JPH05137350A - 高電圧パルス発生装置 - Google Patents
高電圧パルス発生装置Info
- Publication number
- JPH05137350A JPH05137350A JP30045691A JP30045691A JPH05137350A JP H05137350 A JPH05137350 A JP H05137350A JP 30045691 A JP30045691 A JP 30045691A JP 30045691 A JP30045691 A JP 30045691A JP H05137350 A JPH05137350 A JP H05137350A
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- Japan
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- semiconductor switch
- voltage
- high voltage
- pulse generator
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- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、複数の半導体スイッチを直列接続
して成る半導体スイッチ装置と、半導体スイッチを駆動
するゲ―ト駆動回路と、このゲ―ト駆動回路に制御信号
を送信する総合制御装置と、半導体スイッチ装置を高電
圧に充電する高電圧直流充電装置を備えた高電圧パルス
発生装置において、半導体スイッチを過電圧から保護す
ることを目的とする。 【構成】 前記構成からなる高電圧パルス発生装置にお
いて、複数の半導体スイッチ並列に保護用半導体スイッ
チが接続され、この保護用半導体スイッチのアノ―ド端
子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗が接続され、保護用半
導体スイッチのカソ―ド端子にパルス電流検出装置が配
置された過電圧保護回路とパルス電流検出装置から検出
された電流により高電圧直流充電装置及び総合制御装置
に停止信号を送信する異常検出装置を備えたことを特徴
とする高電圧パルス発生装置。
して成る半導体スイッチ装置と、半導体スイッチを駆動
するゲ―ト駆動回路と、このゲ―ト駆動回路に制御信号
を送信する総合制御装置と、半導体スイッチ装置を高電
圧に充電する高電圧直流充電装置を備えた高電圧パルス
発生装置において、半導体スイッチを過電圧から保護す
ることを目的とする。 【構成】 前記構成からなる高電圧パルス発生装置にお
いて、複数の半導体スイッチ並列に保護用半導体スイッ
チが接続され、この保護用半導体スイッチのアノ―ド端
子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗が接続され、保護用半
導体スイッチのカソ―ド端子にパルス電流検出装置が配
置された過電圧保護回路とパルス電流検出装置から検出
された電流により高電圧直流充電装置及び総合制御装置
に停止信号を送信する異常検出装置を備えたことを特徴
とする高電圧パルス発生装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高効率で高い繰返し周波
数を有する立上がりの速い高電圧を発生する装置に係
り、特に半導体スイッチを複数個直列接続し、半導体ス
イッチのタ―ンオンにより高電圧パスを発生する装置に
関する。
数を有する立上がりの速い高電圧を発生する装置に係
り、特に半導体スイッチを複数個直列接続し、半導体ス
イッチのタ―ンオンにより高電圧パスを発生する装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パルス状の大電流を利用してガス
レ―ザの励起を行ったり、パルス磁場を形成したりする
いわゆるパルスパワ―技術に対する産業上の需要が高ま
ってきている。パルス電流を得る方法としては高電圧に
充電されたコンデンサ等の回路をスイッチングする方法
が一般的であり、スイッチング素子としては低圧の水素
ガスなどを封入したサイラトロンが良く使われてきた。
しかしサイラトロンはスイッチングに放電を伴なうた
め、電極の消耗を避けることができず、素子の寿命が短
く高繰返しのパルス発生装置への応用が困難であるとい
う欠点があった、この欠点を解消するため、最近では半
導体素子により、スイッチング動作を行うという試みが
なされている。パルスパワ―用のスイッチには、数十キ
ロボルト、数キロアンペアという高電圧大電流の定格が
要求されるが、現在のところこのような定格を満たす単
独の半導体スイッチは存在せず、耐電圧は高々数キロボ
ルトしかない。このため、複数個の半導体スイッチを直
列に接続する必要が生ずる。ところがこの複数個に接続
された素子の内１個乃至数個になんらかの理由により故
障が生じて短絡状態になったとすると、スイッチ全体に
規定の電圧が印加されたとき故障のない健全な阻止にも
ｎ／（ｎ−ｆ）倍の過電圧が印加されることになり（ｎ
は全体の素子直列数，ｆは故障の生じた阻止の数）、健
全な素子も含めた全ての素子が破壊に至るという欠点が
ある。この問題を解決する方法として、直列接続された
各段の素子の電圧をモニタ―して異常を判定することが
考えられる。
レ―ザの励起を行ったり、パルス磁場を形成したりする
いわゆるパルスパワ―技術に対する産業上の需要が高ま
ってきている。パルス電流を得る方法としては高電圧に
充電されたコンデンサ等の回路をスイッチングする方法
が一般的であり、スイッチング素子としては低圧の水素
ガスなどを封入したサイラトロンが良く使われてきた。
しかしサイラトロンはスイッチングに放電を伴なうた
め、電極の消耗を避けることができず、素子の寿命が短
く高繰返しのパルス発生装置への応用が困難であるとい
う欠点があった、この欠点を解消するため、最近では半
導体素子により、スイッチング動作を行うという試みが
なされている。パルスパワ―用のスイッチには、数十キ
ロボルト、数キロアンペアという高電圧大電流の定格が
要求されるが、現在のところこのような定格を満たす単
独の半導体スイッチは存在せず、耐電圧は高々数キロボ
ルトしかない。このため、複数個の半導体スイッチを直
列に接続する必要が生ずる。ところがこの複数個に接続
された素子の内１個乃至数個になんらかの理由により故
障が生じて短絡状態になったとすると、スイッチ全体に
規定の電圧が印加されたとき故障のない健全な阻止にも
ｎ／（ｎ−ｆ）倍の過電圧が印加されることになり（ｎ
は全体の素子直列数，ｆは故障の生じた阻止の数）、健
全な素子も含めた全ての素子が破壊に至るという欠点が
ある。この問題を解決する方法として、直列接続された
各段の素子の電圧をモニタ―して異常を判定することが
考えられる。
【０００３】図４はこのような例として、ＭＯＳＦＥＴ
を用いた従来の高電圧パルス発生装置の構成図を示して
いる。コンデンサＣ1 は高圧直流充電装置１０により充
電される。半導体スイッチ装置は、ｍ並列ｎ直列に接続
されたｍ・ｎ個のＦＥＴにより構成されており、各ＦＥ
Ｔは総合制御装置２０からの光信号を受けて動作するゲ
―ト駆動回路ＧＵからのゲ―ト駆動信号によりタ―オン
する。全てのＦＥＴがタ―ンオンすると、コンデンサＣ
1 の電荷が放電してコンデンサＣ2 に移行され放電負荷
３０にエネルギ―が注入されるという基本動作について
は周知の技術であるからここでは詳しく説明しない。こ
の高電圧パルス発生装置においては半導体スイッチの保
護は次のようにして行われる。
を用いた従来の高電圧パルス発生装置の構成図を示して
いる。コンデンサＣ1 は高圧直流充電装置１０により充
電される。半導体スイッチ装置は、ｍ並列ｎ直列に接続
されたｍ・ｎ個のＦＥＴにより構成されており、各ＦＥ
Ｔは総合制御装置２０からの光信号を受けて動作するゲ
―ト駆動回路ＧＵからのゲ―ト駆動信号によりタ―オン
する。全てのＦＥＴがタ―ンオンすると、コンデンサＣ
1 の電荷が放電してコンデンサＣ2 に移行され放電負荷
３０にエネルギ―が注入されるという基本動作について
は周知の技術であるからここでは詳しく説明しない。こ
の高電圧パルス発生装置においては半導体スイッチの保
護は次のようにして行われる。
【０００４】即ち、直列接続されたＦＥＴの各段に並列
に過電圧保護回路４０を接続する。この過電圧保護回路
４０はツェナ―ダイオ―ドと保護用ＦＥＴから成り、ツ
ェナ―ダイオ―ドの定電圧性により、スイッチ素子であ
るＦＥＴを過電圧から保護する。また過電圧を過電圧検
出回路４１が各段に接続され、過電圧を検出してスイッ
チ装置のトリガ―信号を発生する総合制御装置２０に、
異常信号を伝送している。
に過電圧保護回路４０を接続する。この過電圧保護回路
４０はツェナ―ダイオ―ドと保護用ＦＥＴから成り、ツ
ェナ―ダイオ―ドの定電圧性により、スイッチ素子であ
るＦＥＴを過電圧から保護する。また過電圧を過電圧検
出回路４１が各段に接続され、過電圧を検出してスイッ
チ装置のトリガ―信号を発生する総合制御装置２０に、
異常信号を伝送している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の高電
圧パルス発生装置においては、直列接続された半導体ス
イッチを過電圧から保護することはできるものの次のよ
うな欠点を有している。即ち、過電圧から半導体スイッ
チを保護する過電圧保護回路と、過電圧を検出して装置
の運転停止を行う過電圧検出回路が各段にそれぞれ接続
されているため、過電圧検出回路の接続が複雑なること
である。
圧パルス発生装置においては、直列接続された半導体ス
イッチを過電圧から保護することはできるものの次のよ
うな欠点を有している。即ち、過電圧から半導体スイッ
チを保護する過電圧保護回路と、過電圧を検出して装置
の運転停止を行う過電圧検出回路が各段にそれぞれ接続
されているため、過電圧検出回路の接続が複雑なること
である。
【０００６】本発明は以上のような従来の高電圧パルス
発生装置の欠点を除去するためになされたもので、半導
体スイッチに過電圧が加わったことを容易に検出でき、
半導体スイッチ装置を過電圧から保護し、装置の運転停
止などの保護手段を講じることのできる高電圧パルス発
生装置を提供することを目的とする。
発生装置の欠点を除去するためになされたもので、半導
体スイッチに過電圧が加わったことを容易に検出でき、
半導体スイッチ装置を過電圧から保護し、装置の運転停
止などの保護手段を講じることのできる高電圧パルス発
生装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、複数の半導体スイッチ並列に保護用半導体
スイッチを接続し、この保護用半導体スイッチのアノ―
ド端子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗を接続し、前記保
護用半導体スイッチのカソ―ド端子にパルス電流検出装
置が配置された過電圧保護回路と、前記パルス電流検出
装置から検出された電流により前記高電圧直流充電装置
及び前記総合制御装置に停止信号を送信する異常検出装
置を備えたことを特徴とするものである。
するために、複数の半導体スイッチ並列に保護用半導体
スイッチを接続し、この保護用半導体スイッチのアノ―
ド端子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗を接続し、前記保
護用半導体スイッチのカソ―ド端子にパルス電流検出装
置が配置された過電圧保護回路と、前記パルス電流検出
装置から検出された電流により前記高電圧直流充電装置
及び前記総合制御装置に停止信号を送信する異常検出装
置を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】前述のように構成することにより、半導体スイ
ッチに過電圧が印加された場合には非線形抵抗の抵抗値
が変化して半導体スイッチにかかる電圧を制限し、非線
形抵抗に流れる電流が保護用の半導体スイッチのゲ―ト
に流入するために保護用半導体スイッチが自動的にタ―
ンオンして分担電圧を零にするので、主回路の半導体ス
イッチは過電圧から保護される。又、パルス電流検出装
置により電流を検出し異常検出装置に送信される。異常
が検出されると異常検出装置は直に高電圧直流充電装置
及び前記総合制御装置に停止信号を送信し装置の運転を
停止する。
ッチに過電圧が印加された場合には非線形抵抗の抵抗値
が変化して半導体スイッチにかかる電圧を制限し、非線
形抵抗に流れる電流が保護用の半導体スイッチのゲ―ト
に流入するために保護用半導体スイッチが自動的にタ―
ンオンして分担電圧を零にするので、主回路の半導体ス
イッチは過電圧から保護される。又、パルス電流検出装
置により電流を検出し異常検出装置に送信される。異常
が検出されると異常検出装置は直に高電圧直流充電装置
及び前記総合制御装置に停止信号を送信し装置の運転を
停止する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、従来のものと同
一部には同一符号を付して示す、図１を参照して説明す
る。
一部には同一符号を付して示す、図１を参照して説明す
る。
【００１０】本発明は、図１に示すように、半導体スイ
ッチ装置は、電力用サイリスタＴｈｙをｎ個直列接続し
て構成され、各サイリスタと並列に保護用のＦＥＴが接
続される。保護用ＦＥＴのアノ―ドとゲ―ト間にはアバ
ランシェダイオ―ドＤが接続される。アバランシェダイ
オ―ドＤのブレ―クダウン電圧はサイリスタの定常アノ
―ド・カソ―ド間電圧より高く、サイリスタの許容電圧
よりも低い値とする。又、保護用ＦＥＴのカソ―ド端子
とゲ―ト端子の間には抵抗Ｒが接続され、保護用ＦＥＴ
のカソ―ド端子には変流器ＣＴが配置される。変流器Ｃ
Ｔの出力は以上検出装置５０に導かれる。
ッチ装置は、電力用サイリスタＴｈｙをｎ個直列接続し
て構成され、各サイリスタと並列に保護用のＦＥＴが接
続される。保護用ＦＥＴのアノ―ドとゲ―ト間にはアバ
ランシェダイオ―ドＤが接続される。アバランシェダイ
オ―ドＤのブレ―クダウン電圧はサイリスタの定常アノ
―ド・カソ―ド間電圧より高く、サイリスタの許容電圧
よりも低い値とする。又、保護用ＦＥＴのカソ―ド端子
とゲ―ト端子の間には抵抗Ｒが接続され、保護用ＦＥＴ
のカソ―ド端子には変流器ＣＴが配置される。変流器Ｃ
Ｔの出力は以上検出装置５０に導かれる。
【００１１】各段の変流器ＣＴの出力は、異常検出装置
５０内部の比較回路５１に入り、予め設定された値より
入力値が大きい場合以上と判定し“１”を、入力値が設
定値以下又は入力が無い場合正常と判定して“０”をＯ
Ｒ回路５２に出力する。ＯＲ回路５２により入力の各段
の内どれかに“１”があった場合、異常検出装置５０非
常停止信号を出力する。異常検出装置５０の出力は高圧
直流充電装置１０並に総合制御装置２０の非常停止入力
信号となる。
５０内部の比較回路５１に入り、予め設定された値より
入力値が大きい場合以上と判定し“１”を、入力値が設
定値以下又は入力が無い場合正常と判定して“０”をＯ
Ｒ回路５２に出力する。ＯＲ回路５２により入力の各段
の内どれかに“１”があった場合、異常検出装置５０非
常停止信号を出力する。異常検出装置５０の出力は高圧
直流充電装置１０並に総合制御装置２０の非常停止入力
信号となる。
【００１２】次に前述の構成から成る本発明の動作を説
明する。今、なんらかの原因により直列接続されたサイ
リスタの内１素子乃至複数の素子に故障が発生して短絡
状態に至り、残りの健全な素子に過電圧が印加されたと
する。前記過電圧の値が並列に接続されたアバランシェ
ダイオ―ドＤのブレ―ダウン電圧を超えるとアバランシ
ェダイオ―ドＤは降伏領域に入る。アバランシェダイオ
―ドＤの代表的な電圧電流特性を図２に示す。電圧がブ
レ―ダウン電圧より大きくなるとアバランシェダイオ―
ドＤは降伏領域に入り、抵抗値が激減し大きな電流が流
れてる。この電流は、健全なサイリスタに並列接続され
た保護用ＦＥＴのゲ―トに流れ込み、ＦＥＴはタ―ンオ
ンするので健全なサイリスタの分担電圧は零になり過電
圧から保護される。一方、アバランシェダイオ―ドＤの
降伏電流は変流器ＣＴによって検出されるため、それを
受ける異常検出装置５０は直ちに高圧直流充電装置１０
並に総合制御装置２０に非常停止信号を発信し、装置の
運転を停止する。
明する。今、なんらかの原因により直列接続されたサイ
リスタの内１素子乃至複数の素子に故障が発生して短絡
状態に至り、残りの健全な素子に過電圧が印加されたと
する。前記過電圧の値が並列に接続されたアバランシェ
ダイオ―ドＤのブレ―ダウン電圧を超えるとアバランシ
ェダイオ―ドＤは降伏領域に入る。アバランシェダイオ
―ドＤの代表的な電圧電流特性を図２に示す。電圧がブ
レ―ダウン電圧より大きくなるとアバランシェダイオ―
ドＤは降伏領域に入り、抵抗値が激減し大きな電流が流
れてる。この電流は、健全なサイリスタに並列接続され
た保護用ＦＥＴのゲ―トに流れ込み、ＦＥＴはタ―ンオ
ンするので健全なサイリスタの分担電圧は零になり過電
圧から保護される。一方、アバランシェダイオ―ドＤの
降伏電流は変流器ＣＴによって検出されるため、それを
受ける異常検出装置５０は直ちに高圧直流充電装置１０
並に総合制御装置２０に非常停止信号を発信し、装置の
運転を停止する。
【００１３】前記実施例においては、保護用の半導体ス
イッチとしてＦＥＴを使用した場合について説明した
が、サイリスタ等の他の半導体スイッチを用いても何等
問題はない。又、非線形抵抗としてアバランシェダイオ
―ドを例にとって説明したが、図３に示したような特性
を持つシリコンブレ―クオ―バ―ダイオ―ドを用いた場
合でも本発明の作用に何等変りはない。シリコンブレ―
クオ―バ―ダイオ―ドでは、端子間電圧がブレ―クオ―
バ―電圧（ＢＯＶ）を超えると非線形領域に移行し、電
流が急増する。このため、アバランシェダイオ―ドを用
いた場合と同等の効果を得ることができる。
イッチとしてＦＥＴを使用した場合について説明した
が、サイリスタ等の他の半導体スイッチを用いても何等
問題はない。又、非線形抵抗としてアバランシェダイオ
―ドを例にとって説明したが、図３に示したような特性
を持つシリコンブレ―クオ―バ―ダイオ―ドを用いた場
合でも本発明の作用に何等変りはない。シリコンブレ―
クオ―バ―ダイオ―ドでは、端子間電圧がブレ―クオ―
バ―電圧（ＢＯＶ）を超えると非線形領域に移行し、電
流が急増する。このため、アバランシェダイオ―ドを用
いた場合と同等の効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば半導
体スイッチ過電圧が加わったことを、容易に検出でき、
半導体スイッチ装置を過電圧から保護し、装置の停止な
どの保護手段を講じることのできる高電圧パルス発生装
置を提供することができる。
体スイッチ過電圧が加わったことを、容易に検出でき、
半導体スイッチ装置を過電圧から保護し、装置の停止な
どの保護手段を講じることのできる高電圧パルス発生装
置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す高電圧パルス発生装置
の構成図。
の構成図。
【図２】アバランシェダイオ―ドの動作特性図。
【図３】シリコンブレ―クオ―バ―ダイオ―ドの動作特
性図。
性図。
【図４】従来の高電圧パルス発生装置の構成図。
１０…高圧直流充電電源 ２０…総合制御
装置 ３０…放電負荷 ５０…異常検出
装置 ５１…比較回路 ５２…ＯＲ回路 Ｄ …アバランシェダイオ―ド ＦＥＴ…保護用ト
ランジスタ Ｒ …抵抗 Ｔｈｙ…サイリス
タ ＣＴ…変流器 ＧＵ…ゲ―トユ
ニット
装置 ３０…放電負荷 ５０…異常検出
装置 ５１…比較回路 ５２…ＯＲ回路 Ｄ …アバランシェダイオ―ド ＦＥＴ…保護用ト
ランジスタ Ｒ …抵抗 Ｔｈｙ…サイリス
タ ＣＴ…変流器 ＧＵ…ゲ―トユ
ニット
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の半導体スイッチを直列接続し
て成る半導体スイッチ装置と、前記半導体スイッチを駆
動するゲ―ト駆動回路と、このゲ―ト駆動回路に制御信
号を送信する総合制御装置と、前記半導体スイッチ装置
を高電圧に充電する高電圧直流充電装置を備えた高電圧
パルス発生装置において、前記複数の半導体スイッチ並
列に保護用半導体スイッチが接続され、この保護用半導
体スイッチのアノ―ド端子とゲ―ト端子の間に非線形抵
抗が接続され、前記保護用半導体スイッチのカソ―ド端
子にパルス電流検出装置が配置された過電圧保護回路と
前記パルス電流検出装置から検出された電流により前記
高電圧直流充電装置及び前記総合制御装置に停止信号を
送信する異常検出装置を備えたことを特徴とする高電圧
パルス発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30045691A JPH05137350A (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 高電圧パルス発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30045691A JPH05137350A (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 高電圧パルス発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05137350A true JPH05137350A (ja) | 1993-06-01 |
Family
ID=17885015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30045691A Pending JPH05137350A (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 高電圧パルス発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05137350A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023071404A (ja) * | 2021-11-11 | 2023-05-23 | ニチコン株式会社 | 電源装置 |
-
1991
- 1991-11-15 JP JP30045691A patent/JPH05137350A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023071404A (ja) * | 2021-11-11 | 2023-05-23 | ニチコン株式会社 | 電源装置 |
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