JP2003037982A - Voltage pulse generator - Google Patents
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- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 出力パルスの立ち上がりを早くしてエネルギ
ー効率の良い高電圧パルス発生装置を提供しようとす
る。
【解決手段】従来の高電圧パルス発生装置にかわって、
2次コイルを負荷に直列接続された第一のトランスと第
二のトランスとを有する負荷側回路と、一対の第一の出
力端に接続され充電用の電荷を蓄積する回路要素を有す
る第一のパルス成形回路と、一対の第二の出力端に接続
され充電用の電荷を蓄積する回路要素を有する第二のパ
ルス成形回路と、前記第一の出力端の一端と前記第二の
出力端の一端との間に前記第一のトランスの第一の一次
コイルと前記第二のトランスの第二の一次コイルとを直
列接続した駆動側回路と、前記第一の一次コイルと前記
第二の一次コイルとの間の接続点を前記第一の出力端の
他端と前記第二の出力端の他端とに短絡可能なスイッチ
素子を有するスイッチ回路と、を備えたものとした。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide a high-voltage pulse generator with high energy efficiency by making the output pulse rise fast. In place of a conventional high-voltage pulse generator,
A load-side circuit having a first transformer and a second transformer having a secondary coil connected in series to a load, and a first circuit having a circuit element connected to a pair of first output terminals and storing charge for charging. A pulse shaping circuit, a second pulse shaping circuit having a circuit element connected to the pair of second output terminals and storing a charge for charging, one end of the first output terminal and the second output terminal A drive-side circuit in which a first primary coil of the first transformer and a second primary coil of the second transformer are connected in series between one end of the first transformer and the first primary coil and the second A connection point between the primary coil and the primary coil includes a switch circuit having a switch element that can be short-circuited to the other end of the first output end and the other end of the second output end.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ励起用電源
や粒子加速用パルス発生器に使用する電圧パルス発生装
置に係る。特にパルスを発生させる回路構成に特徴の有
る電圧パルス発生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage pulse generator used for a laser excitation power source and a particle acceleration pulse generator. In particular, the present invention relates to a voltage pulse generator having a characteristic circuit configuration for generating a pulse.
【0002】[0002]
【従来の技術】荷電粒子ビーム発生やガスレーザの励起
用に、短パルス・高電圧の大電流を発生する高電圧パル
ス発生装置が用いられる。従来の高電圧パルス発生装置
として、ベースライン型とブルームライン型がある。そ
れそれに、コンデンサやインダクタ等の集中定数素子を
組み合わせたものと、金属板や同軸ケーブル等の分布定
数素子を用いたものとがあるが、その機能は同一であ
る。2. Description of the Related Art A high voltage pulse generator for generating a short pulse and high voltage large current is used for generating a charged particle beam and exciting a gas laser. Conventional high voltage pulse generators include a baseline type and a bloom line type. There are a combination of lumped constant elements such as capacitors and inductors and a combination of distributed constant elements such as metal plates and coaxial cables, but the functions are the same.
【0003】最初に、ベースライン型の高電圧パルス発
生装置の構造を説明する。図5は、ベースライン型高電
圧パルス発生装置の回路図である。ベースライン型の高
電圧パルス発生装置300は、負荷1に高電圧パスルを
印加する装置であって、負荷側回路310と駆動側回路
320とパルス成形回路330とスイッチ回路340と
充電回路350とを有する。First, the structure of a baseline type high voltage pulse generator will be described. FIG. 5 is a circuit diagram of a baseline type high voltage pulse generator. The baseline-type high-voltage pulse generator 300 is a device that applies a high-voltage pulse to the load 1, and includes a load-side circuit 310, a drive-side circuit 320, a pulse shaping circuit 330, a switch circuit 340, and a charging circuit 350. Have.
【0004】負荷側回路310は、負荷1に高圧電流を
供給する回路であって、トランス311を有する。トラ
ンス311の二次コイル312が負荷1に直列接続され
る。The load side circuit 310 is a circuit for supplying a high voltage current to the load 1 and has a transformer 311. The secondary coil 312 of the transformer 311 is connected to the load 1 in series.
【0005】パルス成形回路330は、充電された電荷
を成形しつつパルス出力する回路であって、一対の出力
端333,334に接続され充電用の電荷を蓄積する回
路要素を有する。回路要素はコンデンサ331とインダ
クタ332とを梯子状に接続して形成される。コンデン
サ331が梯子状回路の横木に相当する回路に配置さ
れ、インダクタ332が梯子状回路の縦柱に相当する回
路に配置される。梯子状回路の縦柱の端が一対の出力端
333,334を形成する。The pulse shaping circuit 330 is a circuit which outputs a pulse while shaping the charged electric charge, and has a circuit element which is connected to the pair of output terminals 333 and 334 and stores the electric charge for charging. The circuit element is formed by connecting the capacitor 331 and the inductor 332 in a ladder shape. The capacitor 331 is arranged in a circuit corresponding to a horizontal bar of the ladder circuit, and the inductor 332 is arranged in a circuit corresponding to a vertical column of the ladder circuit. The ends of the vertical columns of the ladder circuit form a pair of output ends 333,334.
【0006】駆動側回路320は、トランス311の一
次コイル313に電圧を印加する回路であり、前記出力
端の一端333を一次コイル313の一端に接続する。The drive side circuit 320 is a circuit for applying a voltage to the primary coil 313 of the transformer 311, and connects one end 333 of the output end to one end of the primary coil 313.
【0007】スイッチ回路340は、パルス成形回路3
30に充電した電荷を放出させ、トランス311の一次
コイル313に導く回路であり、スイッチ素子341を
有する。スイッチ素子は、一次コイル313の他端を出
力端の他端334に短絡できる。The switch circuit 340 is a pulse shaping circuit 3
It is a circuit for discharging the electric charge charged in 30 and guiding it to the primary coil 313 of the transformer 311, and has a switch element 341. The switch element can short the other end of the primary coil 313 to the other end 334 of the output end.
【0008】充電回路350は、パルス成形回路330
に充電用の電荷を供給する回路であり、電源351を有
する。電源351は、一次コイル313の他端と出力端
の他端334とに並列接続される。The charging circuit 350 is a pulse shaping circuit 330.
And a power supply 351. The power supply 351 is connected in parallel to the other end of the primary coil 313 and the other end 334 of the output end.
【0009】次に、ベースライン型の高電圧パルス発生
装置の作用を説明する。最初にスイッチ回路340が開
放されている。充電回路350の電源351が、電圧V
の充電用の電荷をパルス成形回路330に供給する。パ
ルス成形回路330は、コンデンサ331に電荷を充電
する。スイッチ回路が閉じると、コンデンサ331に溜
まった電荷がスイッチ素子341を通ってトランス31
1の一次コイル313に流れる。コイルに印加する電圧
は、パルス成形回路330で成形され、電圧V/2のパ
ルスとなる。パルスは肩がなだらかにだれた略台形の形
状をする。電圧はトランスで昇圧されて負荷1に供給さ
れる。負荷1では、電子的ゲートにより所望の電圧にな
った略矩形のパルスを、例えば、高周波発生用電子管へ
供給する。Next, the operation of the baseline type high voltage pulse generator will be described. First, the switch circuit 340 is opened. The power supply 351 of the charging circuit 350 has a voltage V
The electric charge for charging is supplied to the pulse shaping circuit 330. The pulse shaping circuit 330 charges the capacitor 331 with electric charges. When the switch circuit is closed, the charges accumulated in the capacitor 331 pass through the switch element 341 and the transformer 31.
1 to the primary coil 313. The voltage applied to the coil is shaped by the pulse shaping circuit 330 and becomes a pulse of voltage V / 2. The pulse has a substantially trapezoidal shape with a gentle shoulder. The voltage is boosted by the transformer and supplied to the load 1. In the load 1, a substantially rectangular pulse having a desired voltage by an electronic gate is supplied to, for example, a high frequency generating electron tube.
【0010】次に、ブルームライン型の高電圧パルス発
生装置の構造を説明する。図6は、ブルームライン型高
電圧パルス発生装置の回路図である。ブルームライン型
の高電圧パルス発生装置400は、負荷1に高電圧パス
ルを印加する装置であって、負荷側回路410と駆動側
回路420と第一のパルス成形回路430a第二のパル
ス成形回路430bとスイッチ回路440と充電回路4
50とを有する。Next, the structure of the Bloomline type high voltage pulse generator will be described. FIG. 6 is a circuit diagram of a Bloomline type high voltage pulse generator. The Bloomline type high voltage pulse generator 400 is a device that applies a high voltage pulse to the load 1, and includes a load side circuit 410, a drive side circuit 420, a first pulse shaping circuit 430a, and a second pulse shaping circuit 430b. And switch circuit 440 and charging circuit 4
50 and.
【0011】負荷側回路410は、負荷1に高圧電流を
供給する回路であって、トランス411を有する。トラ
ンス411の二次コイル412が負荷1に直列接続され
る。The load side circuit 410 is a circuit for supplying a high voltage current to the load 1 and has a transformer 411. The secondary coil 412 of the transformer 411 is connected to the load 1 in series.
【0012】第一のパルス成形回路430aは、充電さ
れた電荷を成形しつつパルス出力する回路であって、一
対の第一の出力端433a、434aに接続される充電
用の電荷を蓄積する回路要素を有する。回路要素はコン
デンサ431とインダクタ432とを梯子状に接続して
形成される。コンデンサ431が梯子状回路の横木に相
当する回路に配置され、インダクタ432が梯子状回路
の縦柱に相当する回路に配置される。梯子状回路の縦柱
の端が一対の第一の出力端433a,434aを形成す
る。The first pulse shaping circuit 430a is a circuit which outputs a pulse while shaping the charged electric charge, and is a circuit which is connected to the pair of first output terminals 433a and 434a and stores the electric charge for charging. Have elements. The circuit element is formed by connecting the capacitor 431 and the inductor 432 in a ladder shape. The capacitor 431 is arranged in a circuit corresponding to a horizontal bar of the ladder circuit, and the inductor 432 is arranged in a circuit corresponding to a vertical column of the ladder circuit. The ends of the vertical columns of the ladder circuit form a pair of first output ends 433a and 434a.
【0013】第二のパルス成形回路430bは、充電さ
れた電荷を成形しつつパルス出力する回路であって、一
対になった第一の出力端433b、434bに接続され
る充電用の電荷を蓄積する回路要素を有する。回路要素
はコンデンサ431とインダクタ432とを梯子状に接
続して形成される。コンデンサ431が梯子状回路の横
木に相当する回路に配置され、インダクタ432が梯子
状回路の縦柱に相当する回路に配置される。梯子状回路
の縦柱の端が一対の第二の出力端433b,434bを
形成する。The second pulse shaping circuit 430b is a circuit which outputs a pulse while shaping the charged electric charge, and accumulates the electric charge for charging which is connected to the pair of first output terminals 433b and 434b. It has a circuit element to do. The circuit element is formed by connecting the capacitor 431 and the inductor 432 in a ladder shape. The capacitor 431 is arranged in a circuit corresponding to a horizontal bar of the ladder circuit, and the inductor 432 is arranged in a circuit corresponding to a vertical column of the ladder circuit. The ends of the vertical columns of the ladder circuit form a pair of second output ends 433b and 434b.
【0014】駆動側回路420は、トランス411の一
次コイル413に電圧を印加する回路であり、前記第一
の出力端の一端433aを一次コイル413の一端に接
続し、前記第二の出力端の一端433bを一次コイル4
13の他端に接続する。The drive side circuit 420 is a circuit for applying a voltage to the primary coil 413 of the transformer 411. One end 433a of the first output end is connected to one end of the primary coil 413 and the second output end of the transformer 411 is connected. One end 433b is connected to the primary coil 4
Connect to the other end of 13.
【0015】スイッチ回路440は、パルス成形回路4
30に充電した電荷を放出させ、トランス411の一次
コイル413に導く回路であり、スイッチ素子441を
有する。スイッチ素子441は、第一のパルス成形回路
430aを形成する梯子状回路の第一の出力端の反対側
の端を短絡できる。The switch circuit 440 is a pulse shaping circuit 4
It is a circuit for discharging the electric charge charged in 30 and guiding it to the primary coil 413 of the transformer 411, and has a switch element 441. The switch element 441 can short-circuit the end of the ladder-shaped circuit forming the first pulse shaping circuit 430a opposite to the first output end.
【0016】充電回路450は、第一のパルス成形回路
430aと第二のパルス成形回路430bとに充電用の
電荷を供給する回路であり、電源451を有する。電源
451は、第一のパルス成形回路430aと第二のパル
ス成形回路430bとの梯子状回路のコンデンサ431
に並列接続される。The charging circuit 450 is a circuit for supplying electric charge for charging to the first pulse shaping circuit 430a and the second pulse shaping circuit 430b, and has a power supply 451. The power supply 451 is a capacitor 431 in a ladder circuit including the first pulse shaping circuit 430a and the second pulse shaping circuit 430b.
Are connected in parallel.
【0017】次に、ブルームライン型高電圧パルス発生
装置の作用を説明する。最初にスイッチ回路440が開
放されている。充電回路450の電源451が、電圧V
の充電用の電荷を第一のパルス成形回路430aと第二
のパルス成形回路430bとに供給する。第一のパルス
成形回路430aと第二のパルス成形回路430bと
は、コンデンサ431に電荷を充電する。スイッチ回路
が閉じると、コンデンサ431に溜まった電荷がスイッ
チ素子441を通ってトランス411の一次コイル41
3に流れる。一次コイル413に印加する電圧は、パル
ス成形回路430で成形され電圧Vのパルスとなる。パ
ルスは肩がなだらかにだれた略台形の形状をする。電圧
はトランスで昇圧されて負荷1に供給される。負荷1で
は、電子的ゲートにより所望の電圧になった略矩形のパ
ルスを、例えば、高周波発生用電子管へ供給する。Next, the operation of the Bloomline type high voltage pulse generator will be described. First, the switch circuit 440 is opened. The power supply 451 of the charging circuit 450 has a voltage V
The electric charge for charging is supplied to the first pulse shaping circuit 430a and the second pulse shaping circuit 430b. The first pulse shaping circuit 430a and the second pulse shaping circuit 430b charge the capacitor 431 with electric charges. When the switch circuit is closed, the electric charge accumulated in the capacitor 431 passes through the switch element 441 and the primary coil 41 of the transformer 411.
Flow to 3. The voltage applied to the primary coil 413 is shaped by the pulse shaping circuit 430 and becomes a pulse of the voltage V. The pulse has a substantially trapezoidal shape with a gentle shoulder. The voltage is boosted by the transformer and supplied to the load 1. In the load 1, a substantially rectangular pulse having a desired voltage by an electronic gate is supplied to, for example, a high frequency generating electron tube.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】上述のベースライン型
の高電圧パルス発生装置300を使用した場合、電圧V
をパルス成形回路330に充電すると、放電時にトラン
ス311の一次コイル313へV/2の電圧が印加され
る。一方、ブルームライン型の高電圧パルス発生装置4
00を使用した場合、電圧Vをパルス成形回路430に
充電すると、放電時にトランス411の一次コイル41
3へVの電圧が印加される。従って、同じ電圧の充電回
路を用いて所望の電圧を負荷に供給するためには、ベー
スライン型の高電圧パルス発生装置300のトランスの
巻き数比は、ブルームライン型の高電圧パルス発生装置
400のトランスの巻き数比の2倍にする必要がある。
一般に、トランスの一次コイルと二次コイルの巻き数比
が大きくなると、トランスでの漏れ磁束が大きくなるた
めに、トランスのリーケージインダクタンスが大きくな
る。さらにまた、トランス一次側を二次側に変換した線
路のインダクタンスが巻き数比の二乗に比例して大きく
なる。回路のインダクタンスが大きくなると、回路時定
数は大きくなり、トランスの一次コイルへ印加されるパ
ルスの台形形状の肩部のだれが大きくなる。When the above-mentioned baseline type high voltage pulse generator 300 is used, the voltage V
When the pulse shaping circuit 330 is charged with, the voltage V / 2 is applied to the primary coil 313 of the transformer 311 at the time of discharging. On the other hand, a Bloomline type high voltage pulse generator 4
00, when the voltage V is charged in the pulse shaping circuit 430, the primary coil 41 of the transformer 411 is discharged at the time of discharging.
A voltage of V is applied to 3. Therefore, in order to supply a desired voltage to the load by using the charging circuit of the same voltage, the winding turns ratio of the transformer of the baseline type high voltage pulse generator 300 is the bloom line type high voltage pulse generator 400. It is necessary to double the number of turns of the transformer.
Generally, when the winding ratio of the primary coil and the secondary coil of the transformer increases, the leakage magnetic flux in the transformer increases, and thus the leakage inductance of the transformer increases. Furthermore, the inductance of the line obtained by converting the transformer primary side to the secondary side increases in proportion to the square of the winding ratio. As the circuit inductance increases, the circuit time constant increases and the trapezoidal shoulder sag of the pulse applied to the primary coil of the transformer increases.
【0019】一方、ブルームライン型の高電圧パルス発
生装置400を使用した場合、上述の問題は生じない
が、スイッチ回路440と駆動回路420とが、第一の
パルス成形回路430aを挟んでいるために、スイッチ
回路440を短絡してから、電荷が駆動回路430aに
到達までに、複数のインダクタ432を通過する必要が
あり、電圧の伝搬に遅れを生ずる。特に第一のパルス成
形回路430aと第二のパルス成形回路430bの梯子
状回路の段数を多くするとその傾向が顕著になる。従っ
て、トランス411の一次コイル413へ印加されるパ
ルスの台形形状の肩部のだれが大きくなる。負荷側で
は、パルス電圧が所定の値になると電子的ゲートを開い
て、そのエネルギーを使用するので、所定の値に到達す
るまでのパルス電圧は熱として捨てることとなる。On the other hand, when the Bloomline type high voltage pulse generator 400 is used, the above problem does not occur, but the switch circuit 440 and the drive circuit 420 sandwich the first pulse shaping circuit 430a. In addition, it is necessary to pass through the plurality of inductors 432 after the switch circuit 440 is short-circuited and before the electric charge reaches the drive circuit 430a, which causes a delay in voltage propagation. In particular, when the number of ladder-shaped circuits of the first pulse shaping circuit 430a and the second pulse shaping circuit 430b is increased, the tendency becomes remarkable. Therefore, the trapezoidal shoulder sag of the pulse applied to the primary coil 413 of the transformer 411 increases. On the load side, when the pulse voltage reaches a predetermined value, the electronic gate is opened and the energy is used. Therefore, the pulse voltage until reaching the predetermined value is discarded as heat.
【0020】従って、従来のベースライン型の高電圧パ
ルス発生装置やブルームライン型の高電圧パルス発生装
置では今以上にエネルギー効率を上げられないという問
題があった。Therefore, the conventional baseline type high voltage pulse generator and the bloom line type high voltage pulse generator have a problem that the energy efficiency cannot be further improved.
【0021】本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出さ
れたもので、従来の電圧パルス発生装置にかわって、出
力パルスの立ち上がりを早くしてエネルギー効率の良い
電圧パルス発生装置を提供しようとする。The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and an alternative to the conventional voltage pulse generator is to provide a voltage pulse generator having a fast output pulse rise and good energy efficiency. And
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る負荷に電圧パスルを印加する電圧パル
ス発生装置は、2次コイルを負荷に直列接続された第一
のトランスと第二のトランスとを有する負荷側回路と、
一対の第一の出力端に接続され充電用の電荷を蓄積する
回路要素を有する第一のパルス成形回路と、一対の第二
の出力端に接続され充電用の電荷を蓄積する回路要素を
有する第二のパルス成形回路と、前記第一の出力端の一
端と前記第二の出力端の一端との間に前記第一のトラン
スの第一の一次コイルと前記第二のトランスの第二の一
次コイルとを直列接続した駆動側回路と、前記第一の一
次コイルと前記第二の一次コイルとの間の接続点を前記
第一の出力端の他端と前記第二の出力端の他端とに短絡
可能なスイッチ素子を有するスイッチ回路と、を備え、
前記スイッチ素子を接続すると前記第一の二次コイルと
前記第二の二次コイルとに同一方向の電流が流れる様に
なったものとした。In order to achieve the above object, a voltage pulse generator for applying a voltage pulse to a load according to the present invention includes a first transformer and a second transformer in which a secondary coil is connected in series to the load. A load side circuit having a transformer of
It has a first pulse shaping circuit which is connected to a pair of first output terminals and which has a circuit element for storing charge for charging, and a circuit element which is connected to a pair of second output terminals and which stores a charge for charging. A second pulse shaping circuit, a first primary coil of the first transformer and a second primary coil of the second transformer between one end of the first output end and one end of the second output end. A drive side circuit in which a primary coil is connected in series, and a connection point between the first primary coil and the second primary coil are connected to the other end of the first output end and the second output end. A switch circuit having a switch element capable of being short-circuited to the end,
When the switch element is connected, the current flows in the same direction in the first secondary coil and the second secondary coil.
【0023】上記本発明の構成により、スイッチ回路が
第一の一次コイルと第二の一次コイルの間の接続点を第
一の出力端の他端と第二の出力端の他端とに短絡する
と、第一パルス成形回路に充電された電荷が第一の出力
端を経由して第一の一次コイルへ流れて誘導電流が第一
の二次コイルを流れ、第二パルス成形回路に充電された
電荷が第二の出力端を経由して第二の一次コイルへ流れ
て誘導電流が第二の二次コイルを流れ、第一の二次コイ
ルを流れる電流と第二の二次コイルを流れる電流が同一
方向に流れて加算されて負荷に印加するので、全体とし
てインピーダンスの小さな回路を構成でき、立ち上がり
が早くてエネルギーロスの少ない高電圧パルスを負荷に
印加できる。According to the configuration of the present invention, the switch circuit short-circuits the connection point between the first primary coil and the second primary coil to the other end of the first output end and the other end of the second output end. Then, the electric charge charged in the first pulse shaping circuit flows to the first primary coil via the first output terminal, and the induced current flows in the first secondary coil to charge the second pulse shaping circuit. Electric charge flows through the second output coil to the second primary coil, and the induced current flows through the second secondary coil, the current flowing through the first secondary coil and the second secondary coil. Since the currents flow in the same direction and are added and applied to the load, a circuit with a small impedance can be configured as a whole, and a high-voltage pulse with a quick rise and less energy loss can be applied to the load.
【0024】さらに、本発明に係る電圧パルス発生装置
は、第一のトランスと第二のトランスの一方が同極性
で、他方が異極性であるものとした。上記本発明の構成
により、第一のトランスと第二のトランスの一方が同極
性で、他方が異極性であるので、前記スイッチ素子を接
続した際に、単純な回路構成により、前記第一の二次コ
イルと前記第二の二次コイルとに同一方向の電流が流れ
る様にすることができる。Furthermore, in the voltage pulse generator according to the present invention, one of the first transformer and the second transformer has the same polarity and the other has the opposite polarity. According to the configuration of the present invention, one of the first transformer and the second transformer has the same polarity and the other has the opposite polarity. Therefore, when the switch element is connected, the first circuit and the second transformer have a simple circuit configuration. It is possible to allow currents to flow in the same direction in the secondary coil and the second secondary coil.
【0025】さらに、本発明に係る電圧パルス発生装置
は、前記回路素子が、並列接続されたコンデンサを有す
るものとした。上記本発明の構成により、前記回路素子
が並列接続されたコンデンサを有するので、集中定数素
子で構造の簡単なパルス成形回路を構成できる。Further, in the voltage pulse generator according to the present invention, the circuit element has a capacitor connected in parallel. With the above-described configuration of the present invention, since the circuit element has the capacitor connected in parallel, a pulse shaping circuit having a simple structure can be configured with a lumped element.
【0026】また、本発明に係る電圧パルス発生装置
は、前記回路素子が、同軸ケーブルを有するものとし
た。上記本発明の構成により、前記回路素子が同軸ケー
ブルを有するので、分布定数素子でコンパクトなパルス
成形回路を構成できる。In the voltage pulse generator according to the present invention, the circuit element has a coaxial cable. With the above configuration of the present invention, since the circuit element has the coaxial cable, it is possible to configure a compact pulse shaping circuit with the distributed constant element.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい第一の実
施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図におい
て、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明
を省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【0028】本発明の第一の実施形態に係る高電圧パル
ス発生装置の構造を説明する。図1は、本発明の第一の
実施形態の回路概念図である。The structure of the high voltage pulse generator according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a circuit conceptual diagram of the first embodiment of the present invention.
【0029】本発明の第一の実施形態に係る高電圧パル
ス発生装置100は、負荷に高電圧パスルを印加する装
置であって、負荷側回路110と駆動側回路120と第
一のパルス成形回路130a第二のパルス成形回路13
0bとスイッチ回路140と充電回路150とを有す
る。負荷側回路110は、負荷1に高圧電流を供給する
回路であって、第一トランス111aと第二トランス1
11bとを有する。第一のトランス111aの第一の二
次コイル112aと第二のトランス111bの第二の二
次コイル112bとが負荷1に直列接続される。The high voltage pulse generator 100 according to the first embodiment of the present invention is a device for applying a high voltage pulse to a load, and includes a load side circuit 110, a drive side circuit 120, and a first pulse shaping circuit. 130a Second pulse shaping circuit 13
0b, a switch circuit 140, and a charging circuit 150. The load side circuit 110 is a circuit that supplies a high voltage current to the load 1, and includes the first transformer 111a and the second transformer 1a.
11b. The first secondary coil 112a of the first transformer 111a and the second secondary coil 112b of the second transformer 111b are connected to the load 1 in series.
【0030】第一のパルス成形回路130aは、充電さ
れた電荷を成形しつつパルス出力する回路であって、一
対になった第一の出力端133a、134aに接続され
る充電用の電荷を蓄積する回路要素を有する。回路要素
はコンデンサ131とインダクタ132とを梯子状に接
続して形成される。コンデンサ131が梯子状回路の横
木に相当する回路に配置され、インダクタ132が梯子
状回路の縦柱に相当する回路に配置される。梯子状回路
の縦柱の端が一対の第一の出力端133a、134aを
形成する。The first pulse shaping circuit 130a is a circuit which outputs a pulse while shaping the charged electric charge, and stores the electric charge for charging which is connected to the pair of first output terminals 133a and 134a. It has a circuit element to do. The circuit element is formed by connecting the capacitor 131 and the inductor 132 in a ladder shape. The capacitor 131 is arranged in a circuit corresponding to a horizontal bar of the ladder circuit, and the inductor 132 is arranged in a circuit corresponding to a vertical column of the ladder circuit. The ends of the vertical columns of the ladder circuit form a pair of first output ends 133a, 134a.
【0031】第二のパルス成形回路130bは、充電さ
れた電荷を成形しつつパルス出力する回路であって、一
対になった第一の出力端133b、134bに接続され
る充電用の電荷を蓄積する回路要素を有する。回路要素
はコンデンサ131とインダクタ132とを梯子状に接
続して形成される。コンデンサ131が梯子状回路の横
木に相当する回路に配置され、インダクタ132が梯子
状回路の縦柱に相当する回路に配置される。梯子状回路
の縦柱の端が一対の第二の出力端133b,134bを
形成する。The second pulse shaping circuit 130b is a circuit for outputting a pulse while shaping the charged electric charge, and stores the electric charge for charging connected to the pair of first output terminals 133b and 134b. It has a circuit element to do. The circuit element is formed by connecting the capacitor 131 and the inductor 132 in a ladder shape. The capacitor 131 is arranged in a circuit corresponding to a horizontal bar of the ladder circuit, and the inductor 132 is arranged in a circuit corresponding to a vertical column of the ladder circuit. The ends of the vertical columns of the ladder circuit form a pair of second output ends 133b and 134b.
【0032】駆動側回路120は、第一のトランス11
1aの第一の一次コイル113aと第二のトランス11
1bの第二の一次コイル113bに電圧を印加する回路
であり、前記第一の出力端の一端133aと前記第二の
出力端の一端133bとの間に前記第一の一次コイル1
13aと前記第二の一次コイル114bとを直列接続す
る。すなわち、第一の出力端の一端133aを第一の一
次コイル113aの一端に接続し、第一の一次コイル1
13aの他端を第二の一次コイル113bの一端に接続
し、第二の一次コイル113bの他端を第二出力端の一
端133bに接続する。ここで、説明の便宜のため、第
一の一次コイル113aの他端と第二の一次コイル11
3bの一端を接続する点を中間接続点121と呼ぶ。後
述するスイッチ回路を短絡して、第一の一次コイル11
3aと第二の一次コイル113bに電流が流れる際に、
第一の二次コイル112aに流れる電流の向きと第二の
二次コイル112bに流れる電流の向きが同一方向とな
るように配線される。好ましくは、第一のトランス11
1aと第二のトランス111bの一方が同極性で、他方
が異極性である様にするとよい。The drive side circuit 120 is the first transformer 11
1a of the first primary coil 113a and the second transformer 11
1b is a circuit for applying a voltage to the second primary coil 113b, and the first primary coil 1 is provided between the one end 133a of the first output end and the one end 133b of the second output end.
13a and the second primary coil 114b are connected in series. That is, one end 133a of the first output end is connected to one end of the first primary coil 113a, and the first primary coil 1
The other end of 13a is connected to one end of the second primary coil 113b, and the other end of the second primary coil 113b is connected to one end 133b of the second output end. Here, for convenience of explanation, the other end of the first primary coil 113 a and the second primary coil 11 a
A point connecting one end of 3b is called an intermediate connection point 121. The switch circuit described later is short-circuited to make the first primary coil 11
3a and the second primary coil 113b when a current flows,
The wiring is so arranged that the direction of the current flowing through the first secondary coil 112a and the direction of the current flowing through the second secondary coil 112b are the same. Preferably, the first transformer 11
It is preferable that one of 1a and the second transformer 111b has the same polarity and the other has the opposite polarity.
【0033】スイッチ回路140は、パルス成形回路1
30に充電した電荷を放出させ、第一の一次コイル11
3aと第二の一次コイル113bとに導く回路であり、
スイッチ素子141を有する。スイッチ素子は、第一の
一次コイル113aと第二の一次コイル113bとの中
間接続点121を第一の出力端の他端134aと第二の
出力端の他端134bとに短絡することができる。The switch circuit 140 is the pulse shaping circuit 1
The first primary coil 11 is made to discharge the electric charge charged in 30
3a and the second primary coil 113b, which is a circuit that leads to
It has a switch element 141. The switch element can short-circuit the intermediate connection point 121 between the first primary coil 113a and the second primary coil 113b to the other end 134a of the first output end and the other end 134b of the second output end. .
【0034】充電回路150は、パルス成形回路130
に充電用の電荷を供給する回路であり、電源151を有
する。電源151は、第一パルス成形回路の梯子状回路
のコンデンサ131に並列接続される。The charging circuit 150 is a pulse shaping circuit 130.
And a power supply 151. The power supply 151 is connected in parallel with the capacitor 131 of the ladder circuit of the first pulse shaping circuit.
【0035】次に、第一の実施形態に係る高電圧パルス
発生装置の作用を説明する。最初にスイッチ回路140
が開放されている。充電回路150の電源151が、電
圧Vの充電用の電荷を第一のパルス成形回路130aと
第二のパルス成形回路130bとに供給する。第一のパ
ルス成形回路130aと第二のパルス成形回路130b
とは、コンデンサ131に電荷を充電する。スイッチ回
路が閉じると、第一パルス成形回路130aのコンデン
サ131に溜まった電荷が第一の一次コイル113aに
流れ、第二パルス成形回路130bのコンデンサ131
に溜まった電荷が第二の一次コイル113bに流れる。
コイルに印加する電圧は、パルス成形回路130で成形
され電圧V/2のパルスとなる。パルスは肩がなだらか
にだれた略台形の形状をする。電圧はトランスで昇圧さ
れて負荷1に供給される。第一の二次コイル112aで
の電圧と第二の二次コイル112bでの電圧が加算さ
れ、一つのトランスの一次コイルに電圧Vのパルスが印
加されたのと同様の出力が負荷1に作用する。負荷1で
は、電子的ゲートにより所望の電圧になった略矩形のパ
ルスを、例えば、高周波発生用電子管へ供給する。Next, the operation of the high voltage pulse generator according to the first embodiment will be described. First switch circuit 140
Is open. The power supply 151 of the charging circuit 150 supplies the charge for charging the voltage V to the first pulse shaping circuit 130a and the second pulse shaping circuit 130b. First pulse shaping circuit 130a and second pulse shaping circuit 130b
And charges the capacitor 131. When the switch circuit is closed, the electric charge accumulated in the capacitor 131 of the first pulse shaping circuit 130a flows into the first primary coil 113a, and the capacitor 131 of the second pulse shaping circuit 130b.
The electric charge accumulated in the first primary coil 113b flows into the second primary coil 113b.
The voltage applied to the coil is shaped by the pulse shaping circuit 130 and becomes a pulse of voltage V / 2. The pulse has a substantially trapezoidal shape with a gentle shoulder. The voltage is boosted by the transformer and supplied to the load 1. The voltage at the first secondary coil 112a and the voltage at the second secondary coil 112b are added, and the same output as when a pulse of the voltage V is applied to the primary coil of one transformer acts on the load 1. To do. In the load 1, a substantially rectangular pulse having a desired voltage by an electronic gate is supplied to, for example, a high frequency generating electron tube.
【0036】本発明の第二の実施形態に係る高電圧パル
ス発生装置の構造を説明する。図2は、本発明の第二の
実施形態の回路概念図である。第一の実施形態と異なる
点のみを説明する。The structure of the high voltage pulse generator according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a circuit conceptual diagram of the second embodiment of the present invention. Only the points different from the first embodiment will be described.
【0037】第一のパルス成形装置230aと第二のパ
ルス成形装置230bとが同軸ケーブルで構成される。
第一のパルス成形装置230aの中心軸とシールドとが
それぞれ一対の第一の出力端233a、234aに繋が
り、第二のパルス成形装置230bの中心軸とシールド
とがそれぞれ一対の第の一出力端233b、234bに
繋がる。The first pulse shaping device 230a and the second pulse shaping device 230b are coaxial cables.
The central axis and the shield of the first pulse shaping device 230a are connected to the pair of first output ends 233a and 234a, respectively, and the central axis and the shield of the second pulse shaping device 230b are respectively the pair of first output ends. It is connected to 233b and 234b.
【0038】第二の実施形態に係る高電圧パルス発生装
置の作用は、第一の実施形態に係る電圧パルス発生装置
と同じなので説明を省略する。The operation of the high voltage pulse generator according to the second embodiment is the same as that of the voltage pulse generator according to the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
【0039】次に、第一の実施形態に係る高電圧パルス
発生装置のエネルギー効率を、同一条件でのベースライ
ン型高電圧パルス発生装置とブルームライン型高電圧パ
ルス発生装置のエネルギー効率と比較しつつ、評価す
る。第二の実施形態に係る高電圧パルス発生装置のエネ
ルギー効率は、第一の実施形態に係る高電圧パルス発生
装置のエネルギー効率の考え方と同様であるので、説明
を省略する。Next, the energy efficiency of the high voltage pulse generator according to the first embodiment is compared with the energy efficiency of the baseline type high voltage pulse generator and the bloom line type high voltage pulse generator under the same conditions. While evaluating. The energy efficiency of the high-voltage pulse generator according to the second embodiment is the same as the concept of energy efficiency of the high-voltage pulse generator according to the first embodiment, so description thereof will be omitted.
【0040】最初に、高電圧パルス発生装置のパルス立
ち上がり時の時定数を評価する。トランスの一次コイル
へ印加する台形のパルスは、パルス成形回路の複数のコ
ンデンサから放電した複数のパルスが重ね合ったもので
ある。従って、最初の1パルスに着目し、その時定数を
算出すると、パルス立ち上がり時の時定数を評価でき
る。First, the time constant at the pulse rise of the high voltage pulse generator is evaluated. The trapezoidal pulse applied to the primary coil of the transformer is a superposition of a plurality of pulses discharged from a plurality of capacitors of the pulse shaping circuit. Therefore, by focusing on the first pulse and calculating the time constant, the time constant at the pulse rise can be evaluated.
【0041】最初の1パルス(以下、初期パルスとい
う。)の電荷に影響を与えるインダクタンスを各形式毎
に求めると次の表になる。The following table shows the inductance that affects the charge of the first pulse (hereinafter referred to as the initial pulse) for each type.
【表1】 [Table 1]
【0042】上記の表を説明する。ここで、本発明の実
施形態に係る高電圧パルス発生装置とブルームライン型
高電圧パルス発生装置のトランスの巻き数比は、1:n
であって、ベースライン型高電圧パルス発生装置のトラ
ンスの巻き数比は、1:2nであるとする。また、パル
ス成形装置の一段のインダクタのインダクタンスはL
PFNである。The above table will be described. Here, the fruit of the present invention
High-voltage pulse generator and bloom line type according to the embodiment
The turns ratio of the transformer of the high voltage pulse generator is 1: n.
The baseline type high voltage pulse generator
The winding turns ratio is 1: 2n. Also, pal
The inductance of the first stage inductor of the molding machine is L
PFNIs.
【0043】最初に、初期パルスに影響を与えるパルス
成形回路のインダクタンスを検討する。本発明の実施形
態に係る高電圧パルス発生装置では、スイッチ素子に直
近のコンデンサに充電された電荷が1パルス目の電圧を
形成する。スイッチ素子とトランスとそのコンデンサで
つくる閉ループ内にあるインダクタは1個であるので、
初期パルスに影響をあたえるパルス成形回路インダクタ
ンスはLPFNである。一方、ブルームライン型では、ス
イッチ素子とトランスとそのコンデンサでつくる閉ルー
プ内にあるインダクタはn個であるので、初期パルスに
影響をあたえるパルス成形回路インダクタンスはn×L
PFNである。ベースライン型では、スイッチ素子とトラ
ンスとそのコンデンサでつくる閉ループ内にあるインダ
クタは1個であるので、初期パルスに影響をあたえるパ
ルス成形回路インダクタンスはL PFNである。First, the pulse that affects the initial pulse
Consider the inductance of the molded circuit. Embodiment of the present invention
In the high voltage pulse generator related to
The electric charge charged in the nearby capacitor changes the voltage of the first pulse
Form. With switch element, transformer and its capacitor
Since there is only one inductor in the closed loop,
Pulse shaping circuit inductor that affects the initial pulse
L isPFNIs. On the other hand, in the bloom line type,
Closed loop made of switch element, transformer and its capacitor
Since there are n inductors in the loop,
The pulse shaping circuit inductance that affects is n × L
PFNIs. In the baseline type, switching elements and
Of the inductor inside the closed loop formed by the
Since there is only one connector, it affects the initial pulse.
Loose forming circuit inductance is L PFNIs.
【0044】次に、初期パルスに影響を与えるパルスト
ランスリーケージインダクタンスを検討する。本発明の
実施形態に係る高電圧パルス発生装置では、巻き数比が
nであるトランスのパルストランスリーケージインダク
タンスをLl2とすると、トランスが2個あるので、本発
明の実施形態に係る高電圧パルス発生装置のパルストラ
ンスリーケージインダクタンスは2Ll2である。一方、
ブルームライン型高電圧パルス発生装置では、巻き数比
がnであるトランスを一個使用するので、ブルームライ
ン型高電圧パルス発生装置のパルストランスリーケージ
インダクタンスはLl2である。ベースライン型高電圧パ
ルス発生装置では、巻き数比が2nであるトランスのパ
ルストランスリーケージインダクタンスをLl1とする
と、ベースライン型高電圧パルス発生装置のパルストラ
ンスリーケージインダクタンスはL l1である。一般に、
Ll1はL12よりも大きくなる。Next, the pulse pulse that affects the initial pulse is
Consider lance leakage inductance. Of the present invention
In the high voltage pulse generator according to the embodiment, the winding ratio is
Pulse transformer leakage inductance of the transformer that is n
Closet Ll2Then, since there are two transformers,
Of the high voltage pulse generator according to the first embodiment
Three cage inductance is 2Ll2Is. on the other hand,
The number of turns in a Bloomline type high voltage pulse generator
Since one transformer with n is used,
Pulse leakage of a high voltage pulse generator
Inductance is Ll2Is. Baseline type high voltage power supply
In the loose generator, the transformer part with a winding ratio of 2n
Loose transformer leakage inductance is Ll1To
And the pulse transformer of the baseline type high voltage pulse generator.
Three-cage inductance is L l1Is. In general,
Ll1Is L12Will be larger than.
【0045】次に、初期パルスに影響を与えるトランス
一次側を2次側へ変換した線路のインダクタンスを検討
する。本発明の実施形態に係る高電圧パルス発生装置で
は、トランス一次側の線路(線路長さ2m程度)のイン
ダクタンスをLとすると、トランス一次側を2次側へ変
換した線路のインダクタンスはn2Lである、一方、ブ
ルームライン型高電圧パルス発生装置では、トランス一
次側を2次側へ変換した線路のインダクタンスはn2L
である。ベースライン型高電圧パルス発生装置では、巻
き数が2nであるので、トランス一次側を2次側へ変換
した線路のインダクタンスは4n2Lである。Next, the inductance of the line in which the primary side of the transformer, which affects the initial pulse, is converted to the secondary side will be examined. In the high voltage pulse generator according to the embodiment of the present invention, if the inductance of the transformer primary side line (line length of about 2 m) is L, the inductance of the line obtained by converting the transformer primary side to the secondary side is n 2 L. On the other hand, in the Bloomline type high voltage pulse generator, the inductance of the line obtained by converting the transformer primary side to the secondary side is n 2 L
Is. In the baseline type high voltage pulse generator, since the number of turns is 2n, the inductance of the line obtained by converting the transformer primary side to the secondary side is 4n 2 L.
【0046】上記のパルス成形回路のインダクタンスと
パルストランスリーケージインダクタンスとトランス一
次側を2次側へ変換した線路のインダクタンスの総和
が、初期パルスに影響を与える。総和をLallとする
と、実際の高電圧パルス発生装置の仕様では、本発明の
実施形態に係る高電圧発生装置のLallが、ブルームラ
イン型高電圧発生装置のLallとベースライン型高電圧
発生装置のLallよりも小さくなる。The sum of the inductance of the pulse shaping circuit, the pulse transformer leakage inductance, and the inductance of the line obtained by converting the transformer primary side to the secondary side affects the initial pulse. If the sum is referred to as L all, in the specification of the actual high-voltage pulse generating device, L all of the high voltage generating apparatus according to an embodiment of the present invention, L all baseline high-voltage Blumlein-type high voltage generator It is smaller than L all of the generator.
【0047】そして、初期パルスの立ち上がり時間T
は、回路時定数で代表され、その値は以下の式で与えら
れる。Then, the rising time T of the initial pulse
Is represented by a circuit time constant, and its value is given by the following equation.
【式1】 [Formula 1]
【0048】[0048]
【実施例】実際の高電圧パルス発生装置の仕様を基に実
施例を説明する。高電圧パルス発生装置の仕様を以下の
様に選定する。
トランス昇圧比 n=8
トランス1次側の線路のインダクタンス L=2μH
パルストランスリーケージインダクタンス Ll1=1.7μH
Ll2=1.5μH
パルス成形回路の一段のインダクタンス LPFN=1μH
パルス成形回路の段数 n=20段
パルス成形回路の一段のコンデンサ容量 C=3.5mFEXAMPLE An example will be described based on the specifications of an actual high voltage pulse generator. Select the specifications of the high voltage pulse generator as follows. Transformer step-up ratio n = 8 Transformer primary side line inductance L = 2 μH Pulse transformer leakage inductance L l1 = 1.7 μH L l2 = 1.5 μH One stage inductance of pulse shaping circuit L PFN = 1 μH Number of pulse shaping circuit stages n = 20 stages, one stage capacitor capacity of pulse shaping circuit C = 3.5 mF
【0049】3種類の高電圧パスル発生装置のインダク
タンスは、以下の様になる。The inductances of the three types of high voltage pulse generators are as follows.
【表2】 [Table 2]
【0050】3種類の高電圧パルス発生回路のパルスの
立ち上がり時間Tは以下の様になる。The rising times T of the pulses of the three types of high voltage pulse generating circuits are as follows.
【表3】
この結果から、本発明の実施形態に係る電圧パルス発生
装置では、従来の電圧パスル発生装置に比べて、パルス
立ち上がり時間が短いことが分かる。[Table 3] From this result, it can be seen that the voltage pulse generator according to the embodiment of the present invention has a shorter pulse rise time than the conventional voltage pulse generator.
【0051】次に、上記の仕様の高電圧パルス発生装置
のコンピュータシミュレーション結果を説明する。図3
は、本発明の実施形態に係る電圧パルス発生装置のシミ
ュレーション結果の図である。図4は、3種類の高電圧
パルス発生装置のエネルギーロスの比較図である。Next, a computer simulation result of the high voltage pulse generator having the above specifications will be described. Figure 3
FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of the voltage pulse generator according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a comparison diagram of energy loss of three types of high voltage pulse generators.
【0052】本発明の実施形態に係る高電圧パルス派生
装置の出力したパルス波形は、ブルームライン型高電圧
パルス派生装置のパルス波形やベースライン型高電圧パ
ルス派生装置のパルス波形に比較して、俊敏に立ち上が
り短い時間で定格の電圧に達し、俊敏に立ち下がり短い
時間で電圧が下がっていることが分かる。理想パルスの
エネルギーを1.0とすると、本発明の実施形態に係る
高電圧パルス発生装置のエネルギーは1.45となる。
一方、ブルームライン型高電圧パルス発生装置のエネル
ギーは1.6となり、ベースライン型高電圧パルス発生
装置のエネルギーは1.9となる。エネルギーが少ない
ほど、エネルギーロスが少ないので、本発明の実施形態
に係る高電圧パルス発生装置が3種類の高電圧パルス発
生装置に中で最もエネルギーロスが少ない。The pulse waveform output from the high voltage pulse deriving apparatus according to the embodiment of the present invention is compared with the pulse waveform of the Bloomline type high voltage pulse deriving apparatus and the pulse waveform of the baseline type high voltage pulse deriving apparatus, It can be seen that the voltage quickly rises and reaches the rated voltage in a short time, and the voltage rapidly falls and drops in a short time. When the energy of the ideal pulse is 1.0, the energy of the high voltage pulse generator according to the embodiment of the present invention is 1.45.
On the other hand, the energy of the Bloomline type high voltage pulse generator is 1.6 and the energy of the baseline type high voltage pulse generator is 1.9. The energy loss is lower as the energy is lower, so the high voltage pulse generator according to the embodiment of the present invention has the lowest energy loss among the three types of high voltage pulse generators.
【0053】上述の実施形態の高電圧パスル発生装置を
用いれば、初期パルスに影響を与える回路インピーダン
スを小さくし、初期パルスの立ち上がりを早くすること
ができる。また、負荷に印加するパルス波形が矩形に近
くなるので、エネルギーロスが少なくなる。By using the high-voltage pulse generator of the above-described embodiment, the circuit impedance affecting the initial pulse can be reduced and the rising edge of the initial pulse can be accelerated. Moreover, since the pulse waveform applied to the load is close to a rectangle, energy loss is reduced.
【0054】本発明は以上に述べた実施形態に限られる
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変
更が可能である。図示した回路では、パルス成形回路の
インダクタが接続されている側の出力端を二次コイルに
接続したがこれに限定されず、例えば、インダクタが接
続されていない側の出力端を一次コイルに接続しても良
い。また、実施例の説明では、2つのパルス成形回路を
用いたがこれに限定されず、3つ以上のパルス成形回路
を用いても良い。The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. In the illustrated circuit, the output end of the pulse shaping circuit on the side where the inductor is connected is connected to the secondary coil, but the present invention is not limited to this.For example, the output end on the side where the inductor is not connected is connected to the primary coil. You may. Further, although two pulse shaping circuits are used in the description of the embodiment, the present invention is not limited to this, and three or more pulse shaping circuits may be used.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上説明したように本発明の負荷に高電
圧パスルを印加する高電圧パルス発生装置は、その構成
により、以下の効果を有する。スイッチ回路が第一の一
次コイルと第二の一次コイルの間の接続点を第一の出力
端の他端と第二の出力端の他端とに短絡すると、第一パ
ルス成形回路に充電された電荷が第一の出力端を経由し
て第一の一次コイルへ流れて誘導電流が第一の二次コイ
ルを流れ、第二パルス成形回路に充電された電荷が第二
の出力端を経由して第二の一次コイルへ流れて誘導電流
が第二の二次コイルを流れ、第一の二次コイルを流れる
電流と第二の二次コイルを流れる電流が同一方向に流れ
て加算されて負荷に印加するので、全体としてインピー
ダンスの小さな回路を構成でき、立ち上がりが早くてエ
ネルギーロスの少ない高電圧パルスを負荷に印加でき
る。また、第一のトランスと第二のトランスの一方が同
極性で、他方が異極性であるので、前記スイッチ素子を
接続した際に、単純な回路構成により、前記第一の二次
コイルと前記第二の二次コイルとに同一方向の電流が流
れる様にすることができる。また、前記回路素子が並列
接続されたコンデンサを有するので、集中定数素子で構
造の簡単なパルス成形回路を構成できる。また、前記回
路素子が同軸ケーブルを有するので、分布定数素子でコ
ンパクトなパルス成形回路を構成できる。従って、出力
パルスの立ち上がりを早くしてエネルギー効率の良い高
電圧パルス発生装置を提供できる。As described above, the high voltage pulse generator for applying a high voltage pulse to the load of the present invention has the following effects due to its configuration. When the switch circuit short-circuits the connection point between the first primary coil and the second primary coil to the other end of the first output end and the other end of the second output end, the first pulse shaping circuit is charged. The electric charge flows to the first primary coil via the first output terminal, the induced current flows to the first secondary coil, and the electric charge charged in the second pulse shaping circuit passes through the second output terminal. Then, the induced current flows to the second primary coil and the induced current flows to the second secondary coil, and the current flowing to the first secondary coil and the current flowing to the second secondary coil flow in the same direction and are added. Since it is applied to the load, it is possible to form a circuit having a small impedance as a whole, and to apply a high-voltage pulse having a quick rise and less energy loss to the load. Further, since one of the first transformer and the second transformer has the same polarity and the other has the opposite polarity, when the switching element is connected, the first secondary coil and the It is possible to make a current flow in the same direction as the second secondary coil. Further, since the circuit element has a capacitor connected in parallel, a pulse shaping circuit having a simple structure can be constituted by a lumped constant element. Further, since the circuit element has the coaxial cable, a compact pulse shaping circuit can be configured with the distributed constant element. Therefore, it is possible to provide a high-voltage pulse generator with high energy efficiency by speeding the rising of the output pulse.
【0056】[0056]
【図1】本発明の第一の実施形態の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第二の実施形態の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施形態のシミュレーション結果の図
である。FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of the embodiment of the present invention.
【図4】3種類の高電圧パルス発生装置のエネルギーロ
スの比較図である。FIG. 4 is a comparison diagram of energy loss of three types of high voltage pulse generators.
【図5】ベースライン型高電圧パルス発生装置の回路図
である。FIG. 5 is a circuit diagram of a baseline type high voltage pulse generator.
【図6】ブルームライン型高電圧パルス発生装置の回路
図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a Bloomline high voltage pulse generator.
1 負荷 100 第一の実施形態に係る電圧パルス発生装置 110 負荷側回路 111a 第一のトランス 111b 第二のトランス 112a 第一の二次コイル 112b 第二の二次コイル 113a 第一の一次コイル 113b 第二の一次コイル 120 駆動側回路 121 中間接続点 130a 第一のパルス成形回路 130b 第二のパルス成形回路 131 コンデンサ 132 インダクタ 133a 第一の出力端の一端 133b 第二の出力端の一端 134a 第一の出力端の他端 134b 第二の出力端の他端 140 スイッチ回路 141 スイッチ素子 150 充電回路 151 電源 200 第二の実施形態に係る電圧パルス発生装置 210 負荷側回路 211a 第一のトランス 211b 第二のトランス 212a 第一の二次コイル 212b 第二の二次コイル 213a 第一の一次コイル 213b 第二の一次コイル 220 駆動側回路 221 中間接続点 230a 第一のパルス成形回路 230b 第二のパルス成形回路 231 同軸ケーブルの心線 232 同軸ケーブルのシールド線 233a 第一の出力端の一端 233b 第二の出力端の一端 234a 第一の出力端の他端 234b 第二の出力端の他端 240 スイッチ回路 241 スイッチ素子 250 充電回路 251 電源 300 ベースライン型高電圧パルス発生装置 310 負荷側回路 311 トランス 312 二次コイル 313 一次コイル 320 駆動側回路 330 パルス成形回路 331 コンデンサ 332 インダクタ 333 出力端の一端 334 出力端の他端 340 スイッチ回路 341 スイッチ素子 350 充電回路 351 電源 400 ブルームライン型高電圧パルス発生装置 410 負荷側回路 411 トランス 412 二次コイル 413 一次コイル 420 駆動側回路 430a 第一のパルス成形回路 430b 第二のパルス成形回路 431 コンデンサ 432 インダクタ 433a 第一の出力端の一端 433b 第二の出力端の一端 434a 第一の出力端の他端 434b 第二の出力端の他端 440 スイッチ回路 441 スイッチ素子 450 充電回路 451 電源 1 load 100 Voltage Pulse Generator According to First Embodiment 110 Load side circuit 111a first transformer 111b Second transformer 112a First secondary coil 112b Second secondary coil 113a First primary coil 113b Second primary coil 120 drive side circuit 121 Intermediate connection point 130a First pulse shaping circuit 130b Second pulse shaping circuit 131 capacitors 132 inductor 133a One end of the first output end 133b One end of the second output end 134a The other end of the first output end 134b The other end of the second output end 140 switch circuit 141 switch element 150 charging circuit 151 power supply 200 Voltage Pulse Generator According to Second Embodiment 210 Load side circuit 211a First transformer 211b Second transformer 212a First secondary coil 212b Second secondary coil 213a First primary coil 213b Second primary coil 220 Drive side circuit 221 Intermediate connection point 230a First pulse shaping circuit 230b Second pulse shaping circuit 231 Core wire of coaxial cable 232 Coaxial cable shield wire 233a One end of the first output end 233b One end of the second output end 234a The other end of the first output end 234b The other end of the second output end 240 switch circuit 241 switch element 250 charging circuit 251 power supply 300 Baseline High Voltage Pulse Generator 310 Load side circuit 311 transformer 312 secondary coil 313 Primary coil 320 Drive side circuit 330 pulse shaping circuit 331 capacitor 332 inductor 333 One end of output end 334 Other end of output end 340 switch circuit 341 switch element 350 charging circuit 351 power supply 400 Bloom line type high voltage pulse generator 410 Load side circuit 411 transformer 412 Secondary coil 413 Primary coil 420 Drive side circuit 430a First pulse shaping circuit 430b Second pulse shaping circuit 431 capacitor 432 inductor 433a One end of the first output end 433b One end of the second output end 434a The other end of the first output end 434b The other end of the second output end 440 switch circuit 441 switch element 450 charging circuit 451 power supply
Claims (4)
発生装置であって、2次コイルを負荷に直列接続された
第一のトランスと第二のトランスとを有する負荷側回路
と、一対の第一の出力端に接続され充電用の電荷を蓄積
する回路要素を有する第一のパルス成形回路と、一対の
第二の出力端に接続され充電用の電荷を蓄積する回路要
素を有する第二のパルス成形回路と、前記第一の出力端
の一端と前記第二の出力端の一端との間に前記第一のト
ランスの第一の一次コイルと前記第二のトランスの第二
の一次コイルとを直列接続した駆動側回路と、前記第一
の一次コイルと前記第二の一次コイルとの間の接続点を
前記第一の出力端の他端と前記第二の出力端の他端とに
短絡可能なスイッチ素子を有するスイッチ回路と、を備
え、前記スイッチ素子を接続すると前記第一の二次コイ
ルと前記第二の二次コイルとに同一方向の電流が流れる
様になった、ことを特徴とする電圧パルス発生装置。1. A voltage pulse generator for applying a voltage pulse to a load, comprising: a load side circuit having a first transformer and a second transformer in which a secondary coil is connected in series to the load; and a pair of first and second transformers. A first pulse shaping circuit having a circuit element connected to one output end for storing charge for charging, and a second pulse forming circuit having a circuit element connected to a pair of second output ends for storing charge for charging. A pulse shaping circuit, a first primary coil of the first transformer and a second primary coil of the second transformer between one end of the first output end and one end of the second output end. Drive side circuit connected in series, the connection point between the first primary coil and the second primary coil to the other end of the first output end and the other end of the second output end. A switch circuit having a switch element capable of being short-circuited; A voltage pulse generator characterized in that when a child is connected, a current flows in the same direction in the first secondary coil and the second secondary coil.
同極性で、他方が異極性であることを特徴とする請求項
1に記載の電圧パルス発生装置。2. The voltage pulse generator according to claim 1, wherein one of the first transformer and the second transformer has the same polarity and the other has the opposite polarity.
サを有することを特徴とする請求項1または請求項2の
一つに記載の電圧パルス発生装置3. The voltage pulse generator according to claim 1, wherein the circuit element has a capacitor connected in parallel.
とを特徴とする請求項1または請求項2の一つに記載の
電圧パルス発生装置4. The voltage pulse generator according to claim 1, wherein the circuit element has a coaxial cable.
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2001
- 2001-07-26 JP JP2001225560A patent/JP4711211B2/en not_active Expired - Fee Related
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