JPH04352304A

JPH04352304A - パルストランス及び高電圧パルス発生装置

Info

Publication number: JPH04352304A
Application number: JP3124336A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Okamura; 勝也岡村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-05-29
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1992-12-07
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JP2971618B2

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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、放電励起レー
ザの励起用電源に使用される高電圧パルス発生装置に関
する。

【０００３】

【従来の技術】放電励起レーザに使われるパルス電源で
は、負荷に対して数１０ｋＶ以上のパルス電圧を供給す
る必要があるので、スイッチの電圧責務を軽減するため
に、従来からＬＣ反転方式と称される回路が多用されて
いる。そのような回路の使用例は、例えば特開昭６０−
９６１８２号公報に記載されている。

【０００４】図４は上記特許公開公報に記載されたＬＣ
反転回路による高電圧パルス発生装置を示す接続図で、
この回路方式によれば、スイッチＳの電圧責務は回路中
に用いられるＬＣ反転回路の段数をｎとすれば、必要な
出力電圧のほぼｎ分の１に軽減されるので、電圧責務の
低いスイッチを用いて負荷に対して十分な高電圧パルス
を供給することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された高電圧パルス発生装置においては、使われる
スイッチが、半導体スイッチのような低い電圧にしか耐
えられないようなスイッチであるときには採用できない
。なぜならば、半導体スイッチにおいては、その定格電
圧は高くても数ｋＶであって、負荷において必要とされ
る電圧の１０分の１以下である。そのため、従来のＬＣ
反転方式の高電圧パルス発生装置を用いる場合には、そ
の段数を数段にも増やさなければならない。すると、装
置が大形化して低効率化が避けられない。

【０００６】この問題を解決するために考えられ得る手
段として、例えば、特開平１−１３２１８５号公報に記
載されている図５に示すような方法がある。図５で示す
回路は、スイッチ（ＳＣＲ）によって作り出されるパル
ス電圧をパルストランスＴによって昇圧し、このパルス
トランスＴの出力側に接続された磁気パルス圧縮回路に
よってパルス幅を圧縮し、電流値を増倍しようとするも
のである。

【０００７】ところが、この図５に示すような方式では
、電圧を昇圧するパルストランスＴと、パルス幅を圧縮
する磁気パルス圧縮回路の可飽和リアクトルＳＩ１　，
ＳＩ２　，ＳＩ３　を、それぞれ別の鉄心に巻回したパ
ルストランスＴや可飽和リアクトルＳＩ１　，ＳＩ２　
，ＳＩ３　によって構成しているために、構成される機
器の数が増えるだけでなく、装置が大形化する。

【０００８】そこで、第１の発明の目的は、昇圧用パル
ストランスとパルス圧縮用可飽和リアクトルを一体化す
ることにより、高電圧パルス発生装置を小形化すること
のできるパルストランスを得ることであり、第２の発明
の目的は、構成部品を減らし、装置を小形化することの
できる高電圧パルス発生装置を得ることである。［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】第１の発明は、
アモルファス金属材で円筒状に形成された鉄心に巻きつ
けられた二次巻線と、この二次巻線の内外周と両端を覆
って形成された二重円筒状の一次巻線を設けることで、
二次側からみた鉄心飽和時のインダクタンスを漏れイン
ダクタンスより小さくし、パルス幅を圧縮して、小形軽
量化し高電圧パルス発生装置を小形化することのできる
パルストランスである。

【００１０】また、第２の発明は、二次側に接続された
第１，第２のコンデンサのうち、片側のコンデンサの電
圧を反転するパルストランスと、このパルストランスの
一次側の第３のコンデンサと、この第３のコンデンサの
電荷をパルストランスを介して第１，第２のコンデンサ
に転送するスイッチを備えた高電圧パルス発生装置にお
いて、パルストランスに第１の発明のパルストランスを
用いることで、構成機器の数を減らし、装置を小形化す
ることのできる高電圧パルス発生装置である。

【００１１】

【実施例】以下、第１の発明の一実施例について、図１
を参照して説明する。図１は、第１の発明のパルストラ
ンスの構造を示す部分破断斜視図である。図１のパルス
トランスでは、テープ状のアモルファスリボンを巻回し
た円筒状の鉄心３を用いる。二次高圧巻線２は、この円
筒状の鉄心３の表面に、絶縁紙などの絶縁被覆（図示せ
ず）を施した上に絶縁被覆した導体を、複数回、円周状
の分布が均一となるように巻回する。一次低圧巻線１は
、曲面及び平面状の板状の導体を接続して、円筒状の鉄
心３と二次高圧巻線２を二重円筒状に取り囲んで巻数が
１回の巻線として構成する。二次高圧巻線２の口出し部
２ａは、一次低圧巻線１の外側側面に穴をあけて取り出
す。

【００１２】このように構成されたパルストランスにお
いて用いられるアモルファスリボンを、円筒状に巻回し
た鉄心３は、可飽和鉄心として優れた性能を持つことは
、例えば特開平　１−９６９０９号公報に詳しく記載さ
れているのでここでは省略し、本発明の特徴である巻線
構成のなすこの可飽和パルストランスが図２の高電圧パ
ルス発生回路に使われたときの作用について説明する。

【００１３】図２において、高速スイッチＳが動作する
と、先に述べたようにコンデンサＣ０　に充電された電
荷がパルストランスＳＴＲの漏れインダクタンスＬｓを
通じてコンデンサＣ１　，Ｃ２　に移行する。本発明の
パルストランスにおいては、漏れインダクタンスは、鉄
心３に巻回された導体でなる二次高圧巻線２とその周囲
を覆った板材の導体でなる一次低圧巻線１の磁気エネル
ギーによって決定される。ところで、変圧器の漏れイン
ダクタンスは、ほぼ、巻線間の間隙の広さに比例し、巻
線高さに反比例することが知られている。

【００１４】巻線間の間隙の広さは、絶縁強度によって
決まるから、ほぼ一定のものとなり、本発明によっても
特に変わるところはない。しかし、巻線高さについては
、本発明のパルストランスでは、一般のパルストランス
よりも高くすることができる。すなわち、一般のパルス
トランス、例えば、ＥＩ型鉄心を使用したようなパルス
トランスでは、鉄心は、巻線を巻回する脚の部分と、脚
と脚を連結するヨークの部分とに別れる。このヨークの
部分には、巻線は巻回されないから、鉄心を通る磁束の
長さに比べて巻線高さはヨーク部分の長さだけ短くなる
。それに比べて、本発明のパルストランスでは、巻線が
鉄心の全周に亘って巻回されるので、巻線高さは鉄心の
全周長と同一長となって長くなる。換言すれば、巻線高
さを一定とした場合、鉄心重量を減らすことができ、軽
量のパルストランスを得ることができる。

【００１５】次に、図２において、コンデンサＣ１　の
電圧が反転するときのパルス幅は、パルストランスＳＴ
Ｒの飽和時の二次側からみた励磁インダクタンスＬｍｓ
によって決まり、この励磁インダクタンスＬｍｓは、上
述したように、さらに漏れインダクタンスＬｓよりも小
さくなければならない。従来のパルストランスにおいて
は、巻線の配置は、低圧巻線を内側に、高圧巻線を外側
にしてそれぞれ鉄心脚に巻回されている。しかし、この
ような構成では、二次側からみた飽和時の励磁インダク
タンスＬｍｓを漏れインダクタンスＬｓよりも小さくす
ることはできない。すなわち、鉄心が完全に飽和したと
考えると、漏れインダクタンスＬｓは、外側高圧巻線と
内側低圧巻線の間の空間に蓄積される磁気エネルギーで
決まり、二次側からみた励磁インダクタンスＬｍｓは、
二次巻線すなわち、外側高圧巻線によって取り囲まれた
空間に蓄勢される磁気エネルギーで決まる。巻線の位置
関係から、明らかに前者の空間の体積の方が小さい。し
たがって、Ｌｓ＜Ｌｍｓとなり、必要な条件を満たせな
い。

【００１６】本発明のパルストランスにおいては、二次
高圧巻線２、すなわち、高圧巻線は、一次低圧巻線１の
内側にある。したがって、二次高圧巻線２によって取り
囲まれる体積は、一次低圧巻線１の配置に影響されない
から、二次側からみた飽和時の励磁インダクタンスは、
漏れインダクタンスとはまったく独立して決定すること
ができる。したがって、パルス圧縮の条件であるＬｍｓ
＜Ｌｓを満たすことが可能になる。

【００１７】したがって本発明においては、パルストラ
ンスを円筒状の鉄心を使用し、二次高圧巻線を一次低圧
巻線の鉄心側に配置し、しかも一次低圧巻線を板状の導
体によって全体を取り囲むように配置したので、漏れイ
ンダクタンスＬｓも飽和時の二次側からみた励磁インダ
クタンスＬｍｓも十分小さく、しかもＬｍｓ＜Ｌｓとな
るような可飽和パルストランスを得ることができる。

【００１８】次に、第２の発明の一実施例について、図
面を参照して説明する。図２は、第２の発明の一実施例
の構成を示す接続図である。また、図３は、第２の発明
の一実施例の動作中における各部の電圧変化を示すオシ
ログラフである。図２において、直流充電電源ＰＳの負
荷側には、コンデンサＣ０　とパルストランスＳＴＲが
直列に接続されている。また、高速スイッチＳは、充電
電源ＰＳ側からみてコンデンサＣ０　，パルストランス
ＳＴＲと並列に充電電源ＰＳ側に接続されている。パル
ストランスＳＴＲの出力側には、コンデンサＣ１　，可
飽和リアクトルＳＩ，接地リアクトルＬが順に直列に接
続され、更に、パルストランスＳＴＲの出力側には直後
にコンデンサＣ１　が可飽和リアクトルＳＩと接地リア
クトルＬの間にコンデンサＣ３　と負荷ＲＬが並列に接
続されている。

【００１９】ここで、接地リアクトルＬのインダクタン
スは、パルストランスＳＴＲの漏れインダクタンスより
も十分小さく、コンデンサＣ１　，Ｃ２　への充電作用
に影響を与えないようにする。パルストランスＳＴＲは
、式　（１）で示すコンデンサＣ１　，Ｃ２　の充電時
間の完了とほぼ同時に飽和するように鉄心断面積と二次
高圧巻線の巻回数が算定されている。また、共振時にコ
ンデンサＣ０　の電荷がコンデンサＣ１　，Ｃ２　に完
全に移行するように、コンデンサＣ０　，Ｃ１　，Ｃ２
　のキャパシタンスは、式（２）　となるように選定さ
れている。

【００２０】

【数１】

【００２１】このように構成された高圧パルス発生装置
においては、まず、コンデンサＣ０　は、充電電源ＰＳ
で所定の電圧まで充電される。次に、高速スイッチＳが
投入されると、コンデンサＣ１　，Ｃ２　がパルストラ
ンスＳＴＲの漏れインダクタンスを通して共振的に且つ
、パルストランスの巻数比に応じて昇圧されて充電され
る。このとき、可飽和リアクトルＳＩは、別途接続され
た図示しないリセット回路から供給される直流電流で飽
和しているので、そのインダクタンスは小さく、また、
接地リアクトルＬのインダクタンスも可飽和リアクトル
ＳＩの漏れインダクタンスに比べて十分小さいので、上
記共振充電作用に与える影響は極めて小さい。したがっ
て、充電される幅は式（１）　で表され、この式（１）
　に式（２）　を代入すると、式（３）　となる。

【００２２】

【数２】

【００２３】充電完了と同時にパルストランスＳＴＲが
飽和して励磁インダクタンスが激減するので、図４に示
した従来の高圧パルス発生装置における並列可飽和リア
クトルＳＩＰｎと同様の作用を発揮し、コンデンサＣ１
　の電圧は共振的に反転し、コンデンサＣ１　とコンデ
ンサＣ２　の電圧が合成され、コンデンサＣ２　のの可
飽和リアクトルＳＩに接続された側の端子には、充電電
圧のほぼ２倍の電圧が発生する。このときの電圧反転の
パルス幅ｔ２　は、式（４）　で求められる。ここで、
Ｌｍｓは、パルストランスＳＴＲの二次側からみた飽和
励磁インダクタンスである。

【００２４】

【数３】

【００２５】式（３）　と式（４）　を比較して分るよ
うに、パルストランスＳＴＲの二次側からみた飽和時の
励磁インダクタンスＬｍｓと漏れインダクタンスＬｓの
関係を、式（５）　とすることにより、式（６）　とす
ることができ、パルス圧縮が可能となる。

【００２６】Ｌｍｓ＜Ｌｓ　　　　　　　　　　　　　
　　　…（５）ｔ２　＜ｔ１　　　　　　　　　　　　
　　　　　…（６）この電圧がピークに達するとほぼ同
時に、可飽和リアクトルＳＩが飽和し、ピーキング用の
コンデンサＣ３　を共振的に充電し、さらに負荷ＲＬに
パルス電圧が供給されるが、これらの作用は従来例とま
ったく同様であり、その説明を省略する。

【００２７】

【発明の効果】以上、第１の発明によれば、アモルファ
ス金属材で円筒状に形成された鉄心に巻きつけられた二
次巻線と、この二次巻線の内外周と両端を覆って形成さ
れた二重円筒状の一次巻線を設けることで、二次側から
みた鉄心飽和時のインダクタンスを漏れインダクタンス
より小さくして、パルス幅を圧縮したので、小形軽量化
し高電圧パルス発生装置を小形化することのできるパル
ストランスを得ることができる。

【００２８】また、第２の発明によれば、二次側に接続
された第１，第２のコンデンサのうち、片側のコンデン
サの電圧を反転するパルストランスと、このパルストラ
ンスの一次側の第３のコンデンサと、この第３のコンデ
ンサの電荷をパルストランスを介して第１，第２のコン
デンサに転送するスイッチを備えた高電圧パルス発生装
置において、パルストランスに第１の発明のパルストラ
ンスを用いたので、構成機器の数を減らし、装置を小形
化することのできる高電圧パルス発生装置を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明のパルストランスの一実施例を示す
部分破断斜視図。

【図２】第２の発明の高電圧パルス発生装置の一実施例
を示す接続図。

【図３】第２の発明の作用を示すオシログラフ。

【図４】従来の高電圧パルス発生装置の一例を示す接続
図。

【図５】図４と異なる従来のパルス発生装置の一例を示
す接続図。

【符号の説明】

１…一次低圧巻線、２…二次高圧巻線、３…鉄心、Ｃ１
　…第１のコンデンサ、Ｃ２　…第２のコンデンサ、Ｃ
０　…第３のコンデンサ、ＰＳ…充電電源、ＲＬ…負荷
、Ｓ…高速スイッチ、ＳＴＲ…パルストランス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　アモルファス金属材で円筒状に形成さ
れた鉄心に巻きつけられた二次巻線と、この二次巻線の
内外周と両端を覆って形成された二重円筒状の一次巻線
でなるパルストランス。
【請求項２】　　第１，第２のコンデンサのうち、片側
のコンデンサの電圧を反転するパルストランスと、この
パルストランスの一次側の第３のコンデンサと、この第
３のコンデンサの電荷を前記パルストランスを介して前
記第１，第２のコンデンサに転送するスイッチを備えた
高電圧パルス発生装置において、前記パルストランスに
請求項１記載のパルストランスを用いたことを特徴とす
る高電圧パルス発生装置。