(57)【要約】【課題】還流ダイオードの破壊の心配がないパルス電源装置を提供すること。【解決手段】パルス電源装置１は、直列に接続された直流電源ＶＢ、スイッチＳＷおよびリアクトルＬＣＬを含む主回路２と、リアクトルＬＣＬに並列に接続された還流回路３とを備えた、負荷としての電子管ＥＴにパルス電流を印加するための装置であって、主回路２に直列に接続された可飽和インダクタＬＳをさらに備える。還流回路３は、少なくとも１つの還流ダイオードＤＣとを含む。【選択図】図１
2018072863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された直流電源、スイッチおよびリアクトルを含む主回路と、前記リアクトルに並列に接続された還流回路とを備えた、負荷としての電子管にパルス電流を印加するためのパルス電源装置であって、
前記主回路に直列に接続された可飽和インダクタをさらに備え、
前記還流回路は、少なくとも１つの還流ダイオードとを含む
ことを特徴とするパルス電源装置。
【請求項２】
前記可飽和インダクタの不飽和時のインダクタンスをＬＳ、前記可飽和インダクタの飽和磁束をφＳ、前記還流ダイオードが許容する逆方向の電流の傾きの上限をｄｉ／ｄｔ（ｒｒｍａｘ）、前記還流ダイオードの逆回復遅れ時間をＴｒｒｄ、前記スイッチの導通状態をオンにしたときに前記電子管と前記主回路の接続部に現われる電圧をＶＥＴとしたとき、
前記可飽和インダクタのインダクタンスＬＳが“ＶＥＴ÷ｄｉ／ｄｔ（ｒｒｍａｘ）”よりも大きく、かつ、前記可飽和インダクタの飽和磁束φＳが“ＶＥＴ×Ｔｒｒｄ”よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子管等の負荷にパルス電流を供給するためのパルス電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に、従来から知られているパルス電源装置１０を示す。同図に示すように、パルス電源装置１０は、直列に接続された直流電源ＶＢ、スイッチＳＷおよびリアクトルＬＣＬを含む主回路１１と、リアクトルＬＣＬに並列に接続された還流回路１２とを備えている。また、還流回路１２は、還流抵抗器ＲＣと、これに直列接続された２つの還流ダイオードＤＣと、各還流ダイオードＤＣに並列接続されたスナバ回路（Ｒｄｃｓ，Ｃｄｃｓ）とを含んでいる。このパルス電源装置１０は、使用時に、主回路１１に設けられた端子Ｔが電子管ＥＴのカソードに接続される。
【０００３】
スイッチＳＷの導通状態をオフからオンに切り替えると、“電子管ＥＴのカソード→リアクトルＬＣＬ→スイッチＳＷ→直流電源ＶＢ”の経路で電流が流れ、電子管ＥＴが作動する。そして、スイッチＳＷの導通状態をオフに切り替えると、上記の経路が失われて電子管ＥＴが停止するとともに、リアクトルＬＣＬに蓄積されていたエネルギーにより、“リアクトルＬＣＬ→還流抵抗器ＲＣ→還流ダイオードＤＣ→還流ダイオードＤＣ→リアクトルＬＣＬ”の経路を還流する電流が流れる。
【０００４】
なお、上記の構成は、例えば、特許文献１の図５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９１８９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のパルス電源装置１０では、図５に示すように、時刻ｔ１においてスイッチＳＷの導通状態を再びオフからオンに切り替えると、“電子管ＥＴのカソード→還流ダイオードＤＣ→還流ダイオードＤＣ→還流抵抗器ＲＣ→スイッチＳＷ→直流電源ＶＢ”の経路で還流ダイオードＤＣの逆方向の電流Ｉｄｃ（逆回復電流）が流れはじめ、マイクロ秒オーダーの僅かな逆回復遅れ時間Ｔｒｒｄが経過した後に、還流ダイオードＤＣに比較的大きな逆方向の電圧Ｖｄｃ（逆回復電圧）が生じる。また、逆回復電流Ｉｄｃの立ち上がり時の傾きは急峻である。このため、従来のパルス電源装置１０では、逆回復電流Ｉｄｃの傾きが急峻過ぎるために還流ダイオードＤＣが逆回復不能となって破壊されたり、波形Ｐｄｃｒｒ（＝Ｉｄｃ×Ｖｄｃ）で示される逆回復損失電力が過大となることによって還流ダイオードＤＣが熱的に破壊されたりすることがあった。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、還流ダイオードの破壊の心配がないパルス電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るパルス電源装置は、直列に接続された直流電源、スイッチおよびリアクトルを含む主回路と、該リアクトルに並列に接続された還流回路とを備えた、負荷としての電子管にパルス電流を印加するためのパルス電源装置であって、主回路に直列に接続された可飽和インダクタをさらに備え、還流回路は、少なくとも１つの還流ダイオードとを含むことを特徴とする。
【０００９】
この構成では、可飽和インダクタが主回路に直列接続されているので、スイッチＳＷの導通状態を再びオフからオンに切り替えたときの逆回復電流の急峻な立ち上がりが該可飽和インダクタのインダクタンスによって抑制される。したがって、この構成によれば、逆回復電流の急峻な立ち上がりに起因する還流ダイオードＤＣの破壊を防ぐことができる。
【００１０】
また、この構成では、逆回復電流の立ち上がり時の傾きが緩やかなので、逆回復電流および逆回復電圧のピーク値も低下する。したがって、この構成によれば、過大な逆回復損失電力が生じることに起因する還流ダイオードＤＣの破壊も防ぐことができる。
【００１１】
上記パルス電源装置は、上記作用を確実に生じさせるために、可飽和インダクタのインダクタンスＬＳが“ＶＥＴ÷ｄｉ／ｄｔ（ｒｒｍａｘ）”よりも大きく、かつ、可飽和インダクタの飽和磁束φＳが“ＶＥＴ×Ｔｒｒｄ”よりも大きいことが好ましい。ここで、ＬＳは可飽和インダクタの不飽和時のインダクタンス、φＳは可飽和インダクタの飽和磁束、ｄｉ／ｄｔ（ｒｒｍａｘ）は還流ダイオードが許容する逆方向の電流の傾きの上限、Ｔｒｒｄは還流ダイオードの逆回復遅れ時間、ＶＥＴはスイッチの導通状態をオンにしたときに電子管と主回路の接続部に現われる電圧である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、還流ダイオードの破壊の心配がないパルス電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係るパルス電源装置の回路図である。
【図２】図１に示すパルス電源装置に備えられた可飽和インダクタの断面図である。
【図３】図１に示すパルス電源装置の動作波形図である。
【図４】従来のパルス電源装置の回路図である。
【図５】図４に示すパルス電源装置の動作波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るパルス電源装置の一実施例について説明する。
【００１５】
図１に、本発明の実施例に係るパルス電源装置１を示す。同図に示すように、パルス電源装置１は、直列に接続された直流電源ＶＢ、スイッチＳＷ、可飽和インダクタＬＳおよびリアクトルＬＣＬを含む主回路２と、リアクトルＬＣＬに並列に接続された還流回路３とを備えている。また、還流回路３は、還流抵抗器ＲＣと、これに直列接続された通常複数個（本実施例では、２つ）の還流ダイオードＤＣと、各還流ダイオードＤＣに並列接続されたスナバ回路（Ｒｄｃｓ，Ｃｄｃｓ）とを含んでいる。
【００１６】
主回路２は、従来の主回路１１（図４参照）に可飽和インダクタＬＳを直列接続したものであるといえる。一方、還流回路３は、従来の還流回路１２（図４参照）と同一の構成を有している。
【００１７】
主回路２は、リアクトルＬＣＬの一端に設けられた端子Ｔにおいて電子管ＥＴのカソードに接続される。直流電源ＶＢは、正端子が接地されるとともに負端子がスイッチＳＷに接続されている。また、電子管ＥＴのコレクタは接地されている。したがって、スイッチＳＷの導通状態がオンであるとき、電子管ＥＴと主回路２との接続点である端子Ｔの電位（すなわち、電子管ＥＴのカソードの電位）は、負となる。
【００１８】
図２に示すように、可飽和インダクタＬＳは、ケイ素鋼板、フェライト、アモルファス磁性体またはナノ結晶磁性体で構成された鉄心４と、鉄心４に組み合わされたボビン６と、ボビン６に巻回された導線７とを有している。鉄心４には空隙５が設けられ、空隙５には空隙長を一定に保つための絶縁体（不図示）が挿入されている。
【００１９】
電子管ＥＴを作動させる場合は、スイッチＳＷの導通状態をオフからオンに切り替える。これにより、“電子管ＥＴのカソード→リアクトルＬＣＬ→可飽和インダクタＬＳ→スイッチＳＷ→直流電源ＶＢ”の経路で電流が流れる。一方、電子管ＥＴを停止させる場合は、スイッチＳＷの導通状態をオンからオフに切り替える。これにより、上記の経路が失われるとともに、リアクトルＬＣＬに蓄積されていたエネルギーにより、“リアクトルＬＣＬ→還流抵抗器ＲＣ→還流ダイオードＤＣ→還流ダイオードＤＣ→リアクトルＬＣＬ”の経路で還流する電流が流れる。
【００２０】
図３を参照しながら、還流ダイオードＤＣの破壊が問題となっていた、スイッチＳＷの再投入時のパルス電源装置１の動作について説明する。なお、図３中の波形Ｉｄｃは還流ダイオードＤＣを流れる電流を示し、波形Ｖｄｃは還流ダイオードＤＣに生じる電圧を示し、波形Ｐｄｃｒｒは還流ダイオードＤＣに生じる逆回復損失電力（Ｉｄｃ×Ｖｄｃ）を示す。また、波形Ｉｄｃは電流の向きが順方向であるときに正の値を示す。波形Ｖｄｃについても同様である。
【００２１】
時刻ｔ０においてスイッチＳＷの導通状態をオンからオフに切り替えると、上記の通り、還流ダイオードＤＣに順方向の電流Ｉｄｃ（還流電流）が流れる。
【００２２】
時刻ｔ１においてスイッチＳＷの導通状態をオフからオンに切り替えると（スイッチＳＷを再投入すると）、上記還流電流Ｉｄｃが減少していき、時刻ｔ２において電流Ｉｄｃの極性が反転する。極性が負となった電流Ｉｄｃを逆回復電流という。逆回復電流Ｉｄｃは、“電子管ＥＴのカソード→還流ダイオードＤＣ→還流ダイオードＤＣ→還流抵抗器ＲＣ→スイッチＳＷ→直流電源ＶＢ”の経路で流れる。
【００２３】
従来のパルス電源装置１０における逆回復電流Ｉｄｃの立ち上がり時の傾き（図５参照）に比べ、本実施例における逆回復電流Ｉｄｃの立ち上がり時の傾きは、可飽和インダクタＬＳが存在するために非常に緩やかとなっている。このため、本実施例では、逆回復電流Ｉｄｃの立ち上がり時の傾きが急峻過ぎることに起因する還流ダイオードＤＣの破壊は生じない。
【００２４】
逆回復電流Ｉｄｃの立ち上がりが緩やかなため、本実施例における逆回復遅れ時間Ｔｒｒｄは、従来のパルス電源装置１０における逆回復遅れ時間Ｔｒｒｄ（図５参照）よりも長い。また、本実施例における逆回復電流Ｉｄｃのピーク値は、従来のパルス電源装置１０における逆回復電流Ｉｄｃのピーク値よりも小さい。
【００２５】
時刻ｔ２から比較的長い逆回復遅れ時間Ｔｒｒｄが経過して時刻ｔ３になると、逆回復が始まる。すなわち、還流ダイオードＤＣに逆方向の電圧Ｖｄｃ（逆回復電圧）が生じ始める。そして、これにより、還流ダイオードＤＣに、波形Ｐｄｃｒｒで示された逆回復損失電力が生じる。
【００２６】
従来のパルス電源装置１０の還流ダイオードＤＣに生じる逆回復損失（図５中のハッチングが付された部分の面積）に比べ、本実施例の還流ダイオードＤＣに生じる逆回復損失（図３中のハッチングが付された部分の面積）は、非常に小さい。このため、本実施例では、過大な逆回復損失が生じることに起因する還流ダイオードＤＣの破壊も生じない。
【００２７】
ここで、上記の作用を確実に生じさせるためには、可飽和インダクタＬＳの不飽和時のインダクタンスＬＳおよび飽和磁束φＳが以下の２つの条件（１），（２）を満たすように、可飽和インダクタＬＳを設計する必要がある。
条件（１）：  ＬＳ＞ＶＥＴ÷ｄｉ／ｄｔ（ｒｒｍａｘ）
条件（２）：  φＳ＞ＶＥＴ×Ｔｒｒｄ
ここで、ＶＥＴはスイッチＳＷの導通状態をオンにしたときに電子管ＥＴのカソード（端子Ｔ）に現れる電圧であり、ｄｉ／ｄｔ（ｒｒｍａｘ）は還流ダイオードＤＣが許容する逆方向の電流の傾きの上限である。
【００２８】
上記条件（１）を満たせば、逆回復電流Ｉｄｃの傾きが上限であるｄｉ／ｄｔ（ｒｒｍａｘ）を下回る。また、上記条件（２）を満たせば、逆回復遅れ時間Ｔｒｒｄが経過するまでの間、可飽和インダクタＬＳの状態が不飽和に維持される。なお、可飽和インダクタＬＳが飽和すると、逆回復電流Ｉｄｃの急峻な傾きを抑制するという可飽和インダクタＬＳの効果は失われる。
【００２９】
不飽和時のインダクタンスＬＳは、真空の透磁率をμ、空隙５の断面積をＳ、空隙５の空隙長総和をｇ、導線７の巻数をＮとすると、次式で表すことができる。
［数１］
ＬＳ＝μ×Ｓ×Ｎ２÷ｇ
したがって、インダクタンスＬＳを増やすためには、断面積Ｓおよび巻数Ｎの少なくとも１つを増やすか、空隙長総和ｇを減らせばよい。
【００３０】
一方、飽和磁束φＳは、飽和磁束密度をＢＳとすると、次式で表すことができる。
［数２］
φＳ＝ＢＳ×Ｓ×Ｎ
したがって、飽和磁束φＳを増やすためには、飽和磁束密度をＢＳ、断面積Ｓおよび巻数Ｎの少なくとも１つを増やせばよい。
【００３１】
以上、本発明に係るパルス電源装置の実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されない。例えば、可飽和インダクタＬＳは、スイッチＳＷおよび直流電源ＶＢの間に設けられてもよいし、リアクトルＬＣＬおよび端子Ｔの間に設けられてもよい。また、還流回路３は、還流抵抗器ＲＣおよびスナバ回路（Ｒｄｃｓ，Ｃｄｃｓ）のいずれか一方、または両方を含んでいなくてもよい。さらに、可飽和インダクタＬＳの構成は、図２に示した構成に限定されない。なお、還流抵抗器ＲＣは、リアクトルＬＣＬの抵抗成が大きい場合に省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１    パルス電源装置
２    主回路
３    還流回路
４    鉄心
５    空隙
６    ボビン
７    導線
ＤＣ    還流ダイオード
ＥＴ    電子管
ＬＣＬ    リアクトル
ＬＳ    可飽和インダクタ
ＲＣ    還流抵抗器
ＳＷ    スイッチ
ＶＢ    直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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