非線形伝送線路を用いた高速高電圧パルス電源

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555087
• 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, 環境機器開発研究所, 研究員 ; 井深 真治 東京工業大学, 工学部, 助手 (70262277)
• Keywords: パルスパワー工学 / 非線形伝送線路 / セラミックコンデンサ / 半導体パワーデバイス / 高速高電圧パルス / サイリスタ

Research Abstract

高速高電圧パルスを産業応用に適用するにあたっては、半導体パワーデバイスを積極的に利用し高信頼性、高繰り返し動作の実現をはかることが不可欠である。しかしながら既存の半導体パワーデバイスは高速な立上がりのスイッチング特性を持っていない問題があった。本研究では非線形伝送線路を加えることにより、従来の半導体パワーデバイスを用いても高速の立上がり時間を有する出力10kV以上の高電圧パルス電源を実現できた。まず、市販のセラミックコンデンサを用いた伝送線路により、負荷に対するインピーダンス整合、エネルギー転送特性などパルス電源としての非線形伝送線路の性能を調べた。次に、高耐圧でかつ非線形容量特性を持つセラミックコンデンサを試作して温度、雰囲気、材料の組成など焼結時の条件を確立した。さら高電圧動作時の特性を評価し、高電圧非線形伝送線路の実現への道を開いた。実用化において問題となるコンデンサなどで生じる損失の評価は、数値シミュレーションによる回路解析から検討を加えたが、今後の課題の多いことも明らかとなった。パルスの発生は高速動作が期待できる静電誘導サイリスタを用いることとした。この素子のパルススイッチング特性はよく調べられていないので、コンデンサ放電回路に適用した場合について基礎データを収集した。高電圧化には素子を直列接続して対応せざるを得ないが、さらに高速化という条件を満足させるには、ゲート回路の改良、ゲートタイミングの最適化など特別な配慮を加えなければならないことを明らかにし、素子を五段に直列接続した試作回路において出力15kVの高速高電圧パルスを得た。また、フラッシュランプを用いた検討から高繰り返し動作の可能性を示した。

Research Products

• [Publications] 井深真治: "ソリトンの衝突を用いた高速高電圧パルスの発生" 電気学会電子デバイス・半導体電力変換合同研究会. EDD-96-90 SPC-96-70. 11-20 (1996)
• [Publications] 斎藤数成: "電力用高速SIサイリスタのパルスパワー応用への検討" 第43回応用物理学関係連合講演会. 1-26. (1996)
• [Publications] 阿部健一: "非線形伝送線路中でのソリトンの伝搬・衝突を用いた高速高電圧パルス電源" 平成8年電気学会全国大会. 1-151. (1996)