネレータ部をスパイクから保護するために共通ダイオード５６もまた設けられている。
【００３１】
上記提示の原理は勿論、任意の数の切換パルスジェネレータ部を任意の数のサブセットに類別し得るものと一般化することができる。典型的応用では、サブセットは相補的である、例えば、各切換パルスジェネレータ部は一サブセットのみに属する。だが、応答によっては、サブセットが重なる、即ち１つの切換パルスジェネレータ部が２つ以上に属すると云う状況もありえよう。だが、サブセットは同一ではない。異なるサブセットが異なる数の切換パルスジェネレータ部からなることもある。
【００３２】
サブセットの上記一般化構成から、他の種のパルス列も達成可能なことも明らかになる。例えば、３つのサブセットが異なる電圧を供給し、それにより３つの異なる大きさの出力パルスを提供するように構成することができる。これは勿論、任意の数の電圧値に一般化することができる。
【００３３】
パルス出力の要求の第２例では、パルスバーストが要求される。その要求出力を図６に示す特定の実施態様では、５パルスのバーストが要求される。パルス持続時間は極めて短く、各バーストのパルス間の時間も極めて短い。だが、バースト中の各パルスの電圧は略等しい。各バーストのパルス間の典型的、且つ非限定時間は数μｓ程度で良く、連続するバースト間の時間はｍｓ程度で良い。そのようなバーストはレーダ用途で要求されることがある。そのような用途における主な困難は、パルス間の極端な短時間が一般に一切換パルスジェネレータ部の回復時間よりずっと短いことである。
【００３４】
図７は、そのようなパルスバーストを提供できる電力モジュールの例示的実施態様を示す。本実施態様では、各バーストの持続時間は４μｓ、同一バースト中の１パルスの終端と次のパルスの間の時間が２μｓ、即ちバースト内の繰返し率は１６７ｋＨｚである。バースト繰返し率は４００Ｈｚで、２つの連続するバースト開始間に２．５ｍｓの時間差がある。図６における時間目盛は全図示範囲に亘って線形でないことに注意。出力パルス電力５０ｋＷと出力パルス電圧１００ｋＶとが提供される。単一電源ユニット１２がパルス発生装置２０の５つの切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｅに同一の電圧を提供する。この例示的実施態様においては、切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｅの各々がその独自のサブセット２５Ａ−Ｅを形成する。全切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｅが同一電圧で動作するようになっているので、接続装置１４にスイッチの必要はない。或いはまた、異なる切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｅを一電源ユニットに各々、又は異なるグループとして多数の電源ユニットに、接続することもできよう。
【００３５】
変圧器装置３０はこの実施態様では５個の変圧器３８Ａ−Ｅから成り、その各々が各サブセット２５Ａ−Ｅの切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｅの出力端子に接続されている。切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｅの出力端子は別々のパルス平滑回路５５を介して変圧器３８Ａ −Ｅに接続されている。用途によっては、パルスの平坦性が決定的に重要でない場合、パルス平滑回路５５は除いても良い。負荷４０はダイオードストリング３７を介して変圧器３８Ａ−Ｅの二次側３４に接続されている。スイッチ制御部２４はこの実施態様では、予定の分離時間で分離したいターンオン及びターンオフ信号を切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｅに供給するようになっている。例えば、切換パルスジェネレータ部２２Ａがｔ０時でオンになり、切換パルスジェネレータ部２２Ｂがｔ１時でオンになり、切換パルスジェネレータ部２２Ｃがｔ２時でオンになり、切換パルスジェネレータ部２２Ｄがｔ３時でオンになり、切換パルスジェネレータ部２２Ｅがｔ４時でオンになる。そうすると、図６におけるようなパルスバーストが生成されるであろう。
【００３６】
この例示的実施態様は従って極密離間パルスを、たとえ電源がこれ等を単一モジュール又は単一サブセットのモジュールのみで生成するに十分速くモジュールを再充電できなくても、発生できる。同じアイディアは勿論、各サブセットに１つの切換パルスジェネレータ部を設けても実現することができる。各サブセットのモジュールにその電源を設けたものは、それ自体独立した別個のモデュラシステムを成すものとして見ることができ、他のセットのモジュールと作用し合う必要は全くない。だが、サブセットは、変圧器パーツ、パルス整形パーツ、保護ダイオード、電源装置等のシステムのパーツを共有しても良い。
【００３７】
多電源ユニットを用いる必要がある場合、多位相入力電力変圧器を用いて電力線障害及び高調波を低下させ、ソフトスタート及び線路フィルタハードウェアを簡略化する手段が必要になるかも知れない。だが、そのような解決策はそれ自体従来技術で知られているものであり、本発明の基本思想の理解のために本来必要なものではない。
【００３８】
パルス出力の要求の第３の例として、長いパルス持続時間が要求される。その要求出力が図８Ａに示されている特定の実施態様において、持続時間２５０μｓ、繰返し率１６０Ｈｚの１４０ｋＶ、１４ＭＷのパルスが要求される。これは平均電力５６０ｋＷを出力する。そのような場合、パルス電力は今日利用可能な技術で得ることができるが、通常のパルス発生器では、かかる電力を、かかる長時間耐え得ない。
【００３９】
図９に、そのような長いパルスを提供できる電力モジュールの実施態様を示す。この実施態様は図７に提示の実施態様と類似点があり、これ等実施態様は、電力及び持続時間要求に応じて、複数のパルスバースト又は複数の長いパルス、何れかのために用いられるかの点で、部分的に可変更としたものである。本実施態様では、電源装置１０は力率補正及びエネルギー蓄積回路を有する６個の電源１２Ａ−Ｆを含む。各電源１２Ａ−Ｆは本実施態様では、電圧１０００Ｖでピーク電力約３ＭＷを出力できる。接続装置１４はこの実施態様では、切換パルスジェネレータ部２２の入力端子２６接続用の高速再充電回路を含む。
【００４０】
パルス発生装置２０はこの実施態様では、各々に２４個の切換パルスジェネレータ部２２をもつ、６個のサブセット２５Ａ−Ｆに類別された１４４個の切換パルスジェネレータ部２２を含む。この実施例では、切換パルスジェネレータ部２２はＩＧＢＴスイッチに基づき、ターン及びターンオフの両時における電子的制御が可能になっている。パルス平滑及びスパイク保護のための随意装置は図面では、読みやすさの向上のため省略されている。
【００４１】
変圧器装置３０はこの実施態様では、各１つが各サブセット１３Ａ-Ｆの切換パルスジェネレータ部２２の出力端子に接続された、６個の変圧器３８Ａ-Ｆから成る。変圧器３８Ａ−Ｆは一次側３２の１０００Ｖパルスを二次側３４の要求１４０ｋＶパルスに変圧する。負荷４０は変圧器３８Ａ−Ｆの二次側３４に２００ｋＶダイオードストリング３７を介して接続されている。
【００４２】
本実施態様では、各切換パルスジェネレータ部２２は、電源装置により１ｋＶに充電される９５μＦコンデンサを基にしている。コンデンサの放電時に、電圧が垂下する。この垂下は所定の限界内で垂下補償回路により補償できる。一般に、電圧垂下１０％が許容可能である。本実施態様における各切換パルスジェネレータ部２２は従って、本実施態様では１５μｓの長さである各放電段階で８．７５Ｊをもたらす。全部で、１サブセットから、１５μｓ長さのパルスが２４ｘ８．７５Ｊ＝２１０Ｊ、即ち１４ＭＷとなる。従って、１サブセット２５Ａ−Ｆは要求電力及び電圧の長さ１５μｓのパルスを出力することができる。
【００４３】
要求パルス持続時間２５０μｓを得るため、切換パルスジェネレータ部２２のサブセット２５Ａ-Ｆへのグループ化が、電子的ターンオン及びターンオフが良好に制御される特性と共に、用いられる。本実施態様では、例えばＩＧＢＴスイッチによる、切換パルスジェネレータ部２２のターンオフも良好に制御させる、スイッチ解決策の特徴が重要である。スイッチ制御部２４は本実施態様では、第１のサブセット２５Ａの切換パルスジェネレータ部２２を１５μｓ間ターンオンするようになっている。スイッチ制御部２４が第１のサブセット２５Ａの切換パルスジェネレータ部２２をターンオフすると同時に、第２のサブセット２４Ｂの切換パルスジェネレータ部２２は付加的１５μｓの間ターンオンされる。そして、全６個のサブセット２５Ａ−Ｆが各１５μｓ、合わせて９０μｓを付与する迄、これが繰り返される。
【００４４】
第１のサブセット２５Ａの切換パルスジェネレータ部２２がターンオフされると、接続装置１４の高速再充電回路は切換パルスジェネレータ部２２の回復に備える。全部で２１０Ｊが第１のサブセット２５Ａ内の切換パルスジェネレータ部２２に供給されなければならない。電源１２Ａは電圧１０００Ｖで電力約３ＭＷを出力できるので、第１のサブセット２５Ａ内の切換パルスジェネレータ部２２Ａの回復時間は７５μｓより短くすることができる。換言すれば、第１のサブセット２５Ａ内の切換パルスジェネレータ部２２は、６番目のサブセット２５Ｆが開始後９０μｓでその電力配電を終了するとき既に、新たな放電動作の準備ができている。これは、第１のサブセット２５Ａ内の切換パルスジェネレータ部２２は、６番目のサブセット２５Ｆ内の切換パルスジェネレータ部２２のターンオフと同時に、ターンオンされ得、この手順は繰り返し可能なことを意味する。初めの４個のサブセット２５Ａ-Ｄを各４度、６番目のサブセット２５Ｆを２度、５番目のサブセット２５Ｅを完全に２度及び有限持続時間１０μｓの時間動作させることにより、３ｘ４ｘ１５μｓ＋２ｘ２ｘ１５μｓ＋１０μｓ＝２５０μｓの全パルスが得られる。２５０μｓパルスを生成するため、１サブセットのパルス発生器がもう１０μｓを上のパルス系列の端部に加えねばならない。これは、スイッチは任意の時間にターンオン及びターンオフするよう指令が可能なので、容易に為される。この全ては、スイッチ制御部２４によりなされるように切換パルスジェネレータ部２２をスイッチオン及びオフする瞬時を適宜制御することにより、可能である。２５０μｓパルスは従って、正確に互いに適合するように制御される異なるサブセットからのより短いパルスから組成される。これは図８Ｂに示されている。同図において、異なる参照文字は夫々のサブセットからの個々のパルスを示す。そして、この手順は１６０Ｈｚの繰返し率で繰り返され、平均電力５６０ｋＷを出力する。
【００４５】
多数の短パルスを組み合わせることにより長パルスを提供する発想は、電圧が時間的に制御可能に変化するパルスを生成する可能性を開く。図１０Ａに、比較的低電圧で開始し、最大値まで順次増大する電圧パルスを示す。これは、切換パルスジェネレータ部のサブグループを順次増大出力電圧に、良く制御された仕方で関係付けることによる達成される。この特定の実施例では、全パルスを５つの電圧値で構成するものとして、少なくとも５つのサブグループが用いられる。図１０Ｂ及び図１０Ｃは、同じタイプの装置により得られる他のパルス形状の非限定例を示す。
【００４６】
パルス出力の４番目の要求例では、極性の交番するパルスが要求される。その要求電圧を図１１に示す特定の実施例において、双極性パルス、即ち正パルス間に負パルスが挟まれるものが要求される。このため、切換パルスジェネレータ部を含むブリッジ回路が用いられる。図１２に、そのような双極性パルスを提供できる電力モジュレータの実施態様を示す。この実施態様では、４個の切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｄが２つのサブセット２５Ａ-Ｂに類別される。本実施例においては、切換パルスジェネレータ部２２Ａ-Ｄ各々に対して、１つのＩＧＢＴスイッチ５４Ｅ-Ｈが出力に接続され出力を選択的にグループ化できるようにしている。第１のサブセット２５Ａの切換パルスジェネレータ部２２Ａ、Ｃが変圧器３８の夫々の一次巻線３２の第１端部３１に接続されている。同様に、第２のサブセット２５Ｂの切換パルスジェネレータ部２２Ｂ、Ｄが変圧器３８の夫々の一次巻線３２の第２端部３３に接続されている。前記実施態様と共通する参照符号は、図面の読み易さの向上のため、省略されている。ＩＧＢＴスイッチ５４Ｅ−Ｈはまた、スイッチ制御部２４により制御可能である。
【００４７】
動作は以下のように述べることができる。第１の、正パルスの開始するｔ５時 (図１１)に、第１のサブセット２５ＡのＩＧＢＴスイッチ５４Ａ及び５４Ｃがターンオンされる。正の電圧パルスが、一次巻線３２の第１端部３１に供給される。同時に、一次巻線３２の第２端部３３を接地するため、ＩＧＢＴスイッチ５４Ｆ及び５４Ｈがターンオンされる。ターンオフのｔ６時（図１１）に、ＩＧＢＴスイッチ５４Ａ及び５４Ｃが先ずスイッチオフされ、その後短時間、典型的には数μｓで、ＩＧＢＴスイッチ５４Ｆ及び５４Ｈがターンオフされる。これは、ＩＧＢＴスイッチ５４Ａ及び５４Ｃを損傷させずに、ターンオフ過渡電圧及び電流を消え去らせるために行われる。第２の、負パルスの開始するｔ７（図１１）時に、第２のサブセットのＩＧＢＴスイッチ５４Ｂ及び５４Ｄがターンオンされる。こうして、正の電圧が一次巻線３２の第２の端部３３に供給される。同時に、ＩＧＢＴスイッチ５４Ｅ及び５４Ｇが一次巻線３２の第１の端部３１を接地させるためターンオンされる。これにより、逆極性の電圧が変圧器一次巻線３２に印加される。パルス持続時間の後、ｔ８（図１１）時に、ＩＧＢＴスイッチ５４Ｂ及び５４Ｄが先ずスイッチオフされ、その後短時間で、ＩＧＢＴスイッチ５４Ｅ及び５４Ｇがターンオフされる。このサイクルがｔ９（図１１）から繰り返し起こる。
【００４８】
大きさの異なる正パルスを印加する実施態様の場合と同様に、ターンオン及びターンオフ時刻並びに持続時間はどのような組み合わせでも変えることができる。図４Ａ−Ｅ及びその説明参照。
【００４９】
電力モジュレータが、例えばクライストロン又は他のｅ−ガン型に電力供給しようとするとき、負荷に電圧依存インピーダンスがあることを考えなければならない。通常、最大電力が供給される場合、特定のインピーダンスを被る。電力が最大値より低ければ、インピーダンスが異なる。電力モジュレータの回路は特定のインピーダンスに同調されることが多いので、そのようなシナリオは場合によっては厄介なものとなり得る。
【００５０】
だが、本開示に提示される概念においては、電圧依存インピーダンスは寧ろ容易に取り扱われる。サブグループにおける多数の切換パルスジェネレータ部を同期して電圧パルスを提供することにより、パルス整形における適応性が組み込まれる。第１の高電圧パルスをクライストロンに供給するとき、所定数の切換パルスジェネレータ部を含むサブグループを用いることができる。代わって電圧のやや低いパルスをクライストロンに供給するとき、より低数の切換パルスジェネレータ部を含むもう１つのサブグループを用いることができる。負荷インピーダンスは上記第１の電圧におけるより大きくなり、動作する切換パルスジェネレータ部数がより少ない場合の、部内パルス整形回路のこのより大きい出力インピーダンスが、負荷電圧の正確な平坦性及びオーバーシュートを維持するのに申し分なく十分な新しい負荷に対応（整合）することになろう。切換パルスジェネレータ部の出力電圧を変更するための装置及び時間があれば、サブグループは重なり合っても良く、そうでない場合には、重なり合いの無いサブグループが用いられなければならない。
【００５１】
殆どのクライストロン及びトワイストロン管は、電流が電圧の３／２倍として変化する空間電荷制限電流を引き込む。従ってＶ／Ｉ比、負荷インピーダンスは電圧の逆平方根として変化する。例えば、電圧が最大の半分に落ちると、負荷インピーダンスは、全電圧におけるその値の１．４１４倍に上昇するであろう。従って、この新たなインピーダンスとの整合のためには、最大における状況と比較して、切換パルスジェネレータ部の僅か１／１．４１４＝０．７０７、即ち７０％のみを動作させるべきである。最大電圧において３個の切換パルスジェネレータ部が用いられるとすると、半電圧（６７％）において２個の切換パルスジェネレータ部で動作させるのが適切であろう。図１による電力モジュレータの実施態様は例えば、切換パルスジェネレータ部の出力電圧を変更する手段が無い場合に使用可能であろう。だが、第２のサブグループ２５Ｂの切換パルスジェネレータ部を低電圧に充電する手段は設けられなければならない。
【００５２】
図１３に、切換パルスジェネレータ部の出力電圧を２つの出力電圧の間で変化させるのに十分な時間のある場合の電力モジュレータの実施態様が提示されている。ここで、負荷４０はクライストロン型のものであるとする。この実施態様では、第１のサブグループ２５Ａと第２のサブグループ２５Ｂは２個の切換パルスジェネレータ部を共通に有している。最大電圧のパルスが提供されようとするとき、サブグループ２５Ａが用いられ、電源１２はスイッチ制御部２４により制御されて適宜電圧を供給する。最大値の半分のパルス電圧に変化させるとき、第２のサブグループ２５Ｂの切換パルスジェネレータ部２２がその電荷の幾分かをダンピング回路５８を通して放電させる。低電圧のパルスが提供されようとするとき、第２のサブグループ２５Ｂがパルスを出力するのに用いられる。
【００５３】
更に注意すべきは、これは電流及び電力処理の観点から保存的なことである。半電圧において、電流は全電圧値の、半分以上を、即ち３５％に低減される。従って、切換パルスジェネレータ部の数が少なくなっても、各切換パルスジェネレータ部のスイッチングする電流は全電力におけるものより少なくなろう。数的には、各々は全電力におけるものの約半分の電流をスイッチングしている。これは、切換パルスジェネレータ部数をこのように低減しても、例えば加熱の見地から容認できることを意味する。切換パルスジェネレータ部は全電力におけるよりずっと低温で動作するであろう。
【００５４】
今日の殆どの応用分野では、急峻な立ち上り及び立ち下りをもつ「良く成形された」パルスが望ましい。だが、変圧器の一次側のインピーダンスを適合する可能性はまた、他の形状のパルスの提供にも拡がる。切換パルスジェネレータ部の一部を、他の切換パルスジェネレータ部の動作中にターンオンする、及び／又は切換パルスジェネレータ部の一部を、他が動作を連続せしめられている間にターンオフすることにより、ターンオン及び／又はターンオフに引続くインピーダンスの変化による複雑な形状をもつパルスを生成できよう。
【００５５】
図１４に、本発明による方法の実施態様の手順のフロー図を示す。一連の電圧パルスを生成する方法は手順２００で始まる。手順２１０において、複数の切換パルスジェネレータ部が充電される。手順２１０において、複数の切換パルスジェネレータ部の第１のサブセットの切換パルスジェネレータ部が第１の瞬時に変圧器装置を介して、負荷に接続、又は負荷から切断される。手順２３０において、複数の切換パルスジェネレータ部の第２のサブセットの切換パルスジェネレータ部が第２の瞬時に変圧器装置を介して、負荷に接続、又は負荷から切断される。第２の瞬時は第１の瞬時とは異なる。第２のサブセットは第１のサブセットとは異なる。方法は手順２９９で終了する。
【００５６】
切換パルスジェネレータ部は好ましくは、ここに引用によりそれ等全体に付いて挿入されるＵＳ５９０５６４６及びＵＳ６７４１４８２Ｂの原理により設計される。だが、用い得る切換パルスジェネレータ部は他種の設計のものでも良い。実際、パルス形成回路の伴う高電圧コンデンサに基づく切換パルスジェネレータ部を使用できる。かかる解決策はしばしば、サイリスタスイッチ又はシリコン制御整流器スイッチ等のスイッチに基づく。この型式のスイッチもまた、電子的制御ターンオンを可能にする。だが、かかるスイッチには、オンデマンドでターンオフできないと云うデメリットがある。実際、それ等は全荷電が出力されるまでターンオンし続ける。これは、上記実施態様の幾つかはかかる解決策をもってしては実現できないことを意味している。実施態様は従って、ターンオン及びターンオフの両方に付き制御可能なスイッチを用いるのが好ましい。
【００５７】
上記種々の実施態様から分かるように、電力モジュレータの動作に資する３つのブロック、即ち電源装置、パルス発生装置及び変圧器装置がある。個々のブロックの設計は、選択肢の殆どの組み合わせが少なくとも所定の電力又は電圧要求に対して実用可能になると云う意味で互いにやや独立している。これは、異なる実施態様における異なる部分解決策は、技術的に可能な場合、他の構成でも組み合わせ得ることを意味する。だが、これ等のブロックは実際上、一緒に動作するので、電力モジュールの全ブロックに対して適切な選択肢の選択と云う或る程度の配慮がなくてはならない。
【００５８】
特に、電源装置は電源１つの又は複数から成るものとして良い。切換パルスジェネレータ部と電源が同数であれば、各切換パルスジェネレータ部は各電源に夫々、終始接続されて良い。同一出力電圧を提供する複数の切換パルスジェネレータ部は共通の電源に終始接続されて良い。切換パルスジェネレータ部が異なる電圧を提供する場合は、出力電圧当たり少なくとも１つの電源か、同一出力電圧を提供する切換パルスジェネレータ部に電源を同時にのみ繋ぐスイッチ装置が設けられなければならない。
【００５９】
変圧器側には、変圧器装置を種々の仕方で設けることができる。切換パルスジェネレータ部は、各々がその独自の、二次側で相互接続の変圧器をもって良い。共通の変圧器も設けても良く、それに２つ以上の切換パルスジェネレータ部が接続される。切換パルスジェネレータ部を、電気的結合又は結合分離される共通変圧器の一次側に接続することにより磁気結合することができる。
【００６０】
典型的なパルス繰返し率は１Ｈｚ〜１０００Ｈｚ、更に１５０００Ｈｚ迄であり、これは、典型的な最低可能パルス繰返し時間が約７０μｓ〜１ｓの範囲にあることを意味する。異なる電圧を異なるサブセットに用いる場合は、最も重要な時間は印加されるべき異なる電圧間の切換え時間である。切換パルスジェネレータ部は一般に１つの電圧設定から別の電圧設定に変わるのに時間を多少要するものであり、本発明は、２つのサブセットに対するオン又はオフ瞬時間の差が、そのような切換え時間より小なるとき、更により有用になる。
【００６１】
本発明は、好ましくは１ｋＶ又は１ｋＷより夫々高い電圧及び／又は電力出力用に極めて有益である。この有益性は一般に電圧及び／又は電力と共に高まる。一般に利用可能な代替が少ないからである。本発明は従って、１０ｋＷ以上、更に好ましくは５０ｋＷ以上の電力用により好ましい。同様に、本発明は１０ｋＶ以上、更に好ましくは１００ｋＶ以上の電圧用により好ましい。
【００６２】
上述の実施態様は、本発明の数例示実施例として理解されるべきである。種々の修正、組み合わせ及び変更が、本発明の範囲を逸脱することなく、これ等実施態様になされ得ることが当業者に理解されよう。特に、異なる実施態様における異なる部分解決策は技術的に可能な場合、他の構成において組み合わせ得るものである。本発明の範囲は、しかし、添付請求の範囲に定義される。
【符号の説明】
【００６３】
１０：電源装置
１２：電源
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ：電源
１４：接続装置
２０：パルス発生装置
２２：複数の切換パルスジェネレータ部
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ：切換パルスジェネレータ部
２４：スイッチ制御部
２５Ａ：第１のサブセット
２５Ｂ：第２のサブセット
２５Ｃ、２５Ｄ、２５Ｅ：サブセット
２６：複数の切換パルスジェネレータ部の入力端子
２８：複数の切換パルスジェネレータ部の出力端子
３０：変圧器装置
３１：一次巻線の第１端部
３３：一次巻線の第２端部
３２：一次側、
３２Ａ、３２Ｂ：一次巻線
３４：二次側、
３６：鉄心
３８：共通変圧器
３７：ダイオードストリング
３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ，３８Ｄ、３８Ｅ：変圧器
３９：変圧器装置出力端子
４０：負荷
５１：エネルギー蓄積器
５２Ａ、５２Ｂ：コンデンサ
５３：スイッチ
５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅ，５４Ｆ、５４Ｇ、５４Ｈ：スイッチ
５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄ：パルス平滑回路
５６Ａ、５６Ｂ：ダイオード
５７：逆流防止ダイオード
５８：ダンピング回路
【図１】
0005414790.tif 000002
【図２】
0005414790.tif 000003
【図３】
0005414790.tif 000004
【図４（Ａ）】
0005414790.tif 000005
【図４（Ｂ）】
0005414790.tif 000006
【図４（Ｃ）】
0005414790.tif 000007
【図４（Ｄ）】
0005414790.tif 000008
【図４（Ｅ）】
0005414790.tif 000009
【図５】
0005414790.tif 000010
【図６】
0005414790.tif 000011
【図７】
0005414790.tif 000012
【図８（Ａ）】
0005414790.tif 000013
【図８（Ｂ）】
0005414790.tif 000014
【図９】
0005414790.tif 000015
【図１０（Ａ）】
0005414790.tif 000016
【図１０（Ｂ）】
0005414790.tif 000017
【図１０（Ｃ）】
0005414790.tif 000018
【図１１】
0005414790.tif 000019
【図１２】
0005414790.tif 000020
【図１３】
0005414790.tif 000021
【図１４】
0005414790.tif 000022