(57)【要約】【課題】パルストランスを備えたパルス電源装置において、パルストランスと半導体スイッチング素子を用いたパルス電源装置では、パルストランスの漏れインダクタンスの影響で、パルスの立上りが鈍化するという問題があった。【解決手段】パルス電源装置において、充電用電源と、充電用電源により充電されるコンデンサと、磁心に巻装した同軸電線の芯線もしくは外側線を１次巻線、他方を２次巻線とする、前記コンデンサの充電電荷を出力側に伝達するパルストランスと、該パルストランスの１次巻線に直列に接続され、前記コンデンサの充電電荷を前記パルストランスを通して放電するスイッチング素子を備えることで、巻線間の結合を良好に保ち、漏れインダクタンスの影響を少なくし、パルス電圧の急峻な立上りを実現する。また、パルストランスを複数備え、１次巻線を並列接続、２次巻線を直列接続することにより、高電圧パルスを発生させる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルストランスを備えたパルス電源装置において、充電用電源と、該充電用電源により充電されるコンデンサと、磁心に巻装した同軸電線の芯線もしくは外側線を１次巻線、他方を２次巻線とする、前記コンデンサの充電電荷を出力側に伝達するパルストランスと、該パルストランスの１次巻線に直列に接続され、前記コンデンサの充電電荷を前記パルストランスを通して放電するスイッチング素子を備えたことを特徴とするパルス電源装置。
【請求項２】
前記請求項１記載のパルス電源装置で、前記パルストランスを複数備え、１次巻線を並列接続し、２次巻線を直列接続することにより、高電圧パルスを発生させることを特徴とするパルス電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルストランスと、スイッチング素子を用いて高電圧パルスを発生させるパルス電源装置に関するものであり、特に、出力パルス電圧の急峻な立ち上がりを実現するパルス電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサに充電された電荷を、パルストランスとスイッチング素子を介して放電させ、パルストランス２次巻線に高電圧パルス電圧を発生させるパルス電源装置については公知である。
以下に、従来のパルス電源装置について、図４のパルストランスを用いたパルス電源装置の回路を参照して詳述する。
図４において、１は充電用電源、２は放電用コンデンサ、２１はパルストランス、４は半導体スイッチ、５は正極出力端子、６は負極出力端子である。
【０００３】
充電用電源１により充電される放電用コンデンサ２には、パルストランス２１の１次巻線と半導体スイッチ４が直列に接続される。
放電用コンデンサ２が充分に充電された後、半導体スイッチ４にスイッチング信号を入力すると、放電用コンデンサ２からパルストランス２１の１次巻線、半導体スイッチ４へと放電電流が流れ、パルストランス２１の２次巻線に接続された正極出力端子５と負極出力端子６の間に、ピーク電圧が電源電圧とパルストランス巻数比の積になる高圧パルス電圧が発生する。
このとき、半導体スイッチ４に入力されるスイッチング信号は、パルストランス２１に使用される磁心を飽和させないような電圧時間積の範囲で、パルス幅が調節される。
【０００４】
図５は、一般的な構造のパルストランスの断面図であり、前記図４に記載の、パルストランス２１の一般的な構造を示す図である。
図５において、１１は磁心、３１は１次巻線、３２は層間絶縁、３３は２次巻線である。
磁心１１の上に１次巻線３１を施し、その上に層間絶縁３２、さらにその上に２次巻線３３を施してある。層間絶縁３２は１次・２次巻線間の絶縁破壊を防止するためのものである。
図５では、ＥＩ型磁心にてパルストランスを構成した例であるが、その他にトロイダル型、ＥＥ型の磁心を用いた場合も、同様の構造となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のパルストランスの構造では、１次・２次巻線間の結合が悪く、漏れインダクタンスの影響でパルスの立上りが鈍化したり、漏れインダクタンスと浮遊容量により出力電圧に共振が発生するという問題があった。
また、パルストランスの製作上の問題として、磁心に巻線を施す際、１次巻線、層間絶縁、２次巻線を層状に巻くために、３回の巻線工程を行わなくてはならず、作業の煩雑な点も問題であった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、主としてその目的とするところは、１次・２次巻線間の結合度が良好で、漏れインダクタンスの少ないパルストランスにより、立上りの急峻なパルス電圧を実現し、パルストランスの巻線施工も簡単なパルス電源装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明では、パルス電源装置のパルストランスの巻線に、同軸電線を使用し、同軸電線の芯線もしくは外側線を１次巻線に、他方を２次巻線に用いることで、１次・２次巻線間の結合度を良好に保ち、漏れインダクタンスの影響を最小にするものである。
【０００７】
本発明は上記原理に基づき、前述の課題を解決するものであり、その目的を達成するための手段は、
１）、請求項１において
パルストランスと半導体スイッチング素子により、パルストランス２次巻線にパルス電圧を発生させるパルス電源装置において、パルストランスの巻線に同軸電線を巻装したことを特徴とするものである。
【０００８】
２）、請求項２において
請求項１記載のパルス電源装置において、巻線に同軸電線を用いたパルストランスを複数個使用し、全トランスの１次巻線を並列接続にし、全トランスの２次巻線を直列接続することで、高電圧パルスを出力することができることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の、同軸巻線型パルストランスと、半導体スイッチング素子を用いた請求項１のパルス電源装置の回路図である。
図１において、３は同軸巻線型パルストランスであり、図４と同一番号は同一構成図品を示す。
以下、図１について説明する。
【００１０】
同軸巻線型パルストランス３は、同軸巻線の芯線もしくは外側線を１次巻線とし、他方を２次巻線とする。
図４と同様、充電用電源１により充電される放電用コンデンサ２に、同軸巻線型パルストランス３の１次巻線と、半導体スイッチング素子４が直列接続される。同軸巻線型トランス３の２次巻線は、正極出力端子５、負極出力端子６に接続される。
放電用コンデンサ２が充分に充電されたあと、半導体スイッチング素子４にスイッチング信号を入力すると、放電用コンデンサ２から、同軸巻線型パルストランス３の１次巻線、半導体スイッチング素子を通る放電電流が流れ、同軸巻線型パルストランス３の２次巻線に、ピーク電圧が充電用電源１と同一のパルス電圧が発生する。
【００１１】
このように構成されるパルス電源装置では、パルストランスの１次・２次巻線間の結合度が良好であるため、漏れインダクタンスの影響が少なく、急峻な立上りのパルス電圧を出力することが可能である。
【００１２】
図２は、本発明の、複数の同軸巻線型パルストランスと、半導体スイッチング素子を用いた、請求項２のパルス電源装置の回路図である。
図２において、図１と同一番号は同一構成部品を示す。
同軸巻線型パルストランス３は複数個用意し、それぞれの１次巻線は極性を揃えて並列接続し、スイッチング素子４と直列接続したものを、放電用コンデンサ２へ接続する。一方、それぞれの２次巻線は直列接続とし、最上段トランスの正極を正極出力端子５へ、最下段トランスの負極を負極出力端子６へ接続する。
図１の回路と同様、放電用コンデンサ２が充分に充電されたあと、半導体スイッチング素子４にスイッチング信号を入力すると、正極出力端子５と負極出力端子６の間にパルス電圧が発生するが、このときのピーク電圧は、充電用電源１の電圧と、用意した同軸巻線型パルストランス３の個数の積となる。
【００１３】
このように構成されたパルス電源装置では、パルストランスの１次・２次巻線間の結合度を良好に保ったまま、パルストランスの個数分だけ１次側電圧を昇圧して出力することが可能である。
【００１４】
図３は、本発明の、同軸巻線型パルストランスの実施例を示す、断面構造図である。
図２において、１１は磁心、１２は同軸巻線である。
磁心１１の上に、同軸電線を巻いて同軸巻線１２としたものであり、同軸電線の芯線１３もしくは外側線１４を１次巻線に、他方を２次巻線とする。ここで磁心１１が無く、空心構造とした同軸巻線型パルストランスにも適用可能である。このような構造でパルストランスを製作すると、１次・２次巻線の結合度が良好になるばかりでなく、図５のような層間絶縁を施す工程が不要になり、また、巻線の製作工程が簡略化されるなどで安価となる。
【００１５】
【発明の効果】
以上、同軸電線を巻線にしたパルストランスにて構成されるパルス電源装置について説明した。
この方法によれば、パルストランスの漏れインダクタンスの影響が少なく、パルスの立上りが急峻で、製作の簡単なパルス電源装置が実現できるので、実用上多いに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、同軸巻線型パルストランスを用いた、パルス電源装置の回路図である。
【図２】本発明の、同軸巻線型パルストランスを複数用いた、パルス電源装置の回路図である。
【図３】本発明の、同軸巻線型パルストランスの断面構造を示した図である。
【図４】パルストランスと半導体スイッチング素子を用いたパルス電源装置の回路図である。
【図５】一般的なパルストランスの断面構造を示した図である。
【符号の説明】
１　　　　充電用電源
２　　　　放電用コンデンサ
３　　　　同軸巻線型パルストランス
４　　　　半導体スイッチング素子
５　　　　正極出力端子
６　　　　負極出力端子
１１　　　磁心
１２　　　同軸巻線
１３　　　芯線
１４　　　外側線
２１　　　パルストランス
３１　　　１次巻線
３２　　　層間絶縁
３３　　　２次巻線
【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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