(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に対してコンデンサおよびクライストロンが互いに並列に接続されてなるパルス電源装置であって、前記直流電源とは別の補助直流電源と、当該補助直流電源に第１のスイッチを介して接続されたキャパシタと、当該キャパシタに第２のスイッチを介して並列に接続されたインダクタンスとを有するバウンサ回路を備え、前記コンデンサとクライストロンを接続する配線路の一方に前記バウンサ回路のキャパシタが直列に接続されるよう前記バウンサ回路を複数配置すると共に、前記バウンサ回路の第１及び第２のスイッチを外部信号によって制御することを特徴とするパルス電源装置。
【請求項２】
前記クライストロンはグリッドなしクライストロンであって、スイッチを介して直流電源に接続されていることを特徴とする請求項１記載のパルス電源装置。
【請求項３】
前記直流電源、コンデンサおよびクライストロンの低電圧側をアース接続したことを特徴とする請求項１または２記載のパルス電源装置。
【請求項４】
前記グリッドなしクライストロンはパルストランスを介して前記直流電源および前記コンデンサに接続されていることを特徴とする請求項２記載のパルス電源装置。
【請求項５】
前記バウンサ回路はパルストランスの一次または二次側に配置されたことを特徴とする請求項４記載のパルス電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス電源装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
図８に従来のパルス電源装置を示す。図８において、１は直流電源、２はコンデンサ、１８はバウンサ回路内の補助直流電源、１９はバウンサ回路内のコンデンサ、２０はバウンサ回路内のインダクタンス、２１、２２はバウンサ回路内のスイッチ、３１は補助直流電源１８とスイッチ２１、２２を介してコンデンサ１９、インダクタンス２０を並列に接続したバウンサ回路、４１はグリッド付きクライストロン、４１ａはクライストロン４１のカソード、４１ｂはクライストロン４１のグリッド、４１ｃはクライストロン４１のアノードである。
【０００３】
次に、動作について説明する。まず、バウンサ回路３１がない場合について考える。直流電源１から電荷がコンデンサ２に供給される。グリッド付きクライストロン４１のグリッド４１ｂに電圧が印加されると、クライストロン４１に電流が流れ、コンデンサ２に蓄積された電荷が流れ出し、カソード４１ａとアノード４１ｃ間に印加される直流電圧が低下する。直流電源の電圧をＶ0 、コンデンサ２の容量をＣ、クライストロン４１の負荷をＲとすると、次式のように電圧が降下する。
Ｖ＝Ｖ0 ｅ-t/CR 
たとえば、Ｃ＝２μＦ、Ｒ＝１０００Ωとしたとき、図９の波形Ａに当該バウンサ回路無しの波形を示す。図９は、縦軸が直流電源電圧Ｖ0 に対するクライストロンのアノードとカソード間の電圧比、横軸が時間であり、グリッドに電圧をかけ電流を流し始める時刻を０として、パルス電源の電圧の安定度を示す図である。グリッドパルス幅を１ｍｓとすると、初期の電圧の６０．７％まで電圧が低下する。この初期電圧からの低下分３９．２％をａとする。
【０００４】
次に、バウンサ回路３１を追加した場合について考える。その際の電圧降下は次式のようになる。
Ｖ＝Ｖ0 ｅ-t/CR ＋Ｖ1 ｓｉｎ（πｔ／Ｔ）
ここで、Ｖ1 はバウンサ回路内の補助直流電源の電圧、Ｔはバウンサ回路のインダクタンス２０およびコンデンサ１９の容量から決まるＬＣ共振時定数である。図９の波形Ｂにおいては、Ｔ＝４ｍｓとなるようにインダクタンス２０およびコンデンサ１９の容量を調整し、また、Ｖ1 は時刻１ｍｓにおける電圧の低下分ａと同じ電圧、従ってＶ1 ／Ｖ0 ＝０．３９３である。
【０００５】
ここで、バウンサ回路のスイッチ開閉のタイミングについて説明する。バウンサ回路は、まず、スイッチ２２を閉じてコンデンサ１９に電荷を貯め、スイッチ２２を開けた後、スイッチ２１を閉じることで共振を起こす。バウンサ回路のみで電圧の変化を考えると前記したように周期４ｍｓの共振振動を起こすが、コンデンサ１９に電荷を貯めた状態でスイッチ２１を閉じるタイミングを時刻−１ｍｓにすることで、図１１のような共振振動を行う。このバウンサ回路をパルス電源回路中に設けることで図９の波形Ａのような曲線に図１１に示したバウンサ回路の共振振動が加わることによって図９の波形Ｂのような曲線が得られる。図９を拡大した図が図１０である。パルス波形Ｂは初期の値から最大５．８％の上昇であり、バウンサ回路３がない場合の約４０％の低下をある程度補正していた。従来例として、ＴＥＳＬＡ  Ｔｅｓｔ  Ｆａｃｉｌｉｔｙ  Ｌｉｎａｃ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｒｅｐｏｒｔ（Ｄ．Ａ．Ｅｄｗａｒｄｓ，Ｖｅｒｓｉｏｎ  １．０１  Ｍａｒｃｈ  １９９５）３２６〜３３４ページをあげる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のパルス電源装置ではバウンサ回路としてＬＣ共振回路を一つ有した構成となっていたが、パルスが印加されている間の電圧はある程度の補正しか行えなかった。
【０００７】
本発明は以上の点を解決するためになされたものであり、前記バウンサ回路を複数直列につなぎ、パルス電圧の安定度をより高精度に補正できるパルス電源装置を得る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるパルス電源装置は、直流電源に対してコンデンサおよびクライストロンが互いに並列に接続されてなるパルス電源装置であって、前記直流電源とは別の補助直流電源と、当該補助直流電源に第１のスイッチを介して接続されたキャパシタと、当該キャパシタに第２のスイッチを介して並列に接続されたインダクタンスとを有するバウンサ回路を備え、前記コンデンサとクライストロンを接続する配線路の一方に前記バウンサ回路のキャパシタが直列に接続されるよう前記バウンサ回路を複数配置すると共に、前記バウンサ回路の第１及び第２のスイッチを外部信号によって制御するものである。
【０００９】
また、前記クライストロンはグリッドなしクライストロンであって、スイッチを介して直流電源に接続されたものである。
【００１０】
また、前記直流電源、コンデンサおよびグリッド付きクライストロンの低電圧側をアース接続したものである。
【００１１】
また、前記直流電源、コンデンサ、グリッドなしクライストロンの低電圧側をアース接続したものである。
【００１２】
また、前記直流電源および前記コンデンサは、パルストランスを介して、グリッドなしクライストロンと接続され、前記複数直列に接続されたバウンサ回路は前記パルストランスの一次側または二次側に配置されたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係わるパルス電源装置の構成を表すブロック図である。１は直流電源、２はコンデンサ、３、４、５はバウンサ回路の補助直流電源、６、７、８はバウンサ回路内のキャパシタ、９、１０、１１はバウンサ回路内のインダクタンス、１２、１３、１４、１５、１６、１７はバウンサ回路内のスイッチ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃバウンサ回路、４１はクライストロン、４１ａはクライストロン４１のカソード、４１ｂはクライストロン４１のグリッド、４１ｃはクライストロン４１のアノードである。
【００１４】
以下、動作について説明する。ここで、直流電源１、および補助直流電源３、４、５の電圧をそれぞれＶ0 、Ｖ1 、Ｖ2 、Ｖ3 、コンデンサ２の容量をＣ、クライストロン４１の負荷をＲ、バウンサ回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃのＬＣ共振時定数をＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 とする。まず、バウンサ回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃのスイッチ１５、１６、１７を閉じて、コンデンサ６、７、８に電荷を貯める。その次の、スイッチ１２、１３、１４を入れるタイミングはそれぞれ−Ｔ1 ／４、−Ｔ2 ／４、−Ｔ3 ／４としそれぞれの位相の変化点とグリッドに印加するタイミングを一致させる。
【００１５】
以上のように、スイッチ開閉を操作することで、次式のように電圧は変化する。
Ｖ＝Ｖ0 ｅ-t/CR ＋Ｖ1 ｓｉｎ（πｔ／Ｔ1 ）＋Ｖ2 ｓｉｎ（πｔ／Ｔ2 ）＋Ｖ3 ｓｉｎ（πｔ／Ｔ3 ）
例えば、グリッドパルス幅を１ｍｓ、ＬＣ共振時定数をＴ1 ＝２Ｔ2 ＝３Ｔ3 ＝４ｍｓとし、Ｃ＝２μＦ、Ｒ＝１０００Ω、Ｖ1 ／Ｖ0 ＝０．３９２、Ｖ2 ／Ｖ0 ＝−０．０５７、Ｖ3 ／Ｖ0 ＝０、とした時の波形を図２の波形Ｃに示す。これによって±０．９６％以内に電圧を補正できる。さらに、Ｖ3 ／Ｖ0 ＝０の代わりにＶ3 ／Ｖ0 ＝０．００９としたときの波形を波形Ｄに示す。この場合は、±０．１６％以内に補正できる。図２には比較として従来例の図１０の波形Ａおよび波形Ｂも合わせて示す。
【００１６】
なお、補助直流電源の電圧やバウンサ回路のＬＣ共振時定数は以上で示した値に限定されるものではない。各パラメータの決定方法としては、例えば、まず各時定数をグリッドパルスの幅に合わせて同じ長さから短い長さの時定数を適宜設定し、それに合わせて各バウンサ回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃのコンデンサ６、７、８およびインダクタンス９、１０、１１の容量を決定する。次にグリッドパルス幅の始端および終端の電圧が同じになるよう、電圧Ｖ1 、Ｖ2 、Ｖ3 を順番に調整し、パルス電源装置の仕様に合致するようにする。
【００１７】
以上では、各パラメータの決定の方法の一例を示したが、その方法はこれに限定されるものではない。また、説明の便宜上、バウンサ回路の数を３つとしたが、その数は本実施の形態１の説明に限定されるものではなく２つ、または、４つ以上直列に接続して構成しても良い。
【００１８】
なお、本実施の形態１は図３に示したように、負荷をグリッド無しクライストロンに変更し、パルストランスにより高電圧を印加できるようにしたものである。図３において図１と同じ構成要素には同じ符号を付す。２３はスイッチ、２４はパルストランス、２５はグリッドなしクライストロンである。
【００１９】
次に動作について説明する。この場合、スイッチ２３が閉じる時のみ、電流が流れ、パルストランス２４によって電圧を昇圧され、グリッド無しクライストロン２５に印加される。この時、スイッチ２３を閉じるタイミングに同期させバウンサ回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃのスイッチを上記したように制御することで、パルス電源装置の電圧を安定化する。
【００２０】
以上のように、本実施の形態１では、直流電源、コンデンサ、クライストロンからなるパルス電源装置において、直列に接続した複数のバウンサ回路を有し、各バウンサ回路の共振時定数に合わせて各バウンサ回路の共振開始およびグリッド電圧印加を制御するため、安定したパルス電源装置を得る。
【００２１】
実施の形態２．
本実施の形態２では、電圧を安定化するバウンサ回路を特にパルス電源装置の高電圧側に配置したことを特徴とするパルス電源装置である。以下、本実施の形態２について説明する。図４は本実施の形態２に係わるパルス電源装置の構成を表すブロック図である。図において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付す。
【００２２】
前記実施の形態１の図１のように直流電源１の一端に直接バウンサ回路３１ａ，３１ｂ，３１ｃを配置した場合、直流電源１の電圧の調整を行う際、バウンサ回路の存在によって電圧が一定せず調整が難しいが、図４のように直流電源１、コンデンサ２、グリッド付きクライストロン４１の低電圧側をアース電位で一定にすることにより、直流電源１の調整が容易となる。
【００２３】
また、図５に示したパルス電源装置ように、パルストランスを介してグリッドなしクライストロン２５に電流を流す場合においてもバウンサ回路３１ａ，３１ｂ，３１ｃを高電圧側に配置することでパルス電源装置の制御が容易になる。図５において図３と同じ構成要素には同じ符号を付す。
【００２４】
さらに、グリッドなしクライストロン２５を用いる場合、図６に示したように、バウンサ回路３１ａ，３１ｂ，３１ｃおよびパルストランス２４をユニットとして構成し、パルストランスの一次側と二次側とをアース接続する。図６において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付す。２６はパルストランスタンクである。パルストランスタンク２６内の１次側にバウンサ回路を配置したことで、設置が容易になり、また低電圧側を共通のアース電位で接続することができ、直流電源１の調整が容易になる。また、低電圧側にバウンサ回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃが配置してあるので、これらバウンサ回路内の補助直流電源も調整が容易になる。
【００２５】
また、図７に示すようにバウンサ回路をパルストランスの２次側に配置しても同様の効果が得られる。また、１次側と比べて高電圧の２次側にバウンサ回路を配置したことで、電流に関しては低電流で済むため、上記１次側に配置した場合と比べて、接続ケーブルが細くても構成可能な利点がある。
【００２６】
以上のように、本実施の形態２では、パルス電源装置の直流電源、コンデンサ、およびクライストロンの低電圧側をアース接続したため、直流電源の調整が容易で、安定したパルス電源装置を得る。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係わるパルス電源装置は、直流電源、コンデンサ、グリッド付きクライストロンからなるパルス電源装置において、補助直流電源と当該補助直流電源にスイッチを介して並列に接続されたコンデンサ、インダクタンスを有するバウンサ回路を複数直列に接続し、各バウンサ回路の共振時定数に合わせて当該各バウンサ回路の共振開始およびグリッド電圧印加を制御するため、電圧の安定したパルス電源装置を得る。
【００２８】
また、直流電源、コンデンサ、およびグリッドなしクライストロンを用い、スイッチの開閉によってパルス電流を供給するパルス電源装置において、直列に接続した複数の前記バウンサ回路を有し、各バウンサ回路の共振時定数に合わせて当該各バウンサ回路の共振開始およびグリッド電圧印加を制御するため、電圧の安定したパルス電源装置を得る。
【００２９】
また、前記直流電源、コンデンサ、グリッド付きクライストロンおよびバウンサ回路を有するパルス電源装置の直流電源、コンデンサ、グリッド付きクライストロンの低電圧側をアース接続したため、直流電源の電圧調整が容易で、かつ電圧の安定したパルス電源装置を得る。
【００３０】
また、前記直流電源、コンデンサ、グリッドなしクライストロンおよびバウンサ回路を有するパルス電源装置の直流電源、コンデンサ、グリッドなしクライストロンの低電圧側をアース接続したため、直流電源の電圧調整が容易で、かつ電圧の安定したパルス電源装置を得る。
【００３１】
また、前記直流電源、コンデンサ、グリッドなしクライストロンおよびバウンサ回路を有するパルス電源装置において、前記直流電源および前記コンデンサはパルストランスを介してグリッドなしクライストロンと接続され、前記バウンサ回路はパルストランスの一次側または二次側に配置されたため、直流電源、コンデンサ、グリッド付きクライストロンの他、バウンサ回路もアース接続されたため前記直流電源の他、バウンサ回路内の補助直流電源も電圧の調整が容易で、かつ電圧の安定したパルス電源装置を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係わるグリッド付きクライストロンを用いたパルス電源装置の構成を表すブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態１に係わるパルス電源装置の電圧の時間変化の図である。
【図３】  本発明の実施の形態１に係わるグリッドなしクライストロンを用いたパルス電源装置の構成を表すブロック図である。
【図４】  本発明の実施の形態２に係わるグリッド付きクライストロンを用いたパルス電源装置の構成を表すブロック図である。
【図５】  本発明の実施の形態２に係わるパルストランスおよびグリッドなしクライストロンを用いたパルス電源装置の構成を表すブロック図である。
【図６】  本発明の実施の形態２に係わるバウンサ回路をパルストランスの一次側に配置し一つのユニットとしたパルス電源装置の構成を表すブロック図である。
【図７】  本発明の実施の形態２に係わるバウンサ回路をパルストランスの二次側に配置し一つのユニットとしたパルス電源装置の構成を表すブロック図である。
【図８】  従来のパルス電源装置の構成を表すブロック図である。
【図９】  従来のパルス電源装置の電圧の時間変化を表す図である。
【図１０】  図９の拡大図である。
【図１１】  従来のパルス電源装置の作用を説明する図である。
【符号の簡単な説明】
１  直流電源、  ２  コンデンサ、
３，４，５  バウンサ回路の補助直流電源、
６，７，８  コンデンサ、  ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ  バウンサ回路、
９，１０，１１  インダクタンス、
１２，１３，１４，１５，１６，１７  スイッチ、
２４  パルストランス、２５  グリッドなしクライストロン、
２６  パルストランスタンク，
４１  グリッド付きクライストロン、４１ａ  カソード、
４１ｂ  グリッド、  ４１ｃ  アノード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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