JPS62257779A - High-voltage discharge circuit - Google Patents

High-voltage discharge circuit

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Publication number
JPS62257779A
JPS62257779A JP10056486A JP10056486A JPS62257779A JP S62257779 A JPS62257779 A JP S62257779A JP 10056486 A JP10056486 A JP 10056486A JP 10056486 A JP10056486 A JP 10056486A JP S62257779 A JPS62257779 A JP S62257779A
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JP
Japan
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voltage
capacitor
power supply
capacitance
discharge
Prior art date
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Pending
Application number
JP10056486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Fujimoto
准一 藤本
Koichi Kajiyama
康一 梶山
Yasuo Itakura
板倉 康夫
Masahiko Kowaka
雅彦 小若
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.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62257779A publication Critical patent/JPS62257779A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a high-voltage discharge circuit, cost of which is lowered and has long life, by mounting a capacitance connected in parallel with a power supply and a switching element changing over the capacitance to series connection. CONSTITUTION:When high voltage HV is charged previously to capacitances C11-C13 connected in parallel and SCR1 and SCR2 connected according to a specified manner are turned ON, the charging currents of each capacitance transfer to a capacitance C14 in an added shape. According to said constitution, the charging voltage of the capacitance C14 is boosted to treble of high voltage HV and can be discharged. A power supply at voltage lower than conventional devices may be used as the power supply HV, and the power supply source is miniaturized, and the SCRs having low withstanding voltage can be employed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、エキシマレーザなどの放電回路に用いて好適
な高電圧放電回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a high voltage discharge circuit suitable for use in a discharge circuit such as an excimer laser.

[従来の技#1] 従来において、エキシマレーザの放電回路として、第7
図に示すように、直流高電J、1:電源HVに対してコ
ンデンサC1とインダクタンスL 1およびコンデンサ
C2を直列接続し、さらにコンデンサC2に放電78 
慟D EとインダクタンスL2を並列接続し、高電圧電
源HVからコンデンサC1に充電した電荷を該コンデン
サC1に並列接続したスイッチSW1を閉じることによ
って放電させ、その放電電荷をコンデンサC2に転送し
て放電電極DEで放電を行なわせるようにしたものがあ
る。
[Conventional technique #1] Conventionally, as an excimer laser discharge circuit, the seventh
As shown in the figure, a DC high current J,1: A capacitor C1, an inductance L1, and a capacitor C2 are connected in series to a power supply HV, and a discharge 78
A capacitor C1 is charged with a high-voltage power supply HV by connecting a capacitor D E and an inductance L2 in parallel, and is discharged by closing a switch SW1 connected in parallel with the capacitor C1.The discharged charge is transferred to a capacitor C2 and discharged. There is one in which discharge is caused by the electrode DE.

この場合、スイッチSW1としては大電流を高速にスイ
ッチングすることが出来るサイラトロンが用いられてい
る。
In this case, a thyratron capable of switching a large current at high speed is used as the switch SW1.

一方、スイッチSW 1としてのサイラトロンの高いピ
ーク電流や速い電圧/電流の立上がりの負担を軽減する
ために、第8図に示すように、可飽和リアクトルSR1
,SR2およびコンデンサC3、C4を第7図のコンデ
ンサC2に直並列接続し、第7図の組成の場合より高い
放電エネルギーを得るJ:うにしたM P C方式(M
agneti  puluse  Conpressi
on)の放電回路がある。この構成によれば、スイッチ
S〜■1を閉じた時にコンデンサC1の電荷はC2の電
荷に移行するが、可飽和リアクトルSR1にも少しずつ
流れる。その結果、SR1が飽和すると、コンデンサC
3はC2よりも短い時間で充電され、その充電電圧が放
電電極DEに加わるため、放電エネルギーが大きくなる
On the other hand, in order to reduce the burden of high peak current and fast voltage/current rise of the thyratron as switch SW1, a saturable reactor SR1 is used as shown in FIG.
, SR2 and capacitors C3 and C4 are connected in series and parallel to capacitor C2 in Fig. 7 to obtain higher discharge energy than in the case of the composition shown in Fig. 7.
agneti pulse compressi
There is a discharge circuit (on). According to this configuration, when the switches S to (1) are closed, the charge in the capacitor C1 is transferred to the charge in C2, but it also flows little by little to the saturable reactor SR1. As a result, when SR1 is saturated, capacitor C
3 is charged in a shorter time than C2, and the charging voltage is applied to the discharge electrode DE, so that the discharge energy becomes larger.

[発明が解決しようとする問題点] ところで、上記の放電回路でスイッチとして用いられて
いるサイラトロンは8い耐電圧性態を右しているが、そ
の野命は電荷の移動する回数で決定される。ところが、
上記の放電回路では放電が終了した後も大きな残留電流
があるため、この残留電流が放電終了後もサイラトロン
を往復する。
[Problems to be solved by the invention] By the way, the thyratron used as a switch in the above-mentioned discharge circuit has a withstand voltage property of 8, but its potential is determined by the number of times the charge moves. Ru. However,
In the above-mentioned discharge circuit, there is a large residual current even after the discharge ends, and this residual current circulates through the thyratron even after the discharge ends.

このため、サイラトロンのか命が約7×108パルス程
度で限界となり、これに伴って放電回路としての寿命も
短くなるという問題があった。この場合、第8図のMP
C方式の回路構成にした詩にはサイラトロンの寿命を約
10倍程度に延ばすことができるが、可飽和リアクトル
等を必要とするため、回路が複雑化し、コスト高になる
という問題がある。また、サライトロンに代えてサイリ
スク等の半導体スイッチング素子を用いることも考えら
れるが、半導体スイッチング素子は耐電圧が低いために
111f%に使用することができないという問題があっ
た。
For this reason, the life of the thyratron is limited to about 7×10 8 pulses, and the life of the discharge circuit is accordingly shortened. In this case, MP in Figure 8
Although the C-type circuit configuration can extend the life of the thyratron by about 10 times, it requires a saturable reactor, which makes the circuit complicated and increases the cost. It is also possible to use a semiconductor switching element such as Cyrisk instead of Salytron, but there is a problem that semiconductor switching elements cannot be used for 111f% because of their low withstand voltage.

本発明は上記のような事情に鑑みなされたもので、その
目的は安価で寿命の長い高電圧放電回路を提供すること
を目的としている。
The present invention was made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a high voltage discharge circuit that is inexpensive and has a long life.

[問題点を解決するための手段] 木ブを明は、電源に並列に接続された複数個のコンデン
サと、スイッチングによってこれら複数個のコンデンサ
を直列接続状態に切替える半導体スイッチング素子と、
直列接続状態における前記複数個のコンデンサの電荷を
蓄積し、各コンデンサの充電電圧を複数倍した高電圧を
出力する■1ツノコンデンサとを設け、出力コンデンサ
の充電電圧を放電電極に印加するように構成したもので
ある。
[Means for solving the problem] Akira Kibuwo uses a plurality of capacitors connected in parallel to a power supply, a semiconductor switching element that switches the plurality of capacitors into a series connection state by switching,
A horn capacitor is provided to accumulate the charges of the plurality of capacitors in a series connection state and output a high voltage that is multiple times the charging voltage of each capacitor, and the charging voltage of the output capacitor is applied to the discharge electrode. It is composed of

[作用] コンデンサの充電電圧は半導体スイッチング素子がオン
することにより、直列に加篩されて出力コンデンサに充
電される。放電電極ではこの昇圧された電圧により放電
が行なわれる。
[Function] When the semiconductor switching element turns on, the charging voltage of the capacitor is filtered in series and charged to the output capacitor. Discharge occurs at the discharge electrode due to this boosted voltage.

[実施例] 第1図は本発明の一実施例を示す回路図であり、直流高
電圧電源I」Vには抵抗Rを介してコンデンサC11,
C12,C13およびインダクタンスL11゜〜L14
が直並列に接続され、コンデンサC11は抵抗Rを介し
て、またコンデンサC12はR−111−113を介し
て、さらにコンデンサC13はR−111−112−1
14−り13を介してHV (v)に充電されるように
構成されている。さらに、C11の+側と012の一側
との間にはサイリスタSCR1がC12側をアノードと
して接続されると共に、C12の+側とCI3の一側と
の間にもサイリスタSCR2がCI3側をアノードとし
て接続されている。そして、C13の+側と接地電位間
にはインダクタンス[15およびコンデンサC14の直
列回路が並列接続されると共に、コンデンサC14には
可飽和リアクトルSRを介して出力コンデンサC15が
並列接続されている。さらに、コンデンサC15には放
電電極DEとインダクタンスL16が並列接続されてい
る。
[Embodiment] FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, in which a DC high voltage power supply I'V is connected to a capacitor C11,
C12, C13 and inductance L11° to L14
are connected in series and parallel, capacitor C11 is connected through resistor R, capacitor C12 is connected through R-111-113, and capacitor C13 is connected through R-111-112-1.
The battery is configured to be charged to HV (v) via the battery 14-13. Further, a thyristor SCR1 is connected between the + side of C11 and one side of 012 with the C12 side as the anode, and a thyristor SCR2 is connected between the + side of C12 and one side of CI3 with the CI3 side as the anode. connected as. A series circuit of an inductance [15] and a capacitor C14 is connected in parallel between the + side of C13 and the ground potential, and an output capacitor C15 is connected in parallel to the capacitor C14 via a saturable reactor SR. Further, a discharge electrode DE and an inductance L16 are connected in parallel to the capacitor C15.

以上の4fM J&において、サイリスタ5CRI、S
CR2が共にオフの場合、コンデンサC1l、 C12
゜C13およびC14は高電圧HV (V)が印加され
ることにより、Q=C−HVの電荷が蓄積される。
In the above 4fM J&, thyristor 5CRI, S
When both CR2 are off, capacitors C1l and C12
By applying a high voltage HV (V) to C13 and C14, charges of Q=C-HV are accumulated.

この状態でSCR1およびSCR2が共にオンになると
、C14(+)側→L15→C13→SCR2→C12
→SCR1→cii→C14(−)側の電F、経路が形
成されるので、C11,C12,C13の電荷はこの電
流経路を通じてC2に転送される。すなわち、C11,
CI2. C13,およびC2はSCR1,5CR2が
オンどなる前にそれぞれC−HVだけの電荷Qがそれぞ
れ蓄積されていたため、5CR1゜SCR2のオンによ
ってC2に新たに3CHVの電荷が転送される。この時
の電荷は可飽和リアクトルSRを通じてC15にも少し
ずつ流れるが、C14への電荷の転送が終わってSRが
飽和1”ると、今度はC14からC15への電荷の転送
が始まる。このとき、SRが飽和しているため、C14
から015への電荷の転送は類時間のうちに行なわれる
ので、放電電極DEに印加されるパルス状の高電圧波形
はそのピーク値が大きくなり、放電電極DEからは高い
エネルギーの111電電流が得られる。
When SCR1 and SCR2 are both turned on in this state, C14 (+) side → L15 → C13 → SCR2 → C12
→SCR1→cii→C14 Since a (-) side electric F path is formed, the charges of C11, C12, and C13 are transferred to C2 through this current path. That is, C11,
CI2. Since C13 and C2 had accumulated a charge Q of C-HV before SCR1 and 5CR2 were turned on, a new charge of 3CHV was transferred to C2 by turning on 5CR1°SCR2. The charge at this time also flows little by little to C15 through the saturable reactor SR, but when the charge transfer to C14 is finished and SR reaches saturation 1'', the charge transfer from C14 to C15 starts.At this time , SR is saturated, so C14
Since the transfer of charge from 015 to 015 takes place in a similar amount of time, the pulse-like high voltage waveform applied to the discharge electrode DE has a large peak value, and a high energy 111 current flows from the discharge electrode DE. can get.

以上のように、高電圧HVを並列接続したコンデンサC
11〜C13に充電しておさ゛、5CR1,SCR2を
オンさけることによってこれらコンデンサの充電電圧を
加暉した形でコンデンサC14に移し、該コンデンサC
14の充電電圧を高電圧HVの3侶に昇J工して放電さ
せるように構成したことにより、高電圧電源HVとして
従来より低い電圧のものを用いることができるようにな
り、高電圧電源HVを小形化することができたうえ、放
電開始スイッチどしてのSCRも低耐圧のものを用いる
ことができる。低耐圧のSCRを用いることができるよ
うになった結果、放電回路としての寿命も延長すること
ができたうえ、昇圧用のコンデンサを複数段に亘って接
続するだけであるため、安価な構成にすることができる
As mentioned above, capacitor C with high voltage HV connected in parallel
11 to C13, and by avoiding turning on 5CR1 and SCR2, the charging voltage of these capacitors is transferred in an enhanced form to capacitor C14, and the capacitor C14 is charged.
By increasing the charging voltage of 14 to the three high voltage HVs and discharging them, it is now possible to use a lower voltage than the conventional high voltage power source HV, and the high voltage power source HV In addition to being able to downsize, it is also possible to use SCRs with low breakdown voltages, such as the discharge start switch. As a result of being able to use a low-voltage SCR, the lifespan of the discharge circuit can be extended, and the configuration can be made cheaper because the step-up capacitors are simply connected in multiple stages. can do.

なお、SCRはその耐電圧特性と放電電圧との関係に応
じて第2図に示りように複数個直列接続し、必要な放電
電圧に充分耐え1!7るように構成することができる。
Note that, depending on the relationship between the withstand voltage characteristics and the discharge voltage, a plurality of SCRs can be connected in series as shown in FIG. 2, and configured to sufficiently withstand the required discharge voltage.

この場合、SCRがオンした貯のコンデンサC11〜C
I3の電荷は第3図の等価回路て示ザにうな経路でコン
デンサC14に転送される。
In this case, the storage capacitors C11 to C with the SCR turned on
The charge on I3 is transferred to capacitor C14 through a path similar to that shown in the equivalent circuit of FIG.

第4図は本発明の他の実施例を示す回路図であり、高電
圧電源HVと接地電位との間にはサイリスタSCRとイ
ンダクタンスL20が直列接続されている。さらに、こ
れらSCRと[20の直列回路にはコンデンサC20が
並列接続されると共に、C20にはダイオードD  I
、インダクタンス「21を介してコンデン1すC21が
並列接、恍されている。ざらにC20にはインダクタン
ス上22.ダイオードD2を介してコンデンサC22が
並列接続されている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, in which a thyristor SCR and an inductance L20 are connected in series between the high voltage power supply HV and the ground potential. Furthermore, a capacitor C20 is connected in parallel to the series circuit of these SCRs and [20, and a diode DI is connected to C20.
, a capacitor C21 is connected in parallel via an inductance 21. Roughly, a capacitor C22 is connected in parallel to C20 via an inductance 22 and a diode D2.

また、コンデンサC21の(1)側とC22の(=)側
との間には可飽和リアクトルSRを介してコンデンサC
23が並列接続され、このC23に並列に放電電極DE
とインダクタンス123が並列接続されている。
In addition, a capacitor C is connected between the (1) side of capacitor C21 and the (=) side of C22 via a saturable reactor SR.
23 are connected in parallel, and a discharge electrode DE is connected in parallel to this C23.
and an inductance 123 are connected in parallel.

この構成にj5いて、SCRがAフの場合、020は高
電圧電源HVから直接充電され、またC21はHV−D
  1→L21の経路で充電され、さらにC22はHV
→C22→D2−夛L22の経路で充電される。
In this configuration, if SCR is A-f, 020 is charged directly from high voltage power supply HV, and C21 is charged directly from HV-D.
It is charged via the path 1→L21, and furthermore, C22 is HV
→ C22 → D2 - It is charged through the route L22.

この状態でSCRがオンすると、C11と120で構成
される回路が10反転を起こすので、C21−C20−
C22が直列につながり、C21の(+)側とC22の
(−)側には3HV (lの電圧が現れるが、C21お
よびC22の充電電圧は放電方向に対してダイオードD
 I、 D 2が逆方向に接続くされているためにその
充電電圧を維持する。このようにして3HV (v)に
昇圧された電圧はSRを介してC23に移され、このC
23の充電電圧によって放電電極DEが放電を生じる。
When the SCR is turned on in this state, the circuit composed of C11 and 120 causes a 10 inversion, so C21-C20-
C22 are connected in series, and a voltage of 3HV (l) appears on the (+) side of C21 and the (-) side of C22, but the charging voltage of C21 and C22 is
Since I and D2 are connected in opposite directions, the charging voltage is maintained. The voltage boosted to 3HV (v) in this way is transferred to C23 via SR, and this C
The discharge electrode DE generates a discharge due to the charging voltage of 23.

第5図はHV (V)=10(kv)とした時のC2の
充電電圧波形を示すもので、破線はSRの入力電圧波形
、実線はC23の出力電圧波形を示しており、SRの作
用によってC23が3速に充電されて放電される様子が
示されている。
Figure 5 shows the charging voltage waveform of C2 when HV (V) = 10 (kv), the broken line shows the input voltage waveform of SR, the solid line shows the output voltage waveform of C23, and the effect of SR. This shows how C23 is charged and discharged to the third speed.

第6図は第4図に示した回路を2個並列に組合せて構成
した本発明の他の実施例を示づ回路図であり、トランス
Trによって例えば10(kv)に昇圧された高電圧交
流電源は整流回路REC1゜REC2に入力され、それ
ぞれ整流されで正および負の直流8電圧HV  1. 
HV 2に変換される。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention configured by combining two circuits shown in FIG. The power is input to the rectifier circuits REC1 and REC2, and is rectified to produce 8 positive and negative DC voltages HV1.
Converted to HV2.

これら直流高電圧HV 1; HV 2は第4図に示し
た構成の第1の放電回路DCT 1.DCT 2のコン
デンサC20,C21,、C22にそれぞれ充電され、
SCRがオンした時に可飽和リアクトルSRを介してC
23に移される。これによって、各放電回路DCT 1
.DCT 2のコンデンサに023はコンデンサ020
〜C22の各充電電圧5 <kv)の3倍の充電電圧が
冑られる。この15kvの充電電圧はさらにSR2を通
ってコンデンサC24に30(kV)の充電電圧となっ
て移され、放電電極DEにより放電される。なお、DC
T 1. DCT 2内の回路素子の番号は第4図と同
一番号で示した。
These DC high voltages HV 1 and HV 2 are connected to the first discharge circuit DCT 1 with the configuration shown in FIG. The capacitors C20, C21, and C22 of DCT 2 are charged respectively,
C through saturable reactor SR when SCR is turned on.
Moved to 23rd. As a result, each discharge circuit DCT 1
.. DCT 2 capacitor 023 is capacitor 020
The charging voltage is three times higher than each charging voltage 5<kv) of ~C22. This charging voltage of 15 kV is further transferred to the capacitor C24 through SR2 as a charging voltage of 30 (kV), and is discharged by the discharge electrode DE. In addition, D.C.
T1. The numbers of the circuit elements in the DCT 2 are shown with the same numbers as in FIG.

[発明の効果コ 以上説明したように本発明においては、高電圧を並列接
続したコンデンサに充電しておき、SCR等の半導体ス
イッチング素子をオンさせることによってこれらコンデ
ンサの充電電圧を加峰した形でiH力コンデンサに移し
、該出力コンデンサの充電電圧を入ツノ高電圧の複数倍
に昇圧して放電さゼるように構成したことにより、高電
圧電源として従来より低い電圧のものを用いることがで
きるようになり、高7fi圧電源を小形化することがで
きたうえ、放電開始スイッチとしての半導体スイッチン
グ素子も低耐圧のものを用いることがでさ−る。
[Effects of the Invention] As explained above, in the present invention, a high voltage is charged to capacitors connected in parallel, and the charging voltage of these capacitors is summed by turning on a semiconductor switching element such as an SCR. By transferring the power to the iH power capacitor and configuring the charging voltage of the output capacitor to be boosted to multiple times the input high voltage and then discharged, a lower voltage than conventional high voltage power sources can be used. As a result, the high 7fi voltage power supply can be downsized, and a semiconductor switching element with a low breakdown voltage can be used as the discharge start switch.

低耐圧の半導体スイッチング素子を用いることができる
ようになった結果、放電回路としての寿命も延長するこ
とができたうえ、昇圧用のコンデンサを複数段に渡って
接続するだけであるため、安価な構成にすることがでさ
“る。
As a result of being able to use low-voltage semiconductor switching elements, the lifespan of the discharge circuit has been extended, and since the step-up capacitors are simply connected in multiple stages, they are inexpensive. You can configure it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本光明の第1の実施例を示す回路図、第2図は
第2の実施例を示す回路図、第3図は第2図におけるサ
イリスタがオンしたときの等価回路図、第4図は本発明
の第3の実施例を示す回路図、第5図は第4図における
コンデンサC23の放電電圧波形を示す波形図、第6図
は本発明の第4の実施例を示す回路図、第7図および第
8図は従来の嵩雷圧敢電回路の構成を示す回路図である
。 R・・・抵抗、L11〜11e、 L20〜123・・
・インダクタンス、011〜C15,C20〜C23,
C24−= :] :/T”/す、SR,SRI・・・
可飽和リアクトル、D[・・・放雷電性。 ・ヒニ、j 第1図 第2図 第3図 第4図 を 第5図
Fig. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present light, Fig. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment, Fig. 3 is an equivalent circuit diagram when the thyristor in Fig. 2 is turned on, and Fig. 3 is an equivalent circuit diagram when the thyristor in Fig. 2 is turned on. 4 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention, FIG. 5 is a waveform diagram showing the discharge voltage waveform of capacitor C23 in FIG. 4, and FIG. 6 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention. 7 and 8 are circuit diagrams showing the configuration of a conventional bulk lightning pressure circuit. R...Resistance, L11~11e, L20~123...
・Inductance, 011~C15, C20~C23,
C24-= :] :/T"/su, SR, SRI...
Saturable reactor, D [... lightning discharge property.・Hini, j Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 電源に並列に接続された複数個のコンデンサと、スイッ
チングによってこれら複数個のコンデンサを直列接続状
態に切替える半導体スイッチング素子と、直列接続状態
における前記複数個のコンデンサの電荷を蓄積し、各コ
ンデンサの充電電圧を複数倍した高電圧を出力する出力
コンデンサと、この出力コンデンサの充電電圧を放電す
る放電電極とを備えた高電圧放電回路。
A plurality of capacitors connected in parallel to a power supply, a semiconductor switching element that switches the plurality of capacitors to a series connection state by switching, and a semiconductor switching element that stores the charges of the plurality of capacitors in the series connection state and charges each capacitor. A high voltage discharge circuit that includes an output capacitor that outputs a high voltage that is multiple times the voltage, and a discharge electrode that discharges the charging voltage of this output capacitor.
JP10056486A 1986-04-30 1986-04-30 High-voltage discharge circuit Pending JPS62257779A (en)

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Cited By (2)

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