JPH0590678A - 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
- JPH0590678A JPH0590678A JP3245894A JP24589491A JPH0590678A JP H0590678 A JPH0590678 A JP H0590678A JP 3245894 A JP3245894 A JP 3245894A JP 24589491 A JP24589491 A JP 24589491A JP H0590678 A JPH0590678 A JP H0590678A
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- JP
- Japan
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- semiconductor switch
- high voltage
- voltage
- pulse generator
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- Protection Of Static Devices (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
- Thyristor Switches And Gates (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 本発明は、複数個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
駆動する駆動回路と、この駆動回路に制御信号を送信す
る制御信号送信器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と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、半導体スイッチの各々のアノ―ドとゲ―トの間に
非線形抵抗を接続し、半導体スイッチ装置と直列にパル
ス電流検出装置60を接続し、パルス電流検出装置の出力
信号と制御信号送信器の出力信号のタイミングを比較
し、両者のタイミングに予め設定した時間差以上の差が
生じた場合には異常と判断して高圧直流充電装置に停止
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。
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
駆動する駆動回路と、この駆動回路に制御信号を送信す
る制御信号送信器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と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、半導体スイッチの各々のアノ―ドとゲ―トの間に
非線形抵抗を接続し、半導体スイッチ装置と直列にパル
ス電流検出装置60を接続し、パルス電流検出装置の出力
信号と制御信号送信器の出力信号のタイミングを比較
し、両者のタイミングに予め設定した時間差以上の差が
生じた場合には異常と判断して高圧直流充電装置に停止
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を発生する高電圧パス
発生装置に関する。
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を発生する高電圧パス
発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術を図面を参照しながら説明す
る。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。このような半導体素子を用いた場合、半導体素子は
サイラトロンに比べてその耐電圧が低いために同じ電圧
のパルスを発生するためには複数個の素子を直列に接続
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
−１）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）、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。これを解消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。
る。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。このような半導体素子を用いた場合、半導体素子は
サイラトロンに比べてその耐電圧が低いために同じ電圧
のパルスを発生するためには複数個の素子を直列に接続
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
−１）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）、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。これを解消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５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 は直流電源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により構成されるが光発振器２０からの光信
号によりゲ―トパルス発生回路ＧＵがゲ―ト駆動信号を
発信し全てのＦＥＴをタ―ンオンさせることによりコン
デンサＣ1 の電荷を放電させてコンデンサＣ2 に移行し
て放電負荷３０に放電させ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。即ち、直列接続されたＦＥ
Ｔは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ＦＥ
Ｔ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
電圧検出回路４１が各段の過電圧を検出してスイッチの
トリガ―信号を発生する光発振器２０に異常信号を伝送
している。
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 は直流電源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により構成されるが光発振器２０からの光信
号によりゲ―トパルス発生回路ＧＵがゲ―ト駆動信号を
発信し全てのＦＥＴをタ―ンオンさせることによりコン
デンサＣ1 の電荷を放電させてコンデンサＣ2 に移行し
て放電負荷３０に放電させ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。即ち、直列接続されたＦＥ
Ｔは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ＦＥ
Ｔ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
電圧検出回路４１が各段の過電圧を検出してスイッチの
トリガ―信号を発生する光発振器２０に異常信号を伝送
している。
【０００４】
【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過電圧を
検出して回路の動作停止を行うために検出回路を各段に
接続する必要があるために検出回路の接続が複雑化し、
検出結果を伝送するために高価な光伝送回路を直列接続
した段の数だけ要するという欠点があった、
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過電圧を
検出して回路の動作停止を行うために検出回路を各段に
接続する必要があるために検出回路の接続が複雑化し、
検出結果を伝送するために高価な光伝送回路を直列接続
した段の数だけ要するという欠点があった、
【０００５】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、直流充電
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、直流充電
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を目的とする。
【０００６】
【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、複数個の半導体スイッチの各々のアノ―ド
端子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗を接続し、前記半導
体スイッチ装置と直列にパルス電流検出装置を接続し、
前記パルス電流検出装置の出力信号と前記制御信号送信
器の出力信号のタイミングを比較し、両者のタイミング
に予め設定した時間差以上の差が生じた場合には異常と
判断して前記高電圧直流充電装置に停止信号を送信する
異常検出装置を具備したものである。
するために、複数個の半導体スイッチの各々のアノ―ド
端子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗を接続し、前記半導
体スイッチ装置と直列にパルス電流検出装置を接続し、
前記パルス電流検出装置の出力信号と前記制御信号送信
器の出力信号のタイミングを比較し、両者のタイミング
に予め設定した時間差以上の差が生じた場合には異常と
判断して前記高電圧直流充電装置に停止信号を送信する
異常検出装置を具備したものである。
【０００７】
【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半導体スイッチのゲ―トに流入す
るために半導体スイッチが自動的にタ―ンオンして分担
電圧を零ににするので過電圧から保護される。このよう
に全ての半導体スイッチがタ―ンオンするとスイッチ全
体にパルス電流が流れるのでこれを検出し制御パルス信
号のタイミングと比較して一致しない場合には異常判定
を行う。
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半導体スイッチのゲ―トに流入す
るために半導体スイッチが自動的にタ―ンオンして分担
電圧を零ににするので過電圧から保護される。このよう
に全ての半導体スイッチがタ―ンオンするとスイッチ全
体にパルス電流が流れるのでこれを検出し制御パルス信
号のタイミングと比較して一致しない場合には異常判定
を行う。
【０００８】
【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。
【０００９】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ＴＨＹ１〜ＴＨＹｎをｎ
個直列接続して構成され、各々のサイリスタのアノ―ド
とゲ―ト間には抵抗Ｒ１とシリコンブレ―クオ―バダイ
オ―ドＤ１が接続される。シリコンブレ―クオ―バダイ
オ―ドＤ１のブレ―クオ―バ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。
ッチ装置は、電力用サイリスタＴＨＹ１〜ＴＨＹｎをｎ
個直列接続して構成され、各々のサイリスタのアノ―ド
とゲ―ト間には抵抗Ｒ１とシリコンブレ―クオ―バダイ
オ―ドＤ１が接続される。シリコンブレ―クオ―バダイ
オ―ドＤ１のブレ―クオ―バ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。
【００１０】又、ゲ―ト端子とカソ―ド端子の間には抵
抗Ｒ２とツェナ―ダイオ―ドＤ２が接続される。更にス
イッチと直列に変流器５０を接続し、その出力信号は故
障検出装置６０に導入する。前記変流器５０の出力を故
障検出装置６０内部の電流検出アンプを経て比較増幅器
に入力する。一方、故障検出装置６０には光発振器のタ
イミング信号も入力されパルス発生回路にはいって一定
パルス幅のパルスに変換される。前記パルス発振器の出
力パルスはインバ―タ回路を経て前記比較増幅器の出力
信号と共にＡＮＤ回路の入力となる。このＡＮＤ回路の
出力は故障検出装置６０の出力となって直流充電装置１
０の非常停止入力信号となる。
抗Ｒ２とツェナ―ダイオ―ドＤ２が接続される。更にス
イッチと直列に変流器５０を接続し、その出力信号は故
障検出装置６０に導入する。前記変流器５０の出力を故
障検出装置６０内部の電流検出アンプを経て比較増幅器
に入力する。一方、故障検出装置６０には光発振器のタ
イミング信号も入力されパルス発生回路にはいって一定
パルス幅のパルスに変換される。前記パルス発振器の出
力パルスはインバ―タ回路を経て前記比較増幅器の出力
信号と共にＡＮＤ回路の入力となる。このＡＮＤ回路の
出力は故障検出装置６０の出力となって直流充電装置１
０の非常停止入力信号となる。
【００１１】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ブレ―クオ―バ
ダイオ―ド（以下ＢＯＤと記す）のブレ―クオ―バ―電
圧（以下ＢＯＶと記す）を超えるとＢＯＤは非線形領域
にはいる。ＢＯＤの代表的な電圧電流特性を図２に示
す。電圧がＢＯＶより大きくなるとＢＯＤは降伏領域に
入り、抵抗値が激減し大きな電流が流れて端子電圧は零
近くになる。この電流は健全なサイリスタのゲ―トに流
れ込むためサイリスタはタ―ンオンする。このように過
電圧が印加された健全なサイリスタが自分自身をタ―ン
オンするため、故障、健全を問わず全てのサイリスタ素
子が短絡又はオン状態になるのでスイッチ全体がオン状
態になったのと同じようになりパルス電流が流れること
になる。変流器５０はこの電流を検出して故障検出装置
６０に伝送する。故障検出装置６０の内部での信号の状
態を図３に示す。前記変流器５０の出力は電流検出アン
プを通ると電流波形に相似な電圧信号となる。この信号
は比較増幅器の他方の入力となる、設定器で設定される
基準電圧と比較されて一定振幅値のパルスに変換され
る。一方、光発振器２０のタイミングパルスはパルス発
生回路によってタイミングパルスに同期した一定振幅一
定パルス幅のパルスに変換され、更に、インバ―タによ
って論理が反転される。このインバ―タの出力と前記比
較増幅器の出力がＡＮＤ回路に入力されると変流器５０
の出力信号が光パルス発振器２０の出力に同期していな
いときＡＮＤ回路の出力は「１」となり、直流充電装置
１０の非常停止回路に入力されて直流充電装置１０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ブレ―クオ―バ
ダイオ―ド（以下ＢＯＤと記す）のブレ―クオ―バ―電
圧（以下ＢＯＶと記す）を超えるとＢＯＤは非線形領域
にはいる。ＢＯＤの代表的な電圧電流特性を図２に示
す。電圧がＢＯＶより大きくなるとＢＯＤは降伏領域に
入り、抵抗値が激減し大きな電流が流れて端子電圧は零
近くになる。この電流は健全なサイリスタのゲ―トに流
れ込むためサイリスタはタ―ンオンする。このように過
電圧が印加された健全なサイリスタが自分自身をタ―ン
オンするため、故障、健全を問わず全てのサイリスタ素
子が短絡又はオン状態になるのでスイッチ全体がオン状
態になったのと同じようになりパルス電流が流れること
になる。変流器５０はこの電流を検出して故障検出装置
６０に伝送する。故障検出装置６０の内部での信号の状
態を図３に示す。前記変流器５０の出力は電流検出アン
プを通ると電流波形に相似な電圧信号となる。この信号
は比較増幅器の他方の入力となる、設定器で設定される
基準電圧と比較されて一定振幅値のパルスに変換され
る。一方、光発振器２０のタイミングパルスはパルス発
生回路によってタイミングパルスに同期した一定振幅一
定パルス幅のパルスに変換され、更に、インバ―タによ
って論理が反転される。このインバ―タの出力と前記比
較増幅器の出力がＡＮＤ回路に入力されると変流器５０
の出力信号が光パルス発振器２０の出力に同期していな
いときＡＮＤ回路の出力は「１」となり、直流充電装置
１０の非常停止回路に入力されて直流充電装置１０を停
止する。
【００１２】以上、図１の実施例において、半導体スイ
ッチのゲ―トアノ―ド間に接続する非線形抵抗としてサ
イリスタ特性を持つシリコンブレ―クオ―バダイオ―ド
を使用した場合について説明したが、これは例えばアバ
ランシェ特性を持つダイオ―ドでも何等問題は無い。ア
バランシェ特性を持つダイオ―ドの電圧―電流特性は図
４に示されている。アバランシェダイオ―ドではダイオ
―ドの逆電圧がアバランシェ電圧ＶＡを超えると非線形
領域に入り電流が急増する。このためシリコンブレ―ク
オ―バダイオ―ドと同様に並列接続されたサイリスタの
ゲ―トに電流を流しタ―ンオンさせる。その他の働きは
全く同じであるので省略する。
ッチのゲ―トアノ―ド間に接続する非線形抵抗としてサ
イリスタ特性を持つシリコンブレ―クオ―バダイオ―ド
を使用した場合について説明したが、これは例えばアバ
ランシェ特性を持つダイオ―ドでも何等問題は無い。ア
バランシェ特性を持つダイオ―ドの電圧―電流特性は図
４に示されている。アバランシェダイオ―ドではダイオ
―ドの逆電圧がアバランシェ電圧ＶＡを超えると非線形
領域に入り電流が急増する。このためシリコンブレ―ク
オ―バダイオ―ドと同様に並列接続されたサイリスタの
ゲ―トに電流を流しタ―ンオンさせる。その他の働きは
全く同じであるので省略する。
【００１３】
【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、直流充電装置
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、直流充電装置
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】シリコンブレ―クオ―バダイオ―ドの動作特性
図。
図。
【図３】本発明の動作を説明するための［図１」の故障
検出装置の各部波形図。
検出装置の各部波形図。
【図４】アバランシェダイオ―ドの動作特性図。
【図５】従来の高電圧パルス発生装置の構成図。
１０…直流充電電源 ２０…光発振器 ３０…放電負荷 ６０…故障検出
装置
装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｊ 1/00 ３０９ Ｈ 7373−5Ｇ Ｈ０２Ｍ 9/04 Ｚ 8325−5Ｈ Ｈ０３Ｋ 17/10 9184−5Ｊ 17/73 7827−5Ｊ Ｈ０３Ｋ 17/73 Ｆ
Claims (1)
- 【請求項１】 多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
する駆動回路と、この駆動回路に制御信号を送信する制
御信号送信器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と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の各々のアノ―
ド端子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗を接続し、前記半
導体スイッチ装置と直列にパルス電流検出装置を接続
し、前記パルス電流検出装置の出力信号と前記制御信号
送信器の出力信号のタイミングを比較し、両者のタイミ
ングに予め設定した時間差以上の差が生じた場合には異
常と判断して前記高圧直流充電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 |
|---|---|---|---|
| JP3245894A JPH0590678A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 高電圧パルス発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3245894A JPH0590678A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 高電圧パルス発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0590678A true JPH0590678A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17140401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3245894A Pending JPH0590678A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 高電圧パルス発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0590678A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009194063A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Gigaphoton Inc | 放電励起式ガスレーザ装置およびその故障箇所判別方法 |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP3245894A patent/JPH0590678A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009194063A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Gigaphoton Inc | 放電励起式ガスレーザ装置およびその故障箇所判別方法 |
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