半導体化インパルス電圧発生装置の開発

半导体冲击电压发生器的研制

• 批准号: 08750324
• 负责人: 前山 光明
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750324/
• 关键词: インパルス発生回路; マルクス回路; パルスパワー電源; 半導体スイッチ; サイリスタ

[目的]半導体化インパルス電圧発生装置(半導体化IG)は、マルクス回路などに代表される高電圧発生回路に従来用いられているギャップスイッチをサイリスタ(以下Th)に置き換えたIGである。本研究では、複数個あるThのトリガ方法として、初段のThが動作後発生する電圧変化を利用して各段のThをトリガさせる方式を採用し、トリガ回路が単純で、無調整で広い出力電圧範囲をもつ半導体化IGの開発を行った。[設計・試作]サイリスタを高速(1μs程度)に動作させるためには、時間幅とトリガ電流を適切に設定する必要がある。本研究ではこの調整を容易にさせるため、Thに印可される電圧(Vc)を分圧充電する電源用コンデンサ、単安定マルチバイブレータIC(C-MOS4558B)とトランジスタを組み合わせたトリガ回路を設計製作した。[40kV・1kA級IGの試作と動作特性測定]12段のIGを試作(一段のコンデンサC=0.1μF)し動作特性を測定した。これにより得られた知見は、以下の通りである。1)Vc=2kVにおいて、出力電圧Vout=20kV立ち上がり時間τ=0.7μsのインパルス電圧を発生する事ができた。なお、目標の40kVの出力は、段数を増やすことで達成できる見通しを得た。2)回路の定数を無調整でVout=10〜20kV可変であること、および、Vcを大きくすることで、IGの動作が高速になることを確認した。3)ゲート回路の消費電力(電流)が小さいため(50μA程度)、IGの充電回路の電源容量を小さくできる。4)ギャップスイッチを用いたIG場合に比べ、素子の配置の自由度を高くできる。5)市販のディジタル信号用光ファイバー通信装置を用い、簡易な高電位側電圧測定装置を開発した。

[目的]半导体脉冲电压发生器（半导体IG）是IG，其中通常在高压发电机电路（如马克思电路）中使用的间隙开关被晶状体替换（以后TH）。在这项研究中，我们采用了一种使用TH在第一阶段操作后发生的电压变化触发多个TH的方法，并开发了一个半导体IG，具有简单的触发电路和宽的输出电压范围而无需调整。 [设计和原型]为了高速（约1μs）操作晶闸管，必须适当设置时间宽度和触发电流。在这项研究中，为了促进这种调整，我们设计并制造了一个触发电路，该电路结合了将电压（VC）分配给TH的电源电容器，该电源电容器（VC），一个可单位的多振动器IC（C-MOS4558B）和晶体管。 [40KV/1KA类Ig的原型和操作特征测量]我们产生了12阶段的Ig（一级电容器C =0.1μF），以测量工作特性。通过此目的获得的发现如下。 1）在VC = 2KV时，产生了输出电压VOUT = 20KV上升时间τ=0.7μs的脉冲电压。此外，预计将通过增加阶段数量来实现40kV的目标输出。 2）我们确认电路常数是可变的VOUT = 10至20kV而无需调整，并且通过增加VC，IG操作可以更快。 3）由于门电路的功耗（电流）很小（约50μa），因此可以降低IG充电电路的电源能力。 4）与使用间隙开关IG相比，可以提高元素排列的自由度。 5）使用商业可用的光纤通信设备为数字信号开发了一个简单的高电位侧电压测量设备。

项目成果

"ヘリカル変形を通したポロイダル・トロイダル回路のエネルギー変換" 電気学会 高電圧・一般産業合同研究会資料. 1-6 (1997)

“通过螺旋形变实现极向和环形电路中的能量转换”IEEJ 高电压和一般工业联合研究组材料 1-6 (1997)。

石井晋: "半導体スイッチング素子を用いたパルスパワー電源の高繰り返し化に関する研究" 平成9年電気学会全国大会. (1997)

Susumu Ishii：“使用半导体开关元件的高重复率脉冲电源的研究”1997年日本电气工程师学会全国会议（1997）。