JP2010272902A - パルス電源 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子および磁気スイッチをスイッチ手段として負荷放電管に安定した双極性のパルスを印加でき、しかも干渉防止回路や電流阻止回路を不要にすると共にキックバックエネルギーの回生ができる。
【解決手段】予備充電される初段コンデンサから半導体スイッチによる放電でパルス電流を発生するパルス発生回路１１ａ、１１ｂと、パルス電流で充電されるコンデンサを可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作により磁気パルス圧縮したパルス電流を得る磁気パルス圧縮回路１３ａ、１３ｂとを組み合わせたパルス電源を２台構成とし、それぞれ出力電圧の極性を逆にした構成とし、各パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷１４に双極性のパルス電流を出力する。
【選択図】図１
【解決手段】予備充電される初段コンデンサから半導体スイッチによる放電でパルス電流を発生するパルス発生回路１１ａ、１１ｂと、パルス電流で充電されるコンデンサを可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作により磁気パルス圧縮したパルス電流を得る磁気パルス圧縮回路１３ａ、１３ｂとを組み合わせたパルス電源を２台構成とし、それぞれ出力電圧の極性を逆にした構成とし、各パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷１４に双極性のパルス電流を出力する。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体素子をパルス発生スイッチとするパルス発生回路と、パルス電流で充電されるコンデンサを可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作により磁気パルス圧縮したパルス電流を得る磁気パルス圧縮回路とを組み合わせたパルス電源に関し、特にプラズマ応用装置などの低インピーダンスとなる負荷放電管に双極性の高電圧パルスを印加するパルス電源に関する。
半導体素子をパルス発生スイッチとするパルス電源としては、図５に例を示すエキシマレーザ用パルス電源がある（特許文献１参照）。図中、パルス発生回路１は、電力用の初段コンデンサＣ0を充電器２により初期充電しておき、半導体スイッチＩＧＢＴ1のオン制御で初段コンデンサＣ0から可飽和リアクトルＳＩ０を通してパルストランスＰＴにパルス電流を供給する。可飽和リアクトルＳＩ０は、半導体スイッチＩＧＢＴ1のオンに遅れて磁気スイッチ動作することで半導体スイッチＩＧＢＴ1のスイッチング損失を軽減するための磁気アシストである。
磁気パルス圧縮回路３は、パルストランスＰＴで昇圧したパルス電流でコンデンサＣ1を高圧充電し、このコンデンサＣ1の充電電圧で可飽和リアクトルＳＩ１が磁気スイッチ動作することによりコンデンサＣ1からコンデンサＣ2への狭幅のパルス電流を発生させてコンデンサＣ2を高圧充電し、さらにコンデンサＣ2の充電電圧で可飽和リアクトルＳＩ２が磁気スイッチ動作することによりコンデンサＣ2からエキシマレーザヘッドになる負荷装置４に狭幅・高電圧のパルス電流を供給する。
可飽和リアクトルＳＩ０〜ＳＩ２は、磁気スイッチ動作に備えて磁気飽和方向を初期化するための磁化リセットがなされる。この磁化リセットには、各可飽和リアクトルＳＩ０〜ＳＩ２にはリセット巻線を設け、直流電流を供給する。
ここで、負荷４は、エキシマレーザ用とする場合、その等価回路は図６の（ａ）に示すように、ピーキングコンデンサＣｐに配線インダクタンスＬｐと負荷放電管の放電抵抗ＲＬが直列に接続された回路になっており、図６の（ｂ）に示すような振動波形となる低インピーダンス負荷（数Ω）となっている。そのため、負荷４で吸収されなかったエネルギーは反転して磁気パルス圧縮回路３を経てパルス発生回路１側に戻ってくる（キックバックエネルギーと呼ばれる）。この電源に戻ってきたキックバックエネルギーは、パルストランスＰＴの巻線Ｎ１’を介して取り込み、ダイオードＤ1を通してコンデンサＣ0に初期充電と同じ極性で充電し、次回のパルス発生時の電気エネルギーとして回生する。また、このときＩＧＢＴ1はオフしており、ＰＴの巻線Ｎ１には電流は流れない。
図７は特許文献２に記載されるパルス電源の構成例を示す。同図は、パルスエネルギーの増大を図りながら回路部品責務を下げ、さらにパルス発生の繰り返し周波数を高めるために、２並列のパルス発生回路１ａ，１ｂを設け、これらパルス発生回路を時分割運転し、磁気パルス圧縮回路３ａ，３ｂは各パルス電流出力をそれぞれ入力して各パルス電流を磁気パルス圧縮する。また、磁気パルス圧縮回路３ａ，３ｂは、可飽和リアクトルＳＩ２ａ，ＳＩ２ｂに電流回り込み防止用ダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂを直列接続して各出力を並列接続し、最終段の磁気パルス圧縮回路３にパルス電流を供給する。
上記の図５や図７のようなパルス電源は、単極性の出力となる。これに対し、プラズマ応用装置としてのＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）成膜装置や半導体成膜装置では、以下に詳細に説明するように、双極性のパルス電源が必要となる場合がある。
ＤＬＣ膜は、ダイヤモンドのＳＰ3結合とグラファイトのＳＰ2結合の両者を炭素原子の骨格構造としたアモルファス炭素膜であり、高硬度、高耐摩耗性、低摩擦係数、高絶縁性などの特徴を持ち、電気・電子機器や切削工具、金型、自動車部品などに幅広く応用されている。
ＤＬＣの成膜には、例えば、メタンなどの含炭素気体またはグラファイトなどの固体原料に放電などでエネルギーを与えて炭素を含む正イオンを生成させ、このイオンを電界で加速して陰極基板上に供給することにより、基板上にＤＬＣ膜を生成させる。この生成手法として、イオンビーム蒸着法やアークイオンプレーティング法、スパッタリング法がある。同様に、半導体成膜装置ではスパッタリング法やＣＶＤ法、イオン注入法で半導体の成膜を得ている。
図８はバイポーラ型マグネトロンスパッタ装置の概略図を示す（例えば、非特許文献１参照）。このバイポーラ型では、パルス電源から２つのターゲットにＡＣあるいはパルス電圧を印加する方法として、電圧の半周期毎にターゲットをそれぞれカソードとアノードを入れ替える。同図ではマグネトロン電源ＭＰＳの高圧直流出力の極性をパルスユニットＰＵで交互に切り替えることで、２つのターゲットＭ１、Ｍ２に正負のパルス電圧を印加する。このようなパルス電圧印加方法によれば、ターゲットＭ１、Ｍ２の電位が交互に反転し、スパッタリングにおけるアーキングの発生を防ぐことができる。このアーキングは、直流スパッタリングによってカソード表面絶縁層に電荷が蓄積されることが原因とされ、これを防ぐためにターゲットＭ１、Ｍ２の電位を交互に反転させ、両ターゲットＭ１、Ｍ２の表面に形成された絶縁層上の正電荷を中和させ、次の負電圧印加期間に絶縁層を除去する。
図９は、特許文献３に記載されるＤＬＣ成膜装置の回路構成である。この装置に使用されるパルス電源は、負の高電圧パルス発生電源ＰＳ（Ｎ）、正の高電圧パルス発生電源ＰＳ（Ｐ）及び干渉防止回路ＩＰＣで構成される。
負の高電圧パルス電源ＰＳ（Ｎ）は真空管スイッチＳＷ１のスイッチ動作により負の高電圧パルスを出力する。正の高電圧パルス電源ＰＳ（Ｐ）は真空管スイッチＳＷ２のスイッチ動作により正の高電圧パルスを出力する。これら正負パルス出力は干渉防止回路ＩＰＣを通してチャンバＣＨ内の成膜処理物ＴＧに交互に印加される。干渉防止回路ＩＰＣは、サージ電流をコアＣＯＲＥと抵抗Ｒ１で限流し、さらにパルスのスイッチング時の過度電流をインダクタンスＬで限流し、ダイオードＤと抵抗Ｒ２を介して回生し、干渉を防止している。
平成２０年電気学会全国大会、第１分冊、Ｓ４（２７）〜Ｓ４（３０）、「スパッタプラズマの課題と今後の展望」、菊地直人、草野英二
前記のように、プラズマ応用装置（ＤＬＣ成膜装置や半導体成膜装置）に使用されるパルス電源は、パルス発生のスイッチ手段としてサイラトロンや真空管などのギャップスイッチが用いられていたが、他のスイッチ手段として半導体スイッチや磁気スイッチも用いられており、これらの特徴は下記表に示すようになる。
これら特徴から、プラズマ応用装置用のパルス電源として、寿命や安定性、制御性などに優れる半導体スイッチおよび磁気スイッチを併用したパルス電源が好適となる。
しかし、前記の図５や図７に示す半導体スイッチを用いたパルス電源は、単極性のパルス出力になり、双極性のパルスを発生できるものが要求される。すなわち、プラズマ応用装置では、前記の反応性スパッタリングにおいて、絶縁層表面に蓄積した正電荷により局所的な絶縁破壊の発生（アーキングの発生）の問題があり、このアーキングにより発生したパーティクルによって膜質の劣化や電源へのダメージといった問題を引き起こす。このアーキング防止のためには双極性のパルスを発生できるパルス電源が要求される。
双極性のパルスを発生できるパルス電源として、図９に示すように、それぞれが単極性のパルス発生電源になる２台の高電圧パルス発生電源ＰＳ（Ｐ）、ＰＳ（Ｎ）を併設し、これらパルス電源から交互にパルスを発生させることが考えられるが、これには正負パルス出力が互いに干渉するのを防止するための干渉防止回路ＩＰＣ（図９参照）や電流阻止回路（図７のダイオードＤ１ａやＤ１ｂ）などが必要となる。これら干渉防止回路や電流阻止回路に使用するダイオードや抵抗、リアクトルとしては、耐電圧・電流容量が大きく、従い大型で高価なものになる。また、真空管スイッチを用いることで、安定性が低い、短寿命の問題もある。
本発明の目的は、半導体素子および磁気スイッチをスイッチ手段として負荷放電管に安定した双極性のパルスを印加でき、しかも干渉防止回路や電流阻止回路を不要にすると共にキックバックエネルギーの回生ができるパルス電源を提供することにある。
本発明は、前記の課題を解決するため、パルス発生回路と磁気パルス圧縮回路で構成する２台のパルス電源を使用し、両パルス電源の出力電圧の極性を逆にした構成とし、両パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷に双極性のパルス電流を出力するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
（１）予備充電される初段コンデンサから半導体スイッチによる放電でパルス電流を発生するパルス発生回路と、前記パルス電流で充電されるコンデンサを可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作により磁気パルス圧縮したパルス電流を得る磁気パルス圧縮回路とを組み合わせたパルス電源において、
前記パルス発生回路および前記磁気パルス圧縮回路は２台構成で、それぞれ出力電圧の極性を逆にした構成とし、各パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷に双極性のパルス電流を出力することを特徴とするパルス電源。
前記パルス発生回路および前記磁気パルス圧縮回路は２台構成で、それぞれ出力電圧の極性を逆にした構成とし、各パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷に双極性のパルス電流を出力することを特徴とするパルス電源。
（２）予備充電される初段コンデンサから半導体スイッチによる放電でパルス電流を発生するパルス発生回路と、前記パルス電流で充電されるコンデンサを可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作により磁気パルス圧縮したパルス電流を得る磁気パルス圧縮回路とを組み合わせたパルス電源において、
前記パルス発生回路および前記磁気パルス圧縮回路は２台構成で、片方の出力回路にパルストランスを接続してそれぞれ出力電圧の極性を逆にした構成とし、各パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷に双極性のパルス電流を出力することを特徴とするパルス電源。
前記パルス発生回路および前記磁気パルス圧縮回路は２台構成で、片方の出力回路にパルストランスを接続してそれぞれ出力電圧の極性を逆にした構成とし、各パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷に双極性のパルス電流を出力することを特徴とするパルス電源。
以上のとおり、本発明によれば、パルス発生回路と磁気パルス圧縮回路で構成する２台のパルス電源を使用し、両パルス電源の出力電圧の極性を逆にした構成とし、両パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷に双極性のパルス電流を出力するようにしたため、半導体素子および磁気スイッチをスイッチ手段として負荷放電管に安定した双極性のパルスを印加でき、しかも干渉防止回路や電流阻止回路を不要にすると共にキックバックエネルギーの回生ができる
具体的には、
・プラズマ応用装置の負荷放電電極に、双極性のパルスを印加できる。
具体的には、
・プラズマ応用装置の負荷放電電極に、双極性のパルスを印加できる。
・プラズマ応用装置の負荷放電電極で、アーキングの発生をなくし、膜質の劣化や電源へのダメージといった問題が解決する。
・パルス電源間の干渉防止回路や電流阻止回路が不要になる。
・負荷で吸収されない余剰エネルギーが初段コンデンサＣ０に回生できる。
・パルス電源が半導体スイッチと磁気圧縮回路で構成されるため、高電圧・大電流の急峻なパルスを高繰り返しで安定供給できる。
・１つのパルス電源とそのパルス電源のパルストランス以降の極性を逆にしたパルス電源の２台で構成できるため、パルス電源の製作が容易である（パルス電源内部の改造のみで対応できる）。
・１種類のパルス電源を２台使って構成できるため、パルス電源の製作が容易である（パルス電源外部の改造のみで対応できる）。
・片方のパルス電源の出力部にパルストランスを入れることにより、出力電圧を容易に変化させることができる。
（実施形態１）
図１は、本実施形態を示すパルス電源の構成図であり、プラズマ応用装置などの低インピーダンスとなる負荷放電管に双極性の高電圧パルスを印加できるパルス電源としている。
図１は、本実施形態を示すパルス電源の構成図であり、プラズマ応用装置などの低インピーダンスとなる負荷放電管に双極性の高電圧パルスを印加できるパルス電源としている。
同図において、パルス発生回路１１ａ，１１ｂと充電器１２ａ，１２ｂおよび磁気パルス圧縮回路１３ａ，１３ｂは２台構成で、それぞれ出力パルス電圧の極性が逆になる回路構成とし、各パルス発生回路１１ａ，１１ｂの交互運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷１４に双極性のパルス電流を出力する。
パルス発生回路１１ａ，１１ｂおよび磁気パルス圧縮回路１３ａ，１３ｂの具体的な回路構成は、例えば図５に示すものと同様の構成にされ、キックバックエネルギーの回生機能も備える。ただし、パルス発生回路１１ａ，１１ｂのパルストランスＰＴ１ａとＰＴ１ｂの出力極性は互いに逆にし、磁気パルス圧縮回路１３ａ，１３ｂの可飽和リアクトルＳＩ１ａ、ＳＩ２ａとＳＩ１ｂ、ＳＩ２ｂの初期磁化方向（→で示す）も逆にする。なお、ピーキングコンデンサＣｐは負荷１４の構成によっては不要のものもあり、この場合は直接に負荷放電管を接続する。
図１の構成によるパルス電源で、負荷（負荷放電電極）１４に双極性の高電圧パルスを印加するための動作を図２で説明する。
基本動作は、２台のパルス電源を交互に運転し、負荷放電電極に正負双極性のパルス電圧を印加し、放電を起こす。交互運転のタイミングは、図示していないが制御回路による充電指令とパルス発生回路の半導体スイッチのゲートトリガで任意のタイミングに出力する。なお、交互運転のタイミングは、等間隔でも良いし、正負パルスが近接していても良い。ただし、正パルス発生後、磁化リセット動作中に負パルス発生など近すぎると問題がある。また、各パルス電源の出力電圧も任意に設定できる。すなわち、正負パルスの波高値が多少違っていても良い。
（Ａ）図２の上側のパルス電源の動作
（初期条件）充電器１２ａでパルス発生回路１１ａ内の初段コンデンサＣ０（図５参照）を一定電圧まで充電しておく。各可飽和リアクトルＳＩ１ａ，ＳＩ２ａを初期磁化状態（図中の矢印の方向）に磁化する。同様に、パルス発生回路１１ａ内の可飽和リアクトルＳＩ０（図５参照）を初期磁化状態に磁化しておく。
（初期条件）充電器１２ａでパルス発生回路１１ａ内の初段コンデンサＣ０（図５参照）を一定電圧まで充電しておく。各可飽和リアクトルＳＩ１ａ，ＳＩ２ａを初期磁化状態（図中の矢印の方向）に磁化する。同様に、パルス発生回路１１ａ内の可飽和リアクトルＳＩ０（図５参照）を初期磁化状態に磁化しておく。
（電流ｉ11および電流ｉ11’）パルス発生回路１１ａでパルスを発生し、パルストランスＰＴ１ａが図示の方向でトランス動作し、コンデンサＣ１ａを負に充電する。
（電流ｉ12）可飽和リアクトルＳＩ１ａが飽和し、コンデンサＣ１ａからＣ２ａにエネルギー転送される。
（電流ｉ13）可飽和リアクトルＳＩ２ａが飽和し、コンデンサＣ２ａからＣｐにエネルギー転送される。このとき、図２の下側のパルス電源へはほとんど電流が流れない。すなわち、コンデンサＣｐの電圧により可飽和リアクトルＳＩ２ｂも磁化しようとするが、可飽和リアクトルＳＩ２ｂが飽和する時間に達する前にコンデンサＣｐから負荷放電電極１４に放電が起き、可飽和リアクトルＳＩ２ｂが非飽和状態を維持し、可飽和リアクトルＳＩ２ｂ側への電流をブロックする。結果的に、可飽和リアクトルＳＩ２ｂは初期磁化方向と逆の方向に少し磁化される。
（電流ｉ14）負荷放電電極１４で放電が起こり、コンデンサＣｐの負の電圧が極性反転して正に充電される。
（電流ｉ15）コンデンサＣｐからＣ２ａにエネルギー転送される。このとき、図２の下側のパルス電源へは電流が流れない。すなわち、上記電流ｉ13の一部の微小電流で可飽和リアクトルＳＩ２ｂが非飽和領域に磁化されており、電流をブロックする。
（電流ｉ16）コンデンサＣ２ａからＣ１ａにエネルギー転送される。
（電流ｉ17およびｉ17’）パルス発生回路１１ａ内の回生回路（図５参照）によりコンデンサＣ０に初期充電極性で回生される。
（Ｂ）図２の下側のパルス電源の動作
（初期条件）充電器１２ｂでパルス発生回路１１ｂの初段コンデンサＣ０（図５参照）を一定電圧まで充電しておく。各可飽和リアクトルＳＩ１ｂ，ＳＩ２ｂを初期磁化状態（図中の矢印の方向）に磁化する。同様に、パルス発生回路１１ｂ内の可飽和リアクトルＳＩ０（図５参照）を初期磁化状態に磁化しておく。
（初期条件）充電器１２ｂでパルス発生回路１１ｂの初段コンデンサＣ０（図５参照）を一定電圧まで充電しておく。各可飽和リアクトルＳＩ１ｂ，ＳＩ２ｂを初期磁化状態（図中の矢印の方向）に磁化する。同様に、パルス発生回路１１ｂ内の可飽和リアクトルＳＩ０（図５参照）を初期磁化状態に磁化しておく。
（電流ｉ21およびｉ21’）パルス発生回路１１ｂでパルスを発生し、パルストランスＰＴ１ｂが図示の方向でトランス動作し、コンデンサＣ１ｂを正に充電する。
（電流ｉ22）可飽和リアクトルＳＩ１ｂが飽和し、コンデンサＣ１ｂからＣ２ｂにエネルギー転送される。
（電流ｉ23）可飽和リアクトルＳＩ２ｂが飽和し、コンデンサＣ２ｂからＣｐにエネルギー転送される。このとき、図２の上側のパルス電源へはほとんど電流が流れない。すなわち、コンデンサＣｐの電圧により可飽和リアクトルＳＩ２ａも磁化しようとするが、可飽和リアクトルＳＩ２ａが飽和する時間に達する前にコンデンサＣｐから負荷放電電極１４に放電が起き、可飽和リアクトルＳＩ２ａが非飽和状態を維持し、可飽和リアクトルＳＩ２ａ側への電流をブロックする。結果的に、可飽和リアクトルＳＩ２ａは初期磁化方向と逆の方向に少し磁化される。
（電流ｉ24）負荷放電電極１４で放電が起こり、コンデンサＣｐの正の電圧が極性反転して負に充電される。
（電流ｉ25）コンデンサＣｐからＣ２ｂにエネルギー転送される。このとき、図２の上側のパルス電源へは電流が流れない。すなわち、上記電流ｉ23の一部の微小電流で可飽和リアクトルＳＩ２ａが非飽和領域に磁化されており、電流をブロックする。
（電流ｉ26）コンデンサＣ２ｂからＣ１ｂにエネルギー転送される。
（電流ｉ27およびｉ27’）パルス発生回路１１ｂ内の回生回路（図５参照）によりコンデンサＣ０に初期充電極性で回生される。
したがって、本実施形態によれば、
・プラズマ応用装置の負荷放電電極に、双極性のパルスを印加できる。
・プラズマ応用装置の負荷放電電極に、双極性のパルスを印加できる。
・プラズマ応用装置の負荷放電電極で、アーキングの発生をなくし、膜質の劣化や電源へのダメージといった問題が解決する。
・パルス電源間の干渉防止回路や電流阻止回路が不要になる。
・負荷で吸収されない余剰エネルギーが初段コンデンサＣ０に回生できる。
・パルス電源が半導体スイッチと磁気圧縮回路で構成されるため、高電圧・大電流の急峻なパルスを高繰り返しで安定供給できる。
・１つのパルス電源とそのパルス電源のパルストランス以降の極性を逆にしたパルス電源の２台で構成できるため、パルス電源の製作が容易である（パルス電源内部の改造のみで対応できる）。
（実施形態２）
図３は、本実施形態を示すパルス電源の構成図であり、図１と異なる部分は２台のパルス電源のうち、片方のパルス電源は出力をそのままコンデンサＣｐに接続し、もう片方のパルス電源は出力にパルストランス回路１６を介してコンデンサＣｐに接続した構成とする。
図３は、本実施形態を示すパルス電源の構成図であり、図１と異なる部分は２台のパルス電源のうち、片方のパルス電源は出力をそのままコンデンサＣｐに接続し、もう片方のパルス電源は出力にパルストランス回路１６を介してコンデンサＣｐに接続した構成とする。
２台のパルス電源の極性はどちらでも良い。ここでは２台とも負極性出力とする（同じ電源回路構成）。パルストランス回路１６のＰＴ２は、パルストランスがない電源の極性と逆の極性で出力する巻線構成とする。コンデンサＣｐは負荷１４の構成によっては不要のものもあり、この場合は直接に負荷放電管を接続する。
図３の構成によるパルス電源で、負荷（負荷放電電極）１４に双極性の高電圧パルスを印加するための動作を図４で説明する。
基本動作は、２台のパルス電源を交互に運転し、負荷放電電極に正負双極性のパルス電圧を印加し、放電を起こす。交互運転のタイミングは、図示していないが制御回路による充電指令とパルス発生回路の半導体スイッチのゲートトリガで任意のタイミングに出力する。なお、交互運転のタイミングは等間隔でも良いし、正負パルスが近接していても良い。ただし、正パルス発生後、磁化リセット動作中に負パルス発生など近すぎると問題がある。また、各パルス電源の出力電圧も任意に設定できる。すなわち、正負パルスの波高値が多少違っていても良い。
（Ａ）図４の上側のパルス電源の動作
（初期条件）充電器１２ａでパルス発生回路１１ａ内の初段コンデンサＣ０（図５参照）を一定電圧まで充電しておく。各可飽和リアクトルＳＩ１ａ，ＳＩ２ａを初期磁化状態（図中の矢印の方向）に磁化する。同様に、パルス発生回路１１ａ内の可飽和リアクトルＳＩ０（図５参照）を初期磁化状態に磁化しておく。
（初期条件）充電器１２ａでパルス発生回路１１ａ内の初段コンデンサＣ０（図５参照）を一定電圧まで充電しておく。各可飽和リアクトルＳＩ１ａ，ＳＩ２ａを初期磁化状態（図中の矢印の方向）に磁化する。同様に、パルス発生回路１１ａ内の可飽和リアクトルＳＩ０（図５参照）を初期磁化状態に磁化しておく。
（電流ｉ11およびｉ11’）パルス発生回路１１ａでパルスを発生し、パルストランスＰＴ１ａが図示の方向でトランス動作し、コンデンサＣ１ａを負に充電する。
（電流ｉ12）可飽和リアクトルＳＩ１ａが飽和し、コンデンサＣ１ａからＣ２ａにエネルギー転送される。
（電流ｉ13）可飽和リアクトルＳＩ２ａが飽和し、コンデンサＣ２ａからＣｐにエネルギー転送される。このとき、図４の下側のパルス電源へはほとんど電流が流れない。すなわち、可飽和リアクトルＳＩ２ｂが非飽和で電流をブロックする。このとき、可飽和リアクトルＳＩ２ｂは初期磁化方向と逆の方向に少し磁化される。
（電流ｉ14）負荷放電電極１４で放電が起こり、コンデンサＣｐの負の電圧が極性反転して正に充電される。
（電流ｉ15）コンデンサＣｐからＣ２ａにエネルギー転送される。このとき、図４の下側のパルス電源へは電流が流れない。すなわち、上記電流ｉ13の一部の微小電流で可飽和リアクトルＳＩ２ｂが非飽和領域に磁化されており、電流をブロックする。
（電流ｉ16）コンデンサＣ２ａからＣ１ａにエネルギー転送される。
（電流ｉ17およびｉ17’）パルス発生回路１１ａ内の回生回路（図５参照）によりコンデンサＣ０に初期充電極性で回生される。
（Ｂ）図４の下側のパルス電源の動作
（初期条件）充電器１２ｂでパルス発生回路１１ｂの初段コンデンサＣ０（図５参照）を一定電圧まで充電しておく。各可飽和リアクトルＳＩ１ｂ，ＳＩ２ｂを初期磁化状態（図中の矢印の方向）に磁化する。同様に、パルス発生回路１１ｂ内の可飽和リアクトルＳＩ０（図５参照）を初期磁化状態に磁化しておく。
（初期条件）充電器１２ｂでパルス発生回路１１ｂの初段コンデンサＣ０（図５参照）を一定電圧まで充電しておく。各可飽和リアクトルＳＩ１ｂ，ＳＩ２ｂを初期磁化状態（図中の矢印の方向）に磁化する。同様に、パルス発生回路１１ｂ内の可飽和リアクトルＳＩ０（図５参照）を初期磁化状態に磁化しておく。
（電流ｉ21およびｉ21’）パルス発生回路１１ｂでパルス発生し、パルストランスＰＴ１ｂが図示の方向でトランス動作し、コンデンサＣ１ｂを負に充電する。
（電流ｉ22）可飽和リアクトルＳＩ１ｂが飽和し、コンデンサＣ１ｂからＣ２ｂにエネルギー転送される。
（電流ｉ23）可飽和リアクトルＳＩ２ｂが飽和し、コンデンサＣ２ｂからＣｐにエネルギー転送される。このとき、パルストランスＰＴ２がトランス動作する。このとき、図４の上側のパルス電源へはほとんど電流が流れない。すなわち、可飽和リアクトルＳＩ２ａが非飽和で電流をブロックする。このとき、可飽和リアクトルＳＩ２ａは初期磁化方向と逆の方向に少し磁化される。
（電流ｉ24）負荷放電電極１４で放電が起こり、コンデンサＣｐの正の電圧が極性反転して負に充電される。
（電流ｉ25）コンデンサＣｐからＣ２ｂにエネルギー転送される。このとき、パルストランスＰＴ２がトランス動作する。このとき、図４の上側のパルス電源へは電流が流れない。すなわち、上記電流ｉ23の一部の微小電流で可飽和リアクトルＳＩ２ａが非飽和領域に磁化されており、電流をブロックする。
（電流ｉ26）コンデンサＣ２ｂからＣ１ｂにエネルギー転送される。
（電流ｉ27およびｉ27’）パルス発生回路１１ｂ内の回生回路（図５参照）によりコンデンサＣ０に初期充電極性で回生される。
したがって、本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、
・１種類のパルス電源を２台使って構成できるため、パルス電源の製作が容易である（パルス電源外部の改造のみで対応できる）。
・１種類のパルス電源を２台使って構成できるため、パルス電源の製作が容易である（パルス電源外部の改造のみで対応できる）。
・片方のパルス電源の出力部にパルストランスを入れることにより、出力電圧を容易に変化させることができる。
１、１１ａ、１１ｂ パルス発生回路
２、１２ａ、１２ｂ 充電器
３、１３ａ、１３ｂ 磁気パルス圧縮回路
４、１４ 負荷
５ 磁化リセット回路
１６ パルストランス回路
ＰＴ、ＰＴ１ａ、ＰＴ１ｂ、ＰＴ２ パルストランス
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ コンデンサ
Ｃｐ ピーキングコンデンサ
ＳＩ０，ＳＩ１，ＳＩ２，ＳＩ１ａ、ＳＩ１ｂ、ＳＩ２ａ，ＳＩ２ｂ 可飽和リアクトル
２、１２ａ、１２ｂ 充電器
３、１３ａ、１３ｂ 磁気パルス圧縮回路
４、１４ 負荷
５ 磁化リセット回路
１６ パルストランス回路
ＰＴ、ＰＴ１ａ、ＰＴ１ｂ、ＰＴ２ パルストランス
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ コンデンサ
Ｃｐ ピーキングコンデンサ
ＳＩ０，ＳＩ１，ＳＩ２，ＳＩ１ａ、ＳＩ１ｂ、ＳＩ２ａ，ＳＩ２ｂ 可飽和リアクトル
Claims (2)
- 予備充電される初段コンデンサから半導体スイッチによる放電でパルス電流を発生するパルス発生回路と、前記パルス電流で充電されるコンデンサを可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作により磁気パルス圧縮したパルス電流を得る磁気パルス圧縮回路とを組み合わせたパルス電源において、
前記パルス発生回路および前記磁気パルス圧縮回路は２台構成で、それぞれ出力電圧の極性を逆にした構成とし、各パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷に双極性のパルス電流を出力することを特徴とするパルス電源。 - 予備充電される初段コンデンサから半導体スイッチによる放電でパルス電流を発生するパルス発生回路と、前記パルス電流で充電されるコンデンサを可飽和リアクトルの磁気スイッチ動作により磁気パルス圧縮したパルス電流を得る磁気パルス圧縮回路とを組み合わせたパルス電源において、
前記パルス発生回路および前記磁気パルス圧縮回路は２台構成で、片方の出力回路にパルストランスを接続してそれぞれ出力電圧の極性を逆にした構成とし、各パルス発生回路の時分割運転でそれぞれパルス電流を発生し、負荷に双極性のパルス電流を出力することを特徴とするパルス電源。
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