JPH06237153A - パルス電源 - Google Patents

パルス電源

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JPH06237153A
JPH06237153A JP2230793A JP2230793A JPH06237153A JP H06237153 A JPH06237153 A JP H06237153A JP 2230793 A JP2230793 A JP 2230793A JP 2230793 A JP2230793 A JP 2230793A JP H06237153 A JPH06237153 A JP H06237153A
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JP
Japan
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capacitor
transformer
saturable
current
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP2230793A
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English (en)
Inventor
Takashi Sakukawa
貴志 佐久川
Kiyoshi Hara
喜芳 原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置構成の簡単化を図る。 【構成】 半導体スイッチ(SW)に直列に可飽和リア
クトル(SI1)を設けて磁気アシストを行い、エネル
ギー蓄積用コンデンサ(C0)の放電パルス電流を可飽
和トランス(ST)の一次電流として該トランスによる
昇圧動作でコンデンサ(C1、C2)を充電し、可飽和ト
ランスの磁気スイッチ動作によりコンデンサ(C1)を
反転充電し、コンデンサ(C1、C2)に倍電圧を得てパ
ルス圧縮した電流をレーザーヘッド(LH)に供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パルスレーザやパルス
プラズマ発生器、パルス脱硝装置等の電源として高電圧
・大電流パルスを発生するためのパルス電源に関する。
【0002】
【従来の技術】パルスレーザ励起やパルスプラズマ発生
用のパルス電源には、半導体スイッチと磁気スイッチに
なる可飽和リアクトルを用いた図4に示す構成のものが
ある。同図中、複数個直列接続されるサイリスタTHは
高電圧の半導体スイッチとされ、電源PSによって高電
圧充電されたコンデンサC0と昇圧トランスTRの一時
巻線の直列回路を短絡することによりトランスTRの二
次回路に高圧パルスを発生する。
【0003】この発生電圧から3段の可飽和リアクトル
SR1、SR2、SR3とコンデンサC1,C2,C3の直列
回路で夫々にパルス圧縮した電流を得、最終段の可飽和
リアクトルSR3と放電管になるレーザーヘッドLHに
パルス圧縮した高電圧・大電流パルスを得る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の構成において、
初段の半導体スイッチ(サイリスタTH)は、レーザ発
振に必要な出力電圧の制御を負担し、可飽和リアクトル
の磁気スイッチ作用でパルス圧縮を行い、必要とするパ
ルス幅を得るのに可飽和リアクトルとコンデンサをはし
ご状に複数段設けている。
【0005】ここで、一般的なパルスレーザ(例えばエ
キシマレーザ、横型励起CO2レーザ等)の放電励起に
は電源の出力電圧として数+KVを必要とするのに対
し、現在の半導体素子では数KVの耐圧しか得られない
ため、半導体素子を多数個直列に接続し、またそのドラ
イブ回路やスナバ回路を設けて所期の耐電圧を得るよう
にしており、半導体素子の電力損失も考慮すると大型、
大容量の初段スイッチ構成になってしまう。
【0006】なお、昇圧トランスTRは、半導体素子の
数を減らすが、これは磁気パルス圧縮段数が増加し、パ
ルス圧縮のための可飽和リアクトルの負担が大きくな
る。
【0007】また、可飽和リアクトルの体積(個数)
は、電圧と通電時間の積(電圧時間積V×t)に比例す
ることから、特に1段目の磁気圧縮には多数個の可飽和
リアクトルコアが必要となり、可飽和リアクトルとコン
デンサの回路をはしご状に複数段設ける構成では装置構
成が大型,高価になる。
【0008】従来の他のパルス電源として、図5に示す
ように、電流上昇率(di/dt)の大きなガス入放電
スイッチ素子S(サイラトロン等)を用い、そのスイッ
チングによるパルスをそのままレーザーヘッドLHに供
給するものがあるが、ガス入放電スイッチ素子Sの寿命
が約108パルスと短く、高い繰り返しの出力を得る電
源としては短寿命になり採用できない。
【0009】本発明の目的は、装置構成の簡単化を図っ
たパルス電源を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、半導体スイッチと、この半導体スイッチに
直列接続されて磁気アシストを行う可飽和リアクトル
と、直流電圧で充電される第1のコンデンサと、前記コ
ンデンサと前記半導体スイッチ及び可飽和リアクトルに
一次巻線が直列接続され該半導体スイッチのオンによっ
て一次電流が供給されて昇圧出力を得ると共に磁気スイ
ッチ動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランス
の二次巻線に並列接続され該可飽和トランスのトランス
動作中の二次出力電流で充電され該可飽和トランスのト
ランス動作後の磁気スイッチ動作により反転充電される
第2のコンデンサと、この第2のコンデンサに直列接続
され前記可飽和トランスのトランス動作中の二次出力電
流で充電され該第2のコンデンサとの直列回路で放電管
にパルス放電電流を供給する第3のコンデンサとを備え
たことを特徴とする。
【0011】
【作用】半導体スイッチを可飽和リアクトルで磁気アシ
ストすることによりスイッチング損失を低減すると共に
電流上昇率を高めるスイッチング動作を行い、このパル
ス電流に対して可飽和トランスのトランス動作により昇
圧したパルス電流で第2及び第3のコンデンサを高圧充
電し、この後の可飽和トランスの磁気スイッチ動作によ
り第2のコンデンサをLC反転充電し、第2及び第3の
コンデンサの直列回路には倍電圧の高圧を得て放電管に
パルス圧縮した電流を供給する。
【0012】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を示す回路図であ
る。半導体スイッチSWは、GTOサイリスタ,SIサ
イリスタ,IGBT等の半導体素子の複数個直列接続で
構成された初段スイッチにされる。
【0013】可飽和リアクトルSI1と初段エネルギー
蓄積用コンデンサC0及び可飽和トランスSTの一次巻
線は、半導体スイッチSWに直列接続される。
【0014】可飽和トランスSTは、高い角形比を持つ
磁心材、例えば鉄基非晶質合金磁心材や鉄基超微晶質合
金磁心材、コバルト基非晶質合金等の磁心材を持ち、1
対n(例えばn=3)の巻線比を持つ。
【0015】可飽和トランスSTの二次巻線にはコンデ
ンサC1が並列接続され、このコンデンサC1にはコンデ
ンサC2が直列接続され、コンデンサC12の直列接続
回路の両端にレーザーヘッドLH及び可飽和リアクトル
SI2の並列回路が接続される。
【0016】また、レーザーヘッドLHとコンデンサC
1、C2の接続は、電極A、Bに加えて、メッシュ状のB
電極の背面に誘電体Dを介してC電極を配置し、A電極
と同じ電位にされる。
【0017】本実施例の動作を説明する。まず、コンデ
ンサC0は高圧直流電源HVによって充電抵抗器R0を介
して高圧充電しておく。この後、半導体スイッチSWを
オンさせることにより、コンデンサC0→可飽和リアク
トルSI1→半導体スイッチSW→可飽和トランスST
の一次巻線の経路で一次電流I0を流す。
【0018】ここで、可飽和リアクトルSI1は、半導
体スイッチSWのスイッチング損失を低減させスイッチ
寿命を長くするための磁気アシスト動作を得るよう、初
段パルス電流と逆にバイアス電流を流し、リセットをか
ける。
【0019】次に、電流I0に対して、可飽和トランス
STは非飽和領域で動作させ、その巻数比(1対n)に
よる昇圧した電圧を二次巻線に得るトランスとして動作
させる。
【0020】このときの可飽和トランスSTの二次側で
は、コンデンサC1及びC2に二次電流I1が流れ、コン
デンサC1及びC2を昇圧した電圧(一次側のn倍の電
圧)で並列充電する。
【0021】この後、可飽和トランスSTが飽和領域に
入ると、一次側と二次側が非結合状態となり、トランス
としての作用でなく可飽和リアクトルとして作用する磁
気スイッチとなり、二次巻線が低インダクタンスになっ
てパルス圧縮した電流I2によってコンデンサC2をLC
共振動作により逆極性に高速充電し、コンデンサC1
2の直列回路には可飽和トランスSTで昇圧した電圧
の2倍(2×n)以上の電圧でレーザーヘッドLHに印
加され、短パルスの電流I3をレーザーヘッドLHに供
給する。
【0022】可飽和リアクトルSI2は、コンデンサC2
を充電する方向にリセット電流を流す。これにより、コ
ンデンサC2の充電電流には飽和領域での動作になって
小さいインダクタになり、レーザーヘッドLHへの放電
になる逆方向電流に対しては非飽和領域となってインダ
クタを大きくしてレーザーヘッドLHへのエネルギー移
行を効率良くする。
【0023】図2は、各部の電流波形を示し、可飽和ト
ランスSTはトランス動作による高電圧発生と磁気スイ
ッチ動作によるパルス圧縮を行い、高電圧・大電流のパ
ルスを電流I2として発生し、また、この電流でコンデ
ンサC1、C2の直列回路による倍電圧を得てレーザーヘ
ッドLHにパルス電流I3を供給する。
【0024】従って、本実施例では、可飽和トランスの
昇圧とパルス圧縮動作の後、コンデンサの倍電圧効果に
より所期の高電圧と高電流を得る。このため、初段スイ
ッチング素子の電圧、電流を低くしかつパルス幅はパル
ス圧縮動作のない回路に比べて長くすることができる。
【0025】さらに、初段スイッチになる半導体スイッ
チSWには磁気アシストとしての可飽和リアクトルSI
1が設けられることから、スイッチSWのスイッチング
損失を低減すると共に電流上昇率が高められた電流I0
を可飽和トランスSTに供給することができる。
【0026】図3は磁気アシストを設けない場合のスイ
ッチSWの電圧・電流波形(a)と、磁気アシストを設
けた場合の電圧・電流波形(b)を示す。同図(a)の
斜線部分はスイッチSWのスイッチング損失に相当し、
磁気アシストを設けることで同図(b)に示すようにス
イッチング損失は低減され、スイッチSWの素子容量の
低減及び放熱回路の小型化を可能にする。
【0027】以上のことから、本実施例では、従来のサ
イラトロン等の放電型スイッチよりも耐電圧、耐電流が
低くスイッチング速度の遅い半導体素子を使用して高電
圧、高電流の短パルスを得ることができる。
【0028】また、可飽和トランスの動作電圧を低くで
きるため、磁芯材の電圧時間積を小さくしてその必要容
積又は個数を低減できる。
【0029】更に、本実施例では、レーザーヘッドLH
のB電極の背面に誘電体Dを介してC電極を設けるた
め、B、C電極間のコロナ放電で予備電離がなされ、こ
れが均一グロー放電を得やすくする。
【0030】即ち、エキシマレーザーやTEA−CO2
レーザー等の放電励起において、均一グロー放電を得る
ためには予備電離を必要とし、この予備電離を得ること
により、従来のピーキングコンデンサにピン電極を取り
付ける構造に比べてピン電極を不要にし、さらにピーキ
ングコンデンサを不要にする。また、ピン電極を用いた
アーク放電による予備電離でなく、コロナ放電による予
備電離のため電極の損傷が小さくなる。
【0031】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、初段ス
イッチになる半導体スイッチに可飽和リアクトルを直列
接続した磁気アシストを行い、エネルギー蓄積用コンデ
ンサの放電パルス電流を可飽和トランスによって昇圧及
び磁気スイッチ動作でパルス圧縮を行い、この可飽和ト
ランスのトランス動作で直列接続のコンデンサを充電
し、この後の可飽和トランスの磁気スイッチ動作で一方
のコンデンサを反転充電することで倍電圧を得て放電管
に高圧大電流を供給するようにしたため、以下の効果が
ある。
【0032】(1)可飽和リアクトルによる磁気アシス
トによって半導体スイッチのスイッチング損失を低減す
ると共に電流上昇率を高めることができる。
【0033】(2)可飽和トランスの昇圧動作及びコン
デンサの反転充電による倍電圧発生によって半導体スイ
ッチのスイッチング電圧負担を軽減できる。
【0034】(3)電圧負担を軽減した一次電流が供給
される可飽和トランスはそのコア個数を減らすことがで
きると共に飽和後のインダクタンスを小さくしてパルス
圧縮効果を高めることができる。
【0035】(4)可飽和トランスによる昇圧、磁気パ
ルス圧縮の構成要素段数を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の回路図。
【図2】実施例における圧縮動作時の電流波形図。
【図3】スイッチ波形図。
【図4】従来例の回路図。
【図5】従来例の回路図。
【符号の説明】
SW…半導体スイッチ、SI1…可飽和リアクトル、S
T…可飽和トランス、LH…レーザーヘッド。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体スイッチと、この半導体スイッチ
    に直列接続されて磁気アシストを行う可飽和リアクトル
    と、直流電圧で充電される第1のコンデンサと、前記コ
    ンデンサと前記半導体スイッチ及び可飽和リアクトルに
    一次巻線が直列接続され該半導体スイッチのオンによっ
    て一次電流が供給されて昇圧出力を得ると共に磁気スイ
    ッチ動作を得る可飽和トランスと、この可飽和トランス
    の二次巻線に並列接続され該可飽和トランスのトランス
    動作中の二次出力電流で充電され該可飽和トランスのト
    ランス動作後の磁気スイッチ動作により反転充電される
    第2のコンデンサと、この第2のコンデンサに直列接続
    され前記可飽和トランスのトランス動作中の二次出力電
    流で充電され該第2のコンデンサとの直列回路で放電管
    にパルス放電電流を供給する第3のコンデンサとを備え
    たことを特徴とするパルス電源。
  2. 【請求項2】 前記放電管は、放電電極A、Bの内、電
    極Bの背面に誘電体を介して第3の電極Cを設け、該電
    極B,C間でコロナ放電を得て予備電離を行う構成にし
    たことをことを特徴とする請求項1記載のパルス電源。
JP2230793A 1993-02-10 1993-02-10 パルス電源 Pending JPH06237153A (ja)

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JP2230793A JPH06237153A (ja) 1993-02-10 1993-02-10 パルス電源

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5729562A (en) * 1995-02-17 1998-03-17 Cymer, Inc. Pulse power generating circuit with energy recovery
US5940421A (en) * 1997-12-15 1999-08-17 Cymer, Inc. Current reversal prevention circuit for a pulsed gas discharge laser
JP2019532462A (ja) * 2016-08-25 2019-11-07 クラルテイ 電気パルス発生器
WO2025041631A1 (ja) * 2023-08-22 2025-02-27 国立大学法人熊本大学 パルス発生回路、基板処理装置、およびエネルギー回生方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5729562A (en) * 1995-02-17 1998-03-17 Cymer, Inc. Pulse power generating circuit with energy recovery
US5940421A (en) * 1997-12-15 1999-08-17 Cymer, Inc. Current reversal prevention circuit for a pulsed gas discharge laser
JP2019532462A (ja) * 2016-08-25 2019-11-07 クラルテイ 電気パルス発生器
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