(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリアクトルおよび複数のコンデンサを梯子形に接続して成るパルス形成回路網と、このパルス形成回路網の出力側から数えて初段のリアクトルに直列に接続された出力スイッチと、前記パルス形成回路網を充電する充電電源とを備えるパルス電源装置において、前記初段のリアクトルに並列に、前記パルス形成回路網を構成する初段のコンデンサよりも小容量のバイパスコンデンサと共振抑制用抵抗とを直列接続して成るバイパス回路を接続した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】
この発明は、例えば線形加速器やパルスレーザ等にパルス電力を供給するパルスクライストロンの駆動等に用いられるものであってパルス形成回路網を含むパルス電源装置に関し、より具体的には、その出力パルスの立上りおよび立下り時間と平坦度とを両立させる手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来のパルス電源装置をパルスクライストロンの駆動に用いた例を示す回路図であり、図３は、図２の回路のパルス電源装置周りの等価回路図である。
【０００３】
このパルス電源装置１は、複数のリアクトル（通常はこの例のように可変リアクトル）６および複数のコンデンサ８を梯子形（ラダー形）に接続して成るパルス形成回路網（ＰＦＮ）４と、このパルス形成回路網４の出力側から数えて初段のリアクトル６（これを特に符号６ａで示す）に直列に接続された出力スイッチ１０と、このパルス形成回路網の最終段に接続されていて当該パルス形成回路網４（より具体的にはその各コンデンサ８）を充電する直流の充電電源２とを備えている。出力スイッチ１０は、この例ではサイラトロンで構成されているが、それに限られるものではない。
【０００４】
この出力スイッチ１０の出力側（具体的にはサイラトロンのカソード）と初段のコンデンサ８（これを特に符号８ａで示す）の接地電位側との間には、この例では、パルストランス１４が接続されており、このパルストランス１４には高周波電力増幅用のパルスクライストロン（パルス動作形のクライストロン）１６が接続されており、このパルスクライストロン１６からのパルス電力Ｐが線形加速器２０に供給される。この例では、これらのパルストランス１４、パルスクライストロン１６および線形加速器２０が、図３中に示す負荷２４を構成している。この負荷２４と出力スイッチ１０との間には、パルストランス１４の漏れインダクタンスを含めたラインインダクタンス２２が不可避的に存在する。なお、クリッパ回路１２は、パルスクライストロン１６のブレークダウン時のコンデンサ８等の機器の保護用のものであり、この発明の本質に影響するものではない。
【０００５】
充電電源２でパルス形成回路網４を充電した状態において出力スイッチ１０をオンすると、各コンデンサ８から電荷が放電されてパルス形成回路網４から所定の波形のパルスが出力され、それが出力スイッチ１０およびパルストランス１４を経由してパルスクライストロン１６に供給されてそこで増幅され、パルス電力Ｐとなって線形加速器２０に供給される。このパルス電源装置１から出力される出力パルスは、方形パルスに近い台形状の波形をしており、そのパルス幅は例えば数μｓ〜数ｍｓ程度、波高値は例えば数十ｋＶ〜数百ｋＶ程度である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなパルス電源装置１およびパルスクライストロン１６等を例えば線形加速器の駆動に用いる場合、当該線形加速器において荷電粒子ビーム（例えば電子ビームやイオンビーム）の均一な加速を得るためには、パルス電力Ｐの、即ちパルス電源装置１から出力してパルスクライストロン１６に印加する出力パルスの平坦部の平坦度を良くする必要がある。
【０００７】
また一方で、パルス電源装置１からパルスクライストロン１６に印加する出力パルスの立上りおよび立下りを速くして平坦部を長く取ることによって、パルスクライストロン１６の効率を上げる必要がある。
【０００８】
このパルス電源装置１からの出力パルスの立上りおよび立下りは、パルス形成回路網４の初段のリアクトル６ａのインダクタンスＬ1 、同初段のコンデンサ８ａの静電容量Ｃ1 およびラインインダクタンス２２のインダクタンスＬ0 で規定される時定数で決まる。具体的には、簡単に言うとほぼ２√｛（Ｌ0 ＋Ｌ1 ）・Ｃ1 ｝で決まる。従って、インダクタンス（Ｌ0 ＋Ｌ1 ）が小さい程、出力パルスの立上りおよび立下りは速くなる。
【０００９】
一方、上記出力パルスの平坦度は、インダクタンス（Ｌ0 ＋Ｌ1 ）が大きい程、当該インダクタンスによって十分にリップルが抑えられるので良くなる。
【００１０】
このように、出力パルスの立上りおよび立下り時間と平坦度とは相反する関係にあり、従来は両者を両立させることが困難であった。
【００１１】
そこでこの発明は、出力パルスの平坦度を良くし、かつ立上りおよび立下り時間を短くすることができるパルス電源装置を提供することを主たる目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明のパルス電源装置は、前記初段のリアクトルに並列に、前記パルス形成回路網を構成する初段のコンデンサよりも小容量のバイパスコンデンサと共振抑制用抵抗とを直列接続して成るバイパス回路を接続したことを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、出力パルスの立上りおよび立下りの過渡時では出力電流は殆どがバイパス回路を通して流れ、立上りおよび立下り時以外では出力電流は殆どがパルス形成回路網の初段のリアクトルを通して流れる。従って、出力パルスの立上りおよび立下り時間は、パルス形成回路網の初段のリアクトルのインダクタンスに殆ど依存しなくなる。しかも、バイパス回路を構成するバイパスコンデンサの静電容量を、パルス形成回路網の初段のコンデンサの静電容量よりも小さくしているので、出力パルスの立上りおよび立下り時間は、パルス形成回路網の初段のコンデンサの静電容量にも殆ど依存しなくなる。従って、出力パルスの立上りおよび立下り時間を規定する要素としては、上記バイパスコンデンサの静電容量ＣB および出力側の前述したラインインダクタンスのインダクタンス値Ｌ0 が支配的となり、出力パルスの立上りおよび立下り時間はほぼ２√（Ｌ0 ・ＣB ）によって決まる。
【００１４】
その結果、パルス形成回路網の初段のリアクトルのインダクタンスを大きくして出力パルスの平坦度を良くすることが可能になり、しかもそのようにしても上記理由から出力パルスの立上りおよび立下り時間を短く維持することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るパルス電源装置の一例を示す等価回路図である。図３の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００１６】
この実施例のパルス電源装置１ａにおいては、前述したパルス形成回路網４を構成する初段のリアクトル６ａに並列に、同パルス形成回路網４を構成する初段のコンデンサ８ａよりも小容量のバイパスコンデンサ２６と共振抑制用抵抗２８とを直列接続して成るバイパス回路３０を接続している。
【００１７】
バイパスコンデンサ２６の方を小容量とするのは、仮にそれと反対にすると、出力パルスの立上りおよび立下り時におけるバイパスコンデンサ２６の充電および放電に長時間がかかり、出力パルスの立上りおよび立下りが遅くなるからである。このバイパスコンデンサ２６の静電容量ＣB は、パルス形成回路網の初段のコンデンサ８ａの静電容量Ｃ1 に比べて十分に小さくするのが好ましい。例えば、バイパスコンデンサ２６の静電容量ＣB は初段のコンデンサ８ａの静電容量Ｃ1 の１／５〜１／２０程度にするのが好ましく、１／１０前後がより好ましい。
【００１８】
共振抑制用抵抗２８は、出力パルスの立上りおよび立下りの過渡時に上記バイパスコンデンサ２６とラインインダクタンス２２とで生じる直列共振（寄生振動）を抑制することができる程度の小さい抵抗値のもので良い。例えば、この共振抑制用抵抗２８の抵抗値は、数十Ω〜数百Ω程度で良い。
【００１９】
このパルス電源装置１ａにおいては、出力パルスの立上りおよび立下りの過渡時では出力電流は殆どがバイパス回路３０を通して流れ、立上りおよび立下り時以外では出力電流は殆どがパルス形成回路網４の初段のリアクトル６ａを通して流れる。これは、定性的に言えば、出力パルスの立上り時は、パルス形成回路網４の初段のコンデンサ８ａからの電荷がまずバイパスコンデンサ２６を充電するように流れ、バイパスコンデンサ２６の充電後はコンデンサ８ａからの電荷はリアクトル６ａを経由して流れるからである。これを定量的に言えば、出力パルスの立上りおよび立下りの過渡時は周波数（角周波数）ωが極めて高いために、リアクトル６ａのインピーダンス（＝ωＬ1 ）に比べてバイパス回路３０のインピーダンス（≒１／ωＣB 。共振抑制用抵抗２８の抵抗値は前述したように小さいので無視する。）の方が遙かに小さくなり、立上りおよび立下り時以外では周波数ωが非常に小さいために、上記とは逆にリアクトル６ａのインピーダンスの方がバイパス回路３０のインピーダンスに比べて遙かに小さくなるからである。従って、出力パルスの立上りおよび立下り時間は、リアクトル６ａのインダクタンスＬ1 に殆ど依存しなくなる。
【００２０】
しかも、バイパスコンデンサ２６の静電容量ＣB を、パルス形成回路網４の初段のコンデンサ８ａの静電容量Ｃ1 よりも上記のように小さくしているので、出力パルスの立上りおよび立下り時間は、パルス形成回路網４の初段のコンデンサ８ａの静電容量Ｃ1 にも殆ど依存しなくなる。これは、出力パルスの立上りおよび立下り時に形成されるコンデンサ８ａとバイパスコンデンサ２６との直列回路の合成静電容量は、値の小さい方の静電容量ＣB に殆ど支配されるからである。
【００２１】
従って、出力パルスの立上りおよび立下り時間を規定する要素としては、バイパスコンデンサ２６の静電容量ＣB および出力側の前述したラインインダクタンス２２のインダクタンス値Ｌ0 が支配的となり、出力パルスの立上りおよび立下り時間はほぼ２√（Ｌ0 ・ＣB ）によって決まる。
【００２２】
その結果、パルス形成回路網４の初段のリアクトル６ａのインダクタンスＬ1 を大きくして出力パルスの平坦度を良くすることが可能になり、しかもそのようにしても上記理由から出力パルスの立上りおよび立下り時間を短く維持することが可能になる。即ち、出力パルスの平坦度を良くし、かつ立上りおよび立下り時間を短くすることができる。このような効果が、簡単なバイパス回路３０を付加することで得られる。
【００２３】
なお、このパルス電源装置１ａは、パルスクライストロンの駆動以外にも、また線形加速器の電源以外にも、勿論用いることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、出力パルスの立上りおよび立下り時間が、パルス形成回路網の初段のリアクトルのインダクタンスに殆ど依存しなくなるので、当該リアクトルのインダクタンスを大きくして出力パルスの平坦度を良くすることが可能になり、しかもそのようにしても出力パルスの立上りおよび立下り時間を短く維持することが可能になる。即ち、出力パルスの平坦度を良くし、かつ立上りおよび立下り時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るパルス電源装置の一例を示す等価回路図である。
【図２】従来のパルス電源装置をパルスクライストロンの駆動に用いた例を示す回路図である。
【図３】図２の回路のパルス電源装置周りの等価回路図である。
【符号の説明】
１ａ  パルス電源装置
２  充電電源
４  パルス形成回路網
６  リアクトル
６ａ  初段のリアクトル
８  コンデンサ
８ａ  初段のコンデンサ
１０  出力スイッチ
２６  バイパスコンデンサ
２８  共振抑制用抵抗
３０  バイパス回路
【図１】
0003812119.tif 000002
【図２】
0003812119.tif 000003
【図３】
0003812119.tif 000004