半導体化インパルス電圧発生装置の開発

[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。