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JP3985580B2 - Pulse power supply - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エキシマレーザやオソナイザなどに使用するパルス電源装置に係り、特に複数ユニット構成とする場合の主回路構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のパルス電源装置の主回路構成例を図3に示し、装置構成は充電ユニット1と磁気圧縮ユニット2および負荷ユニット3で分離構成される。
【0003】
図3で、GTOやIGBT等の半導体スイッチSW1,2を同時にONすることで、I1で示す経路に電流が流れ、直流電源電圧E,リアクトルL1のインダクタンス値をL,ONしてからの時間をtとするとI=E/L×tの電流が流れ、この時リアクトルL1には1/2×LI2の電磁エネルギーが蓄えられる。
【0004】
次に、スイッチSW1,2を同時にOFFすると、I2で示す経路に電流が流れ、リアクトルL1に蓄えられた電磁エネルギーはコンデンサC0に転送され、コンデンサC0のコンデンサ容量をC、充電電圧をVとすると、V=√L/√C×Iに充電される。
【0005】
次に、SW3をONすると、コンデンサC0→C1→C2と磁気パルス圧縮されながらパルス電流が転送され、負荷ユニット3のレーザ電極等の負荷に放電パルス電流を供給することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
パルス電源装置は、大きさ、重量の制約により、前記のように、充電ユニット、磁気圧縮ユニット、負荷ユニットの3ユニットに分割され、1つのフレームに収められている。各ユニットの主回路構成は図3のようになっている。
【0007】
図3で、接続A、または接続B、または接続A・B両方の接続を忘れたまた運転された場合、スイッチSW1,2を同時にOFFしたとき、リアクトルL1に蓄えられた電磁エネルギーは行き場を失い、SW1,2を電圧破損する可能性がある。
【0008】
各ユニット間の接続はユーザーが行っており、また、寿命・バージョンアップ等で、ユニット単位で装置を交換することがある。この際、接続A,Bの接続忘れによって装置が破損してしまう可能性があるという問題点がある。
【0009】
また、正常に接続が行われている場合においても、スイッチSW2とコンデンサC0は別々のユニットに収められているため、SW2〜C0間の閉回路でリアクトル分が大きくなってしまう。SW2をOFFしたとき、このリアクトル分が大きいほどSW2にはより大きなサージ電圧が発生するため、SW2にはスナバ回路が必要になったり、SW2のスイッチング損失が増えるという問題があった。
【0010】
本発明の目的は、上記の課題を解決したパルス電源装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、充電ユニットと磁気圧縮ユニット間に接続忘れを起こした場合、リアクトルL1に電磁エネルギーが蓄積されないユニット間分離構造、またはリアクトルL1の蓄積エネルギーを放出できるユニット間分離構造としたもので、以下の構成を特徴とする。
【0012】
(1)半導体スイッチのオン制御によりリアクトルに電磁エネルギーを蓄積する充電ユニットと、前記半導体スイッチのオフ制御により前記リアクトルの電磁エネルギーでコンデンサを充電し、前記コンデンサを電源として磁気パルス圧縮したパルス電流を発生する磁気圧縮ユニットと、前記パルス電流が供給される負荷ユニットとを備えたパルス電源装置において、
前記半導体スイッチは前記磁気圧縮ユニットに配置し、前記充電ユニットと磁気圧縮ユニット間をライン接続するユニット間分離構造としたことを特徴とする。
【0013】
(2)半導体スイッチのオン制御によりリアクトルに電磁エネルギーを蓄積する充電ユニットと、前記半導体スイッチのオフ制御により前記リアクトルの電磁エネルギーでコンデンサを充電し、前記コンデンサを電源として磁気パルス圧縮したパルス電流を発生する磁気圧縮ユニットと、前記パルス電流が供給される負荷ユニットとを備えたパルス電源装置において、
前記半導体スイッチおよびコンデンサは前記充電ユニットに配置し、前記充電ユニットと磁気圧縮ユニット間をライン接続するユニット間分離構造としたことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態1を示すユニット構成図である。同図が図3と異なる部分は、充電ユニット1と磁気圧縮ユニット2との間は、リアクトルL1と半導体スイッチSW2との接続ラインで分離構成する。
【0015】
すなわち、従来充電ユニット1内に構成されていた、スイッチSW2及びダイオードD2を磁気圧縮ユニット2内に配置する。
【0016】
以上の構成によれば、パルス電源装置全体で見たときの主回路構成は変わらないが、接続A,Bの接続を忘れた場合、スイッチSW1,2をONしても、電流I1が流れないため、リアクトルL1への磁気エネルギーの蓄積が発生せず、スイッチSW1,SW2のOFFにも高いサージ電圧が発生することなく、スイッチSW1,SW2の破損を防止できる。
【0017】
図2は、本発明の実施形態2を示すユニット構成図である。同図では、充電ユニット1と磁気圧縮ユニット2との間は、コンデンサC0を充電ユニット1側に配置し、コンデンサC0とスイッチSW3との接続ラインで分離構成する。
【0018】
すなわち、従来磁気圧縮ユニット2内に構成されていた、コンデンサC0を充電ユニット2内に配置する。
【0019】
この構成によれば、パルス電源装置全体で見たときの主回路構成は変わらないが、接続A,Bの接続を忘れた場合、スイッチSW3をONしても負荷ユニット3に放電パルス電流を供給することが出来なくなるが、スイッチSW1,2をOFFした時、I2の経路で電流が流れるため、コンデンサC0の充電動作がなされ、スイッチSW1,SW2に過電圧が発生することなく、その破損を防止できる。
【0020】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、充電ユニットと磁気圧縮ユニット間の主回路接続を忘れてもスイッチSW1,2の破損を防ぐことが出来る。
【0021】
また、スイッチSW2とC0コンデンサは同じユニット内に構成されるため、SW2〜C0間でリアクトル分が小さくなるような閉回路にすることができ、SW2のスナバ回路が不要になったり、SW2のスイッチング損失を低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示すユニット構成図。
【図2】本発明の実施形態2を示すユニット構成図。
【図3】従来のパルス電源装置のユニット回路構成図。
【符号の説明】
1…充電ユニット
2…磁気圧縮ユニット
3…負荷ユニット
L1…リアクトル
SW1,SW2,SW3…半導体スイッチ
C0…コンデンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse power supply device used for an excimer laser, an ozonizer, and the like, and more particularly to a main circuit configuration in the case of a multi-unit configuration.
[0002]
[Prior art]
An example of the main circuit configuration of this type of pulse power supply device is shown in FIG. 3, and the device configuration is constituted by a charging unit 1, a magnetic compression unit 2, and a load unit 3.
[0003]
In FIG. 3, by simultaneously turning on the semiconductor switches SW1 and SW2, such as GTO and IGBT, a current flows through the path indicated by I1, and the DC power supply voltage E and the inductance value of the reactor L1 are set to L and ON. Assuming that t, a current of I = E / L × t flows, and at this time, electromagnetic energy of ½ × LI 2 is stored in the reactor L1.
[0004]
Next, when the switches SW1 and SW2 are simultaneously turned OFF, a current flows through the path indicated by I2, and the electromagnetic energy stored in the reactor L1 is transferred to the capacitor C0, where the capacitor capacity of the capacitor C0 is C and the charging voltage is V. , V = √L / √C × I.
[0005]
Next, when SW3 is turned on, the pulse current is transferred while being compressed with the magnetic pulses C0 → C1 → C2, and the discharge pulse current can be supplied to the load such as the laser electrode of the load unit 3.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The pulse power supply device is divided into three units, that is, a charging unit, a magnetic compression unit, and a load unit, as described above, due to size and weight restrictions, and is stored in one frame. The main circuit configuration of each unit is as shown in FIG.
[0007]
In FIG. 3, when the connection A, the connection B, or both of the connections A and B are forgotten or the operation is performed again, the electromagnetic energy stored in the reactor L1 loses its place when the switches SW1 and SW2 are simultaneously turned OFF. , SW1 and SW2 may be damaged.
[0008]
Connection between each unit is performed by the user, and the device may be replaced on a unit-by-unit basis due to lifetime or version upgrade. At this time, there is a problem that the device may be damaged by forgetting to connect the connections A and B.
[0009]
Even when the connection is normally performed, since the switch SW2 and the capacitor C0 are housed in separate units, the reactor becomes large in the closed circuit between SW2 and C0. When SW2 is turned off, a larger surge voltage is generated in SW2, so that a larger snubber circuit is required in SW2, and switching loss of SW2 increases.
[0010]
The objective of this invention is providing the pulse power supply device which solved said subject.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an inter-unit separation structure in which electromagnetic energy is not stored in the reactor L1 when the connection unit is forgotten between the charging unit and the magnetic compression unit, or an inter-unit separation structure that can release the stored energy of the reactor L1, It is characterized by the following configuration.
[0012]
(1) A charging unit that accumulates electromagnetic energy in a reactor by turning on a semiconductor switch, and a pulse current that is magnetically compressed by using the capacitor as a power source by charging a capacitor with the electromagnetic energy of the reactor by turning off the semiconductor switch. In a pulse power supply device comprising a magnetic compression unit that generates and a load unit to which the pulse current is supplied,
The semiconductor switch is disposed in the magnetic compression unit, and has an inter-unit separation structure in which the charging unit and the magnetic compression unit are line-connected.
[0013]
(2) A charging unit that accumulates electromagnetic energy in the reactor by turning on the semiconductor switch, a capacitor charged by the electromagnetic energy of the reactor by turning off the semiconductor switch, and a pulse current obtained by compressing magnetic pulses using the capacitor as a power source. In a pulse power supply device comprising a magnetic compression unit that generates and a load unit to which the pulse current is supplied,
The semiconductor switch and the capacitor are arranged in the charging unit, and have an inter-unit separation structure in which the charging unit and the magnetic compression unit are line-connected.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a unit configuration diagram showing Embodiment 1 of the present invention. 3 is different from FIG. 3 in that the charging unit 1 and the magnetic compression unit 2 are separated by a connection line between the reactor L1 and the semiconductor switch SW2.
[0015]
That is, the switch SW <b> 2 and the diode D <b> 2 configured in the conventional charging unit 1 are disposed in the magnetic compression unit 2.
[0016]
According to the above configuration, the main circuit configuration as seen in the entire pulse power supply device does not change, but if connection A and B are forgotten, current I1 does not flow even if switches SW1 and SW2 are turned on. Therefore, magnetic energy is not accumulated in the reactor L1, and the switches SW1 and SW2 can be prevented from being damaged without generating a high surge voltage even when the switches SW1 and SW2 are turned off.
[0017]
FIG. 2 is a unit configuration diagram showing Embodiment 2 of the present invention. In the figure, between the charging unit 1 and the magnetic compression unit 2, a capacitor C0 is disposed on the charging unit 1 side and separated by a connection line between the capacitor C0 and the switch SW3.
[0018]
That is, the capacitor C0 that has been configured in the conventional magnetic compression unit 2 is disposed in the charging unit 2.
[0019]
According to this configuration, the main circuit configuration when viewed as a whole of the pulse power supply device is not changed, but when connection A and B are forgotten, the discharge pulse current is supplied to the load unit 3 even if the switch SW3 is turned on. However, since the current flows through the path I2 when the switches SW1 and SW2 are turned off, the capacitor C0 is charged, and the overvoltage is not generated in the switches SW1 and SW2, and the damage can be prevented. .
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the switches SW1 and SW2 from being damaged even if the main circuit connection between the charging unit and the magnetic compression unit is forgotten.
[0021]
In addition, since the switch SW2 and the C0 capacitor are configured in the same unit, a closed circuit in which the reactor is reduced between SW2 and C0 can be closed, the SW2 snubber circuit becomes unnecessary, and the SW2 switching can be performed. Loss can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a unit configuration diagram illustrating a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a unit configuration diagram illustrating a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a unit circuit configuration diagram of a conventional pulse power supply device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Charging unit 2 ... Magnetic compression unit 3 ... Load unit L1 ... Reactor SW1, SW2, SW3 ... Semiconductor switch C0 ... Capacitor

Claims (2)

半導体スイッチのオン制御によりリアクトルに電磁エネルギーを蓄積する充電ユニットと、前記半導体スイッチのオフ制御により前記リアクトルの電磁エネルギーでコンデンサを充電し、前記コンデンサを電源として磁気パルス圧縮したパルス電流を発生する磁気圧縮ユニットと、前記パルス電流が供給される負荷ユニットとを備えたパルス電源装置において、
前記半導体スイッチは前記磁気圧縮ユニットに配置し、前記充電ユニットと磁気圧縮ユニット間をライン接続するユニット間分離構造としたことを特徴とするパルス電源装置。
A charging unit that stores electromagnetic energy in a reactor by on-control of a semiconductor switch, and a magnet that charges a capacitor with electromagnetic energy of the reactor by off-control of the semiconductor switch and generates a pulse current that is compressed by magnetic pulses using the capacitor as a power source In a pulse power supply device comprising a compression unit and a load unit to which the pulse current is supplied,
The pulse power supply device according to claim 1, wherein the semiconductor switch is disposed in the magnetic compression unit and has an inter-unit separation structure in which the charging unit and the magnetic compression unit are line-connected.
半導体スイッチのオン制御によりリアクトルに電磁エネルギーを蓄積する充電ユニットと、前記半導体スイッチのオフ制御により前記リアクトルの電磁エネルギーでコンデンサを充電し、前記コンデンサを電源として磁気パルス圧縮したパルス電流を発生する磁気圧縮ユニットと、前記パルス電流が供給される負荷ユニットとを備えたパルス電源装置において、
前記半導体スイッチおよびコンデンサは前記充電ユニットに配置し、前記充電ユニットと磁気圧縮ユニット間をライン接続するユニット間分離構造としたことを特徴とするパルス電源装置。
A charging unit that stores electromagnetic energy in a reactor by on-control of a semiconductor switch, and a magnet that charges a capacitor with electromagnetic energy of the reactor by off-control of the semiconductor switch and generates a pulse current that is compressed by magnetic pulses using the capacitor as a power source In a pulse power supply device comprising a compression unit and a load unit to which the pulse current is supplied,
The pulse power supply device according to claim 1, wherein the semiconductor switch and the capacitor are arranged in the charging unit, and an inter-unit separation structure is provided in which the charging unit and the magnetic compression unit are connected in a line.
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