JP4038927B2

JP4038927B2 - Pulse power supply

Info

Publication number: JP4038927B2
Application number: JP08082599A
Authority: JP
Inventors: 栄二笹本; 竹久小金澤; 忠士渋谷
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: JP2000278963A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用半導体スイッチを用いたパルス発生回路と、可飽和リアクトルとコンデンサによる磁気パルス圧縮回路を組み合わせ、高い繰り返しで狭幅の大電流パルスを発生するパルス電源に係り、特に可飽和リアクトルの磁気リセットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパルス電源例を図６に示す。パルス発生回路１は、電力用の初段コンデンサＣ０を高圧充電器２により初期充電しておき、半導体スイッチＳＷのオン制御でコンデンサＣ０から可飽和リアクトルＴ１を通してパルストランスＴ２にパルス電流ｉ０を供給する。可飽和リアクトルＴ１は、半導体スイッチＳＷの完全なオン後に飽和動作してパルス電流ｉ０を発生させることでスイッチＳＷの責務を軽減する。
【０００３】
パルストランスＴ２の二次側には２段の磁気パルス圧縮回路が縦続接続され、初段の磁気パルス圧縮回路ではパルストランスＴ２で昇圧したパルス電流ｉ０’でコンデンサＣ１が高圧充電され、このコンデンサＣ１の充電電圧で可飽和リアクトルＴ３が磁気スイッチ動作することにより磁気パルス圧縮した狭幅のパルス電流ｉ１を図示の極性で発生し、コンデンサＣ２を充電する。同様に、可飽和リアクトルＴ４の磁気スイッチ動作により、コンデンサＣ２から磁気パルス圧縮したパルス電流ｉ２を図示の極性で発生する。
【０００４】
磁気パルス圧縮回路３のパルス出力は、レーザヘッドのチャンバなどの負荷４に狭幅・高電圧のパルス電流を供給する。負荷４は、放電管（主放電電極と予備電離電極の並列回路）ＬＨと、これと並列にピーキングコンデンサＣＰが設けられ、パルス電流ｉ２でピーキングコンデンサＣＰが一定電圧レベルまで充電されたときに、予備電離電極による放電で管内ガスの予備電離を行い、この予備電離により主放電電極に主放電電流ｉＬを得る。
【０００５】
ピーキングコンデンサＣＰでは、放電管ＬＨで消費しきれないエネルギーで逆極性に再充電され、このエネルギーはコンデンサＣ２→Ｃ１→パルストランスＴ２→コンデンサＣ０の順に戻り、パルス発生回路１で消費されるか、またはパルス発生回路１でコンデンサＣ０を反転充電させる回生が行われる。
【０００６】
ここで、可飽和リアクトルＴ１、Ｔ３、Ｔ４にはそれぞれ磁気リセット巻線を設け、これら磁気リセット巻線には磁気リセット回路５から一括して磁気リセット電流を供給する。このリセット電流は、可飽和リアクトルが飽和動作する主放電後に直流リセット電流を供給することでそれらを逆極性に飽和させておく。これら可飽和リアクトルの磁気リセットは、個別の磁気リセット回路で行う場合もある。
【０００７】
また、パルス電源の回路構成には種々のものがある。例えば、磁気パルス圧縮回路は２段の場合を示すが、１段または３段以上のものもある。さらに、パルストランスに代えて、可飽和トランスとする場合もある。さらにまた、トランスの出力端に対してコンデンサを直列接続した直列形のものもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
（第１の課題）
従来装置において、電流ｉ１の発生により、コンデンサＣ１からＣ２にエネルギーが転送されるとき、可飽和リアクトルＴ４は非飽和状態にあって高いインピーダンスを呈し、コンデンサＣ２から負荷４側への電流をブロックしている。
【０００９】
しかし、この電流ブロックは、可飽和リアクトルＴ４が無限大のインピーダンスでないため、コンデンサＣ２から負荷４側に漏れ電流が発生し、可飽和リアクトルＴ４が飽和動作する前にピーキングコンデンサＣＰが漏れ電流で充電される。この漏れ電流時間で発生するコンデンサＣ２の充電電圧は、プリパルス電圧と呼ばれ、図７に示すようになる。
【００１０】
同図にはピーキングコンデンサＣＰの電圧Ｖ_CPの波形を示し、時刻ｔ₁からｔ₂の時間にコンデンサＣ１からＣ２へのエネルギー転送によってピーキングコンデンサＣＰにはプリパルス電圧が発生する。この後、時刻ｔ₂からｔ₃の時間になるコンデンサＣ２からピーキングコンデンサＣＰへのエネルギー転送には可飽和リアクトルＴ４の飽和動作によって急峻なパルス電圧が発生する。
【００１１】
このように、プリパルス電圧の発生は、その値が大きいと、ピーキングコンデンサＣＰの充電電圧Ｖ_CPの立ち上がりｄＶ_CP／ｄｔを緩慢にし、高い放電開始電圧（Ｖ_CPのピーク値）が得られなくなる問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、プリパルス電圧を抑制することでピーキングコンデンサに高い放電開始電圧を得ることができるパルス電源を提供することにある。
【００１３】
（第２の課題）
従来装置において、負荷４への主放電を得た後、負荷４で消費しきれなかったエネルギーがピーキングコンデンサＣＰ側からパルス発生回路１側に戻った後、次回のパルス発生に備えて、磁気リセット回路５により可飽和リアクトルＴ１，Ｔ３，Ｔ４の磁気リセットが行われる。
【００１４】
この磁気リセットにおいては、図８に示すように、磁気リセット電流ｉＲの供給に対して可飽和リアクトルＴ４にはトランス動作によってその一次巻線→コンデンサＣ２→ピーキングコンデンサＣＰの経路でリセット電流が流れ、コンデンサＣ２及びピーキングコンデンサＣＰを図示の極性に充電してしまう。
【００１５】
この磁気リセット電流によるコンデンサＣ２、ＣＰの充電は、主放電のための充電時に比べて低い電圧になるが、同じ極性になり、負荷４が放電直後で放電を起こし易い状態にあると再放電を起こしてしまう問題があった。
【００１６】
この問題には、磁気リセット電流の供給を、主放電後に十分な時間遅れを持たせることで解決できるが、この遅れ時間を確保しようとすると、高い繰り返しの主放電（パルス発生）ができなくなる。
【００１７】
本発明の目的は、高い繰り返しのパルス発生を可能にしながら、磁気リセット電流による負荷の再放電を防止することができるパルス電源を提供することにある。
【００１８】
【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、可飽和リアクトル又はトランスに３次巻線を設け、この３次巻線にキャンセル電流を流すことにより、プリパルス電圧の発生をキャンセルしてピーキングコンデンサの放電開始電圧を高め、さらには磁気リセット電流を一定時間だけキャンセルして磁気リセット電流による負荷の再放電を防止するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１９】
（第１の発明）
パルス電流を発生するパルス発生回路と、トランスの二次側に得る前記パルス電流でコンデンサを充電し、この充電電圧で可飽和リアクトルが磁気スイッチ動作することで磁気パルス圧縮する回路を少なくとも１段有して負荷のピーキングコンデンサを放電開始電圧まで充電する磁気パルス圧縮回路と、前記可飽和リアクトルをその飽和動作後に磁気リセット電流を供給して逆方向にリセットさせる磁気リセット回路とを備えたパルス電源において、
前記可飽和リアクトルは３次巻線を設け、前記負荷の主放電後の前記磁気リセット電流を一定時間だけキャンセルするパルス電流を前記３次巻線に供給するリセット電流キャンセル回路を設けたことを特徴とする。
【００２０】
（第２の発明）
パルス電流を発生するパルス発生回路と、トランスの二次側に得る前記パルス電流でコンデンサを充電し、この充電電圧で可飽和リアクトルが磁気スイッチ動作することで磁気パルス圧縮する回路を少なくとも１段有して負荷のピーキングコンデンサを放電開始電圧まで充電する磁気パルス圧縮回路と、前記可飽和リアクトルをその飽和動作後に磁気リセット電流を供給して逆方向にリセットさせる磁気リセット回路とを備えたパルス電源において、
前記磁気パルス圧縮回路の可飽和リアクトル又は前記パルス発生回路が有する可飽和リアクトルに３次巻線を設け、もしくは前記トランスに３次巻線を設け、前記３次巻線には直列接続でリアクトルを設けて前記ピーキングコンデンサに並列接続し、前記可飽和リアクトルの飽和動作前の漏れ電流又は前記トランスのパルス電流で前記３次巻線に誘起電圧を得、この誘起電圧で前記リアクトルを通したキャンセル電流を発生させ、前記リアクトルは前記キャンセル電流で前記負荷の主放電後の前記磁気リセット電流を一定時間だけキャンセルできる時間まで延長させるインダクタンスとし、かつ前記キャンセル電流によって前記ピーキングコンデンサのプリパルス電圧発生を抑止する構成にしたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態を示す回路図である。同図が図６と異なる部分は、可飽和リアクトルＴ４に３次巻線を設け、この３次巻線にはリセット電流キャンセル回路６からリセット電流をキャンセルするパルス電流ｉＣを供給することにより、前記の第２の課題を解決する点にある。
【００２３】
リセット電流キャンセル回路６は、例えば、図２に示す構成にされる。出力端Ａ，ＢにはリアクトルＬ１と直流電源Ｅとキャンセル電流制限抵抗Ｒと半導体スイッチＳＷ_R及びダイオードＤ２の直列回路が設けられ、半導体スイッチＳＷ_Rのオンで直流電源Ｅを電源として端子Ｂから端子Ａに向くキャンセル電流ｉＣを発生する。このキャンセル電流ｉＣは、可飽和リアクトルＴ４に対して発生させる誘導電流が磁気リセット電流ｉＲとほぼ同じレベル、かつ逆極性にされる。
【００２４】
なお、ダイオードＤ２は、主放電時に可飽和リアクトルＴ４からの誘導電流を阻止するためのものである。また、リアクトルＬ１は、ピーキングコンデンサＣＰが電流ｉ２で充電されるときの可飽和リアクトルＴ４からの誘導電流を阻止する。ダイオードＤ１は、半導体スイッチＳＷ_Rのオフ時のリアクトルＬ１の電流を帰還させる。
【００２５】
以上の構成になるリセット電流キャンセル回路６は、半導体スイッチＳＷ_Rを半導体スイッチＳＷのオンに同期させて主放電直後にオンさせることにより、主放電後に発生する磁気リセット回路５からの磁気リセット電流がコンデンサＣ２，ＣＰへ誘起されるのを遅らせるキャンセル電流を発生し、このキャンセル電流の停止後に可飽和リアクトルＴ４のリセットを開始させる。
【００２６】
これにより、磁気リセット回路５が主放電直後にリセット電流を発生させた場合、可飽和リアクトルＴ４にはリセット電流キャンセル回路６からのキャンセル電流ｉＣの発生時間だけ遅れて磁気リセット電流ｉＲが流れることになる。つまり、可飽和リアクトルＴ４の磁気リセットによるコンデンサＣ２，ＣＰの誘起電圧の発生タイミングをリセット電流キャンセル回路６で制御することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、可飽和リアクトルＴ４の磁気リセットタイミングは、リセット電流キャンセル回路６によって制御することができ、これにより可飽和リアクトルＴ４が主放電直後に磁気リセットされるのを防止し、磁気リセット電流で負荷４が再放電してしまうのを解決できる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の実施形態を示す可飽和リアクトルＴ４部分の回路図である。同図が図６と異なる部分は、可飽和リアクトルＴ４には３次巻線を設け、この３次巻線にはリアクトルＬ２を直列接続してピーキングコンデンサＣＰに並列接続することにより、前記の課題を解決する点にある。
【００２９】
３次巻線は、可飽和リアクトルＴ４の主巻線に流れる飽和電流の極性とは逆方向に誘起電圧を発生する巻線方向にされる。
【００３０】
この構成により、コンデンサＣ２が充電されるとき、可飽和リアクトルＴ４は阻止状態にあるが、その漏れ電流でピーキングコンデンサＣＰが充電され、図７のようなプリパルス電圧が発生しようとする。この漏れ電流に対して、３次巻線とピーキングコンデンサＣＰ及びリアクトルＬ２の直列回路には図示の極性の電流ｉＳを発生させ、この電流ｉＳにより、プリパルス電圧の発生を抑制することができる。
【００３１】
したがって、コンデンサＣ２からピーキングコンデンサＣＰへのエネルギー転送に際して、ピーキングコンデンサＣＰの電圧Ｖ_CPにはプリパルス電圧が発生することなく、可飽和リアクトルＴ４の飽和動作で高いｄＶ_CP／ｄｔを有して上昇し、高い放電開始電圧を発生させることができる。
【００３２】
なお、可飽和リアクトルＴ４の飽和動作時には、そのコアの飽和によって３次巻線に誘導される電圧は極めて小さいものになり、ピーキングコンデンサＣＰの充電動作には影響を及ぼすことは殆どない。
【００３３】
また、電流ｉＳを主放電後のある一定時間後まで継続できるようリアクトルＬ２のインダクタンスを大きくすることにより、可飽和リアクトルＴ４に誘導される磁気リセット電流も電流ｉＳでキャンセルすることにより、主放電直後に磁気リセット電流でピーキングコンデンサＣＰが再充電されるのをキャンセルし、負荷の再放電を防止できる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の実施形態を示す要部回路図である。同図が図６と異なる部分は、パルストランスＴ２には３次巻線を設け、この３次巻線からリアクトルＬ３を直列接続してピーキングコンデンサＣＰに並列接続することにより、前記の課題を解決する点にある。
【００３５】
パルストランスＴ２の３次巻線は、コンデンサＣ０からＣ１へのエネルギー転送時に、図示の極性の電流ｉＳが流れる極性にされ、コンデンサＣ２からピーキングコンデンサＣＰへの主電流方向とは逆極性でピーキングコンデンサＣＰを充電する誘起電圧を得る。ダイオードＤ４はリアクトルＬ３の帰還電流路を形成するためのものであり、リアクトルＬに誘導されたエネルギーがパルストランスＴ２側へ誘起されるのを防止する。
【００３６】
この構成において、電流ｉＳは、コンデンサＣ２からピーキングコンデンサＣＰへのエネルギー転送に先立ってピーキングコンデンサＣ２を逆極性で充電しておくことができ、プリパルス電圧の発生をキャンセルすることができる。
【００３７】
また、電流ｉＳが流れる時間を、コンデンサＣ１からＣ２へのエネルギー転送時にまでなるようリアクトルＬ３のインダクタンスを設定することにより、ピーキングコンデンサＣＰへのエネルギー転送にプリパルス電圧の発生をキャンセルできる。
【００３８】
さらに、電流ｉＳを主放電後のある一定時間後まで継続させるようリアクトルＬ３のインダクタンスを大きくすることにより、図示のように、可飽和リアクトルＴ４に誘導される磁気リセット電流ｉＲ’も電流ｉＳでキャンセルすることができ、主放電直後に磁気リセット電流でピーキングコンデンサＣＰが再充電されるのをキャンセルし、負荷の再放電を防止できる。
【００３９】
（第４の実施形態）
図５は、本発明の実施形態を示す要部回路図である。同図が図６と異なる部分は、可飽和リアクトルＴ１やＴ３に設ける３次巻線に誘起電圧を得、この誘起電圧によってピーキングコンデンサＣＰにキャンセル電流を流すことにより、第３の実施形態と同様に、前記の課題を解決する点にある。
【００４０】
図５の（ａ）では可飽和リアクトルＴ１に３次巻線を設ける場合を示し、（ｂ）では可飽和リアクトルＴ３に３次巻線を設ける場合を示す。３次巻線は、リアクトルＬ４を介してピーキングコンデンサＣＰに直列接続され、可飽和リアクトルＴ１またはＴ３の飽和動作前の誘起電圧でキャンセル電流ｉＳを発生する。
【００４１】
この構成により、例えば、図５の（ａ）の場合には、半導体スイッチＳＷがオンされ、可飽和リアクトルＴ１に漏れ電流が流れるとき、３次巻線に誘起電圧を得、この電圧でリアクトルＬ４を通してピーキングコンデンサＣＰを逆極性に充電しておくことで、ピーキングコンデンサＣＰにプリパルス電圧が発生するのをキャンセルすることができる。
【００４２】
また、電流ｉＳが流れる時間を、コンデンサＣ１からＣ２へのエネルギー転送時にまでなるようリアクトルＬ４のインダクタンスを設定することにより、ピーキングコンデンサＣＰへのエネルギー転送にプリパルス電圧の発生をキャンセルできる。
【００４３】
さらに、電流ｉＳを主放電後のある一定時間後まで継続させることにより、可飽和リアクトルＴ４に誘導される磁気リセット電流も電流ｉＳでキャンセルすることができ、主放電直後に磁気リセット電流でピーキングコンデンサＣＰが再充電されるのをキャンセルし、負荷の再放電を防止できる。
【００４４】
なお、ダイオードＤ５は、第３の実施形態のダイオードＤ４と同様に、リアクトルＬ４の帰還電流路を形成し、可飽和リアクトルＴ１やＴ３の動作への影響をなくす。
【００４５】
以上までの実施形態におけるプリパルスの抑制とコンデンサの再充電の防止は、他のパルス電源構成に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、可飽和リアクトル又はトランスに３次巻線を設け、この３次巻線にキャンセル電流を流すことにより、プリパルス電圧の発生をキャンセルしてピーキングコンデンサの放電開始電圧を高めることができる。また、磁気リセット電流を一定時間だけキャンセルして磁気リセット電流による負荷の再放電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すパルス電源の回路図。
【図２】実施形態におけるリセット電流キャンセル回路の例。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す要部回路図。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す要部回路図。
【図５】本発明の第４の実施形態を示す要部回路図。
【図６】従来のパルス電源の回路例。
【図７】ピーキングコンデンサに発生するプリパルス電圧波形。
【図８】可飽和リアクトルＴ４の磁気リセット回路部分。
【符号の説明】
１…パルス発生回路
２…充電器
３…磁気パルス圧縮回路
４…負荷
５…磁気リセット回路
６…リセット電流キャンセル回路
ＳＷ、ＳＷ_R…半導体スイッチ
Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４…可飽和リアクトル
Ｔ２…パルストランス
Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２…コンデンサ
ＣＰ…ピーキングコンデンサ
Ｄ１〜Ｄ５…ダイオード
Ｌ１〜Ｌ４…リアクトル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse power supply that generates a large current pulse with a high repetition by combining a pulse generation circuit using a power semiconductor switch, a saturable reactor and a magnetic pulse compression circuit using a capacitor, and more particularly, a saturable reactor. Related to magnetic reset.
[0002]
[Prior art]
A conventional pulse power supply example is shown in FIG. The pulse generation circuit 1 initially charges the power first-stage capacitor C0 by the high-voltage charger 2, and supplies the pulse current i0 from the capacitor C0 to the pulse transformer T2 through the saturable reactor T1 by turning on the semiconductor switch SW. The saturable reactor T1 reduces the duty of the switch SW by generating a pulse current i0 by performing a saturation operation after the semiconductor switch SW is completely turned on.
[0003]
A two-stage magnetic pulse compression circuit is cascaded on the secondary side of the pulse transformer T2, and in the first stage magnetic pulse compression circuit, the capacitor C1 is charged with a high voltage by the pulse current i0 ′ boosted by the pulse transformer T2, and the capacitor C1 When the saturable reactor T3 operates as a magnetic switch at the charging voltage, a narrow pulse current i1 that is magnetically compressed is generated with the polarity shown in the figure, and the capacitor C2 is charged. Similarly, by the magnetic switch operation of the saturable reactor T4, a pulse current i2 obtained by magnetic pulse compression from the capacitor C2 is generated with the polarity shown in the figure.
[0004]
The pulse output of the magnetic pulse compression circuit 3 supplies a narrow and high voltage pulse current to a load 4 such as a chamber of a laser head. The load 4 includes a discharge tube (a parallel circuit of a main discharge electrode and a preionization electrode) LH and a peaking capacitor CP provided in parallel therewith, and when the peaking capacitor CP is charged to a certain voltage level with a pulse current i2, Pre-ionization of the gas in the tube is performed by discharge by the pre-ionization electrode, and a main discharge current iL is obtained at the main discharge electrode by this pre-ionization.
[0005]
The peaking capacitor CP is recharged to the opposite polarity with energy that cannot be consumed by the discharge tube LH, and this energy returns in the order of the capacitor C2 → C1 → pulse transformer T2 → capacitor C0 and is consumed by the pulse generation circuit 1 or Alternatively, regeneration in which the capacitor C0 is reversely charged by the pulse generation circuit 1 is performed.
[0006]
Here, each of the saturable reactors T1, T3, and T4 is provided with a magnetic reset winding, and a magnetic reset current is collectively supplied from the magnetic reset circuit 5 to these magnetic reset windings. The reset current is saturated to a reverse polarity by supplying a DC reset current after the main discharge in which the saturable reactor is saturated. The magnetic reset of these saturable reactors may be performed by an individual magnetic reset circuit.
[0007]
There are various pulse power circuit configurations. For example, although the magnetic pulse compression circuit shows a case of two stages, there are one or more stages. Further, a saturable transformer may be used instead of the pulse transformer. Furthermore, there is a series type in which a capacitor is connected in series to the output terminal of the transformer.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
(First issue)
In the conventional apparatus, when energy is transferred from the capacitor C1 to the capacitor C2 due to the generation of the current i1, the saturable reactor T4 is in a non-saturated state and exhibits high impedance, and blocks the current from the capacitor C2 to the load 4 side. ing.
[0009]
However, in this current block, since the saturable reactor T4 does not have an infinite impedance, a leakage current is generated from the capacitor C2 to the load 4, and the peaking capacitor CP is charged with the leakage current before the saturable reactor T4 is saturated. Is done. The charging voltage of the capacitor C2 generated during this leakage current time is called a pre-pulse voltage and is as shown in FIG.
[0010]
The figure shows the waveform of the voltage V _CP of the peaking capacitor CP, pre-pulse voltage to the peaking capacitor CP by the energy transfer from the time t ₁ to the capacitor C1 to the time t ₂ C2 occurs. Thereafter, the energy transfer from capacitor C2 from time t ₂ becomes time t ₃ to the peaking capacitor CP steep pulse voltage generated by the saturation operation of the saturable reactor T4.
[0011]
As described above, when the pre-pulse voltage is generated, if the value is large, the rising dV _CP / dt of the charging voltage V _CP of the peaking capacitor CP is slowed down so that a high discharge start voltage (V _CP peak value) cannot be obtained. was there.
[0012]
An object of the present invention is to provide a pulse power source that can obtain a high discharge start voltage in a peaking capacitor by suppressing a pre-pulse voltage.
[0013]
(Second problem)
In the conventional device, after obtaining the main discharge to the load 4, after the energy that could not be consumed by the load 4 returns from the peaking capacitor CP side to the pulse generation circuit 1 side, the magnetic reset is prepared in preparation for the next pulse generation. The circuit 5 performs a magnetic reset of the saturable reactors T1, T3, and T4.
[0014]
In this magnetic reset, as shown in FIG. 8, the reset current flows through the path of primary winding → capacitor C2 → peaking capacitor CP to the saturable reactor T4 by the transformer operation with respect to the supply of the magnetic reset current iR. The capacitor C2 and the peaking capacitor CP are charged to the polarity shown in the figure.
[0015]
Charging of the capacitors C2 and CP by the magnetic reset current has a lower voltage than that for charging for main discharge, but it has the same polarity, and if the load 4 is in a state that is likely to cause discharge immediately after discharge, it is redischarged. There was a problem that caused it.
[0016]
This problem can be solved by providing a sufficient time delay after the main discharge to supply the magnetic reset current. However, if this delay time is to be ensured, a high repetitive main discharge (pulse generation) cannot be performed.
[0017]
An object of the present invention is to provide a pulse power supply that can prevent re-discharge of a load due to a magnetic reset current while enabling high repetition pulse generation.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a saturable reactor or a transformer with a tertiary winding, and cancels the generation of a prepulse voltage by starting a discharge current of the peaking capacitor by passing a cancel current through the tertiary winding. The voltage is increased and the magnetic reset current is canceled for a predetermined time to prevent re-discharge of the load due to the magnetic reset current, and has the following configuration.
[0019]
(First invention)
There is at least one stage of a pulse generation circuit that generates a pulse current and a circuit that compresses a magnetic pulse by charging a capacitor with the pulse current obtained on the secondary side of the transformer, and the saturable reactor performs a magnetic switch operation with this charging voltage. And a magnetic pulse compression circuit that charges the peaking capacitor of the load to a discharge start voltage, and a magnetic reset circuit that resets the saturable reactor in a reverse direction by supplying a magnetic reset current after the saturation operation. ,
The saturable reactor is provided with a tertiary winding, and a reset current cancel circuit for supplying a pulse current for canceling the magnetic reset current after the main discharge of the load for a predetermined time to the tertiary winding. And
[0020]
(Second invention)
There is at least one stage of a pulse generation circuit that generates a pulse current and a circuit that compresses a magnetic pulse by charging a capacitor with the pulse current obtained on the secondary side of the transformer, and the saturable reactor performs a magnetic switch operation with this charging voltage. And a magnetic pulse compression circuit that charges the peaking capacitor of the load to a discharge start voltage, and a magnetic reset circuit that resets the saturable reactor in a reverse direction by supplying a magnetic reset current after the saturation operation. ,
A tertiary winding is provided in the saturable reactor of the magnetic pulse compression circuit or the saturable reactor of the pulse generation circuit, or a tertiary winding is provided in the transformer, and the reactor is connected in series to the tertiary winding. An induced voltage is obtained in the tertiary winding by a leakage current before the saturation operation of the saturable reactor or a pulse current of the transformer, and a canceling current is passed through the reactor with the induced voltage. The reactor has an inductance that extends the magnetic reset current after the main discharge of the load with the cancel current to a time that can be canceled for a predetermined time, and suppresses the generation of a pre-pulse voltage of the peaking capacitor by the cancel current. It is characterized by having a configuration.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. 6 differs from FIG. 6 in that a saturable reactor T4 is provided with a tertiary winding, and a pulse current iC for canceling the reset current is supplied from the reset current cancel circuit 6 to the tertiary winding. This is to solve the second problem.
[0023]
The reset current cancel circuit 6 is configured as shown in FIG. 2, for example. A series circuit of a reactor L1, a DC power source E, a cancel current limiting resistor R, a semiconductor switch SW _R and a diode D2 is provided at the output terminals A and B. When the semiconductor switch SW _R is turned on, the DC power source E is used as a power source from the terminal B. A cancel current iC directed to the terminal A is generated. The cancellation current iC is such that the induced current generated for the saturable reactor T4 has substantially the same level as that of the magnetic reset current iR and has a reverse polarity.
[0024]
The diode D2 is for blocking an induced current from the saturable reactor T4 during main discharge. Moreover, the reactor L1 prevents the induced current from the saturable reactor T4 when the peaking capacitor CP is charged with the current i2. Diode D1 is fed back the current of the reactor L1 in the OFF state of the semiconductor switch SW _R.
[0025]
In the reset current cancel circuit 6 having the above configuration, the magnetic reset current from the magnetic reset circuit 5 generated after the main discharge is generated by turning on the semiconductor switch SW _R immediately after the main discharge in synchronization with the semiconductor switch SW being turned on. A cancel current that delays the induction of the capacitors C2 and CP is generated, and resetting of the saturable reactor T4 is started after the cancel current is stopped.
[0026]
Thereby, when the magnetic reset circuit 5 generates a reset current immediately after the main discharge, the magnetic reset current iR flows in the saturable reactor T4 with a delay by the generation time of the cancel current iC from the reset current cancel circuit 6. Become. That is, the reset current cancellation circuit 6 can control the generation timing of the induced voltage of the capacitors C2 and CP due to the magnetic reset of the saturable reactor T4.
[0027]
According to the present embodiment, the magnetic reset timing of the saturable reactor T4 can be controlled by the reset current cancel circuit 6, which prevents the saturable reactor T4 from being magnetically reset immediately after the main discharge, It can be solved that the load 4 is re-discharged by the reset current.
[0028]
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram of a saturable reactor T4 portion showing the embodiment of the present invention. 6 differs from FIG. 6 in that the saturable reactor T4 is provided with a tertiary winding, and the reactor L2 is connected in series to the tertiary winding and connected in parallel to the peaking capacitor CP. Is to solve the problem.
[0029]
The tertiary winding is in a winding direction that generates an induced voltage in a direction opposite to the polarity of the saturation current flowing in the main winding of the saturable reactor T4.
[0030]
With this configuration, when the capacitor C2 is charged, the saturable reactor T4 is in a blocking state, but the peaking capacitor CP is charged with the leakage current, and a prepulse voltage as shown in FIG. 7 is generated. In response to this leakage current, a current iS having the polarity shown in the figure is generated in the series circuit of the tertiary winding, the peaking capacitor CP, and the reactor L2, and the generation of the prepulse voltage can be suppressed by this current iS.
[0031]
Therefore, when energy is transferred from the capacitor C2 to the peaking capacitor CP, the voltage V _CP of the peaking capacitor CP does not generate a pre-pulse voltage and rises with a high dV _CP / dt in the saturation operation of the saturable reactor T4. A high discharge start voltage can be generated.
[0032]
During the saturation operation of the saturable reactor T4, the voltage induced in the tertiary winding due to the saturation of the core becomes extremely small, and the charging operation of the peaking capacitor CP is hardly affected.
[0033]
Further, by increasing the inductance of the reactor L2 so that the current iS can be continued until a certain time after the main discharge, the magnetic reset current induced in the saturable reactor T4 is also canceled by the current iS, so that It is possible to cancel the recharging of the peaking capacitor CP by the magnetic reset current and to prevent the load from being discharged again.
[0034]
(Third embodiment)
FIG. 4 is a principal circuit diagram showing an embodiment of the present invention. 6 differs from FIG. 6 in that the pulse transformer T2 is provided with a tertiary winding, and the reactor L3 is connected in series from the tertiary winding and connected in parallel to the peaking capacitor CP. There is in point to do.
[0035]
The tertiary winding of the pulse transformer T2 has a polarity in which the current iS having the polarity shown in the figure flows during energy transfer from the capacitor C0 to the capacitor C1, and has a polarity opposite to the main current direction from the capacitor C2 to the peaking capacitor CP. An induced voltage for charging CP is obtained. The diode D4 is for forming a feedback current path for the reactor L3, and prevents energy induced in the reactor L from being induced to the pulse transformer T2 side.
[0036]
In this configuration, the current iS can charge the peaking capacitor C2 with reverse polarity prior to the energy transfer from the capacitor C2 to the peaking capacitor CP, thereby canceling the generation of the prepulse voltage.
[0037]
In addition, by setting the inductance of the reactor L3 so that the current iS flows until the energy transfer from the capacitors C1 to C2, the generation of the prepulse voltage can be canceled in the energy transfer to the peaking capacitor CP.
[0038]
Furthermore, by increasing the inductance of the reactor L3 so that the current iS continues until a certain time after the main discharge, the magnetic reset current iR ′ induced in the saturable reactor T4 is also canceled by the current iS as shown in the figure. It is possible to cancel the recharging of the peaking capacitor CP by the magnetic reset current immediately after the main discharge, and to prevent the redischarge of the load.
[0039]
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a principal circuit diagram showing an embodiment of the present invention. 6 is different from FIG. 6 in that an induced voltage is obtained in the tertiary winding provided in the saturable reactors T1 and T3, and a canceling current is caused to flow to the peaking capacitor CP by this induced voltage, as in the third embodiment. Furthermore, it is in the point which solves the said subject.
[0040]
5A shows a case where a tertiary winding is provided in the saturable reactor T1, and FIG. 5B shows a case where a tertiary winding is provided in the saturable reactor T3. The tertiary winding is connected in series to the peaking capacitor CP through the reactor L4, and generates a cancel current iS with an induced voltage before the saturation operation of the saturable reactor T1 or T3.
[0041]
With this configuration, for example, in the case of FIG. 5A, when the semiconductor switch SW is turned on and a leakage current flows through the saturable reactor T1, an induced voltage is obtained in the tertiary winding, and the reactor L4 is obtained with this voltage. By precharging the peaking capacitor CP through the reverse polarity, it is possible to cancel the generation of the prepulse voltage in the peaking capacitor CP.
[0042]
In addition, by setting the inductance of the reactor L4 so that the current iS flows until the energy transfer from the capacitors C1 to C2, the generation of the prepulse voltage can be canceled in the energy transfer to the peaking capacitor CP.
[0043]
Further, by continuing the current iS until a certain time after the main discharge, the magnetic reset current induced in the saturable reactor T4 can also be canceled by the current iS, and the peaking capacitor is generated by the magnetic reset current immediately after the main discharge. It is possible to cancel the recharging of the CP and prevent the load from being discharged again.
[0044]
The diode D5 forms a feedback current path for the reactor L4 as in the diode D4 of the third embodiment, and eliminates the influence on the operation of the saturable reactors T1 and T3.
[0045]
The suppression of prepulses and prevention of capacitor recharging in the above embodiments can be applied to other pulse power supply configurations to obtain the same effects.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a tertiary winding is provided in a saturable reactor or a transformer, and a cancel current is passed through the tertiary winding, thereby canceling the generation of the prepulse voltage and discharging the peaking capacitor. Can be increased. In addition, the magnetic reset current can be canceled for a predetermined time to prevent re-discharge of the load due to the magnetic reset current.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a pulse power supply showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an example of a reset current cancel circuit in the embodiment.
FIG. 3 is a main circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a main circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a main circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit example of a conventional pulse power supply.
FIG. 7 shows a pre-pulse voltage waveform generated in the peaking capacitor.
FIG. 8 shows a magnetic reset circuit portion of a saturable reactor T4.
[Explanation of symbols]
1 ... pulse generating circuit 2 ... Charger 3 ... magnetic pulse compression circuit 4 ... load 5 ... magnetic reset circuit 6 ... Reset current cancellation circuit SW, SW _R ... semiconductor switches T1, T3, T4 ... saturable reactor T2 ... pulse transformer C0 C1, C2 ... Capacitor CP ... Peaking capacitors D1-D5 ... Diodes L1-L4 ... Reactor

Claims

パルス電流を発生するパルス発生回路と、トランスの二次側に得る前記パルス電流でコンデンサを充電し、この充電電圧で可飽和リアクトルが磁気スイッチ動作することで磁気パルス圧縮する回路を少なくとも１段有して負荷のピーキングコンデンサを放電開始電圧まで充電する磁気パルス圧縮回路と、前記可飽和リアクトルをその飽和動作後に磁気リセット電流を供給して逆方向にリセットさせる磁気リセット回路とを備えたパルス電源において、
前記可飽和リアクトルは３次巻線を設け、前記負荷の主放電後の前記磁気リセット電流を一定時間だけキャンセルするパルス電流を前記３次巻線に供給するリセット電流キャンセル回路を設けたことを特徴とするパルス電源。There is at least one stage of a pulse generation circuit that generates a pulse current and a circuit that compresses a magnetic pulse by charging a capacitor with the pulse current obtained on the secondary side of the transformer, and the saturable reactor performs a magnetic switch operation with this charging voltage. And a magnetic pulse compression circuit that charges the peaking capacitor of the load to a discharge start voltage, and a magnetic reset circuit that resets the saturable reactor in a reverse direction by supplying a magnetic reset current after the saturation operation. ,
The saturable reactor is provided with a tertiary winding, and a reset current cancel circuit for supplying a pulse current for canceling the magnetic reset current after the main discharge of the load for a predetermined time to the tertiary winding. And pulse power supply.

パルス電流を発生するパルス発生回路と、トランスの二次側に得る前記パルス電流でコンデンサを充電し、この充電電圧で可飽和リアクトルが磁気スイッチ動作することで磁気パルス圧縮する回路を少なくとも１段有して負荷のピーキングコンデンサを放電開始電圧まで充電する磁気パルス圧縮回路と、前記可飽和リアクトルをその飽和動作後に磁気リセット電流を供給して逆方向にリセットさせる磁気リセット回路とを備えたパルス電源において、
前記磁気パルス圧縮回路の可飽和リアクトル又は前記パルス発生回路が有する可飽和リアクトルに３次巻線を設け、もしくは前記トランスに３次巻線を設け、前記３次巻線には直列接続でリアクトルを設けて前記ピーキングコンデンサに並列接続し、前記可飽和リアクトルの飽和動作前の漏れ電流又は前記トランスのパルス電流で前記３次巻線に誘起電圧を得、この誘起電圧で前記リアクトルを通したキャンセル電流を発生させ、前記リアクトルは前記キャンセル電流で前記負荷の主放電後の前記磁気リセット電流を一定時間だけキャンセルできる時間まで延長させるインダクタンスとし、かつ前記キャンセル電流によって前記ピーキングコンデンサのプリパルス電圧発生を抑止する構成にしたことを特徴とするパルス電源。There is at least one stage of a pulse generation circuit that generates a pulse current and a circuit that compresses a magnetic pulse by charging a capacitor with the pulse current obtained on the secondary side of the transformer, and the saturable reactor performs a magnetic switch operation with this charging voltage. And a magnetic pulse compression circuit that charges the peaking capacitor of the load to a discharge start voltage, and a magnetic reset circuit that resets the saturable reactor in a reverse direction by supplying a magnetic reset current after the saturation operation. ,
A tertiary winding is provided in the saturable reactor of the magnetic pulse compression circuit or the saturable reactor of the pulse generation circuit, or a tertiary winding is provided in the transformer, and the reactor is connected in series to the tertiary winding. provided the Phi connected in parallel to the King capacitor, give an induced voltage to said third winding in saturation operation before the leakage current or the transformer of the pulse current of the saturable reactor, the cancel current through the reactor in the induced voltage The reactor has an inductance that extends the magnetic reset current after the main discharge of the load with the cancel current to a time that can be canceled for a predetermined time, and suppresses the generation of a pre-pulse voltage of the peaking capacitor by the cancel current. A pulse power supply characterized by having a configuration.