JP2001218480A - Pulse wave generator - Google Patents
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- JP2001218480A JP2001218480A JP2000025240A JP2000025240A JP2001218480A JP 2001218480 A JP2001218480 A JP 2001218480A JP 2000025240 A JP2000025240 A JP 2000025240A JP 2000025240 A JP2000025240 A JP 2000025240A JP 2001218480 A JP2001218480 A JP 2001218480A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、雷撃電圧（電流）のよ
うな高電圧且つ短幅のパルス波（又は急峻波），特に、
電子デバイスのスイッチング動作時に発生するパルス波
に近似する、高電圧且つ短幅のパルス波を、簡易な構成
にて出力することのできるパルス波生成装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-voltage and short-width pulse wave (or steep wave) such as a lightning voltage (current),
The present invention relates to a pulse wave generation device capable of outputting a high-voltage and short-width pulse wave that approximates a pulse wave generated during a switching operation of an electronic device with a simple configuration.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ＥＭＣ（Electro Magnetic Compa
tibility），即ち電磁環境の両立性又は環境電磁問題に
関する分野が注目されている。特に、電子デバイスが存
在するところでは、電力機器における開閉装置，電源
（パワーエレクトロニクス等）のオン／オフ動作（スイ
ッチング動作等）にともなって生じる過渡的過電圧や、
商用電源制御用高速スイッチング素子の動作にともなっ
て生じるサージ電流が、それらの原因と指摘されてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, EMC (Electro Magnetic Compa
(i.e., compatibility with electromagnetic environment or environmental electromagnetic problems). In particular, where an electronic device is present, a transient overvoltage caused by a switching device in a power device, an on / off operation (switching operation, etc.) of a power supply (power electronics, etc.),
It has been pointed out that a surge current generated by the operation of the high-speed switching element for controlling the commercial power supply is a cause thereof.
【０００３】特に、前記過渡的過電圧等で最も問題とな
るのが、前記サージ電流である。かかるサージ電流によ
る誘導妨害は、通信機器，電子機器の破壊や誤動作をも
たらし、通信線路の伝送品質を劣化させる。特に医療施
設で運用されている医療機器に与える影響は甚大であ
る。[0003] In particular, the surge current is most problematic due to the transient overvoltage or the like. The induction disturbance caused by the surge current causes destruction or malfunction of the communication device and the electronic device, and deteriorates the transmission quality of the communication line. In particular, the impact on medical equipment operated in medical facilities is enormous.
【０００４】前記過渡的過電圧パルス波（前記サージ電
流）等の発生が電子機器に与える影響を解析するために
は、開閉装置，パワーエレクトロニクス等のスイッチン
グ動作時に生じる過渡的過電圧が絶縁材料に与える影響
を調査する必要がある。そのため、特にスイッチング素
子の動作によって生じるパルス波に近似するような、立
ち上がりが急峻で，高電圧，且つナノ秒オーダーの短幅
パルス波を擬似的に発生させることが要求される。In order to analyze the influence of the generation of the transient overvoltage pulse wave (the surge current) on the electronic equipment, the influence of the transient overvoltage generated at the time of switching operation of a switchgear, power electronics, etc. on the insulating material is considered. Need to be investigated. Therefore, it is required to simulate a short-wave pulse wave having a sharp rise, a high voltage, and a nanosecond order, which is similar to a pulse wave generated by the operation of the switching element.
【０００５】ここで、特開平９−１４８８９５号公報
は、光短パルス程度のパルス幅の短電気パルスを得るこ
とができる短電気パルス発生装置を開示する。この短電
気パルス発生装置は、光パルスを電気パルスに変換する
ことで１０ピコ秒オーダーの電気パルスを発生するが、
その電圧は雷撃電流に到底及ばず、誘導妨害の解析には
使用できない。また、電気パルス発生手段，半導体レー
ザー（例えばＶＣＳＥＬ等），光学素子等を備えること
が必要であるため、部品点数が多く複雑な構成となり、
装置自体のコストも高いと考えられる。Here, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-148895 discloses a short electric pulse generator capable of obtaining a short electric pulse having a pulse width about the same as an optical short pulse. This short electric pulse generator generates electric pulses on the order of 10 picoseconds by converting light pulses into electric pulses.
Its voltage is far below the lightning current and cannot be used for inductive disturbance analysis. In addition, since it is necessary to provide an electric pulse generating means, a semiconductor laser (for example, VCSEL, etc.), an optical element, and the like, the number of parts is large and the configuration becomes complicated.
The cost of the device itself is also considered high.
【０００６】また、特開平１０−２５６８８１号公報
は、小型で部品点数が少なく、消費電力の少ない電気機
械変換素子を駆動するに適したパルス発生装置を開示す
る。このパルス発生装置による出力電圧（電流）も、雷
撃電圧（電流）には到底及ばず、誘導妨害の解析には使
用できない。また、部品点数を少なくするためにトラン
ジスタによるスイッチング回路を備える構成としている
ので、応答遅延により短幅パルス（幅約３０ナノ秒以下
のパルス）の生成にも不向きであると考えられる。Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-256881 discloses a pulse generator suitable for driving an electromechanical transducer having a small size, a small number of parts, and low power consumption. The output voltage (current) of this pulse generator is also inferior to the lightning voltage (current) and cannot be used for inductive disturbance analysis. In addition, since a switching circuit including a transistor is provided to reduce the number of components, it is considered that it is not suitable for generating a short-width pulse (a pulse having a width of about 30 nanoseconds or less) due to a response delay.
【０００７】[0007]
【解決しようとする課題】したがって、従来のパルス発
生装置等においては、半導体素子を利用したものは存在
していたが、かかる半導体素子の耐圧能力等には限界が
あった。特に、スイッチング素子の動作等によって生じ
るパルス波（少なくとも２キロボルト程度の高電圧であ
って，且つ少なくとも３０ナノ秒程度）に近似するよう
な、高電圧且つ短幅のパルス波を、半導体素子を用いず
に生成することができなかった。とりわけ、パルス波の
幅を短くすると出力電圧を高くできないという問題もあ
った。Therefore, some conventional pulse generators and the like use a semiconductor element, but there is a limit to the withstand voltage and the like of the semiconductor element. In particular, a high-voltage and short-width pulse wave approximating a pulse wave (a high voltage of at least about 2 kilovolts and at least about 30 nanoseconds) generated by the operation of the switching element is used by the semiconductor element. Could not be generated without. In particular, there is a problem that the output voltage cannot be increased if the width of the pulse wave is reduced.
【０００８】そこで発明者は、鋭意研究を重ねた結果、
その発明を、パルス波出力側に設けられる平板電極と，
該平板電極に対向配置される第１球電極及び第２球電極
とを備えた電極部と、前記第１球電極と前記平板電極と
の絶縁破壊によって電圧を生じる第１インピーダンス部
と、前記第２球電極と前記平板電極との絶縁破壊で生じ
る交流分を接地し，且つ他の電流を放電する第２インピ
ーダンス部とを備えたパルス波生成装置としたことで、
簡易な構成にて、スイッチング素子等の動作によって生
じるパルス波に近似するような、高電圧且つ短幅のパル
ス波を生成することができ、前記課題を解決したもので
ある。Therefore, the inventor has conducted intensive research and as a result,
The invention relates to a plate electrode provided on the pulse wave output side,
An electrode unit including a first spherical electrode and a second spherical electrode disposed opposite to the flat electrode, a first impedance unit that generates a voltage due to dielectric breakdown between the first spherical electrode and the flat electrode, By providing a pulse wave generation device including a second impedance unit that grounds an AC component generated by dielectric breakdown between the two-ball electrode and the plate electrode and discharges another current,
With a simple configuration, a high-voltage and short-width pulse wave that approximates a pulse wave generated by the operation of a switching element or the like can be generated, and the above-mentioned problem has been solved.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
パルス生成装置の実施の一形態について説明する。図１
は本発明のパルス生成装置の構成の一形態を示し、主
に、高電圧電源部１０、電極部２０、第１インピーダン
ス部３０、第２インピーダンス部４０から構成される。
前記高電圧電源部１０は、低圧，高圧，特別高圧に分類
されるあらゆる任意の電圧（特に高電圧）を発生させる
ことができる高電圧電源であり、好ましくは、「ノンギ
ャップＩ．Ｇ．」，即ち、出願人の登録実用新案（実公
平７−４２２３５号）に係る無間隙衝撃電圧発生装置を
適用する。但し、当該無間隙衝撃電圧発生装置の発生す
る電圧と同程度の電圧を発生させることのできる電源装
置であればこれに限定されず、いかなる直流電圧電源，
交流電圧電源でも適用することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a pulse generation device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
Shows an embodiment of the configuration of the pulse generation device of the present invention, and mainly includes a high-voltage power supply unit 10, an electrode unit 20, a first impedance unit 30, and a second impedance unit 40.
The high-voltage power supply unit 10 is a high-voltage power supply that can generate any voltage (particularly high voltage) classified into low voltage, high voltage, and extra high voltage, and is preferably a “non-gap IG”. That is, the gapless impulse voltage generator according to the registered utility model (Japanese Utility Model Publication No. 7-42235) of the applicant is applied. However, the present invention is not limited to this as long as it is a power supply device that can generate a voltage approximately equal to the voltage generated by the gapless impact voltage generation device.
An AC voltage power supply can also be applied.
【００１０】前記電極部２０は、例えば球電極と平板電
極とから構成される複合電極であって、前記高電圧電源
部１０から入力される高電圧によって、電極間で絶縁破
壊が生じるように構成する。また、２つの電極間をガス
（特に絶縁性気体）で満たすべく、箱，容器又は筐体等
にて密閉する構成とすることがある。The electrode section 20 is a composite electrode composed of, for example, a spherical electrode and a flat electrode, and is configured such that a high voltage input from the high voltage power supply section 10 causes dielectric breakdown between the electrodes. I do. In some cases, the space between the two electrodes is sealed with a box, a container, a housing, or the like so as to fill the space between the two electrodes with a gas (particularly, an insulating gas).
【００１１】前記第１インピーダンス部３０は、具体的
には抵抗素子であり、好ましくは無誘導抵抗素子を適用
するが、リアクタンス素子（回路）としてもよく、これ
に限定されない。また、前記第２インピーダンス部４０
は、好ましくは、抵抗素子とコンデンサ素子とからなる
ＲＣ並列回路とするが、これに限定されない。この場合
の抵抗素子も、好ましくは無誘導抵抗素子を適用する
が、これに限定されない。The first impedance section 30 is specifically a resistance element, preferably a non-inductive resistance element, but may be a reactance element (circuit), and is not limited to this. Also, the second impedance section 40
Is preferably an RC parallel circuit including a resistance element and a capacitor element, but is not limited thereto. The resistance element in this case is also preferably a non-inductive resistance element, but is not limited to this.
【００１２】また、本明細書では、説明上、前記電極部
２０の入力電圧（印加電圧）をＶ1ボルト，出力電圧を
Ｖ2ボルトと称することがある。In this specification, the input voltage (applied voltage) of the electrode unit 20 may be referred to as V 1 volt, and the output voltage may be referred to as V 2 volt, for the sake of explanation.
【００１３】次に、本発明のパルス波生成装置の作用に
ついて説明する。まず、前記電極部２０にて絶縁破壊さ
せ、その放電パルス電流を前記第１インピーダンス部３
０に流入させる。この電流による電圧降下によって、前
記電極部２０にて再度絶縁破壊させる。このときに生じ
る電流を、前記第２インピーダンス部４０のバイパスコ
ンデンサＣに流入させることで、前記第２インピーダン
ス部４０の両端に生じる電位差を低電位にさせる。Next, the operation of the pulse wave generator according to the present invention will be described. First, dielectric breakdown is caused at the electrode section 20 and the discharge pulse current is applied to the first impedance section 3.
0. Due to the voltage drop due to this current, dielectric breakdown occurs again at the electrode section 20. By causing the current generated at this time to flow into the bypass capacitor C of the second impedance section 40, the potential difference generated at both ends of the second impedance section 40 is reduced.
【００１４】図５は、前記電極部２０に対する印加電圧
（入力電圧パルス）と、出力電圧パルスとの関係を示
す。まず、前記高電圧電源部１０から印加された電圧が
前記第１球電極Ｅ1に印加されると、ギャップ長ｄ1にお
ける電圧が急激に上昇する。そして、所定の絶縁破壊電
圧以上になると、前記平板電極Ｅ3との間で絶縁破壊が
起きる。FIG. 5 shows a relationship between an applied voltage (input voltage pulse) to the electrode section 20 and an output voltage pulse. First, when the high voltage voltage applied from the power supply unit 10 is applied to the first ball electrodes E 1, the voltage at the gap length d 1 rises rapidly. Then, at least a predetermined breakdown voltage, dielectric breakdown occurs between the plate electrode E 3.
【００１５】そのときに生じるパルス性放電電流は、前
記第１インピーダンス部３０に流入する。その結果上昇
した出力電圧が、ギャップ長ｄ2に対応する絶縁破壊電
圧に達すると、前記第２球電極Ｅ2と前記平板電極Ｅ3と
の間で絶縁破壊が生じる。このときの放電電流は、交流
成分が高くなるので、前記第２インピーダンス部４０の
バイパスコンデンサＣにて当該交流成分を接地する構成
とする。残留電荷分は、前記バイパスコンデンサＣと並
列に接続されることがある抵抗にて放電させる構成とす
ることがある。「ギャップ長ｄ2に対応する絶縁破壊電
圧」としたのは、紫外線の照射如何によって絶縁破壊電
圧が変化することを考慮したものであり、具体的には、
絶縁破壊電圧がエレクトロンの存在確率に依存すること
を考慮したものである。The pulsating discharge current generated at that time flows into the first impedance section 30. As a result increased output voltage reaches the breakdown voltage corresponding to the gap length d 2, dielectric breakdown occurs between the plate electrode E 3 and the second ball electrode E 2. Since the AC component of the discharge current at this time increases, the AC component is grounded by the bypass capacitor C of the second impedance section 40. The residual charge may be discharged by a resistor that may be connected in parallel with the bypass capacitor C. The “dielectric breakdown voltage corresponding to the gap length d 2 ” is based on the consideration that the dielectric breakdown voltage changes depending on the irradiation of ultraviolet rays. Specifically,
This is based on the consideration that the breakdown voltage depends on the existence probability of electrons.
【００１６】即ち、図５において、前記第１球電極Ｅ1
と前記平板電極Ｅ3との間の絶縁破壊によって生じる出
力電圧は、ギャップ長ｄ1＞ｄ2という関係を満たす限り
において、前記第２球電極Ｅ2と前記平板電極Ｅ3との間
の絶縁破壊によって生成される破壊電圧の一部が、出力
パルス波として利用されることになる。その結果、図５
に示すような極めて短い幅のパルス波の出力を得ること
ができる。That is, in FIG. 5, the first spherical electrode E 1
Insulation between the output voltage caused by the dielectric breakdown between the plate electrode E 3 is as long as satisfying the relationship of the gap length d 1> d 2, and the second ball electrode E 2 and the flat plate electrode E 3 A part of the breakdown voltage generated by the breakdown will be used as an output pulse wave. As a result, FIG.
It is possible to obtain an output of an extremely short pulse wave as shown in FIG.
【００１７】これにより、ダイバータと同様の機能を生
じさせることができるので、出力電圧のパルス幅を制御
することが可能となる。したがって、前記第１インピー
ダンス部３０の両端に、パルス幅の短い出力電圧を発生
させることができる。その出力電圧は、前記高電圧電源
部１０の印加電圧と、前記電極部２０の各ギャップ長ｄ
1及びｄ2（各電極間の間隔）とによって制御できる。本
明細書では、前記第１球電極Ｅ1と前記平板電極Ｅ3を
「電極系１」と、前記第２球電極Ｅ2と前記平板電極Ｅ3
とを「電極系２」と称することがある。Thus, a function similar to that of the diverter can be generated, and the pulse width of the output voltage can be controlled. Therefore, an output voltage with a short pulse width can be generated at both ends of the first impedance section 30. The output voltage corresponds to the applied voltage of the high-voltage power supply unit 10 and the gap length d of the electrode unit 20.
1 and d 2 (the distance between each electrode). In this specification, the first spherical electrode E 1 and the flat plate electrode E 3 are referred to as “electrode system 1”, the second spherical electrode E 2 and the flat plate electrode E 3
May be referred to as “electrode system 2”.
【００１８】[0018]
【実施例】次に、本発明のパルス波生成装置の好適な一
実施例について説明する。図２は、本実施例における構
成を示す。前記高電圧電源部１０は、出願人の登録実用
新案に係る前記無間隙衝撃電圧発生装置を適用する。こ
のときの立ち上がり時間は約０．３５マイクロ秒、波尾
長は約３５マイクロ秒である。また、電圧印加のインタ
ーバルを約７秒とし、その印加電圧は、２．５キロボル
ト，３．０キロボルト，３．５キロボルトとした（以
下、電圧は全てピーク値を指す。）。Next, a preferred embodiment of the pulse wave generator according to the present invention will be described. FIG. 2 shows a configuration in the present embodiment. The high-voltage power supply unit 10 applies the gapless impact voltage generator according to the registered utility model of the applicant. The rise time at this time is about 0.35 microsecond, and the wave tail length is about 35 microsecond. The voltage application interval was set to about 7 seconds, and the applied voltage was set to 2.5 kV, 3.0 kV, and 3.5 kV (hereinafter, all voltages indicate peak values).
【００１９】次に、前記電極部２０は、第１球電極Ｅ1
と，第２球電極Ｅ2と，平板電極Ｅ3とを有し、アクリル
製の密閉容器２０ａで覆われる構成とする。前記第１球
電極Ｅ1と前記第２球電極Ｅ2とは、ともにステンレス製
とし、その直径は約２５．４ミリメートルとする。ま
た、前記平板電極Ｅ3の長手方向の長さは約６５ミリメ
ートルとする。更に、前記平板電極Ｅ3から前記第１球
電極Ｅ1までの間隔をギャップ長ｄ1と，前記平板電極Ｅ
3から前記第２球電極Ｅ2までの間隔をギャップ長ｄ2と
する。Next, the electrode section 20 is provided with a first spherical electrode E 1.
If a second ball electrode E 2, and a planar electrode E 3, a structure covered with acrylic sealed container 20a. The first spherical electrode E 1 and the second spherical electrode E 2 are both made of stainless steel and have a diameter of about 25.4 mm. The longitudinal length of the flat plate electrode E 3 is an approximately 65 millimeters. Moreover, the gap length d 1 apart from the flat plate electrodes E 3 to 1 the first ball electrode E, the plate electrodes E
The interval from 3 to 2 the second ball electrode E and gap length d 2.
【００２０】ここで、本実施例では、前記密閉容器２０
ａ内部に窒素その他の絶縁性気体からなるガスを容器体
積以上流入させることがあり、ここでは窒素を流入させ
る。そのガスが前記密閉容器２０ａ内部に十分充満した
後、当該ガスが漏出しないように強固に前記密閉容器２
０ａを密閉する。前記密閉容器２０ａには石英ガラス等
からなる窓部２０ｂを適宜に設ける。そして、該窓部２
０ｂから紫外線を入射させるため、水銀灯Ｌにて前記密
閉容器２０ａ内部に向けて紫外線を照射する（図３参
照）。In this embodiment, the closed container 20 is used.
In some cases, a gas composed of nitrogen or other insulating gas flows into the container a or more than the volume of the container. Here, nitrogen is flown. After the gas sufficiently fills the inside of the closed container 20a, the closed container 2 is firmly prevented from leaking the gas.
Seal Oa. A window 20b made of quartz glass or the like is appropriately provided in the closed container 20a. And the window 2
In order to make the ultraviolet rays enter from 0b, the mercury lamp L irradiates the inside of the closed container 20a with the ultraviolet rays (see FIG. 3).
【００２１】前記密閉容器２０ａは、理想的には、初期
状態を真空としておき、その後前記ガスを前記密閉容器
２０ａ内部に容器体積以上流入させることが好ましい。
これにより、更に前記密閉容器２０ａ内を高圧状態に保
つことができるからである。また、本明細書における
「絶縁性気体」とは、窒素，六フッ化硫黄，その他の絶
縁性を有する気体の総称であり、特に空気（大気）も含
む概念とする。It is preferable that the closed container 20a is ideally set to a vacuum state in the initial state, and thereafter the gas is allowed to flow into the closed container 20a in a volume equal to or more than the container volume.
Thereby, the inside of the closed container 20a can be kept at a high pressure. The term “insulating gas” in the present specification is a general term for nitrogen, sulfur hexafluoride, and other gases having an insulating property, and particularly includes a concept including air (atmosphere).
【００２２】前記電極部２０（窓部２０ｂ）と前記水銀
灯Ｌとの距離は、約３０センチメートルとする。また、
各ギャップ長は、前記第１球電極Ｅ1及び第２球電極Ｅ2
のそれぞれに直結されるマイクロメータ（０〜２５ミ
リ、最小メモリが１マイクロメートル）を使用すること
とし、ギャップ長ｄ1を２０ミクロン、ギャップ長ｄ2を
１０ミクロンとする。なお、「ギャップ長」とは、本明
細書では電極間距離をいうものとする。各ギャップ長の
設定は、前記球電極Ｅ1又はＥ2のいずれかと、前記平板
電極Ｅ3とが、電気的に導通したことを図示しない回路
計で確認し、その時点をゼロとしてから設定することが
好ましい。The distance between the electrode section 20 (window section 20b) and the mercury lamp L is about 30 cm. Also,
Each gap length is determined by the first spherical electrode E 1 and the second spherical electrode E 2.
Micrometer is directly connected to the respective (0-25 mm minimum memory 1 micrometer) and the use of, a gap length d 1 20 microns, the gap length d 2 and 10 microns. The “gap length” herein refers to the distance between electrodes. The setting of each gap length is performed after confirming that any one of the spherical electrodes E 1 and E 2 and the flat plate electrode E 3 are electrically conducted by a circuit meter (not shown), and setting the time point to zero. Is preferred.
【００２３】図６は、前記電極部２０の一例に係る正面
斜視図である。前記第１球電極Ｅ1は、第１電極軸２０
ｃを介して前記高電圧電源部１０に接続される構成とす
ることがある。また、前記平板電極Ｅ3からは、高電圧
に耐えるために、直接、出力端子２０ｅを前記密閉容器
２０ａの外部に出す構成とすることがある。FIG. 6 is a front perspective view of one example of the electrode section 20. The first spherical electrode E 1 is connected to the first electrode shaft 20.
In some cases, the high-voltage power supply unit 10 is connected to the high-voltage power supply unit 10 via a terminal c. Also, from the said flat plate electrodes E 3, in order to withstand the high voltage, direct, sometimes configured to produce an output terminal 20e to the outside of the sealed container 20a.
【００２４】次に、前記第１インピーダンス部３０及び
前記第２インピーダンス部４０には無誘導抵抗素子を適
用し、それぞれ、約６．２ｋΩ，約１００Ωとする。ま
た、前記第２インピーダンス部４０に適用されることが
あるバイパスコンデンサＣは、約１００μFのコンデン
サを用いる。出力されるパルス波の波形を測定するた
め、ディジタイジングシグナルアナライザＭ（ＤＳＡ）
を図１又は図２に示すような構成にて接続し、前記第１
インピーダンス部３０の端子電圧を高電圧プローブＭ1
及びＭ2（1000倍，静電容量３．０ｐF，抵抗値１００M
Ω）で測定する。前記第１球電極Ｅ1，第２球電極Ｅ2及
び平板電極Ｅ3の表面は、市販の研磨剤で測定前に研磨
し、且つ印加試験を行うことが好ましい。本実施例にお
ける印加試験では、インターバル７秒で連続印加３０回
とする。Next, a non-inductive resistance element is applied to the first impedance section 30 and the second impedance section 40 to have a resistance of about 6.2 kΩ and a resistance of about 100 Ω, respectively. The bypass capacitor C that may be applied to the second impedance unit 40 uses a capacitor of about 100 μF. Digitizing signal analyzer M (DSA) to measure the waveform of the output pulse wave
Are connected in a configuration as shown in FIG. 1 or FIG.
The terminal voltage of the impedance unit 30 is set to the high voltage probe M 1.
And M 2 (1000 times, capacitance 3.0pF, resistance 100M)
Ω). It is preferable that the surfaces of the first spherical electrode E 1 , the second spherical electrode E 2, and the plate electrode E 3 are polished with a commercially available abrasive before measurement, and an application test is performed. In the application test in the present embodiment, continuous application is performed 30 times at an interval of 7 seconds.
【００２５】次に、本実施例において得られた出力電圧
波形を図４（Ａ）に示す。この波形は、前記第１インピ
ーダンス部３０の高電位側に接続された高電圧プローブ
Ｍ1を介して、前記ディジタイジングシグナルアナライ
ザＭによって得られるものである。即ち、前記高電圧電
源部１０からピーク電圧で約３．５キロボルトの高電圧
を前記電極部２０に印加し、且つギャップ長ｄ1及びｄ2
を、それぞれ２０マイクロメートル，１０マイクロメー
トルとする。得られるパルス波の最大出力電圧は約２．
２９キロボルトで、そのパルス幅（半値幅）は約２０ナ
ノ秒である。Next, the output voltage waveform obtained in this embodiment is shown in FIG. This waveform through a high voltage probe M 1 connected to the high potential side of the first impedance unit 30, is obtained by the digitizing signal analyzer M. That is, a high voltage having a peak voltage of about 3.5 kV is applied to the electrode unit 20 from the high voltage power supply unit 10 and the gap lengths d 1 and d 2 are applied.
Are 20 micrometers and 10 micrometers, respectively. The maximum output voltage of the obtained pulse wave is about 2.
At 29 kilovolts, its pulse width (half width) is about 20 nanoseconds.
【００２６】図４（Ｂ）は、前記高電圧電源部１０から
の印加電圧と、出力されるパルス波の電圧との関係を示
すグラフである。このグラフにおける値は平均値であ
る。これより、印加電圧と出力電圧とが比例関係にある
ことがわかる。即ち、ギャップ長（電極間距離）が一定
で、前記水銀灯Ｌによる紫外線の照射をしているにも関
わらず、出力電圧が上昇しているので、印加電圧上昇速
度（ｄｖ／ｄｔ）が印加電圧に比例していることを表
す。また、放電電流も印加電圧に比例することがわか
る。FIG. 4B is a graph showing the relationship between the voltage applied from the high-voltage power supply unit 10 and the voltage of the output pulse wave. The values in this graph are average values. This shows that the applied voltage and the output voltage are in a proportional relationship. That is, since the gap length (the distance between the electrodes) is constant and the output voltage is increased despite the irradiation of the mercury lamp L with the ultraviolet light, the applied voltage rising speed (dv / dt) is increased. Represents that it is proportional to It can also be seen that the discharge current is also proportional to the applied voltage.
【００２７】図７乃至図１０は、本発明のパルス波生成
装置における種々のパラメータを適宜に調節して得られ
るパルス波の測定結果の一例を示す。例えば、図７で
は、印加電圧３．５キロボルト，ギャップ長ｄ1及びｄ2
をそれぞれ５０マイクロメートル，４０マイクロメート
ルとした場合、得られるパルス波は、出力電圧４．４キ
ロボルト，パルス幅１７ナノ秒となる。FIGS. 7 to 10 show examples of pulse wave measurement results obtained by appropriately adjusting various parameters in the pulse wave generator of the present invention. For example, in FIG. 7, the applied voltage is 3.5 kV, the gap lengths d 1 and d 2.
Are 50 micrometers and 40 micrometers, respectively, the resulting pulse wave has an output voltage of 4.4 kilovolts and a pulse width of 17 nanoseconds.
【００２８】図８乃至図１０に示すグラフでは、縦軸の
電圧軸の値は１０００倍される。前記ディジタイジング
シグナルアナライザＭ（ＤＳＡ）の高電圧プローブＭ1
及びＭ2は倍率を1000倍としているからである。In the graphs shown in FIGS. 8 to 10, the value of the voltage axis on the vertical axis is multiplied by 1000. High voltage probe M 1 of the digitizing signal analyzer M (DSA)
And M 2 is because as a 1000-fold magnification.
【００２９】図１１は、出力電圧（単位：キロボルト）
と、ギャップ長ｄ1及びｄ2の組み合わせと、印加電圧と
からなる特性を示すグラフである。印加電圧が低い場合
は、出力電圧と、ギャップ長ｄ1及びｄ2の組み合わせと
はほぼ比例関係となる。しかし、印加電圧が高い場合
は、最適なギャップ長ｄ1及びｄ2の組み合わせが存在す
ることがわかる（ｄ1＝９０マイクロメートル，ｄ2＝８
０マイクロメートル前後）。FIG. 11 shows the output voltage (unit: kilovolt).
7 is a graph showing characteristics including a combination of a gap length d 1 and a gap length d 2 and an applied voltage. When the applied voltage is low, the output voltage and the combination of the gap lengths d 1 and d 2 have a substantially proportional relationship. However, when the applied voltage is high, it can be seen that there is an optimal combination of the gap lengths d 1 and d 2 (d 1 = 90 micrometers, d 2 = 8).
0 micrometer).
【００３０】図１２は、出力電圧と、相対ギャップ長
と、ギャップ長ｄ1＝９０マイクロメートル固定の場合
の特性を示す。これより、ギャップ長ｄ1が固定されて
いる場合は、出力電圧は略一定となる。FIG. 12 shows the output voltage, the relative gap length, and the characteristics when the gap length d 1 is fixed at 90 μm. Than this, if the gap length d 1 is fixed, the output voltage is substantially constant.
【００３１】[0031]
【発明の効果】請求項１の発明では、パルス波出力側に
設けられる平板電極Ｅ3と，該平板電極Ｅ3に対向配置さ
れる第１球電極Ｅ1及び第２球電極Ｅ2とを備えた電極部
２０と、前記第１球電極Ｅ1と前記平板電極Ｅ3との絶縁
破壊によって電圧を生じる第１インピーダンス部３０
と、前記第２球電極Ｅ2と前記平板電極Ｅ3との絶縁破壊
で生じる交流分を接地し，且つ他の電流を放電する第２
インピーダンス部４０とを備えたパルス波生成装置とし
たことで、前記第１球電極Ｅ1と前記平板電極Ｅ3との絶
縁破壊によって高電圧を生じさせた直後に、前記第２球
電極Ｅ2と前記平板電極Ｅ3との絶縁破壊で再度高電圧を
生じさせることができる。その結果、高電圧であって、
且つ極めて幅の短いパルス波を出力することができると
いう極めて優れた効果を生じる。In the invention of claim 1 according to the present invention, the plate electrode E 3 provided in the pulse wave output side, the first ball and the electrode E 1 and the second ball electrode E 2 which is opposed to the flat plate electrode E 3 A first impedance portion 30 that generates a voltage due to dielectric breakdown between the first spherical electrode E 1 and the flat plate electrode E 3.
When, the discharging the second ball electrode E 2 grounded AC component generated by the breakdown of the flat plate electrode E 3, and the other current 2
The pulse wave generation device including the impedance unit 40 allows the second spherical electrode E 2 to be generated immediately after a high voltage is generated by the dielectric breakdown between the first spherical electrode E 1 and the plate electrode E 3. high voltage again breakdown of the flat plate electrode E 3 and can be generated. As a result, high voltage
In addition, an extremely excellent effect that a pulse wave having a very short width can be output is produced.
【００３２】具体的には、高い電圧を印加すると、前記
第１球電極Ｅ1と前記平板電極Ｅ3との絶縁破壊によって
第１インピーダンス部３０に高電圧を生じさせることが
できる。その後直ちに、前記第２球電極Ｅ2と前記平板
電極Ｅ3との絶縁破壊によって第２インピーダンス部４
０にも高電圧が生じる。これにより、第１インピーダン
ス部３０に生じた高電圧の一部を出力電圧に転用（流
用）することができる。その結果、極めて短い立ち上が
り時間からなる高電圧且つ短幅のパルス波，特に図８に
示すような約５．４ナノ秒という極めて短幅のパルス波
を出力することができるという優れた効果を生じる。Specifically, when a high voltage is applied, a high voltage can be generated in the first impedance section 30 due to dielectric breakdown between the first spherical electrode E 1 and the plate electrode E 3 . Immediately thereafter, the second impedance unit 4 by the insulation breakdown between the flat plate electrodes E 3 and the second ball electrode E 2
A high voltage also occurs at zero. Thereby, a part of the high voltage generated in the first impedance unit 30 can be diverted (diverted) to the output voltage. As a result, there is an excellent effect that a high-voltage and short-width pulse wave having an extremely short rising time, in particular, an extremely short-width pulse wave of about 5.4 nanoseconds as shown in FIG. 8 can be output. .
【００３３】更に、前記第２インピーダンス部４０は、
交流分を接地し，且つ他の電流を放電する構成としたこ
とで、より安定した高電圧短幅パルスを出力することが
できるという優れた利点を有する。Further, the second impedance section 40 includes:
The configuration in which the AC component is grounded and another current is discharged has an excellent advantage that a more stable high-voltage short-width pulse can be output.
【００３４】請求項２の発明では、請求項１記載におい
て、前記第１インピーダンス部３０と前記第２インピー
ダンス部４０とは、抵抗，コンデンサ，コイルその他の
受動素子からなるパルス波生成装置としたことで、請求
項１の発明による優れた効果及び利点に加えて、比較的
入手し易い受動素子にて前記第１インピーダンス部３０
等を構成することとしたので、安価で、且つ簡易な構成
にて、スイッチング素子の動作によって生じる高電圧且
つ短幅の高電圧パルス波に近似するパルス波を生成する
ことができるという極めて優れた利点を有する。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first impedance section 30 and the second impedance section 40 are pulse wave generators composed of resistors, capacitors, coils, and other passive elements. Thus, in addition to the excellent effects and advantages of the invention of claim 1, the first impedance unit 30 can be a relatively easily available passive element.
And the like, so that a pulse wave similar to a high-voltage and short-width high-voltage pulse wave generated by the operation of the switching element can be generated with an inexpensive and simple configuration. Has advantages.
【００３５】請求項３の発明では、請求項１又は２記載
において、前記第１球電極Ｅ1と前記平板電極Ｅ3との距
離（ギャップ長）ｄ1は、前記第２球電極Ｅ2と前記平板
電極Ｅ3との距離（ギャップ長）ｄ3よりも長いパルス波
生成装置としたことによって、請求項１又は２の発明に
よる優れた効果及び利点に加えて、出力パルス波の電圧
を、より高くすることができるという極めて優れた利点
を有する。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the distance (gap length) d 1 between the first spherical electrode E 1 and the plate electrode E 3 is equal to the distance between the second spherical electrode E 2 and the second spherical electrode E 2 . By using a pulse wave generation device longer than the distance (gap length) d 3 from the plate electrode E 3 , in addition to the excellent effects and advantages of the invention of claim 1 or 2, the voltage of the output pulse wave can be reduced. It has the very good advantage that it can be higher.
【００３６】請求項４の発明では、請求項１，２又は３
記載において、前記電極部２０には紫外線を照射するた
めの窓部２０ｂを設け、内部を窒素その他の絶縁性気体
にて充填してなるパルス波生成装置としたことによっ
て、請求項１，２又は３の発明による極めて優れた効果
および利点に加えて、電極部２０の内圧をガスにて高圧
にすることができるので、絶縁破壊電圧を上昇させるこ
とができる。その結果、更に高電圧でも利用ができると
いう極めて優れた利点がある。According to the fourth aspect, the first, second or third aspect is provided.
In the above description, the electrode portion 20 is provided with a window portion 20b for irradiating ultraviolet rays, and a pulse wave generating device is formed by filling the inside with nitrogen or another insulating gas. In addition to the extremely excellent effects and advantages according to the third aspect of the present invention, since the internal pressure of the electrode portion 20 can be increased by gas, the dielectric breakdown voltage can be increased. As a result, there is an extremely excellent advantage that it can be used even at a higher voltage.
【図１】本発明のパルス波生成装置の一実施形態に係る
ブロック図FIG. 1 is a block diagram according to an embodiment of a pulse wave generation device of the present invention.
【図２】本発明のパルス波生成装置の一実施形態に係る
回路構成図FIG. 2 is a circuit configuration diagram according to an embodiment of the pulse wave generation device of the present invention.
【図３】本発明のパルス波生成装置の電極部２０におけ
る絶縁破壊の状態を示す概念図FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state of dielectric breakdown in an electrode unit 20 of the pulse wave generation device of the present invention.
【図４】（Ａ）は本実施例において得られた出力電圧波
形を示す電圧−時間特性グラフ （Ｂ）は高電圧電源部からの印加電圧と、出力されるパ
ルス波の電圧との関係を示す入出力電圧特性グラフFIG. 4A is a voltage-time characteristic graph showing an output voltage waveform obtained in this embodiment. FIG. 4B is a graph showing a relationship between a voltage applied from a high-voltage power supply unit and a voltage of a pulse wave to be output. Input / output voltage characteristic graph shown
【図５】電極部に対する印加電圧（入力電圧パルス）
と、出力電圧パルスとの関係を示す概念図FIG. 5 is an applied voltage (input voltage pulse) applied to an electrode portion.
Conceptual diagram showing the relationship between and the output voltage pulse
【図６】電極部の一例に係る正面斜視図FIG. 6 is a front perspective view of an example of an electrode unit.
【図７】本発明のパルス波生成装置における種々のパラ
メータを適宜に調節して得られるパルス波の測定結果の
一例を示す電圧−時間特性グラフFIG. 7 is a voltage-time characteristic graph showing an example of a pulse wave measurement result obtained by appropriately adjusting various parameters in the pulse wave generation device of the present invention.
【図８】本発明のパルス波生成装置における種々のパラ
メータを適宜に調節して得られるパルス波の測定結果の
一例を示す電圧−時間特性グラフFIG. 8 is a voltage-time characteristic graph showing an example of a measurement result of a pulse wave obtained by appropriately adjusting various parameters in the pulse wave generation device of the present invention.
【図９】本発明のパルス波生成装置における種々のパラ
メータを適宜に調節して得られるパルス波の測定結果の
一例を示す電圧−時間特性グラフFIG. 9 is a voltage-time characteristic graph showing an example of pulse wave measurement results obtained by appropriately adjusting various parameters in the pulse wave generation device of the present invention.
【図１０】本発明のパルス波生成装置における種々のパ
ラメータを適宜に調節して得られるパルス波の測定結果
の一例を示す電圧−時間特性グラフFIG. 10 is a voltage-time characteristic graph showing an example of a measurement result of a pulse wave obtained by appropriately adjusting various parameters in the pulse wave generation device of the present invention.
【図１１】ギャップ長と、出力電圧の組み合わせと、印
加電圧との関係を示すギャップ長−電圧特性グラフFIG. 11 is a gap length-voltage characteristic graph showing a relationship between a gap length, a combination of an output voltage, and an applied voltage.
【図１２】ギャップ長が９０マイクロメートル固定の場
合における、相対ギャップ長と出力電圧との関係を示す
相対ギャップ長−電圧特性グラフFIG. 12 is a relative gap length-voltage characteristic graph showing the relationship between the relative gap length and the output voltage when the gap length is fixed at 90 micrometers.
２０…電極部 ２０ｂ…窓部 ３０…第１インピーダンス部 ４０…第２インピーダンス部 Ｅ1…第１球電極 Ｅ2…第２球電極 Ｅ3…平板電極Reference Signs List 20 electrode part 20b window part 30 first impedance part 40 second impedance part E 1 first spherical electrode E 2 second spherical electrode E 3 plate electrode
Claims (4)
と，該平板電極に対向配置される第１球電極及び第２球
電極とを備えた電極部と、前記第１球電極と前記平板電
極との絶縁破壊によって電圧を生じる第１インピーダン
ス部と、前記第２球電極と前記平板電極との絶縁破壊で
生じる交流分を接地し，且つ他の電流を放電する第２イ
ンピーダンス部とを備えたことを特徴とするパルス波生
成装置。A first electrode provided on a pulse wave output side, a first ball electrode and a second ball electrode opposed to the plate electrode, and the first ball electrode and the plate electrode. And a second impedance section for grounding an AC component generated by the dielectric breakdown between the second spherical electrode and the flat plate electrode and discharging another current. A pulse wave generator characterized by the above-mentioned.
ーダンス部と前記第２インピーダンス部とは、抵抗，コ
ンデンサ，コイルその他の受動素子からなることを特徴
とするパルス波生成装置。2. The pulse wave generation device according to claim 1, wherein the first impedance section and the second impedance section are composed of a resistor, a capacitor, a coil, and other passive elements.
球電極と前記平板電極との距離は、前記第２球電極と前
記平板との距離よりも長いことを特徴とするパルス波生
成装置。3. The method according to claim 1, wherein the first
The pulse wave generating device according to claim 1, wherein a distance between the spherical electrode and the flat plate electrode is longer than a distance between the second spherical electrode and the flat plate.
電極部には紫外線を照射するための窓部を設け、内部を
窒素その他の絶縁性気体にて充填してなることを特徴と
するパルス波生成装置。4. The device according to claim 1, wherein the electrode portion is provided with a window for irradiating ultraviolet rays, and the inside is filled with nitrogen or another insulating gas. Pulse wave generator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2000025240A JP4524375B2 (en) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | Pulse wave generator |
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|---|---|
| JP2001218480A true JP2001218480A (en) | 2001-08-10 |
| JP2001218480A5 JP2001218480A5 (en) | 2007-04-05 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101211805B1 (en) | 2010-10-28 | 2012-12-12 | (재) 기초전력연구원 | lightning storke current generator |
| CN104166077A (en) * | 2014-08-12 | 2014-11-26 | 国网上海市电力公司 | High-frequency unipolarity noninductive pulse discharge signal detecting method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49114044A (en) * | 1973-03-07 | 1974-10-31 | ||
| JPS55147361A (en) * | 1979-05-04 | 1980-11-17 | Mitsubishi Electric Corp | Device for controlling impulse voltage cutting |
| JPH09148895A (en) * | 1995-11-20 | 1997-06-06 | Advantest Corp | Short-electric-pulse generating device |
| JPH10256881A (en) * | 1997-03-10 | 1998-09-25 | Minolta Co Ltd | Pulse generator |
-
2000
- 2000-02-02 JP JP2000025240A patent/JP4524375B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49114044A (en) * | 1973-03-07 | 1974-10-31 | ||
| JPS55147361A (en) * | 1979-05-04 | 1980-11-17 | Mitsubishi Electric Corp | Device for controlling impulse voltage cutting |
| JPH09148895A (en) * | 1995-11-20 | 1997-06-06 | Advantest Corp | Short-electric-pulse generating device |
| JPH10256881A (en) * | 1997-03-10 | 1998-09-25 | Minolta Co Ltd | Pulse generator |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101211805B1 (en) | 2010-10-28 | 2012-12-12 | (재) 기초전력연구원 | lightning storke current generator |
| CN104166077A (en) * | 2014-08-12 | 2014-11-26 | 国网上海市电力公司 | High-frequency unipolarity noninductive pulse discharge signal detecting method |
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