(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可飽和リアクトルを磁気スイッチ手段とし、該可飽和リアクトルのリセット巻線にリセット電流を供給して可飽和リアクトルの鉄心を逆励磁しておく磁気リセット回路を設けたパルス電源において、
前記磁気リセット回路は、
前記リセット巻線にリセット電流を常時供給する直流電源と、
前記直流電源のリセット電流出力端に設けられ、リセット電流路のサージが該直流電源へ侵入するのを抑制する第１のリアクトルと、
前記第１のリアクトルと前記リセット巻線との間に設けられ、該リセット巻線に発生する誘導電流を抑制する第２のリアクトルと、
前記第２のリアクトルと前記リセット巻線との直列回路に並列に設けられ、前記誘導電流を第２のリアクトルに循環させるダイオードと、を備えたことを特徴とするパルス電源。
【請求項２】
前記磁気リセット回路は、複数の可飽和リアクトルのリセット巻線の直列接続回路に一括してリセット電流を供給する構成としたことを特徴とする請求項１記載のパルス電源。
【請求項３】
前記磁気リセット回路は、前記直流電源と第１のリアクトルとダイオードを有する複数の回路から１つの前記第２のリアクトルを通して前記リセット巻線にリセット電流を供給する構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のパルス電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧・大電流の短パルスを発生するパルス電源に係り、特に可飽和リアクトルを磁気スイッチ手段とするパルス電源における可飽和リアクトルの磁気リセット回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルスレーザ励起やパルスプラズマ発生，パルス脱硝装置等のパルス電源には、サイラトロンスイッチやトリガトロンスイッチ等の放電スイッチを用いて直接に高電圧・大電流をスイッチングすることでパルスを発生するものと、半導体スイッチと磁気スイッチになる可飽和リアクトルを組合せたものがある。
【０００３】
図４は、半導体スイッチと可飽和リアクトルを組み合わせたパルス電源の例を示す。
【０００４】
コンデンサ１は、高圧直流電源２により初期充電される。半導体スイッチ３は、レーザヘッド４の放電周期にしたがって投入制御される。半導体スイッチ３の投入により、コンデンサ１の電圧が可飽和リアクトル５とコンデンサ６の直列回路に印加される。
【０００５】
この電圧印加により、可飽和リアクトル５には電流が流れ始めてコンデンサ６を充電する。この電流により、可飽和リアクトル５は励磁され、ある値以上で飽和してインダクタンスが急激に低下する。この磁気スイッチ動作により、コンデンサ１からコンデンサ６への電流が急上昇し、コンデンサ６にはパルス圧縮した急速充電をする。
【０００６】
同様に、コンデンサ６の充電電圧は、可飽和リアクトル７の磁気スイッチ動作でコンデンサ８をパルス圧縮した急速充電をし、さらにコンデンサ８の充電電圧を可飽和リアクトル９でパルス圧縮してレーザヘッド４に放電する。
【０００７】
このような可飽和リアクトルを磁気スイッチ手段とするパルス電源において、可飽和リアクトル５、７、９は、磁気スイッチ動作後には飽和状態から非飽和状態に戻るが、このままでは鉄心（磁性体）に残留磁気が存在し、次回の磁気スイッチ動作にパルス圧縮効果が得られなくなる。
【０００８】
この現象を図５で説明する。同図は、可飽和リアクトルの鉄心の磁化曲線を示し、初期励磁では点Ｏから点Ｐさらには点Ｐ１に向かって移動し、励磁電流により動作点Ｐに達したときに磁束密度Ｂの飽和を起こし、可飽和リアクトルが飽和状態になる。
【０００９】
この後、磁気スイッチ動作後の励磁電流の減少で磁化力Ｈが減少すると、鉄心は飽和状態から非飽和状態に戻り、動作点Ｑになって残留磁気が残る。
【００１０】
この状態で、次回の磁気スイッチ動作をさせようとうすると、鉄心の動作点はＱからＰを経てＰ１への移動になり、その磁束変化が小さいため非飽和時の可飽和リアクトルのインダクタンスが十分に大きくなり得ず、パルス圧縮が殆ど行えなくなる。
【００１１】
そこで、磁気スイッチ動作を行った後、鉄心に逆励磁電流を流し、その動作点をＱからＲ点に戻し、さらに逆励磁電流の消滅で動作点Ｓに戻しておく、いわゆる磁気リセットを行い、次回の磁気スイッチ動作に備える。
【００１２】
この磁気リセットを行うため、図４に示すように、各可飽和リアクトル５、７、９、には磁気リセット回路を設けている。この磁気リセット回路は、各可飽和リアクトルの鉄心にリセット巻線１０〜１２を設け、これら巻線１０〜１２にリセット用電源になる直流電源１３〜１５から半導体スイッチ１６〜１８の投入で逆励磁電流を供給する。
【００１３】
半導体スイッチ１６〜１８は、リセット動作後には開放され、直流電源１３〜１５をリセット巻線１０〜１２から遮断する。すなわち、リセット巻線１０〜１２は、可飽和リアクトルの主巻線と電磁的に結合しているため、可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作時にリセット巻線から直流電源へ高圧誘導電圧が印加されないようにして直流電源を保護する。
【００１４】
半導体スイッチ１６〜１８に代わる他の方式として、直流電源１３〜１５とリセット巻線１０〜１２との間に設けるインピーダンス素子１９〜２４を高いインピーダンスを持たせてスイッチ１６〜１８を省略した構成もある。
【００１５】
図６の（ａ）、（ｂ）は、磁気リセット回路の他の方式を示し、交流又は直流の外部電源２５からトランス２６を通して２つの可飽和リアクトル２７、２８の主巻線に直接にリセット電流を供給する場合である。この場合も半導体スイッチ２９、３０によりリセット用電源と可飽和リアクトルとの間の遮断を得る。また、（ｂ）の場合はトランスと可飽和リアクトルとの間の遮断も得る。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気リセット回路は、可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作時にリセット巻線に発生する誘導電圧からリセット用電源等を保護するために、半導体スイッチや高インピーダンス素子を設けるようにしている。
【００１７】
このうち、半導体スイッチを設ける回路では、半導体スイッチのオン・オフ制御回路を必要とするし、可飽和リアクトルの動作との間のタイミング及び各半導体スイッチ間のタイミングなど、各半導体スイッチのオン・オフのタイミング制御が難しくなる。
【００１８】
特に、高い繰り返し動作になるパルス電源では、半導体スイッチも高い繰り返しでオン・オフ制御しなければならず、適切なタイミングでリセット電流を供給するためには、回路構成等を考慮しなければならず、そのタイミング制御が極めて難しくなる。
【００１９】
なお、半導体スイッチを省略して高いインピーダンス素子とする場合は、磁気リセット回路に存在する浮遊容量等によりリセット電流供給に遅れが発生し、高い繰り返し動作のパルス電源には適用できない。
【００２０】
従来装置の他の課題として、複数の可飽和リアクトルに一括してリセット電流を供給するにはトランスと半導体スイッチを必要とし、磁気リセット回路が一層複雑になる。
【００２１】
本発明の目的は、磁気リセット回路に半導体スイッチを設けることなくリセット用電源を保護できるようにしたパルス電源を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、高い繰り返し動作にも確実にリセット電流を供給できるようにしたパルス電源を提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、複数の可飽和リアクトルを一括して磁気リセットを行うのにトランスを不要にしたパルス電源を提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、リセット電流の増大を確実、容易にしたパルス電源を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、可飽和リアクトルを磁気スイッチ手段とし、該可飽和リアクトルのリセット巻線にリセット電流を供給して可飽和リアクトルの鉄心を逆励磁しておく磁気リセット回路を設けたパルス電源において、前記磁気リセット回路は、前記リセット巻線にリセット電流を常時供給する直流電源と、前記直流電源のリセット電流出力端に設けられ、リセット電流路のサージが該直流電源へ侵入するのを抑制する第１のリアクトルと、前記第１のリアクトルと前記リセット巻線との間に設けられ、該リセット巻線に発生する誘導電流を抑制する第２のリアクトルと、前記第２のリアクトルと前記リセット巻線との直列回路に並列に設けられ、前記誘導電流を第２のリアクトルに循環させるダイオードと、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、磁気リセット回路は、複数の可飽和リアクトルのリセット巻線の直列接続回路に一括してリセット電流を供給する構成としたことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、磁気リセット回路は、直流電源と第１のリアクトルとダイオードを有する複数の回路から１つの第２のリアクトルを通してリセット巻線にリセット電流を供給する構成としたことを特徴とする
以上の各構成になる本発明は、リセット巻線にはリセット電流を常時供給することにより、可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作にタイミングを合わせるスイッチを不要にして磁気リセットを行う。
【００２８】
また、リセット巻線に発生する誘導電流は第２のリアクトルで抑制しながらダイオードにより第２のリアクトルに循環させ、誘導電流が直流電源側に侵入するのをスイッチを設けることなく防止して直流電源を保護する。また、第１のリアクトルにより直流電源をサージから保護する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示す磁気リセット回路図である。リセット用電源になる直流電源４１から可飽和リアクトル４２のリセット巻線４３に供給するリセット電流路には、リアクトル４４と抵抗４５及びリアクトル４６を直列に設ける。また、抵抗４５とリアクトル４６とリセット巻線４３との直列回路に並列にダイオード４７を設ける。このダイオード４７は、直流電源４１の出力極性に対して逆方向にされ、直流電源４１からリセット巻線４３へのリセット電流には作用せず、リセット巻線４３からの誘導電流には導通して該電流を循環させる。
【００３０】
抵抗４５は、直流電源４１の電圧との関係からリセット巻線４３へのリセット電流を設定する抵抗値にされる。
【００３１】
リアクトル４４は、直流電源４１の出力端に設けられ、リセット電流路に発生するサージ（高周波電流）が直流電源４１に侵入するのを抑制するサージ抑制手段にされる。リアクトル４６は、リアクトル４４とリセット巻線４３の間に設けられ、可飽和リアクトル４２の磁気スイッチ動作時に発生する誘導電流を抑制するための誘導電流抑制手段にされる。このため、リアクトル４４のインダクタンスＬ４４と、リアクトル４６のインダクタンスＬ４６は、Ｌ４６≫Ｌ４４の関係に設定される。
【００３２】
ダイオード４７は、リセット電流には阻止状態になり、可飽和リアクトル４２の磁気スイッチ動作時に発生する誘導電流には抵抗４５とリアクトル４６を通してリセット巻線４３に循環させることにより、誘導電流が直流電源４１側に流れ込むのを抑制する。
【００３３】
以上の回路構成において、図１中に矢印ＩＲで示すリセット電流は、回路に半導体スイッチを設けることなく、リセット巻線４３に常時供給される。このときの電流値は抵抗４５の抵抗値により決定され、可飽和リアクトル４２の鉄心を逆励磁しておく。この状態は、鉄心を図５の動作点Ｒ近辺に励磁しておき、最小のリセット電流で鉄心の逆励磁を得る。
【００３４】
このリセット電流ＩＲが常時供給されている状態で、可飽和リアクトル４２が磁気スイッチ動作したとき、リセット巻線４３には誘導電流が発生する。この誘導電流は、図１中に矢印Ｉｉで示す方向に発生し、ダイオード４７を通して抵抗４５及びリアクトル４６側に循環し、直流電源４１側へ印加されるのを防止する。また、誘導電流Ｉｉは、リアクトル４６のインダクタンスにより抑制し、誘導電流のエネルギーは、抵抗４５で吸収される。
【００３５】
また、誘導電流の発生に、サージが含まれる場合にはリアクトル４４により直流電源４１をサージ電流から保護する。
【００３６】
したがって、本実施形態によれば、リセット用電源になる直流電源４１と可飽和リアクトル４２のリセット巻線４３との間には、回路を遮断するための従来の半導体スイッチを不要にするため、該スイッチ自体を不要にすると共に、そのオン・オフのタイミング制御が不要になる。
【００３７】
また、リセット電流は常時供給するため、高い繰り返し動作にもリセット電流の供給タイミングを考慮することなく、リセット電流を確実に供給できる。なお、リアクトル４６及び４４は、誘導電流など高周波電流阻止用になるため、直流になるリセット電流に対しては影響しない。
【００３８】
さらに、可飽和リアクトル４２の磁気スイッチ動作で発生する誘導電流は、ダイオード４７でリセット巻線側に循環させ、リアクトル４６で抑制するため、直流電源４１への印加を阻止し、直流電源４１を誘導電流から保護することができる。
【００３９】
なお、図１の構成において、直流電源４１の電流容量を大きくすることなくリセット電流を等価的に増大させるには、リセット巻線４３の巻数を増やすことでリセット磁化レベルを増加させることができる。この場合、リセット巻線の巻数の増大で誘導電圧も大きくなることから、ダイオード４７の耐電圧を大きくするか、複数のダイオードの直列接続で対応できる。
【００４０】
図２は、本発明の他の実施形態を示す磁気リセット回路である。同図は、複数個の可飽和リアクトル５１１〜５１Ｎの各リセット巻線５２１〜５２Ｎに対して、１つの直流電源５３から一括してリセット電流を供給する場合を示す。
【００４１】
本実施形態においては、各リセット巻線５２１〜５２Ｎの直列接続回路を１つのリセット巻線として取り扱い、図１の回路と同様に、直流電源５３からサージ抑制用のリアクトル５４とリセット電流設定用の抵抗５５及び誘導電流抑制用のリアクトル５６を通してリセット電流を供給し、リアクトル５６で誘導電流を抑制しながらダイオード５７により誘導電流を循環させる。
【００４２】
本実施形態においても、図１の場合と同様に、従来の半導体スイッチを不要にしながらリセット電流を確実に供給できる。また、誘導電流から直流電源を保護することができる。さらに、従来のトランスと、これをリセット巻線から切り離すための半導体スイッチが不要になる。
【００４３】
図３は、本発明の他の実施形態を示し、２つの直流電源から１つのリセット巻線にリセット電流を供給する場合である。
【００４４】
直流電源６１と６２は、それぞれサージ抑制用のリアクトル６３、６４とリセット電流設定用抵抗６５、６６を通して１つの誘導電流抑制用リアクトル６７に接続し、リアクトル６７から可飽和リアクトル６８のリセット巻線６９にリセット電流を供給する。また、誘導電流の循環用ダイオード７０、７１を備える。
【００４５】
本実施形態によれば、リセット電流を増大する方法として、前記のようにリセット巻線の巻数を増大させる場合、１つの直流電源方式ではダイオードの耐電圧や複数ダイオードの負担電圧バランスに問題がある場合に採用してこれら問題を解消できる。
【００４６】
また、既設の１つの直流電源では所期のリセット電流を供給するのに電圧不足や電流不足となる場合に採用してこれら問題を解消できる。例えば、可飽和リアクトル６８を図２のように複数個設け、そのリセット巻線を直列接続してリセット電流を供給する場合では１つの直流電源では電圧又は電流容量が不足する場合に２台（又は３台）以上の直流電源を設けた図３の構成で対応できる。
【００４７】
以上までの実施形態において、直流電源４１、５３、６１、６２は、電圧源構成とするに限らず、電流源構成や電池構成として同等の作用効果を得ることができる。電流源構成では抵抗４５、５５、６５、６６を省略できるが、誘導電流のエネルギー吸収手段として設けられる場合もある。
【００４８】
また、パルス電源の主回路構成は、図４のものに限らず、可飽和リアクトルを磁気スイッチ手段とするパルス電源に適用できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、リセット巻線にはリセット電流を常時供給し、リセット巻線からの誘導電流は誘導電流抑制用リアクトルとダイオードにより抑制すると共に直流電源側への侵入を防いでその保護をし、さらにサージ抑制用リアクトルでサージから直流電源を保護する構成としたため、以下の効果がある。
【００５０】
（１）リセット電源とリセット巻線との間を遮断する半導体スイッチとその制御手段が不要になる。
【００５１】
（２）リセット電流を常時供給するため、可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作とのタイミング合わせをすることなく、高い繰り返しの磁気スイッチ動作にも確実にリセット電流を供給できる。
【００５２】
（３）誘導電流及びサージから磁気リセット回路の電源を保護できる。
【００５３】
（４）トランスを設けることなく、複数の可飽和リアクトルを一括して磁気リセットを行うことができる。
【００５４】
（５）リセット電流を増大する場合や直流電源の電圧・電流容量が不足する場合にも容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す磁気リセット回路。
【図２】本発明の他の実施形態を示す磁気リセット回路。
【図３】本発明の他の実施形態を示す磁気リセット回路。
【図４】従来のパルス電源と磁気リセット回路。
【図５】可飽和リアクトルの鉄心の磁化曲線。
【図６】従来の磁気リセット回路。
【符号の説明】
４１、５３、６１、６２…直流電源
４２、５１１、６８…可飽和リアクトル
４３、５２１、６９…リセット巻線
４４、５４、６３、６４…リアクトル
４５、５５、６５、６６…抵抗
４６、５６、６７…リアクトル
４７、５７、７０、７１…ダイオード
【図１】
0003605896.tif 000002
【図２】
0003605896.tif 000003
【図３】
0003605896.tif 000004
【図４】
0003605896.tif 000005
【図５】
0003605896.tif 000006
【図６】
0003605896.tif 000007