(57)【要約】【課題】プリパルス電圧の低減を確実、容易にする。【解決手段】パルス発生回路１はコンデンサＣ０から高圧パルス電流を発生させてコンデンサＣ１を充電する。磁気パルス圧縮回路２は、可飽和リアクトルＳＲ２の飽和でコンデンサＣ１からコンデンサＣ２に圧縮パルス電流として転送し、可飽和リアクトルＳＲ３の飽和でコンデンサＣ２からピーキングコンデンサＣＰに圧縮パルス電流として転送する。プリパルス補償電圧生成回路は、前段の磁気パルス圧縮回路からピーキングコンデンサに転送されるパルスに含まれるプリパルス電圧と逆極性で、かつ同じタイミングのプリパルス補償電圧を、コンデンサＣ１−３から可飽和リアクトルＳＲ２−２とパルストランスＰＴAとダイオードＤ１で取り出し、このプリパルス補償電圧をピーキングコンデンサＣＰ―３に印加することで、プリパルス電圧を相殺する。【選択図】図１
2013034336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチＳＷのオン制御によって、コンデンサＣ０から高圧パルス電流を発生させてコンデンサＣ１を充電するパルス発生回路と、
前段コンデンサが高圧充電された時点からＶＴ積で決まる時間後に可飽和リアクトルが飽和して後段コンデンサに圧縮パルス電流として転送する回路を少なくとも１段または複数段を縦続接続し、前記コンデンサＣ１を前段コンデンサとし、前記後段コンデンサを負荷に高圧パルスを印加するピーキングコンデンサＣＰとする磁気パルス圧縮回路を備えたパルス電源において、
前記磁気パルス圧縮回路から前記ピーキングコンデンサに転送されるパルスに含まれるプリパルス電圧と逆極性で、かつ同じタイミングのプリパルス補償電圧を、前記磁気パルス圧縮回路の１つのコンデンサから取り出し、このプリパルス補償電圧を前記ピーキングコンデンサＣＰに印加することで、プリパルス電圧を相殺するプリパルス補償電圧生成回路を備えたことを特徴とするパルス電源。
【請求項２】
半導体スイッチＳＷのオン制御によって、コンデンサＣ０から高圧パルス電流を発生させてコンデンサＣ１を充電するパルス発生回路と、
前段コンデンサが高圧充電された時点からＶＴ積で決まる時間後に可飽和リアクトルが飽和して後段コンデンサに圧縮パルス電流として転送する回路を少なくとも１段または複数段を縦続接続し、前記コンデンサＣ１を前段コンデンサとし、前記後段コンデンサを負荷に高圧パルスを印加するピーキングコンデンサＣＰとする磁気パルス圧縮回路を備えたパルス電源において、
前記磁気パルス圧縮回路から前記ピーキングコンデンサに転送されるパルスに含まれるプリパルス電圧と逆極性で、かつ同じタイミングのプリパルス補償電圧を、前記磁気パルス圧縮回路の１つのコンデンサから取り出し、このプリパルス補償電圧を前記ピーキングコンデンサＣＰに印加することで、プリパルス電圧を相殺することを特徴とするプリパルス電圧低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧・大電流のパルスで負荷を駆動するパルス電源に係り、特に負荷に印加するパルスに含まれるプリパルス電圧成分を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来のパルス電源の主回路を示し、この回路による高圧・大電流パルス発生の基本的な動作を説明する。
【０００３】
パルス電源の主回路は、パルス発生回路１と磁気パルス圧縮回路２の縦続接続で構成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
パルス発生回路１は、コンデンサＣ０が充電器３によって高圧直流電圧で初期充電され、この後に負荷をパルス駆動できるタイミングで、ゲート駆動回路ＧＤによってＩＧＢＴ等の半導体スイッチＳＷをＯＮし、コンデンサＣ０の電圧を可飽和リアクトルＳＲ１とパルストランスＰＴの直列回路に印加し、この電圧印加で可飽和リアクトルＳＲ１がそのＶＴ積（電圧と時間の積）で決まる時間後に飽和することで、パルストランスＰＴの一次／二次側に矢印Ｉ1で示すループでパルス電流が流れ、パルスエネルギーがコンデンサＣ０→ＣＩに転送する。
【０００５】
磁気パルス圧縮回路２は、その初段の磁気パルス圧縮回路では、前段コンデンサＣ１が高圧充電された後、可飽和リアクトルＳＲ２がそのＶＴ積で決まる時間後に飽和することで、矢印Ｉ2で示すループで圧縮パルス電流が流れ、パルスエネルギーを前段コンデンサＣＩから後段コンデンサＣ２に転送する。
【０００６】
磁気パルス圧縮回路２の最終段の磁気パルス圧縮回路では、前段コンデンサＣ２が高圧充電された後、可飽和リアクトルＳＲ３がそのＶＴ積で決まる時間後に飽和することで、矢印Ｉ3で示すループでパルス圧縮された電流が流れ、パルスエネルギーが前段コンデンサＣ２から後段コンデンサとなる放電ユニット４のピーキングコンデンサＣＰに転送され、放電管ＬＨに高圧で狭幅のパルス電流が注入され、それにパルス放電を発生させる。
【０００７】
図４は、コンデンサＣ１、Ｃ２、ＣＰの電圧波形例を示す。可飽和リアクトルＳＲ１〜ＳＲ３は可飽和コアを使用しており、飽和前は飽和後に比べリアクトル値Ｌが非常に大きいが、飽和前でも若干の電流が流れる。この漏れ電流により、可飽和リアクトルＳＲ３では、パルスエネルギーのコンデンサＣ１→Ｃ２転送時に、コンデンサＣ２→ＣＰにも流入してしまう。この負荷に一番近い所に接続されているコンデンサＣＰに流入する漏れ電流によって生じる電圧がプリパルス電圧と呼ばれる。
【０００８】
負荷や用途によっても異なるが、プリパルス電圧は、パルスエネルギー注入時前に負荷両端に電圧を印加してしまうため、パルスエネルギー注入前に放電が開始してしまう等、負荷に対して悪影響を及ぼすため、極力小さく押さえ込むよう、可飽和リアクトルのコア特性の改良等がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２７８９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記のように、負荷や用途によっても異なるが、プリパルス電圧は、パルスエネルギー注入前に負荷両端に印加してしまうため、パルスエネルギー注入前に放電が開始してしまう等、負荷に対して悪影響を及ぼす。
【００１１】
このプリパルス電圧を低減するため、可飽和リアクトルのコア特性の改良等がなされているが、不充分なものであった。
【００１２】
本発明の目的は、プリパルス電圧の低減を確実、容易にしたパルス電源およびプリパルス電圧低減方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記の課題を解決するため、縦続接続される複数段の磁気パルス圧縮回路のコンデンサに印加されるパルス電圧から、プリパルス電圧と逆極性で、かつ同じタイミングのプリパルス補償電圧を取り出し、このプリパルス補償電圧をピーキングコンデンサＣＰに印加することで、プリパルス電圧を相殺するようにしたもので、以下の装置および方法を特徴とする。
【００１４】
（１）半導体スイッチＳＷのオン制御によって、コンデンサＣ０から高圧パルス電流を発生させてコンデンサＣ１を充電するパルス発生回路と、
前段コンデンサが高圧充電された時点からＶＴ積で決まる時間後に可飽和リアクトルが飽和して後段コンデンサに圧縮パルス電流として転送する回路を少なくとも１段または複数段を縦続接続し、前記コンデンサＣ１を前段コンデンサとし、前記後段コンデンサを負荷に高圧パルスを印加するピーキングコンデンサＣＰとする磁気パルス圧縮回路を備えたパルス電源において、
前記磁気パルス圧縮回路から前記ピーキングコンデンサに転送されるパルスに含まれるプリパルス電圧と逆極性で、かつ同じタイミングのプリパルス補償電圧を、前記磁気パルス圧縮回路の１つのコンデンサから取り出し、このプリパルス補償電圧を前記ピーキングコンデンサＣＰに印加することで、プリパルス電圧を相殺するプリパルス補償電圧生成回路を備えたことを特徴とするパルス電源。
【００１５】
（２）半導体スイッチＳＷのオン制御によって、コンデンサＣ０から高圧パルス電流を発生させてコンデンサＣ１を充電するパルス発生回路と、
前段コンデンサが高圧充電された時点からＶＴ積で決まる時間後に可飽和リアクトルが飽和して後段コンデンサに圧縮パルス電流として転送する回路を少なくとも１段または複数段を縦続接続し、前記コンデンサＣ１を前段コンデンサとし、前記後段コンデンサを負荷に高圧パルスを印加するピーキングコンデンサＣＰとする磁気パルス圧縮回路を備えたパルス電源において、
前記磁気パルス圧縮回路から前記ピーキングコンデンサに転送されるパルスに含まれるプリパルス電圧と逆極性で、かつ同じタイミングのプリパルス補償電圧を、前記磁気パルス圧縮回路の１つのコンデンサから取り出し、このプリパルス補償電圧を前記ピーキングコンデンサＣＰに印加することで、プリパルス電圧を相殺することを特徴とするプリパルス電圧低減方法。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明によれば、縦続接続される複数段の磁気パルス圧縮回路のコンデンサに印加されるパルス電圧から、プリパルス電圧と逆極性で、かつ同じタイミングのプリパルス補償電圧を取り出し、このプリパルス補償電圧をピーキングコンデンサＣＰに印加することで、プリパルス電圧を相殺するようにしたため、プリパルス電圧の低減が確実、容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示すパルス電源の回路図。
【図２】実施形態の電圧波形例。
【図３】従来のパルス電源の回路図。
【図４】コンデンサＣ１、Ｃ２、ＣＰの電圧波形例。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態を示すパルス電源の回路図であり、図３と異なる部分はプリパルス補償電圧生成回路を設けた点にある。以下、プリパルス補償電圧生成回路の構成とそれを中枢とした動作を説明する。
【００１９】
３つの分圧コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−３は、これらを直列接続した構成により、図３におけるコンデンサＣ１と等価な容量と耐圧をもつ回路を実現する。すなわち、分圧コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−３の各容量はコンデンサＣ１の約３倍の容量とし、分圧コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−３の各耐圧はコンデンサＣ１の約１／３の耐圧とする。
【００２０】
３つの分圧ピーキングコンデンサＣＰ−１〜ＣＰ−３は、これらを直列接続した構成により、図３のピーキングコンデンサＣＰと等価な容量と耐圧をもつ回路を実現する。すなわち、分圧ピーキングコンデンサＣＰ−１〜ＣＰ−３の各容量はピーキングコンデンサＣＰの約３倍の容量とし、分圧ピーキングコンデンサＣＰ−１〜ＣＰ−３の各耐圧はピーキングコンデンサＣＰの約１／３の耐圧とする。
【００２１】
パルストランスＰＴAは、その一次側には可飽和リアクトルＳＲ２−２が直列接続されて分圧コンデンサＣ１−３の両端に接続され、分圧コンデンサＣ１−３の充電電圧に対して可飽和リアクトルＳＲ２−２のＶＴ時間積後の分圧コンデンサＣ１−３の電圧をプリパルス補償電圧として取り込む。
【００２２】
パルストランスＰＴAは、その二次側には逆流阻止用のダイオードＤ１を通して分圧ピーキングコンデンサＣＰ−３の両端に接続され、分圧ピーキングコンデンサＣＰ−３にプリパルス補償電圧を印加する。このプリパルス補償電圧は、磁気パルス圧縮回路２の最終段になる可飽和リアクトルＳＲ３を通したピーキングコンデンサＣＰの充電電圧に含まれるプリパルス電圧と逆極性で、かつ同じタイミングで取り出し、分圧ピーキングコンデンサＣＰ−３に印加する。このような特性をもつプリパルス補償電圧を生成するため、パルストランスＰＴAの入出力極性と、可飽和リアクトルＳＲ２−２のＶＴ積およびダイオードＤ１の接続極性が決められる。
【００２３】
本実施形態によるプリパルス電圧の低減動作を図２を参照して説明する。図１の構成は、プリパルス電圧を、ピーク電圧に対して１／３の電圧にする場合の例である。
【００２４】
コンデンサＣ１及びＣＰは、元々接続されていたコンデンサの３倍の容量を持ったコンデンサを直列に接続することで、各コンデンサには１／３の分圧電圧を印加する。そして、可飽和リアクトルＳＲ２−２は、可飽和リアクトルＳＲ２に比べ１／３のＶＴ積をもった電圧特性とする。
【００２５】
こうすることで、コンデンサＣ１に印加されるパルス電圧Ｖの１／３の電圧でコンデンサＣ１−３にパルス電圧が印加される。これらコンデンサＣ１−１、Ｃ１−３に印加されるパルス電圧がピークになるタイミングで可飽和リアクトルＳＲ２およびＳＲ２−２が同時に飽和すると、この時刻ｔ１（図２の時刻ｔ１）でコンデンサＣ１−１〜Ｃ１−３からコンデンサＣ２にエネルギーが転送され、コンデンサＣ２がパルス電圧による充電が開始される。同時に、コンデンサＣ１−３から可飽和リアクトルＳＲ２−２とパルストランスＰＴAとダイオードＤ１を通してピーキングコンデンサＣＰ−３に逆極性のプリパルス補償電圧で充電される。一方、コンデンサＣ２はパルス電圧がピークになるタイミング（図２の時刻ｔ２）で可飽和リアクトルＳＲ３が飽和し、コンデンサＣ２からピーキングコンデンサＣＰ−１〜ＣＰ−３にエネルギーが転送される。
【００２６】
この結果、ピーキングコンデンサＣＰ−１〜ＣＰ−３の電圧を加算した充電電圧は、時刻ｔ１〜ｔ２の間ではピーキングコンデンサＣＰ−３の充電電圧がプリパルス補償電圧によって相殺され、時刻ｔ２から急峻に立ち上がるパルス電圧になり、従来のプリパルス電圧は低減される。
【００２７】
なお、実施形態では、プリパルス電圧の大きさをパルス圧縮するパルス電圧の１／３とするため、コンデンサＣ１およびピーキングコンデンサＣＰを３つのコンデンサを直列接続する構成で示すが、この比率は負荷条件やそれに印加するパルスエネルギーによって装置毎に異なるため、適宜設計変更される。例えば、１／４の比率になる場合は、容量比が１対３になる２つのコンデンサの直列接続で構成する。
【００２８】
また、実施形態では、２段の磁気パルス圧縮回路で構成するため、初段の磁気パルス圧縮回路のコンデンサＣ１からプリパルス補償電圧を取り出すが、磁気パルス圧縮回路の縦続接続段数の違いによってプリパルス補償電圧の取り出し方は適宜変更される。
【符号の説明】
【００２９】
１  パルス発生回路
２  磁気パルス圧縮回路
３  充電器
４  放電ユニット
ＳＷ  半導体スイッチ
ＰＴ  パルストランス
Ｃ０〜Ｃ２  コンデンサ
ＣＰ  ピーキングコンデンサ
ＳＲ１〜ＳＲ３  可飽和リアクトル
Ｃ１−１〜Ｃ１−３  分圧コンデンサ
ＣＰ−１〜ＣＰ−３  分圧ピーキングコンデンサ
ＳＲ２−２  可飽和リアクトル
ＰＴA  パルストランス
Ｄ１  ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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