特許 6256992 電子管用電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6256992

(24)【登録日】2017年12月15日

(45)【発行日】2018年1月10日

(54)【発明の名称】電子管用電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 9/00 20060101AFI20171227BHJP

【ＦＩ】

   H02M9/00 A

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-136817(P2014-136817)

(22)【出願日】2014年7月2日

(65)【公開番号】特開2016-15831(P2016-15831A)

(43)【公開日】2016年1月28日

【審査請求日】2017年1月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】特許業務法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 均

(72)【発明者】

【氏名】青木 孝典

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１３４９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４８２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４７８９８０８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１７６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１６２３６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ９／００−９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された交流電圧を平滑コンデンサを含む整流平滑回路で整流および平滑して電子管に供給する電子管用電源装置であって、
一端が前記整流平滑回路の高電圧側の出力端に接続された第１スイッチと、
一端が前記第１スイッチの他端に接続されるとともに他端が前記電子管に接続された第１巻線、および一端が前記整流平滑回路の高電圧側の出力端に接続されるとともに他端が前記整流平滑回路の低電圧側の出力端に接続された第２巻線からなる変圧器と、
前記第１巻線に並列接続された、前記第１巻線を流れる電流を還流させる還流手段と、
一端が前記第２巻線の一端に接続されるとともに他端が前記第２巻線の他端に接続された第２スイッチと、
前記第２巻線の一端および前記第２スイッチの一端から前記整流平滑回路の高電圧側の出力端に向かって流れる電流を規制する第１の電流規制手段と、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電子管用電源装置。

【請求項2】

前記制御部により切り替えられる前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの状態には、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオン状態となる第１モードと、前記第１スイッチがオフ状態となる一方で前記第２スイッチがオン状態となる第２モードと、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオフ状態となる第３モードとが含まれる
ことを特徴とする請求項１に記載の電子管用電源装置。

【請求項3】

前記制御部は、パルス運転時に、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの状態を前記第１モードにした後、前記第２巻線を流れる電流がゼロになる前に前記第１モードから前記第２モード、前記第３モードの順に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の電子管用電源装置。

【請求項4】

前記第１の電流規制手段は、アノードが前記整流平滑回路の高電圧側の出力端に接続され、かつカソードが前記第２巻線の一端に接続されるように、前記整流平滑回路の高電圧側の出力端と前記第２巻線の一端との間に介装されたダイオードである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子管用電源装置。

【請求項5】

前記第２スイッチは、前記制御部により制御される第２能動スイッチ素子と、前記第２巻線の一端から前記第２能動スイッチ素子を経由して前記第２巻線の他端に流れる電流を規制する第２の電流規制手段を有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子管用電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子管用電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、核融合実験等に使用されるプラズマ加熱装置では、プラズマの熱伝導率評価や閉じ込め性能を調べるため、大電力高周波発生源として用いられている大電力電子管（ジャイロトロン）でパルス状の高周波を発生させ、当該パルス状の高周波をプラズマ中に入射させる場合がある（例えば、非特許文献１参照）。この場合、電子管用電源装置では、パルス状の電圧を大電力電子管に供給するパルス運転が行われる。

【0003】

図６に、パルス運転を行う従来の電子管用電源装置１Ｂを示す。同図に示すように、電子管用電源装置１Ｂは、変圧器１０２で昇圧された交流電源１０１の交流電圧を整流および平滑する整流平滑回路２（整流器２０１、平滑リアクトル２０２、制動抵抗器２０３および平滑コンデンサ２０４）と、直流高電圧スイッチ３０２と、短絡電流抑制用のリアクトル３１１およびエネルギー吸収用の抵抗器３２１が並列接続された限流回路と、直流高電圧スイッチ３０２を制御する制御部５０２と、を備えている。なお、直流高電圧スイッチ３０２、短絡電流抑制用のリアクトル３１１およびエネルギー吸収用の抵抗器３２１については、電子管用電源装置１Ｂの入力側を一端とし、電子管用電源装置１Ｂの出力側を他端とする。

【0004】

大電力電子管４は、電子ビームを発生させるためのカソード４０１およびアノード４０２と、発生した電子ビームを捕捉するためのコレクタ４０３と、を備えている。コレクタ４０３は接地されており、直流高電圧スイッチ３０２がオン状態となっている間、カソード４０１には電子管用電源装置１Ｂから負の電圧が供給され、アノード４０２には当該負の電圧を抵抗器４２１および抵抗器４２２を含むアノード分圧器で分圧した電圧が供給される。

【0005】

図７に、パルス運転時における電子管用電源装置１Ｂ各部の電圧波形および電流波形を示す。同図において、ｖ_Ｋはコレクタ４０３の電圧を基準としたカソード４０１の電圧、ｖ_Ｓ１は直流高電圧スイッチ３０２の一端の電圧を基準とした他端の電圧、ｖ_Ｒはエネルギー吸収用の抵抗器３２１の他端の電圧を基準とした一端の電圧、ｉ_Ｋはカソード４０１の電流、ｉ_Ｌは短絡電流抑制用のリアクトル３１１の電流である。ｉ_Ｋについては、電子管用電源装置１Ｂの出力端からカソード４０１に向かう方向を正とし、ｉ_Ｌについては、短絡電流抑制用のリアクトル３１１の他端から一端に向かう方向を正とする。また、電子管用電源装置１Ｂの定格出力電圧を−Ａ［Ｖ］とし、平滑コンデンサ２０４の容量は十分に大きいものとする。

【0006】

時刻ｔ_２１よりも前は、制御部５０２の制御下で直流高電圧スイッチ３０２がオフ状態となっている。また、時刻ｔ_２１よりも前は、直流高電圧スイッチ３０２の一端に整流平滑回路２の出力端間の電圧（平滑コンデンサ２０４の両端電圧）である−Ａ［Ｖ］が印加されるため、電圧ｖ_Ｓ１は＋Ａ［Ｖ］となる。

【0007】

時刻ｔ_２１において、制御部５０２が直流高電圧スイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替えると、整流平滑回路２から出力される−Ａ［Ｖ］の電圧が大電力電子管４のカソード４０１に供給されるので、カソード４０１の電圧ｖ_Ｋが−Ａ［Ｖ］まで立ち上がる。また、カソード４０１の電圧ｖ_Ｋに応じてカソード４０１の電流ｉ_Ｋも立ち上がる。

【0008】

その後、時刻ｔ_２２において、制御部５０２が直流高電圧スイッチ３０２をオン状態からオフ状態に切り替えると、整流平滑回路２から出力される電圧がカソード４０１に供給されなくなるので、カソード４０１の電圧ｖ_Ｋおよび電流ｉ_Ｋが立ち下がる。

【0009】

このように、制御部５０２が直流高電圧スイッチ３０２をオフ状態、オン状態、オフ状態と切り替えることで、１つのパルス電圧および１つのパルス電流が大電力電子管４に供給される。したがって、電子管用電源装置１Ｂによれば、直流高電圧スイッチ３０２のオン状態とオフ状態の切り替えを繰り返し行うことで、大電力電子管４にパルス状の電圧を繰り返し供給することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】寺門正之、他７名、「ＪＴ−６０Ｕ ＥＣＨ装置用ジャイロトロンにおけるアノード電圧制御による出力変調運転」、日本原子力研究所研究報告書、ＪＡＥＲＩ−Ｔｅｃｈ ２００３−０５３、（２００３）、ｐ．１−２５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、従来の電子管用電源装置１Ｂでは、制御部５０２が直流高電圧スイッチ３０２をオン状態からオフ状態に切り替えると、リアクトル３１１を流れる電流ｉ_Ｌが、エネルギー吸収用の抵抗器３２１に流れて熱エネルギーとして消費されるので、電力損失が過大になるという問題があった。

【0012】

さらに、従来の電子管用電源装置１Ｂでは、エネルギー吸収用の抵抗器３２１が大型（例えば、１００ｋＷ級）であること、および抵抗器３２１の冷却系が必要になることから、装置全体が大型化してしまうという問題もあった。

【0013】

また、リアクトル３１１の電流ｉ_Ｌがエネルギー吸収用の抵抗器３２１に流れると、抵抗器３２１で電圧降下が生じ、抵抗器３２１の電圧ｖ_Ｒが上昇する。このため、オン状態からオフ状態に切り替わった直後の直流高電圧スイッチ３０２には、一端に整流平滑回路２の出力端間の電圧である−Ａ［Ｖ］が印加され、他端に抵抗器３２１の電圧ｖ_Ｒが印加される。その結果、オン状態からオフ状態に切り替わった直後の直流高電圧スイッチ３０２の電圧ｖ_Ｓ１は、図７に示すように＋２Ａ［Ｖ］程度まで上昇する。

【0014】

このように、従来の電子管用電源装置１Ｂでは、オン状態からオフ状態に切り替わった直後の直流高電圧スイッチ３０２に過大な電圧が印加され、直流高電圧スイッチ３０２の動作責務が重くなるので、直流高電圧スイッチ３０２を構成するスイッチング素子の数を増やしたり、直流高電圧スイッチ３０２に含まれる絶縁物を大型化したりする必要があった。その結果、従来の電子管用電源装置１Ｂでは、装置全体の大型化を招いてしまうという問題があった。なお、従来の電子管用電源装置１Ｂでは、直流高電圧スイッチ３０２は、１００個程度のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子を直列接続した構造となっている。

【0015】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、エネルギー吸収用の抵抗器に起因する電力損失の問題と装置の大型化の問題を解消することが可能な電子管用電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記課題を解決するために、本発明に係る電子管用電源装置は、入力された交流電圧を平滑コンデンサを含む整流平滑回路で整流および平滑して電子管に供給する電子管用電源装置であって、一端が整流平滑回路の高電圧側の出力端に接続された第１スイッチと、一端が第１スイッチの他端に接続されるとともに他端が電子管に接続された第１巻線、および一端が整流平滑回路の高電圧側の出力端に接続されるとともに他端が整流平滑回路の低電圧側の出力端に接続された第２巻線からなる変圧器と、第１巻線に並列接続された、第１巻線を流れる電流を還流させる還流手段と、一端が第２巻線の一端に接続されるとともに他端が第２巻線の他端に接続された第２スイッチと、第２巻線の一端および第２スイッチの一端から整流平滑回路の高電圧側の出力端に向かって流れる電流を規制する第１の電流規制手段と、第１スイッチおよび第２スイッチを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0017】

上記電子管用電源装置では、制御部により切り替えられる第１スイッチおよび第２スイッチの状態は、第１スイッチおよび第２スイッチがオン状態となる第１モードと、第１スイッチがオフ状態となる一方で第２スイッチがオン状態となる第２モードと、第１スイッチおよび第２スイッチがオフ状態となる第３モードとが含まれることが好ましい。

【0018】

上記電子管用電源装置における制御部は、パルス運転時に、第１スイッチおよび第２スイッチの状態を第１モードにした後、第２巻線を流れる電流がゼロになる前に第１モードから第２モード、第３モードの順に切り替えることが好ましい。

【0019】

上記電子管用電源装置における第１の電流規制手段は、アノードが整流平滑回路の高電圧側の出力端に接続され、かつカソードが第２巻線の一端に接続されるように、整流平滑回路の高電圧側の出力端と第２巻線の一端との間に介装されたダイオードであってもよい。

【0020】

上記電子管用電源装置における第２スイッチは、制御部により制御される第２能動スイッチ素子と、第２巻線の一端から第２能動スイッチ素子を経由して第２巻線の他端に流れる電流を規制する第２の電流規制手段を有してもよい。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、エネルギー吸収用の抵抗器に起因する電力損失の問題と装置の大型化の問題を解消することが可能な電子管用電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る電子管用電源装置の回路図である。

【図2】パルス運転時における本発明に係る電子管用電源装置の動作を示す図である。

【図3】パルス運転時における本発明に係る電子管用電源装置各部の電圧波形および電流波形を示す図である。

【図4】直流運転時における本発明に係る電子管用電源装置の動作を示す図である。

【図5】直流運転時における本発明に係る電子管用電源装置各部の電圧波形および電流波形を示す図である。

【図6】従来の電子管用電源装置の回路図である。

【図7】パルス運転時における従来の電子管用電源装置各部の電圧波形および電流波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照して、本発明に係る電子管用電源装置の実施形態について説明する。

【0024】

［電子管用電源装置の構成］
図１に、本発明の一実施形態に係る電子管用電源装置１Ａを示す。同図に示すように、本実施形態に係る電子管用電源装置１Ａは、変圧器１０２で昇圧された交流電源１０１の交流電圧を、整流および平滑して大電力電子管（ジャイロトロン）４に供給するものである。

【0025】

大電力電子管４は、電子ビームを発生させるためのカソード４０１およびアノード４０２と、発生した電子ビームを捕捉するコレクタ４０３と、を備えている。コレクタ４０３は接地されており、後述する第１直流高電圧能動スイッチ３０１がオン状態となっている間、カソード４０１には電子管用電源装置１Ａから負の電圧が供給され、アノード４０２には当該負の電圧を抵抗器４２１および抵抗器４２２を含むアノード分圧器で分圧した電圧が供給される。

【0026】

電子管用電源装置１Ａは、変圧器１０２で昇圧された交流電源１０１の交流電圧を整流および平滑する整流平滑回路２を備えている。整流平滑回路２は、変圧器１０２の二次側に接続された整流器２０１と、一端が整流器２０１のアノード側に接続された平滑リアクトル２０２と、一端が平滑リアクトル２０２の他端に接続された制動抵抗器２０３と、一端が制動抵抗器２０３の他端に接続されるとともに他端が整流器２０１のカソード側に接続された平滑コンデンサ２０４と、を備えている。なお、本発明では、負電圧となる整流平滑回路２の出力端ａを高電圧側の出力端とし、接地された整流平滑回路２の出力端ｂを低電圧側の出力端とする。

【0027】

また、電子管用電源装置１Ａは、本発明の第１スイッチに相当する第１直流高電圧能動スイッチ３０１と、短絡電流抑制用の変圧器３１２と、本発明の還流手段に相当する還流ダイオード３２２と、本発明の第２スイッチに相当する第２直流高電圧スイッチ３３と、本発明の第１の電流規制手段に相当するエネルギー回生用のダイオード３３３と、を備えている。第２直流高電圧スイッチ３３は、本発明の第２能動スイッチ素子に相当する第２直流高電圧能動スイッチ３３１と本発明の第２の電流規制手段に相当する逆流防止用のダイオード３３２とからなる。

【0028】

第１直流高電圧能動スイッチ３０１は、一端が整流平滑回路２の出力端ａに接続され、他端が短絡電流抑制用の変圧器３１２の第１巻線を介して大電力電子管４のカソード４０１に接続されている。また、第１直流高電圧能動スイッチ３０１は、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ素子）を直列接続した構造となっている。

【0029】

短絡電流抑制用の変圧器３１２は、一端が第１直流高電圧能動スイッチ３０１の他端に接続され、かつ他端が大電力電子管４のカソード４０１に接続された第１巻線と、一端がエネルギー回生用のダイオード３３３を介して整流平滑回路２の出力端ａに接続され、かつ他端が整流平滑回路２の出力端ｂおよび大電力電子管４のコレクタ４０３に接続された第２巻線と、を備えている。第１巻線と第２巻線の巻数比は、１対１になっている。

【0030】

還流ダイオード３２２は、アノードが第１直流高電圧能動スイッチ３０１の他端に接続され、カソードが変圧器３１２の第１巻線の他端に接続されている。還流ダイオード３２２は、変圧器３１２の第１巻線を流れる電流を還流させる。

【0031】

第２直流高電圧能動スイッチ３３１は、一端が逆流防止用のダイオード３３２を介して変圧器３１２の第２巻線の一端に接続され、かつ他端が変圧器３１２の第２巻線の他端に接続されている。変圧器３１２の第１巻線と第２巻線の巻数比が１対１になっていることから、第２直流高電圧能動スイッチ３３１には、第１直流高電圧能動スイッチ３０１と同じものを用いることができる。言い換えれば、第１直流高電圧能動スイッチ３０１と第２直流高電圧能動スイッチ３３１は、スイッチング素子の数や絶縁物の量および寸法を同じにすることができる。

【0032】

逆流防止用のダイオード３３２は、アノードが第２直流高電圧能動スイッチ３３１の一端に接続され、かつカソードが変圧器３１２の第２巻線の一端に接続されるように、第２直流高電圧能動スイッチ３３１の一端と第２巻線の一端との間に介装されている。逆流防止用のダイオード３３２は、変圧器３１２の第２巻線の一端から第２直流高電圧能動スイッチ３３１を経由して第２巻線の他端に流れる電流を規制する。

【0033】

エネルギー回生用のダイオード３３３は、アノードが整流平滑回路２の出力端ａに接続され、かつカソードが変圧器３１２の第２巻線の一端に接続されるように、整流平滑回路２の出力端ａと第２巻線の一端との間に介装されている。エネルギー回生用のダイオード３３３は、変圧器３１２の第２巻線の一端および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の一端から整流平滑回路２の出力端ａに向かって流れる電流を規制する。

【0034】

また、電子管用電源装置１Ａは、第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１を制御する制御部５０１を備えている。制御部５０１は、第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の状態を切り替える。第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の状態には、第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１がオン状態となる第１モードと、第１直流高電圧能動スイッチ３０１がオフ状態となる一方で第２直流高電圧能動スイッチ３３１がオン状態となる第２モードと、第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１がオフ状態となる第３モードとが含まれる。

【0035】

［電子管用電源装置の動作］
電子管用電源装置１Ａは、大電力電子管４に対してパルス状の電圧を供給するパルス運転と、大電力電子管４に対してパルス状ではない連続的な電圧を供給する直流運転とを行う。

【0036】

（パルス運転）
図２に、パルス運転時における電子管用電源装置１Ａの動作を示し、図３に、パルス運転時における電子管用電源装置１Ａ各部の電圧波形および電流波形を示す。

【0037】

図３において、ｖ_Ｋはコレクタ４０３の電圧を基準としたカソード４０１の電圧、ｖ_Ｓ１は第１直流高電圧能動スイッチ３０１の一端の電圧を基準とした第１直流高電圧能動スイッチ３０１の他端の電圧、ｖ_Ｓ２は第２直流高電圧能動スイッチ３３１の一端の電圧を基準とした第２直流高電圧能動スイッチ３３１の他端の電圧、ｉ_Ｋはカソード４０１の電流、ｉ_Ｌは変圧器３１２の第１巻線の電流、ｉ_Ｓ２は第２直流高電圧能動スイッチ３３１の電流、ｉ_Ｓ３はエネルギー回生用のダイオード３３３の電流である。ｉ_Ｋ、ｉ_Ｓ３については、電子管用電源装置１Ａの入力側から出力側に向かう方向（図２の左から右に向かう方向）を正とし、ｉ_Ｌ、ｉ_Ｓ２、については、電子管用電源装置１Ａの出力側から入力側に向かう方向（図２の右から左に向かう方向）を正とする。また、電子管用電源装置１Ａの定格出力電圧を−Ａ［Ｖ］とし、コンデンサ２０４の容量は十分に大きいものとする。

【0038】

図３に示すように、時刻ｔ_１よりも前は、制御部５０１の制御下で第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１がオフ状態となっている（第３モード）。第１直流高電圧能動スイッチ３０１の一端に整流平滑回路２の出力端ａの電圧である−Ａ［Ｖ］が印加されるため、電圧ｖ_Ｓ１は＋Ａ［Ｖ］となる。

【0039】

時刻ｔ_１において、制御部５０１が第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の状態を第１モードに切り替えると、整流平滑回路２の出力端ａから出力される−Ａ［Ｖ］の電圧が大電力電子管４のカソード４０１に供給されるので、カソード４０１の電圧ｖ_Ｋが−Ａ［Ｖ］まで立ち上がる。また、図２（Ａ）に示すように、カソード４０１から変圧器３１２の第１巻線、第１直流高電圧能動スイッチ３０１、平滑リアクトル２０２、整流器２０１を経由してコレクタ４０３に至る電流経路が形成されるので、カソード４０１の電流ｉ_Ｋも立ち上がる。

【0040】

さらに、変圧器３１２の第１巻線に電流ｉ_Ｌが流れると、変圧器３１２の第２巻線にも電流が流れる。第２巻線の電流は、第２直流高電圧能動スイッチ３３１、逆流防止用のダイオード３３２を経て第２巻線に還流する。第１巻線の電流ｉ_Ｌは、平滑コンデンサ２０４の容量が十分に大きいため一旦立ち上がるとほとんど減衰しないが、第２巻線の電流（第２直流高電圧能動スイッチ３３１を流れる電流ｉ_Ｓ２）は第２直流高電圧能動スイッチ３３１および逆流防止用のダイオード３３２のオン抵抗による電圧降下のため立ち上がった後減衰していく。

【0041】

時刻ｔ_２において、制御部５０１が第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の状態を第１モードから第２モードに切り替えると、整流平滑回路２の出力端ａから出力される−Ａ［Ｖ］の電圧がカソード４０１に供給されなくなるので、カソード４０１の電圧ｖ_Ｋおよび電流ｉ_Ｋは立ち下がる。

【0042】

時刻ｔ_３では、カソード４０１の電圧ｖ_Ｋおよび電流ｉ_Ｋはゼロになり、第１巻線の電流ｉ_Ｌは、全て還流ダイオード３２２を介して還流する（図２（Ｂ）参照）。なお、還流する第１巻線の電流ｉ_Ｌは、第２巻線の電流とほぼ同じ減衰率で減衰する。

【0043】

時刻ｔ_３以降の第２モードにおいて、第１直流高電圧能動スイッチ３０１の一端に整流平滑回路２の出力端ａの電圧である−Ａ［Ｖ］が印加されるため、電圧ｖ_Ｓ１は＋Ａ［Ｖ］となる。

【0044】

時刻ｔ_４において、制御部５０１が第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の状態を第２モードから第３モードに切り替えると、第２直流高電圧能動スイッチ３３１を流れる電流ｉ_Ｓ２および第１巻線の電流ｉ_Ｌはゼロに向かって急激に減少する一方、第２直流高電圧能動スイッチ３３１の一端の電圧が降下してエネルギー回生用のダイオード３３３に電流ｉ_Ｓ３が流れ始める。この電流ｉ_Ｓ３は、図２（Ｃ）に示すように変圧器３１２の第２巻線を経由して平滑コンデンサ２０４に回生される。すなわち、変圧器３１２で発生した電磁エネルギーは、平滑コンデンサ２０４に回生される。

【0045】

時刻ｔ_５では、第２直流高電圧能動スイッチ３３１を流れる電流ｉ_Ｓ２および第１巻線の電流ｉ_Ｌがゼロになる一方、エネルギー回生用のダイオード３３３を流れる電流ｉ_Ｓ３は最大になり、第２直流高電圧能動スイッチ３３１の電圧ｖ_Ｓ２は＋Ａ［Ｖ］となる。その後、エネルギー回生用のダイオード３３３の電流ｉ_Ｓ３は減少し、時刻ｔ_６においてゼロになると、第２直流高電圧能動スイッチ３３１の電圧ｖ_Ｓ２は＋Ａ［Ｖ］から減少し、時刻ｔ_７においてゼロになる。時刻ｔ_７以降、電子管用電源装置１Ａは時刻ｔ_１以前と同じ状態になる。したがって、時刻ｔ_７以降、制御部５０１が、第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の状態を再び第１モードにし、変圧器３１２の第２巻線を流れる電流がゼロになる前に第１モードから第２モード、第３モードの順に切り替える制御を繰り返し行うことで、パルス状の電圧を大電力電子管４のカソード４０１に繰り返し供給することができる。

【0046】

結局、電子管用電源装置１Ａによれば、変圧器３１２で発生した電磁エネルギーを平滑コンデンサ２０４に回生しているので、従来の電子管用電源装置１Ｂと異なりエネルギー吸収用の抵抗器３２１は不要となる。このため、電子管用電源装置１Ａでは、エネルギー吸収用の抵抗器３２１に起因する電力損失の問題や装置全体が大型化の問題は発生しない。

【0047】

また、電子管用電源装置１Ａでは、第１直流高電圧能動スイッチ３０１をオン状態からオフ状態に切り換えたときに、定格電圧（＋Ａ［Ｖ］）を大幅に超過する電圧が第１直流高電圧能動スイッチ３０１に印加されることはないので（図３の時刻ｔ_３参照）、第１直流高電圧能動スイッチ３０１を構成するスイッチング素子の数を減らしたり、第１直流高電圧能動スイッチ３０１に含まれる絶縁物を小型化したりすることができる。その結果、電子管用電源装置１Ａは、従来の電子管用電源装置１Ｂよりも装置全体を小型化することができる。

【0048】

（直流運転）
図４に、直流運転時における電子管用電源装置１Ａの動作を示し、図５に、直流運転時における電子管用電源装置１Ａ各部の電圧波形および電流波形を示す。なお、図５は、図３と同様の見方をするものとする。

【0049】

図５に示すように、時刻ｔ_１１よりも前は、制御部５０１の制御下で第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１がオフ状態となっており、第１直流高電圧能動スイッチ３０１の一端に整流平滑回路２の出力端ａの電圧である−Ａ［Ｖ］が印加されるため、電圧ｖ_Ｓ１は＋Ａ［Ｖ］となる。

【0050】

時刻ｔ_１１において、制御部５０１が第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の状態を第１モードに切り替えると、カソード４０１の電圧ｖ_Ｋが−Ａ［Ｖ］まで立ち上がり、カソード４０１の電流ｉ_Ｋも立ち上がる。

【0051】

さらに、変圧器３１２の第１巻線に電流ｉ_Ｌが流れると、変圧器３１２の第２巻線にも電流が流れる（図４（Ａ）参照）。第１巻線の電流ｉ_Ｌは、交流電源１０１から変圧器１０２、整流器２０１および平滑リアクトル２０２を介して電力供給を受けるため一旦立ち上がるとほとんど減衰しない。一方、第２巻線の電流（第２直流高電圧能動スイッチ３３１を流れる電流ｉ_Ｓ２）は、第２直流高電圧能動スイッチ３３１および逆流防止用のダイオード３３２のオン抵抗による電圧降下のため立ち上がった後減衰していき、時刻ｔ_１２においてゼロになる（図４（Ｂ）参照）。

【0052】

時刻ｔ_１３において、制御部５０１が第１直流高電圧能動スイッチ３０１の状態をオン状態からオフ状態に切り替えると、整流平滑回路２の出力端ａから出力される−Ａ［Ｖ］の電圧がカソード４０１に供給されなくなるので、カソード４０１の電圧ｖ_Ｋおよび電流ｉ_Ｋが立ち下がる一方、第１直流高電圧能動スイッチ３０１の電圧ｖ_Ｓ１が立ち上がる。

【0053】

時刻ｔ_１４では、カソード４０１の電圧ｖ_Ｋおよび電流ｉ_Ｋはゼロになり、第１巻線の電流ｉ_Ｌは、全て還流ダイオード３２２を介して還流する（図４（Ｃ）参照）。なお、時刻ｔ_１４の前後で第１巻線の電流ｉ_Ｌの電流値は変化しないので、第２巻線の電流はゼロのままである。

【0054】

また、時刻ｔ_１４において、第１直流高電圧能動スイッチ３０１の一端に整流平滑回路２の出力端ａの電圧である−Ａ［Ｖ］が印加されるため、電圧ｖ_Ｓ１は＋Ａ［Ｖ］となる。

【0055】

このように、電子管用電源装置１Ａでは、第１直流高電圧能動スイッチ３０１をオン状態からオフ状態に切り換えたときに、定格電圧（＋Ａ［Ｖ］）を大幅に超過する電圧が第１直流高電圧能動スイッチ３０１に印加されることはないので（図５の時刻ｔ_１４参照）、第１直流高電圧能動スイッチ３０１を構成するスイッチング素子の数を減らしたり、第１直流高電圧能動スイッチ３０１に含まれる絶縁物を小型化したりすることができる。その結果、電子管用電源装置１Ａは、従来の電子管用電源装置１Ｂよりも装置全体を小型化することができる。

【0056】

なお、直流運転時における電子管用電源装置１Ａでは、通常、変圧器３１２で発生した電磁エネルギーはコンデンサ２０４に回生されない。しかしながら、変圧器３１２の第２巻線を流れる電流がゼロになる前に（図４（Ａ）の状態で）大電力電子管４が短絡した場合は、制御部５０１が、第１直流高電圧能動スイッチ３０１および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の状態を、変圧器３１２の第２巻線を流れる電流がゼロになる前に第１モードから第２モード、第３モードの順に切り替えるので、変圧器３１２で発生した電磁エネルギーがコンデンサ２０４に回生される。

【0057】

以上、本発明に係る電子管用電源装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

【0058】

直列に接続された素子の入替えは等価と見做される。例えば、逆流防止用のダイオード３３２は、アノードが変圧器３１２の第２巻線の他端および整流平滑回路２の出力端ｂに接続され、かつカソードが第２直流高電圧能動スイッチ３３１の他端に接続されるように、第２巻線の他端と整流平滑回路２の出力端ｂとの接続点と第２直流高電圧能動スイッチ３３１の他端との間に介装してもよい。

【0059】

上記実施形態では、第１巻線と第２巻線の巻数比が１対１の変圧器３１２を用いたが、巻数比は適宜変更することができる。巻数比を変更することで、回生時間（図３の時刻ｔ_４から時刻ｔ_６まで時間）を長くしたり短くしたりすることができる。

【0060】

上記実施形態では、還流手段として還流ダイオード３２２を使用しているが、変圧器３１２の第１巻線を流れる電流を還流させることができるものであれば、還流ダイオード３２２に換えて使用することができる。

【0061】

上記実施形態では、第１の電流規制手段としてダイオード３３３を使用しているが、変圧器３１２の第２巻線の一端および第２直流高電圧能動スイッチ３３１の一端から整流平滑回路２の出力端ａに向かって流れる電流を規制することができるものであれば、ダイオード３３３に換えて使用することができる。例えば、制御部５０１の制御下で第１モードおよび第２モードのときにオフ状態となり、第３モードのときにオン状態となるスイッチを使用してもよい。

【0062】

上記実施形態では、第２の電流規制手段としてダイオード３３２を使用しているが、変圧器３１２の第２巻線の一端から第２直流高電圧能動スイッチ３３１を経由して変圧器３１２の第２巻線の他端に流れる電流を規制することができるものであれば、ダイオード３３２に換えて使用することができる。

【0063】

上記実施形態では、第２直流高電圧スイッチ３３を、第２直流高電圧能動スイッチ３３１と逆流防止用のダイオード３３２とで構成しているが、制御部５０１の制御下でオン状態とオフ状態とが切り替わり、かつ変圧器３１２の第２巻線の一端から当該第２直流高電圧スイッチ３３を経由して第２巻線の他端に流れる電流を規制できるのであれば、適宜その構成を変更することができる。

【0064】

また、本発明に係る電子管用電源装置は、大電力電子管（ジャイロトロン）４以外の電子管にも適用することができる。

【符号の説明】

【0065】

１Ａ 電子管用電源装置
１０１ 交流電源
１０２ 変圧器
２ 整流平滑回路
２０１ 整流器
２０２ 平滑リアクトル
２０３ 制動抵抗器
２０４ 平滑コンデンサ
３０１ 第１直流高電圧能動スイッチ（第１スイッチ）
３１２ 短絡電流抑制用の変圧器
３２２ 還流ダイオード
３３ 第２直流高電圧スイッチ（第２スイッチ）
３３１ 第２直流高電圧能動スイッチ（第２能動スイッチ素子）
３３２ 逆流防止用のダイオード（第２の電流規制手段）
３３３ エネルギー回生用のダイオード（第１の電流規制手段）
４ 大電力電子管
４０１ カソード
４０２ アノード
４０３ コレクタ
４２１、４２２ 抵抗器
５０１ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】