JPH03280618A - ガス・スイッチ駆動回路およびこれを用いた放電励起レーザならびに加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サイラトロン等のガス・スイッチを用いた高
電圧パルス発生回路を利用したエキシマレーザ等の放電
励起レーザ、あるいは線形誘導加速器等の加速器を動作
させるためのガス・スイッチ駆動回路及びこれを用いた
放電励起レーザ、並びに加速器に関するものである。

〔従来の技術〕

エキシマレーザ、　ＴＥＭＡ　（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ
ｌｙＥｘｃｉｔｅｄ　Ｍｕｌｔｉ−Ａｔｏｍｏｓｐｈｅ
ｒｉｃ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）　−Ｃｏｘレーザ、銅蒸気
レーザ等の放電励起レーザは、リソグラフィ、ウラン同
位体分離、ＣＶＤ等の化学反応プロセスを始めようとす
る各種応用分野の検討が進められている。

この様な放電励起レーザを効率よく発振させるには、レ
ーザ主放電電極に短時間（数百ｎｓ程度以下）に高電圧
（数十ｋＶ程度以上）を印加する必要があり、エキシマ
レーザを例にとると、第８図に示すような高繰り返し高
電圧パルス発生回路が用いられている。本回路において
、５１は高電圧直流電源、５２は主コンデンサ５３の充
電抵抗、２７はサイラトロンと呼ばれるガス・スイッチ
、２８はサイラトロン２７のアノード、２９はサイラト
ロン２８のカソード、１４はサイラトロン２７のコント
ロール・グリッドと呼ばれるゲート・トリガ入力端子、
２５は補助グリッド、５３は主コンデンサ、５４，５６
．５９は創生により生ずるインダクタンス、５５は主コ
ンデンサ５３の充電用インダクタンス、５７はレーザ主
放電電極６０を予備電離するためのｔＪ　Ｖ　（ｔｌｌ
ｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ　：紫外）予備電離用ギャップ、
５８はピーキング・コンデンサである。

本回路において、サイラトロン２７のオフ期間に、主コ
ンデンサ５３は、直流電源５１の正極、抵抗５２、主コ
ンデンサ５３、インダクタンス５４．５５、直流電源５
１の負極の経路で流れる充電電流により、図示の極性に
通常３０ｋＶ程度まで充電される。なお、オフ状態を保
つため、サイラトロン２８のコントロールグリッド１４
には負極性の直流バイアス電圧（通常数百Ｖ程度）、補
助グリッド２５には正極性の直流バイアス電圧（通常数
百Ｖ程度）が印加されている。

サイラトロン２７のコントロール・グリッドの負極性の
直流バイアス電圧に重畳して、正極性で１ｋＶ程度のゲ
ート・トリガ・パルス電圧が印加された後、数百ｎｓ程
度でサイラトロン２７の主電極間（アノード２８とカソ
ード２９間）はブレーク・ダウンし、サイラトロン２７
はターンオンする。これによって、主コンデンサ５３に
蓄積された電荷は、図示正極からサイラトロン２７、Ｕ
■予備電離用ギャップ５７、ピーキングコンデンサ５８
、インダクタンス５６，５４、主コンデンサ５３の図示
負荷側の経路で流れる放電電流により、ピーキングコン
デンサ５８に以降される。なお、Ｕ■予備電離用ギャッ
プ５７がブレーク・ダウンしたときに生ずるＵ■光によ
り、主放電電極６０は予備電離される。

欲に、ピーキング・コンデンサ５８の充電電圧が主放電
電極６０のブレーク・ダウン電圧に達すると、同コンデ
ンサに充電された電荷は、図示コンデンサ５８の正極か
ら、レーザ主放電電極６０、インダクタンス５９、図示
コンデンサ５８の負荷の経路で流れ、レーザ主放電電極
６０を介し、レーザガス中でエネルギの大部分は消費さ
れ、レーザ発振に寄与する。

サイラトロン２７を流れる順方向（サイラトロン２７の
アノード２８からカソード２９の方向に流れる電流。）
が停止してから数十μｓ程度で、サイラトロン２７の主
電極間はオフ状態となり、上記の動作が繰り返される。

以上説明した高繰り返し高電圧パルス発生回路に用いる
サイラトロンの駆動回路としては、例えば、第６図に示
すように、ＭｏＳ−ＦＥＴ等の半導体スイッチ素子を用
いた構成のものが用いられている。

同図において、１はゲート・トリガ・パルス発生回路の
直流電源入力正極端、２はコンデンサ３の充電抵抗、４
はゲート・トリガ・パルス発生用の半導体スイッチ素子
、５は半導体スイッチ素子４のゲート、６はダイオード
、７は変圧器、８は変圧器７の１次巻線、９は変圧器７
の２次巻線、１３はサイラトロン２７のコントロール・
グリッド１８の直流バイアス電流を阻止するためのコン
デンサ、１４はサイラトロン２７のコントロール・グリ
ッド、１８はサイラトロン２７のコントロール・グリッ
ド１４の直流バイアス電源、１９は抵抗、２０はサージ
電圧阻止用インダクタンス、２１はバリスタ、２２はサ
イラトロン２７の補助グリッド２５の直流バイアス電源
、２３は抵抗、２４はサージ電圧阻止用インダクタンス
、２５はサイラトロン２７の補助グリッド、２６はバリ
スタ、２８はサイラトロン２７のアノード、２９はサイ
ラトロン２７のカソードである。

本回路において、半導体スイッチ４がオフのときには、
入力端１とアース・ライン間に接続されたゲート・トリ
ガ・パルス用直流電源により、コンデンサ３は入力端１
から、抵抗２、コンデンサ３、変圧器７の１次巻線８、
アース・ラインの経路で流れる充電電流により、図示の
極性に充電される。

半導体スイッチ４のゲート５にアース・ラインに対し正
方向のゲート電圧が印加されると、同スイッチ４はター
ン・オンし、コンデンサ３に蓄積された電荷は、コンデ
ンサの図示正極から、スイッチ４、変圧器７の１次巻線
８、コンデンサ３の図示負極の向きで流れる。このため
、変圧器７の２次巻１ｌＩＡ９には、巻線比に応じたパ
ルス電圧が図示黒丸の極性で誘起し、抵抗４１、コンデ
ンサ１３を介して、サイラトロン２７のコントロール・
グリッド１４に印加される。この結果、ある遅れ時間（
アノード遅れ時間と呼ばれる。）経過した後、前記第８
図の回路動作で説明したように、サイラトロン２７の主
電極間はブレーク・ダウンする。

即ち、第６図の回路では、半導体スイッチ４のゲート５
に加える正方向の電圧パルスのタイミングを制御するこ
とにより、サイラトロン２７の繰り返し周期を制御する
ことができる。

以上説明した放電励起レーザについては、例えば、“短
波長レーザ技術の現状”、電気学会技術報告（ＩＩ部）
第２１７号（１９８６年４月）、銅蒸気レーザの放電特
性゛、電力中央研究報告ｌ゛８７１１７　（１９８８年
９月）、サイラトロン及びその駆動回路については、例
えば’Ｅｎｇ１１ｓｈＥｌｅｃｔｒｉｃ〜ａｌｖｅ　Ｃ
ｏｍｐａｎｙ　Ｌｉｍ１ｔｅｄ、　ＴＨＹＲＡＴＲＯＮ
ＤＡＴＡＢＯＯＫ”　、コーンズ・アンド・カンパニー
・リミテッド、　　　８８．２．ＮＳ−１５００に記載
されている。

また、目出電子レーザ等に用いられる線形誘導加速器を
始めとする加速器においても、以上説明した方式と同様
にサイラトロンを用いた高電圧パルス発生回路が用いら
れている。その詳細については、例えば、Ｄ、Ｂｉｒｘ
、Ｅ、Ｃｏｏｋ、Ｓ、Ｈａｗｋｉｎｓ、Ｓ、Ｐｏｏｒ。

Ｌ、Ｒｅｇｉｎａｔｏ、Ｊ、ｓｃｈｍｉｄｔ　ａｎｄ　
Ｍ、Ｓｍ１ｔｈ　：　　　　”ＴＨＥＡＰＰＬＩＣＡＴ
ＩＯＮ　ＯＦ　ＭＡＧＮＥＴＩＣ５ＷＩＴＣ，ＨＥＳ　
ＡＳ　Ｐｔ１ＬＳＥＳＯＵＲＣＥＳ　ＦＯＲＩＮＤＵＣ
ＴＩＯＮ　ＬＩＮＡＣ５”　、　　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎ
−ｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｎｕｃｌｅａｒ　５ｃｉｅｎ
ｃｅ、　Ｖｏｌ、Ｎ５−３０．　Ｎｏ、４゜ｐｐ２７６
３〜２７６８　（１９８３）に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

放電励起レーザでは、レーザ出力の安定化、低タイム・
ジッタ化が要求されている。例えば、ウラン同位体分離
に用いる放電励起レーザ（エキシマレーザ、ＴＥＭＡ−
Ｃ○２レーザ、あるいは銅蒸気レーザ等か用いられてい
る。ンでは、レーザ出力を大きくするため、複数台のレ
ーザ装置を同期運転させることがおこなわれている。こ
の場合、各レーザ装置のレーザ出力のタイム・ジッタは
、数ｎｓ程度以内の精度とすることが必要とされている
。

例えば、第８図に示す回路構成の放電励起レーザでは、
前記タイム・ジッタの主要因は、サイラトロン２７にあ
る。このサイラトロンのタイム・ジッタは、使用するサ
イラトロン自体の性能と使用するサイラトロン駆動回路
によって定まり、低タイム・ジッタ化を図るためには、
４極サイラトロン（例えば、Ｅｎｇｌｉｓｈ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ　Ｖａｌｖｅ　ＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ
製ＣＸ−１６２５、あるいはＥＧ＆Ｇ社製ＬＳ−４１１
１等）を用いて、サイラトロンのコントロール・グリッ
ドとカソード間に印加するゲート・トリガ・パルス電圧
を正確なタイミングで、極力短い時間で立ち上がるサイ
ラトロン駆動回路を使用することが有効である。

このようなサイラトロン駆動回路を得るためには、例え
ば、第６図において、リーケージインダクタンスの小さ
な変圧器７（通常トロイダル形状のフェライトを施すこ
とにより得られる。）を用いるとともに、抵抗４１の値
を極力小さな値とすることによって、コントロール・グ
リッド１４に印加されるゲート・トリガ・パルス電圧の
立ち上がり時間を早めるとともに、半導体スイッチ４の
ゲート５に加えるゲート・パルス発生回路のタイミング
を正確にコントロールすることによって得られる。

しかし、前記第６図に示すサイラトロン駆動回路を用い
た場合、サイラトロン２７の主電極間がブレーク・ダウ
ンしたときに、同サイラトロンのコントロール・グリッ
ド１４とカソード２９間には、第７図に示すようなサー
ジ電圧■ユ、が誘起する。このサージ電圧Ｖ　１４によ
り、コントロール・グリッド１４、コンデンサ１３、抵
抗４１、変圧器７の２次巻線９、カソード２９の経路で
サージ電流が流れる。このサージ電流により、変圧器７
の２次巻Ｍ９に誘起する電圧の巻線比に応じた電圧が同
変圧器７の１次巻線に誘起し、同変圧器の１７！Ａ側に
印加される。このサイラトロン２７の主電極間のブレー
ク・ダウンに伴い発生するサージ電圧によって、変圧器
７の１次側に印加される電圧の波高値は、変圧器の７の
り一ケージ・インダクタンス及び抵抗４１の値が小さい
ほど高くなり、極端な場合には、半導体スイッチ素子、
ダイオード６、あるいは半導体スイッチ素子４のゲート
５に接続されるゲート回路の破壊に至ることもある。

即ち、第６図に示すサイラトロン駆動回路を用いた場合
には、サイラトロン２７のタイム・シックを数ｎｓ程度
まで低下させつつ、半導体スイッチ素子４、ダイオード
６、あるいは半導体スイッチ素子４のゲート５に接続さ
れるゲート回路の信頼性を十分確保することが困難であ
った。

また、サイラトロン駆動回路としては、例えば、特開平
１−２２２６６９に開示されるように、半導体スイッチ
素子を用いて、変圧器を介すことなしにサイラトロンの
コントロール・グリッドに印加するゲート・トリガ・パ
ルス電圧の立ち上がり時間を改善する方法も存在するが
、この場合にも、前記第６図の従来例で説明したように
、サイラトロンのタイム・ジッタを減少させるためにサ
イラトロンのコントロール・グリッドに印加するゲート
・トリガ・パルス電圧の立ち上がり時間を早めた場合に
は、サイラトロン駆動回路の信頼性が低下する問題があ
る。

これらの問題を対策するため、サイラトロン・トリガ回
路のスイッチ素子として、耐電圧が高く、スイッチング
特性も良好なサイラトロンを用いることも行われていた
が、この場合には、サイラトロン・トリガ回路の寿命が
、これに用いるサイラトロン寿命により制限されてしま
うという問題があった。

なお、以上の説明では、放電励起レーザに用いるサイラ
トロン駆動回路について説明したが、線型誘導加速器の
場合には、より多くの高電圧パルス発生回路を同期運転
することか必要となるため、上記問題点は、より深刻な
ものであった。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、サイラトロン当のガス・スイッチのゲート・
トリガ・パルス電圧を定める直流電源と、ゲート・トリ
ガ・パルス電圧を発生させるための半導体スイッチ素子
から構成される高電圧パルス発生回路の出力端と直列に
接続された可飽和リアクトルを介して同ガス・スイッチ
のゲート・トリガ人ツノにゲート・トリガ・パルス電圧
を印加し得るように構成したことを特徴とするガス・ス
イッチ駆動回路である。

このようにケート・トリガ・パルス電圧を定める直流電
源どゲート・トリガ・パルス電圧を発生させるための半
導体スイッチ素子から構成される高電圧パルス発生回路
の出力端とガス・スイッチのゲート・トリガの入力間に
直列に可飽和リアクトルを挿入することにより、急峻な
立ち上がり時間のゲート・トリガ・パルス電圧をガス・
スイッチのゲート・トリガ入力に印加させることができ
るとともに、同ガス・スイッチの主電極間がターンオン
したときに、同ガス・スイッチのゲート・トリガ入力に
誘起する高電圧サージな前記可飽和リアクトルによって
阻止することができ、前記半導体スイッチ素子を始めと
するケート・ｌ・リカ・パルス発生回路を構成する素子
の保護を図ることかでき好ましい。

前記ガス・スイッチ駆動回路において、前記可飽和リア
クトルには、ガス・スイッチがターンオンしたときに同
ガス・スイッチのゲート・トリガ入力端子側から同可飽
和リアクトルに印加されるサージ電圧により同可飽和リ
アクトルが磁化される極性と逆極性に磁化するためのバ
イアス回路が設けられた場合には、ゲート・トリガ・パ
ルス電圧が同可飽和リアクトルに印加されたときに、同
可飽和リアクトルの磁束密度が変化するときの比透磁率
を小さく設定することができるため、より急峻な立ち上
がり時間のゲート・トリガ・パルス電圧をガス・スイッ
チのゲート・トリガ入力に印加させることができるとと
もに、同ガス・スイッチの主電極間がターンオンしたと
きに、同ガス・スイッチのゲート・トリガ入力に誘起す
る高電圧が同可飽和リアクトルに印加されたときの同可
飽和リアクトルの動作磁束密度量を大ととることができ
るため、同可飽和リアクトルを小形化することもでき好
ましい。

前記ガス・スイッチ駆動回路において、前記可飽和リア
クトルは、ガス・スイッチのケート・トリガ・パルス電
圧を定める直流電源と、ゲート・トリガ・パルス電圧を
発生させるための半導体スイッチ素子及び変圧器で構成
された高電圧パルス発生回路における前記変圧器の２次
巻線の１端と前記ガス・スイッチのゲート・トリガ入力
端子間に直列に接続されており、前記可飽和リアクトル
のバイアス回路は、前記変圧器の動作磁束密度量を犬と
し得る方向にバイアスするための回路も兼ねている場合
には、前記変圧器の動作磁束密度量か大となるため、同
変圧器の小形化を図ることができ好ましい。

前記ガス・スイッチ駆動回路において、前記可飽和リア
クトルの磁心として非晶質磁性合金薄帯を用いて構成さ
れた巻磁心を用いた場合には、同磁心は急峻な飽和特性
を示すとともに、非飽和領域の比透磁率も大きいため、
急峻なケート・トリガ・パルス電圧を得ることかできる
とともに、前記ガス・スイッチかターンオンしたときに
同ガス・スイッチのケート・トリガ入力端に誘起する電
圧を前記可飽和リアクトルが阻止する能力も向上し好ま
しい。

前記ガス・スイッチ駆動回路において、前記可飽和リア
クトルの磁心はその組成が、 （Ｆ　ｅｌ−６Ｍｍ）　１０−ｘ−Ｆ−ｍ−ａｃ　ｕ、
Ｓ　ｉ、Ｂ、Ｍ。

（原子％） （ただし、ＭはＣｏ及びＮｉの１種または２種で・あり
、Ｍ′はＮｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ及びＭｏか
らなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ａ＋　Ｘ
＋　　Ｖ＋　　Ｚ及びαはそれぞれ０≦ａ≦０．５．　
　１≦ｘ≦３．○≦ｙ≦３０゜０≦２≦２５，５≦ｙ＋
ｚ≦３０．０．　１≦α≦３０を満たす。） により表される組成を有し、組成の少なくとも５０％が
微細なりｃｃ　　Ｆｅ固溶体の結晶からなり、各結晶粒
の最大寸法で測定した粒径の平均値が、１００ＯＡ以下
である合金からなる鉄基軟磁性合金薄帯を用いた巻磁心
で構成されている場合には、同磁心の飽和領域の比透磁
率は極めて小さいため、急峻なゲート・トリガ・パルス
電圧を得ることができるとともに、非飽和領域の比透磁
率が大きく、動作磁束密度量も大とすることができるた
め、より小形の磁心を用いて、前記ガス・スイッチがタ
ーンオンしたときに同ガス・スイッチのゲート・トリガ
入力端に誘起する電圧を阻止することができるため好ま
しい。

以上説明してきたガス・スイッチ駆動回路を用いた放電
励起レーザにおいては、レーザ出力のタイム・ジッタが
著しく減少するため好ましい。

前記放電励起レーザを２台以上同期運転させた場合には
、各レーザのレーザ出力のタイム・ジッタが著しく少な
いために、タイム・ジッタに起因する各レーザ出力のタ
イミングにずれを生じるのを対策することができるため
好ましい。

また、以上説明してきたガス・スイッチ駆動回路を用い
た加速器では、加速電圧パルスのタイム・ジッタが著し
く減少するため好ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について詳しく説明するが、本発
明はこれら実施例に限るものではない。

（実施例１） 第１図は本発明によるガス・スイッチ駆動回路を、ガス
・スイッチとしてサイラトロンを用いた場合に適用した
一実施例である。本回路において、ｌはゲート・トリガ
・パルス発生回路の直流電源入力正極端、２はコンデン
サ３の充電抵抗、４はゲート・トリガ・パルス発生用の
半導体スイッチ素子、５は半導体スイッチ素子４のゲー
ト、６はダイオード、７は変圧器、８は変圧器７の１次
巻線、９は変圧器７の２次巻線、１０は可飽和リアクト
ル、１１は可飽和リアクトル１０の出力巻線、１２は可
飽和リアクトル１０のバイアス巻線、１３はサイラトロ
ン２７のコントロール・グリッドの直流バイアス電流を
素子するためのコンデンサ、１４はサイラトロン２７の
コントロール・グリッド、１５．１６は可飽和リアクト
ル１０のバイアス巻線１２の巻線端であり、かつバイア
ス回路１７の出力端、１７は可飽和リアクトル１０のバ
イアス回路、１８はサイラトロン２７のコントロール・
グリッド１４の直流バイアス電源、１９は抵抗、２０は
サージ電源阻止用インダクタンス、２１はバリスタ、２
２はサイラトロン２７の補助グリッド２５の直流バイア
ス電源、２３は抵抗、２４はサージ電源阻止用インダク
タンス、２５はサイラトロン２７の補助グリッド、２６
はバリスタ、２８はサイラトロン２７のアノード、２９
はサイラトロン２７のカソードである。また、本回路に
おける可飽和リアクトル１０のバイアス回路９は第８図
に示すエキシマレーザの励起回路に接続した。

以下、第１図の回路動作を同図と可飽和リアクトルユＯ
の動作磁化曲線第２図を用いて説明する。

半導体スイッチ４がオフのときには、入力端１とアース
・ライン間に接続されたゲート・トリガ・パルス用直流
電源により、コンデンサ３は、入力ｌ４ｉ１から、抵抗
２、コンデンサ３、変圧器７の１次巻線８、アース・ラ
インの経路で流れる充電電流により、図示の極性に充電
される。このとき、可飽和リアクトル１０の磁束密度は
、バイアス回路１７から、同可飽和リアクトル１０のバ
イアス巻＃Ｘ１２に、図示の向きで流される直流バイア
ス電流工、により次式で定まるバイアス磁化力ＨＢによ
って、第２図のａ点で示す飽和領域までバイアスされて
いる。

ｌ。

Ｎ１２：可飽和リアクトル１０のバイアス巻線１２の巻
数 ■Ｂ　：バイアス電流（Ａ） ■、：可飽和リアクトル１０の磁心平均磁路長（ｍ） 半導体スイッチ４のゲート５にアース・ラインに対し正
方向のゲート電圧が印加させると、同スイッチ４はター
ンオンし、コンデンサ３に蓄積された電荷は、同コンデ
ンサの図示正極から、スイッチ４、変圧器７の１次巻線
８、コンデンサ３の図示負極の向きで流れる。このため
、変圧器７の２次巻線９には、巻数比に応じたパルス電
圧力入図示黒丸の極性で誘起し、可飽和リアクトル１０
の出力巻数１１に印加される。この結果、同リアクトル
１０の磁束密度は、第２図のａ点からｂ点まで変化する
が、この間の比透磁率は飽和領域にあるため極めて小さ
く、同リアクトル１０の出力巻ＩｔｉＡｌｌは前記パル
ス電圧をほとんど阻止することがない。この結果、急峻
な立ち上がりのゲート・トリガ・パルス電圧をサイラト
ロン２７のコントロール・グリッド１４に印加すること
ができ、ある遅れ時間経過した後、サイラトロン２７の
主電極間が１＝０でブレーク・ダウンする。

サイラトロン２７の主電極間がｔ＝７まで同コントロー
ル・グリッド１４を正極とするサージ電圧’Ｖ　１４が
誘起し、コンデンサ１３を介して、可飽和リアクトル１
０の出力巻ｉｌｌに印加される。

このため可飽和リアクトル１０の磁束密度は、１＝０か
らτ、まての期間に、第２図のｂ点から、８７点、Ｃ点
を経由して、ｄ点までΔＢたけ変化する。Ｃ点からｄ点
までの間の比透磁率は極めて大きいため、前記サージ電
圧Ｖ１４のほとんどを同可飽和リアクトル１０の出力巻
線１１が阻止し、変圧器７の２次巻線９に印加される電
圧はきわめて小さな値に制御される。このため同変圧器
７の１次側に誘起する電圧も制御することができ、半導
体スイッチ素志、ダイオード６、及び半導体スイッチ素
子のゲート回路等の保護を図ることができる。以上の動
作において次式が成立する。

Ｎ１．：可飽和リアクトル１０の出力巻ｇｘ１の巻数 Ａｅ　：可飽和リアクトル１０の磁心有効断面積（ｍ２
） ΔＢ＝可飽和リアクトル１０の動作磁束密度量（Ｔ） ｔ＝τ１に達すると、可飽和リアクトル１１の磁束密度
は、前記バイアス回路１７から、同可飽和リアクトル１
０のバイアス巻線１２に流されるバイアス電圧ＩＢによ
り生ずるバイアス磁化力ＨＤによって、第２図のｄ点か
らａ点まで変化する。

以上述べた動作が繰り返し行われることにより、サイラ
トロン２７のコントロール・グリッド１４に印加するゲ
ート・トリガ・パルス電圧の立ち上がり時間を遅らせる
ことなしに、同ゲート・トリガ回路の保護を図ることが
できる。

以上の動作原理からも明かなように、可飽和リアクトル
１０には、以下の特性が要求される。

１）サイラトロン２７のコントロール・グリッド１４に
印加するゲート・トリガ・パルス電圧の立ち上がり時間
を極力率めるため、可飽和リアクトルｌＯの飽和領域の
インダクタンスＬ１゜ｆｓａｔｌが極力小さいこと。

２）サイラトロン２７のゲート・トリガ回路の保護を図
るため、可飽和リアクトル１０の非飽和領域のインダク
タンスＬｌＯ（ｕｎａ＠ｔ）が極力大きいこと。

３）サイラトロン２７のコントロール・グリッド１４に
印加するゲート・トリガ・パルス電圧のタイム・ジッタ
な減少させるため、可飽和リアクトル１０に起因するタ
イム・ジッタが小さなこと。

このため、同可飽和リアクトル１０を構成する磁心には
、 １）の点から、飽和領域の比透磁率μγｉａｍｂ）が小
さく、動作磁束密度ΔＢも大であること。

２）の点から、非飽和領域の比透磁率μγ１ａａｔｌが
大きいこと。

３）の点から、磁心ゆらぎ雑音（磁心ゆらが雑音）につ
いては、例えば、村上者−著二　“磁気応用工学”　、
Ｐ３４ｆｉｌ、朝食書店（ｉ９８４）に記載されている
。）が小さいこと。

が必要である。

第１図に示す本発明の実施例において、可飽和リアクト
ル１０の磁心としては第１表に示す組成、直流磁気特性
、飽和磁歪及び第２表に示す形状のものを用い、同リア
クトル１０の出力巻［１１とバイアス巻ｆｉ１２をとも
に１ターンとしたときと、第６図に示す従来例との比較
を第３表に示す。第３表において、ΔＢはサイラトロン
２７の主電極間がブレーク・ダウンした後に可飽和リア
クトル１０の出力巻ｉｌｌに印加されるサージ電圧によ
って、同リアクトルの磁心が動作させられる動作磁束密
度量、■トは同リアクトルのバイアス巻線１２に流され
るバイアス電流、Ｉ　ｔｐは前記サイラトロンの主電流
間がブレーク・ダウンしたときに生ずるサージ電圧によ
って、同サイラトロンのコントロール・グリッド１４か
らコンデンサ１３を介して変圧器７の２ｐＡ巻ｉＩ９に
流れ込むサージ電流波高値、ｔ、は前記サイラトロンの
コントロール・グリッドに印加されるゲート・トリガ・
パルス電圧の立ち上がり時間、Δｔはサイラトロン２７
の主電極間のスイッチング動作におけるタイム第 表 ・試料Ｎｏ、１〜９は非晶質合金であり、７．５ｕ４の
ポリイミド・フィルムで層間絶縁したもの、 Ｎｏ、１０−１４は超微結晶質合金であり、Ｓｉｎ、で
層間絶縁したもの。

＊＊　Ｂ　８００は磁化力８００＾八における磁束密度
、λＳは飽和磁歪。

第 ２ 表 第 表 傘繰り返し周波数はいずれも１００Ｈｚ。

・ジッタである。なお、高電圧パルス発生回路としては
第８図に示すエキシマレーザのものを用いた。　本発明
において、第２表に示す可飽和リアクトル１０の磁心の
寸法及び第３表に示すバイアス電流工、は、第２図に示
す同磁心の同Ｂ−Ｈループ概念図のように、サイラトロ
ン２７の主電極間がブレーク・ダウンした後に、同可飽
和リアクトル１０の出力巻ｉｌｌに印加されるサージ電
圧によって飽和しないように選定している。

従来例１は第６図の回路において抵抗４１を短終した場
合であり、サイラトロン２７の主電極間のブレーク・ダ
ウン後に生ずる前記サージ電流波高値Ｉ　ｒｐが大きい
ため、動作後数秒で第６図に示すケート・トリガ回路の
半導体スイッチ素子４、及びダイオード６が破壊されて
しまった。

また、従来例２は、同図において抵抗４１を挿入した場
合であり、本例では、前記サージ電流波高値１゜を小と
することができ、ゲート・トリガ回路の安全動作を図れ
るが、サイラトロン２７のコントロール・グリッド１４
に印加するゲート・トリガ・パルス電圧の立ち上がり時
間が著しく長くなるため、同サイラトロンの主電極間の
スイッチング同時のタイム−ジッタΔもが大きくなって
しまった。

一方、本発明によれば、サイラトロン２７のコントロー
ル・グリッド１４に印加するゲート・トリガ・パルス電
圧の立ち上がり時間を著しく遅くすることなしに、前記
サイラトロン２７の主電極間のブレーク・ダウン後に生
じるサージ電流波高値Ｉ　ｔｐを抑制することができる
ため、ゲート・トリガ回路の安全動作を図りつつ、サイ
ラトロン２７の主電極間のスイッチング動作のタイム・
シックΔｔを小さくすることができる。

第３表よりわかるように、前記可飽和リアクトル１ｏの
磁心として、Ｎｉ−Ｚｎフェライト等に比べて、非晶質
磁性薄帯あるいは鉄基超微結晶質磁性薄帯を用いて構成
したものを用いた場合に、ゲート・トリガ回路の安全動
作を図りつつ、サイラトロン２７の主電極間のスイッチ
ング動作におけめタイム・ジッタΔｔを小さくすること
ができ、特に鉄基超微結晶質磁性薄帯を用いた磁心を用
いたときには、磁心寸法の小形化が容易になるとともに
、少ないバイアス電流１カで、優れた性能を出すことが
できた。

（実施例２） 第３図は本発明によるガス・スイッチ駆動回路を、ガス
・スイッチとしてサイラトロンを用いた場合に適用した
他の実施例である。本回路では実施例１に示した第１図
の回路において、可飽和リアクトル１０のバイアス巻９
１２に流すバイアス電流を、変圧器７の２次巻線にも流
し、同変圧器の動作磁束密度量ΔＢ′を大きくとれるよ
うにして、同変圧器の小形化、及び低リーケージ・イン
ダクタンス化を図ったところに特徴を持たせたもので、
他は実施例１と同様の効果を得ることができる。

第３図において、３５はゲート・トリガ回路の半導体ス
イッチ素子４がターン・オンしたときに変圧器７の２地
巻線に誘起した電圧パルスが可飽和リアクトル１０のバ
イアス巻線１２に印加されるのを防止するとともに、前
記サイラトロン２７の主電極間のブレーク・ダウンに伴
い可飽和リアクトル１０のバイアス巻！！１２に誘起す
る電圧を変圧器７の２次巻線に印加されるのを抑制する
ためのインダクタンスである。

第４図は、本実施例第３図の変圧器７の動作磁化曲線の
概念図を示したものであり、前記可飽和リアクトル１０
のバイアス回路１７の出力端の製極１５、変圧器７の２
次巻線９、インダクタンス３５、可飽和リアクトル１０
の２次巻線１２、バイアス回路１７の出力端の不極６の
経路で流れるバイアス電流Ｉｎにより生ずる地代で示さ
れるような磁化力Ｈａ’によって、変圧器７の磁束密度
は、図示黒丸と逆極性にａ′点までバイアスされる。

Ｎ、　　：変圧器７の２次巻ｆｔ１ｉ１９の巻数１、′
　：変圧器７の平均磁路長（ｍ）次に、半導体スイッチ
素子がターンオンすると、変圧器７の１次巻ＩＪＩ８に
は図示黒丸の極性に電圧が印加される。この結果、変圧
器７の磁束密度は、第４図は、ａ′点からｂ′点までΔ
Ｂ′だけ変化させることができ、曲記第３図の変圧器の
動作磁束密度量よりも大とすることができる。なお、本
実施例の変圧器７の磁心に用いる磁心としては、ΔＢ′
の拡大を図る意味から前記、実施例１で示した第１表の
試料１から１４に示すような材質のものを用いることが
有効である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、サイラトロン等の
ガス・スイッチを用いた高電圧パルス発生回路に用いる
半導体スイッチ素子を用いた同ガス・スイッチ駆動回路
として、信頼性極めて高く、ガス・スイッチの主電極間
のスイッチング動作におけるタイム・ジッタの少ないも
のを得ることができる。

また、本実施例では、主に、エキシマレーザを例に本ガ
ス・スイッチ駆動回路を用いることで信頼性が向上する
とともに出力のタイム・ジッタが減少する効果について
述べたが、本発明によるガス・スイッチ駆動回路を用い
た他の放電励起レーザ及び線型誘導加速器等においても
同様の効果の得られることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガス・スイッチ駆動回路の一実施
例を示した図、第２図は本発明のガス・スイッチ駆動回
路に使用する可飽和リアクトルの動作磁化曲線概念図、
第３図は本発明に係るガス・スイッチ駆動回路の他の実
施例を示した図、第４図は第３図における変圧器７の動
作磁化曲線概念図、第５図は第１図と第３図における可
飽和リアクトルのバイアス回路の一例を示す回路構成図
、第６図は従来のガス・スイッチ駆動回路を示した図、
第７図はサイラトロンのコントロール・グリラド１４と
カソード２９間に誘起するサージ電圧波形の一例を示し
た図、第８図はエキシマレーザの主回路構成図である。 １：直流電源入力正極端、４：半導体スイッチ素子６：
ダイオード、７：変圧器、１０：可飽和リアクトル、１
２：可飽和リアクトル１０のバイアス巻線、１４ニコン
トロール・グリ・ラド、 １７：可飽和リアクトル１０のバイアス回路、２５：補
助グリッド、２７：サイラトロン、２８：サイラトロン
２７のアノード、 ２９：サイラトロン２７のカソード ４１：抵抗 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガス・スイッチのゲート・トリガ・パルス電圧を定
   める直流電源と、ゲート・トリガ・パルス電圧を発生さ
   せるための半導体スイッチ素子から構成される高電圧パ
   ルス発生回路の出力端と直列に接続した可飽和リアクト
   ルを介して、同ガス・スイッチのゲート・トリガ入力に
   ゲート・トリガ・パルス電圧を印加し得るように構成し
   たことを特徴とするガス・スイッチ駆動回路。 ２）請求項１記載のガス・スイッチ駆動回路において、
   前記可飽和リアクトルには、ガス・スイッチがターンオ
   ンしたときに同ガス・スイッチのゲート・トリガ入力端
   子側から同可飽和リアクトルに印加されるサージ電圧に
   より同可飽和リアクトルが磁化される極性と逆極性に磁
   化するためのバイアス回路が設けられていることを特徴
   とするガス・スイッチ駆動回路。 ３）請求項２に記載のガス・スイッチ駆動回路において
   、前記可飽和リアクトルは、ガス・スイッチのゲート・
   トリガ・バルス電圧を定める直流電源と、ゲート・トリ
   ガ・パルス電圧を発生させるための半導体スイッチ素子
   及び変圧器で構成された高電圧パルス発生回路における
   前記変圧器の２次巻線の１端と前記ガス・スイッチのゲ
   ート・トリガ入力端子間に直列に接続されており、前記
   可飽和リアクトルのバイアス回路は、前記変圧器の動作
   磁束密度量を大とし得る方向にバイアスするための回路
   も兼ねていることを特徴とするガス・スイッチ駆動回路
   。 ４）請求項１ないし３のいずれかに記載のガス・スイッ
   チ駆動回路におして、前記可飽和リアクトルの磁心は非
   晶質磁性合金薄帯を用いて構成された巻磁心であること
   を特徴とするガス・スイッチ駆動回路。 ５）請求項１ないし３のいずれかに記載のガス・スイッ
   チ駆動回路において、前記可飽和リアクトルの磁心はそ
   の組成が、 （Ｆｅ＿１＿−＿ａＭ＿ａ）＿１＿０＿０＿−＿ｘ＿−
   ＿ｙ＿−＿ｚ＿αＣｕ＿ｘＳｉ＿ｙＢ＿ｚＭ＿α（原子
   ％） （ただし、ＭはＣｏ及びＮｉの１種または２種であり、
   Ｍ′はＮｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ及びＭｏから
   なる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ａ、ｘ、ｙ
   、ｚ及びαはそれぞれ ０≦ａ≦０．５、０．１≦ｘ≦３、０≦ｙ≦３０、０≦
   ｚ≦２５、５≦ｙ＋ｚ≦３０、０．１≦α≦３０を満た
   す。） により表される組成を有し、組成の少なくとも５０％が
   微細なｂｃｃＦｅ固溶体の結晶粒からなり、各結晶粒の
   最大寸法で測定した粒径の平均値が１０００Å以下であ
   る合金から成る鉄基軟磁性合金薄帯を用いた巻磁心で構
   成されていることを特徴とするガス・スイッチの駆動回
   路。 ６）請求項１ないし５のいずれかに記載のガス・スイッ
   チの駆動回路を用いた放電励起レーザ。 ７）請求項６に記載の放電励起レーザを２台以上同期運
   転するように構成したことを特徴とする放電励起レーザ
   。 ８）請求項１ないし５のいずれかに記載のガス・スイッ
   チの駆動回路を用いた加速器。