非線形伝送線路を用いた高速高電圧パルス電源

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555087
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 石井 彰三 東京工業大学, 工学部, 教授 (40016655)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石井 彰 東芝, 重電技術研究所, 研究員 ; 井深 真治 東京工業大学, 工学部, 助手 (70262277)
• Keywords: 非線形線路 / 高電圧パルス発生器 / セラミックコンデンサ / 非線形波動 / パルスパワー技術 / パワーデバイス

Research Abstract

非線形伝送線路を用いた新方式の高速高電圧パズル発生装置について、高電圧出力と高繰り返し動作は以下のように実現できることが明かとなった。まず、高電圧パルスは非線形コンデンサを直列接続することにより、どこまで電圧値を高くできるかを検討した。市販のセラミックコンデンサを直列接続したとき出力電圧15kVが得られ、さらなる高電圧化も直列接続により支障なく達成できることが判った。実用的な負荷に接続した際の問題点を調べるため、小型の炭酸ガスレーザ装置の電源として用いたところ、高気圧ガス中で一様なグロー放電を発生させることができ、放電負荷に適用する際の問題花井。一方、高性能化を行う場合に解決すべきことも何点か判明した。非線形コンデンサの静電容量の電圧特性には温度依存性があり、高繰り返し時において電圧立ち上がり時間など出力特性が変化する恐れがある。また、線路の損失としてインダクタの抵抗成分が問題と思われていたが、数値的シミュレーションに基づいた解析によると、コンデンサの並列コンダクタンスが無視できないことが判った。このため、非線形伝送経路に適したセラミックコンデンサの開発が重要課題となった。非線形回路の場合においては数値計算によるかいろの特性解析がきわめて有効であり、駆動部ならびに負荷も含めた解析をもとにした設計が必要である。今年度の研究の中で新たな方向として見いだしたのが、二つの非線型波動の衝突を利用する高電圧パルスの発生である。この方法によると高電圧化とパルスの急峻化が効果的に行われる特徴がある。高繰り返し動作を実現するため、Slサイリスタを用いた駆動回路の開発も行った。この回路で発生パルス電圧20kVを得ることができたので、次年度は実用的なパルス電源の設計試作を行う予定である。

Research Products

• [Publications] A. Ishii: "Nonlinear high vdtage transmission line for transversely excited CO_2 lasers" Proc. of the 22nd International conference on phenomena in Ionized Gases. 75-76 (1995)
• [Publications] A. Ishii: "Nonlinear transinission line as a fast high voltage pulse generator for pulsed gas lasers" Proc. of the 11th International conference Gas Dicharges and Their Applecations. II. 344-347 (1995)
• [Publications] 石井 彰三: "パワーデバイスを用いたパルスパワー電源への期待とその問題点" 電気学会研究会資料 EDD-95-74.SPC-95-57. 1050-1056 (1995)