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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024078415
(43)【公開日】2024-06-10
(54)【発明の名称】自己復帰型高電圧パルスドライバ
(51)【国際特許分類】
H03K 3/02 20060101AFI20240603BHJP
H01J 49/02 20060101ALI20240603BHJP
H03K 17/10 20060101ALI20240603BHJP
H03K 17/567 20060101ALI20240603BHJP
H03K 17/687 20060101ALI20240603BHJP
H01J 49/40 20060101ALN20240603BHJP
H01J 49/16 20060101ALN20240603BHJP
G01N 27/62 20210101ALN20240603BHJP
【ＦＩ】
H03K3/02 C
H01J49/02 200
H03K17/10
H03K17/567
H03K17/687
H01J49/40
H01J49/16 400
G01N27/62 E
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023186801
(22)【出願日】2023-10-31
(31)【優先権主張番号】202211503653.2
(32)【優先日】2022-11-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】522097588
【氏名又は名称】浙江迪譜診断技術有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＤＩＧＥＮＡ ＤＩＡＧＮＯＳＩＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】２ｎｄ Ｆｌｏｏｒ， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｎｏ． ９， ３５５ Ｘｉｎｇｚｈｏｎｇ Ｒｏａｄ，Ｙｕｈａｎｇ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｚｏｎｅ Ｈａｎｇｚｈｏｕ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１１１００ （ＣＮ）
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】鄭明
(72)【発明者】
【氏名】王優
(72)【発明者】
【氏名】相双紅
【テーマコード（参考）】
2G041
5J055
5J300
【Ｆターム（参考）】
2G041CA01
2G041GA06
2G041GA13
5J055AX02
5J055AX07
5J055AX54
5J055AX64
5J055BX16
5J055CX00
5J055DX09
5J055DX13
5J055DX55
5J055DX72
5J055DX83
5J055EX06
5J055EY01
5J055EY03
5J055EY07
5J055EY13
5J055EY14
5J055EY28
5J055EZ01
5J055EZ62
5J055GX01
5J055GX02
5J055GX05
5J300AA04
5J300BB04
5J300CC01
5J300DD00
5J300DD02
5J300DD03
5J300DD04
5J300DD12
5J300EE00
5J300NN02
5J300PP03
(57)【要約】 （修正有）
【課題】応答が速く、安定性がよいだけではなく、出力電圧の振幅が高く、且つ抵抗及びコンデンサの時定数で設定され、応答速度が速く、システム全体の応答時間を向上させ、且つ出力電圧振幅が高く、システムの拡張を易くする自己復帰型高電圧パルスドライバを提供する。
【解決手段】自己復帰型高電圧パルスドライバは、高電圧スイッチＱが設けられる高速パルス駆動手段と、高圧コンデンサＣ及び抵抗回路網を含む高電圧パルス生成手段と、を備え、高圧コンデンサＣは、抵抗回路網を介して高電圧スイッチＱ、第１高電圧ＨＶ１、第２高電圧ＨＶ２、第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、高速パルス駆動手段は、高電圧スイッチＱ及び高圧コンデンサＣにより第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２を第３高電圧パルスＨＶ３として生成する。高電圧パルスの出力後に、第３高電圧パルスＨＶ３は、第２高電圧ＨＶ２に自発的に復帰する。
【選択図】図１
【解決手段】自己復帰型高電圧パルスドライバは、高電圧スイッチＱが設けられる高速パルス駆動手段と、高圧コンデンサＣ及び抵抗回路網を含む高電圧パルス生成手段と、を備え、高圧コンデンサＣは、抵抗回路網を介して高電圧スイッチＱ、第１高電圧ＨＶ１、第２高電圧ＨＶ２、第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、高速パルス駆動手段は、高電圧スイッチＱ及び高圧コンデンサＣにより第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２を第３高電圧パルスＨＶ３として生成する。高電圧パルスの出力後に、第３高電圧パルスＨＶ３は、第２高電圧ＨＶ２に自発的に復帰する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
自己復帰型高電圧パルスドライバであって、
高電圧スイッチＱが設けられる高速パルス駆動手段と、高圧コンデンサＣ及び抵抗回路網を含む高電圧パルス生成手段と、を備え、前記高圧コンデンサＣは、抵抗回路網を介して高電圧スイッチＱ、第１高電圧ＨＶ１、第２高電圧ＨＶ２、第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、前記高速パルス駆動手段は、高電圧スイッチＱ及び高圧コンデンサＣにより第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２を第３高電圧パルスＨＶ３として生成し、高電圧パルスの出力後に、第３高電圧パルスＨＶ３は、第２高電圧ＨＶ２に自発的に復帰する
ことを特徴とする自己復帰型高電圧パルスドライバ。
高電圧スイッチＱが設けられる高速パルス駆動手段と、高圧コンデンサＣ及び抵抗回路網を含む高電圧パルス生成手段と、を備え、前記高圧コンデンサＣは、抵抗回路網を介して高電圧スイッチＱ、第１高電圧ＨＶ１、第２高電圧ＨＶ２、第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、前記高速パルス駆動手段は、高電圧スイッチＱ及び高圧コンデンサＣにより第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２を第３高電圧パルスＨＶ３として生成し、高電圧パルスの出力後に、第３高電圧パルスＨＶ３は、第２高電圧ＨＶ２に自発的に復帰する
ことを特徴とする自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項2】
前記高速パルス駆動手段に駆動入力がない場合に、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧は、第２高電圧ＨＶ２の電圧と等しく、前記高速パルス駆動手段に駆動パルスが入力される場合に、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧は、第２高電圧ＨＶ２の電圧から第１高電圧ＨＶ１の電圧を引いたものと等しく、駆動パルスの消滅後に、第２高電圧ＨＶ２の電圧に復帰する
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項3】
前記抵抗回路網は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を含み、前記高圧コンデンサＣの一端が抵抗Ｒ１を介して前記高電圧スイッチＱに接続され、抵抗Ｒ２を介して前記第１高電圧ＨＶ１に接続され、前記高圧コンデンサＣの他端が抵抗Ｒ３を介して第２高電圧ＨＶ２に接続され、抵抗Ｒ４を介して第３高電圧パルスＨＶ３に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項4】
前記抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４は、パワー抵抗であり、前記抵抗Ｒ３の抵抗値は、抵抗Ｒ２の抵抗値よりも大きく、前記抵抗Ｒ２の抵抗値は抵抗Ｒ４及び／又は抵抗Ｒ１の抵抗値よりも大きい
ことを特徴とする請求項３に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項３に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項5】
前記高速パルス駆動手段は高速レベル駆動回路Ｕをさらに備え、前記高速レベル駆動回路Ｕは、入力端が入力低電圧制御信号に接続され、出力端が高電圧スイッチＱゲートレベルに接続され、入力低電圧制御信号が高速レベル駆動回路Ｕを介した後、高電圧スイッチＱゲートレベルにアクセスする
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項6】
前記高速レベル駆動回路Ｕは、トランスカップリング、絶縁電源カップリング、光電アイソレーションカップリングの絶縁ドライブポイント回路を含み、前記トランスカップリング、絶縁電源カップリング、光電アイソレーションカップリングの絶縁ドライブポイント回路と、高電圧スイッチＱゲートレベルとが一対一で対応する
ことを特徴とする請求項５に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項５に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項7】
前記入力低電圧制御信号は、ＴＴＬ又はＣＭＯＳ信号である
ことを特徴とする請求項５に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項５に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項8】
前記高電圧スイッチＱとしては、高電圧電界効果トランジスタ、高電圧トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのうちの１つが用いられ、前記高電圧スイッチＱの耐電圧値は第１高電圧ＨＶ１以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項9】
前記高電圧スイッチＱは、単一または複数のカスケードモードであり、単一または複数のカスケード後の耐電圧は、第１高電圧ＨＶ１以上である
ことを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項10】
前記高圧コンデンサＣの耐電圧値は、第２高電圧ＨＶ２以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項11】
前記第１高電圧ＨＶ１及び前記第２高電圧ＨＶ２は、同相接地の高圧電源である
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子制御における高電圧パルス駆動の技術分野に関し、特に自己復帰型高電圧パルスドライバに関する。
【背景技術】
【0002】
飛行時間型質量分析法（ＴＯＦ－ＭＳ）は、イオンの飛行時間を測定パラメータとする質量分析のタイプであり、イオンが電界加速後にフィールドレスドリフト管に入り、一定の速度で検出器へ向かって飛び、イオンの飛びプロセスが実現され、イオンの加速プロセスが高圧で電界の両側にロードして電位差が生成し、イオンが加速することによって実現されるものであり、高電圧パルスを如何に発生するかということは、飛行時間型質量分析法技術を実現するキーテクノロジーの一つである。
【0003】
高電圧パルスは、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計の重要入力の一つとして、ライフサイエンスや微生物同定などのハイテク分野に適用する。高電圧パルスの振幅、周波数等は、イオンのイオン化飛行時間に影響し、まず、振幅が十分に大きく、サンプルイオン化の条件に達し、次、周波数の大きさがマトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計の検出速度に影響する。
【0004】
パルスについて、関連研究があり、例えばＣＮ１１４６６００４６Ａ（特許出願番号ＣＮ２０２２１０２８５３４２．７）の中国発明特許には、直流パルス高電圧発生手段により、方形パルス電圧及び同期する一つのＴＴＬレベル信号を出力する直流パルス大気圧グロー放電発光分析装置及び検出方法が開示される。パルス高電圧負荷手段及び進行波パルスとタイミング制御システムは、パルス高電圧を提供するためのものであり、現在溶液陰極グロー放電技術が放電電流によって５０～７０ｍＡに限られて重金属の励起効率が十分でない問題を解決する。ＣＮ１１４５９７１１２Ａ（特許出願番号ＣＮ２０２２１０１８０２９１．１）の中国発明特許には、パルス高電圧負荷手段及び進行波パルスとタイミング制御システムによりパルス電圧を提供するとともに、前記パルス電圧のタイミングを、外部制御トリガ信号のタイミングに合わせるように調整し、干渉光が検出器に到達した時刻で、検出器バイアスを意図的に低減させ、イオン信号が検出器に到達すると、検出器高電圧を作動状態に高めて調整し、ドアの開閉動作によってイオン信号対雑音比を向上させ、背景の干渉を効率的に除去するパルススイッチ式イオン検出器装置及びその製造方法が開示される。強いパルス放射条件でのこのような検出器の適応性を拡張し、パルス高電圧ゲートとタイミング制御により、フロントエンドでのパルスノイズ干渉を大幅に除去し、イオン到達期間のみでの検出器へのドアを開いて、高い信号対雑音比でのイオン信号の取得を実現することができる。
【0005】
従来技術においてパルス回路の関連研究があるが、高電圧パルスを発生する振幅が多く１ＫＶ以内であり、振幅が小さく、イオン飛行時間測定に用いる場合にマトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計の検出速度を影響し、検出精度が低下することを招いてしまう。また、統合電源を採用する解決策では、電源の電圧差により直接的に駆動し、技術解決策のコストが高く、且つ応答速度が遅い。トランスブーストを採用する解決策では、ブーストコイルにより起動遅延が大きくなり、応答速度が遅くなる。
【発明の概要】
【0006】
本発明は、従来技術における問題を解決し、応答が速く安定性がよいだけでなく、出力電圧振幅も高い自己復帰型高電圧パルスドライバを提供することを目的とする。
【0007】
上記目的を実現するために、本発明は、高電圧スイッチＱが設けられる高速パルス駆動手段と、高圧コンデンサＣ及び抵抗回路網を含む高電圧パルス生成手段と、を備え、前記高圧コンデンサＣは、抵抗回路網を介して高電圧スイッチＱ、第１高電圧ＨＶ１、第２高電圧ＨＶ２、第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、前記高速パルス駆動手段は、高電圧スイッチＱ及び高圧コンデンサＣにより第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２を第３高電圧パルスＨＶ３として生成し、高電圧パルスの出力後に、第３高電圧パルスＨＶ３は、第２高電圧ＨＶ２に自発的に復帰する自己復帰型高電圧パルスドライバを提供する。
【0008】
好ましくは、前記高速パルス駆動手段に駆動入力がない場合に、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧は、第２高電圧ＨＶ２の電圧と等しく、前記高速パルス駆動手段に駆動パルスが入力される場合に、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧は、第２高電圧ＨＶ２の電圧から第１高電圧ＨＶ１の電圧を引いたものと等しく、駆動パルスの消滅後に、第２高電圧ＨＶ２の電圧に復帰する。
【0009】
好ましくは、前記抵抗回路網は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を含み、前記高圧コンデンサＣの一端が抵抗Ｒ１を介して前記高電圧スイッチＱに接続され、抵抗Ｒ２を介して前記第１高電圧ＨＶ１に接続され、高電圧パルス出力の低下速度が抵抗Ｒ１、Ｒ３及び高圧コンデンサＣの時定数によって決められ、高電圧パルスの出力後に、パルス遅延復帰時間が抵抗Ｒ２、Ｒ３及び高圧コンデンサＣの時定数によって決められ、前記高圧コンデンサＣの他端が抵抗Ｒ３を介して第２高電圧ＨＶ２に接続され、抵抗Ｒ４を介して第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧パワーが高圧コンデンサＣの容量及び抵抗Ｒ４の抵抗値によって決められる。
【0010】
好ましくは、前記抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４は、パワー抵抗であり、前記抵抗Ｒ３の抵抗値は、抵抗Ｒ２の抵抗値よりも大きく、前記抵抗Ｒ２の抵抗値は抵抗Ｒ４及び／又は抵抗Ｒ１抵抗値よりも大きい。
【0011】
好ましくは、前記高速パルス駆動手段は高速レベル駆動回路Ｕをさらに備え、前記高速レベル駆動回路Ｕは、入力端が入力低電圧制御信号に接続され、出力端が高電圧スイッチＱゲートレベルに接続され、入力低電圧制御信号が高速レベル駆動回路Ｕを介した後、高電圧スイッチＱゲートレベルにアクセスする。
【0012】
好ましくは、前記高速レベル駆動回路Ｕは、トランスカップリング、絶縁電源カップリング、光電アイソレーションカップリングの絶縁ドライブポイント回路を含むことが最も好ましいが、これに限定されず、回路直接駆動が好ましく、前記トランスカップリング、絶縁電源カップリング、光電アイソレーションカップリングの絶縁ドライブポイント回路と、高電圧スイッチＱゲートレベルとが一対一で対応する。
【0013】
好ましくは、前記入力低電圧制御信号は、ＴＴＬ又はＣＭＯＳ信号である。
【0014】
好ましくは、前記高電圧スイッチＱとしては、高電圧電界効果トランジスタ、高電圧トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのうちの１つが用いられ、前記高電圧スイッチＱの耐電圧値は第１高電圧ＨＶ１以上である。
【0015】
好ましくは、前記高電圧スイッチＱは、単一または複数のカスケードモードであり、単一または複数のカスケード後の耐電圧は、第１高電圧ＨＶ１以上である。
【0016】
好ましくは、前記高圧コンデンサＣの耐電圧値は、第２高電圧ＨＶ２以上である。
【0017】
好ましくは、前記第１高電圧ＨＶ１及び前記第２高電圧ＨＶ２は、同相接地の高圧電源である。
【0018】
好ましくは、前記高電圧スイッチＱの入力端は、定電圧ダイオードＤに接続され、高電圧スイッチＱに過電圧が入力されることが防止される。
【0019】
本発明の有益な効果：本発明の自己復帰型高電圧パルスドライバは、２つの高圧電源の入力及び１つの高電圧出力を含み、２つの入力電圧以外、高速パルス駆動手段で第１高電圧及び第２高電圧を第３高電圧パルスとして生成し、高電圧パルスの出力後に第１高電圧に自発的に復帰する。高電圧パルスドライバ内の素子を変えることによって、高電圧パルスの復帰時間及び低下時間を配置することができ、且つ周期が短く、周波数が高く、高電圧パルスドライバ内の素子を変えることによって、高電圧パルス出力の振幅を配置することができ、配置可能な高圧出力振幅の上限値が、従来技術の達する高電圧振幅上限値よりも大幅に大きい。
【0020】
本発明の復帰時間は抵抗及びコンデンサの時定数で設定され、応答速度が速く、システム全体の応答時間を向上させ、質量分析技術の徹底的な開発を促進し、且つ出力電圧振幅が高く、システムの拡張を易くする。また、高電圧パルスドライバは、完全なハードウェアの形式で、抵抗Ｒ２、Ｒ３と高圧コンデンサＣの時定数によってパルス遅延復帰時間が決められ、抵抗Ｒ１、Ｒ３と高圧コンデンサＣの時定数によって高電圧パルス出力の低下時間が決められ、高電圧パルサーの応答速度を速くする。Ｃ容量／耐圧及びＲ４抵抗値／耐圧を変更して高電圧出力を調整することにより、高電圧が安定且つ柔軟に出力され、高電圧、超高電圧の出力電圧に達し、高電圧パルス出力が実現される。
【0021】
本発明の特徴及び利点については実施例及び図面の組み合わせにより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１を参照すると、本発明の自己復帰型高電圧パルスドライバであって、第１高電圧ＨＶ１、第２高電圧ＨＶ２、第３高電圧パルスＨＶ３、抵抗回路網、コンデンサＣを備え、前記第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２は高圧入力であり、前記第３高電圧パルスＨＶ３は高圧出力である。本実施例において、自己復帰型高電圧パルスドライバは、高電圧スイッチＱが設けられる高速パルス駆動手段と、高圧コンデンサＣ及び抵抗回路網を含む高電圧パルス生成手段と、を備え、前記高圧コンデンサＣは、抵抗回路網を介して高電圧スイッチＱ、第１高電圧ＨＶ１、第２高電圧ＨＶ２、第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、前記高速パルス駆動手段は、高電圧スイッチＱ及び高圧コンデンサＣにより第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２を第３高電圧パルスＨＶ３として生成し、高電圧パルスの出力後に、第３高電圧パルスＨＶ３は、第２高電圧ＨＶ２に自発的に復帰する。具体的には、前記高速パルス駆動手段に駆動入力がない場合に、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧は第２高電圧ＨＶ２の電圧と等しく、前記高速パルス駆動手段に駆動パルスが入力される場合に、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧は、第２高電圧ＨＶ２の電圧から第１高電圧ＨＶ１を引いた電圧と瞬時に等しく、遅延後に第１高電圧ＨＶ１に復帰する電圧である出力端ＨＶ３の電圧は（ＨＶ２，ＨＶ２－ＨＶ１）であり、これによって、自己復帰型高電圧パルス出力の機能が実現される。
【0024】
抵抗コンデンサ（ＲＣ）充放電回路は、ＲＣ充放電回路がマイクロコントローラーのリセットピンをレベル制御することで、予期のリセット時間に達する。ＲＣ充放電回路の原理としては、スイッチが閉じると、電源が抵抗を介してコンデンサを充電し、初めて充電し始めたときにコンデンサの両端に電荷がなく、初期の電圧が０であり、コンデンサが継続的に充電されるにつれて、コンデンサ両端の電圧が速く上昇し、抵抗両端の電圧が継続的に小さくなり、コンデンサ両端の充電電圧が電源電圧に継続的に減少して、充電が終了する充電プロセスと、コンデンサが抵抗を介して放電し、初めて放電し始めたときにコンデンサ両端の電圧が電源電圧であり、コンデンサ放電が速く、コンデンサが継続的に放電するにつれて、コンデンサ両端の電圧が速く０まで低下し、放電が終了する放電プロセスとに分けられ、レベルの高低変化が実現される。高圧回路においてＲＣ充放電原理によりパルス高電圧を実現するは、一定の実現可能性がある。
【0025】
ＲＣ充放電原理と合わせて、高電圧パルス駆動回路の実現は、ＨＶ１、ＨＶ２及びＨＶ３の３つの高電圧、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、高圧コンデンサＣを含み、ＨＶ１及びＨＶ２が高電圧入力端、ＨＶ３が高電圧出力であり、駆動パルスの入力がない場合に、ＨＶ３の出力電圧が、ＨＶ２電圧に抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｃが直列接続された電圧であり、ＨＶ２電圧と等しく、駆動パルスの入力がある場合に、ＨＶ３高電圧が、ＨＶ２からＨＶ１を引いたものと瞬間等しく、遅延後にＨＶ１電圧に復帰し、出力端ＨＶ３の電圧が（ＨＶ２，ＨＶ２－ＨＶ１）であり、これによって自己復帰型の高電圧パルス出力機能が実現される。
【0026】
前記抵抗回路網は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を含み、前記高圧コンデンサＣの一端が抵抗Ｒ１を介して前記高電圧スイッチＱに接続され、抵抗Ｒ２を介して前記第１高電圧ＨＶ１に接続され、高電圧パルス出力の低下速度が抵抗Ｒ１、Ｒ３及び高圧コンデンサＣの時定数によって決められ、高電圧パルスの出力後に、パルス遅延復帰時間ｔが抵抗Ｒ２、Ｒ３及び高圧コンデンサＣの時定数によって決められ、前記高圧コンデンサＣの他端が抵抗Ｒ３を介して第２高電圧ＨＶ２に接続され、抵抗Ｒ４を介して第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧パワーが高圧コンデンサＣの容量及び抵抗Ｒ４の抵抗値によって決められる。具体的には、前記抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４は、パワー抵抗であり、前記抵抗Ｒ３の抵抗値は、抵抗Ｒ２の抵抗値よりも大幅に大きく、前記抵抗Ｒ２の抵抗値は抵抗Ｒ４及び／又は抵抗Ｒ１の抵抗値よりも大幅に大きい。
【0027】
高速パルス駆動手段は、高速レベル駆動回路Ｕ（ゲートドライバＭＣＰ１４１６Ｔ－Ｅ／ＯＴ）をさらに備え、前記高速レベル駆動回路は、トランスネットワーク、絶縁された電力ネットワーク又はゲートドライバを含むが、これらに限定されなく、前記高速レベル駆動回路Ｕは、入力端が入力低電圧に接続され、出力端が高電圧スイッチＱに接続され、入力低電圧がレベル変換回路Ｕを介した後、高電圧スイッチＱにアクセスする。具体的には、前記入力低電圧はＴＴＬ又はＣＭＯＳ信号である。前記高電圧スイッチＱの入力端は、少なくとも定電圧ダイオードＤ（これに限定されない）に接続され、高電圧スイッチＱに過電圧が入力されることが防止される。
【0028】
高圧コンデンサＣの耐電圧値は、高圧コンデンサＣが絶縁破壊されて無効になることを防止するように、第２高電圧ＨＶ２以上である。高電圧スイッチＱとしては、高電圧電界効果トランジスタ、高電圧トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのうちの１つが用いられ、前記高電圧スイッチＱの耐電圧値は、高電圧スイッチＱが絶縁破壊されて無効になることを防止するように、第１高電圧ＨＶ１以上である。
【0029】
第１高電圧ＨＶ１及び前記第２高電圧ＨＶ２は、同相接地の高圧電源である。前記第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２は高圧入力であり、前記第３高電圧パルスＨＶ３は高圧出力であり、第１高電圧ＨＶ１の電圧レベルは、１ｋＶ、２ｋＶ、３ｋＶ、４ｋＶ、６ｋＶ、８ｋＶ、９ｋＶ、１０ｋＶを含むが、これらに限定されなく、第２高電圧ＨＶ２の電圧レベルは、５ｋＶ、１０ｋＶ、１５ｋＶ、２０ｋＶ、２５ｋＶ、３０ｋＶ、５０ｋＶを含むが、これらに限定されない。
【0030】
図１を参照すると、高電圧スイッチＱは高電圧トランジスタ又は電界効果トランジスタであり、Ｉ／Ｐ１は高速パルス入力信号であり、ＶＣＣは、高電圧スイッチＱと共通する電源であり、高速レベル駆動回路Ｕは、トランスカップリング、絶縁電源カップリング、光電アイソレーションカップリングの絶縁ドライブポイント回路を含み、高圧コンデンサＣの耐圧はＨＶ２以上であり、抵抗回路網は抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を含み、パルス遅延復帰時間は抵抗Ｒ２、Ｒ３と高圧コンデンサＣの時定数によって決められ、高電圧パルス出力の低下速度は抵抗Ｒ１、Ｒ３と高圧コンデンサＣの時定数によって決められ、第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧パワーは高圧コンデンサＣ容量及び抵抗Ｒ４の抵抗値によって決められ、ＤＣは電圧源である。
【0031】
図２を参照すると、電源を入れて作動を始めると、Ｉ／Ｐ１が低いレベル、高電圧スイッチＱがオンしない場合に、この際第３高電圧パルスＨＶ３の電圧が安定的に保持し、Ｉ／Ｐ１が低いレベルから高いレベルに変化すると、高電圧スイッチＱがオンし、放電回路が開き、第３高電圧パルスＨＶ３側の電圧が低下し、Ｉ／Ｐ１が高いレベルから低いレベルに変化すると、高電圧スイッチＱがオフし、放電回路が閉じ、充電回路が開き、第３高電圧パルスＨＶ３側の電圧が上昇する。
【0032】
【0033】
ここで、第３高電圧パルスＨＶ３の振幅はＨＶ３＝ＨＶ２－ＨＶ１である。
【0034】
Ｉ／Ｐ１周波数は、第３高電圧パルスＨＶ３の周波数を決め、立ち上がり及び立ち下がりはそれぞれＲ２、Ｒ３、ＣとＲ３、Ｃ、Ｒ１によって決められる。
【0035】
実施例１
ＨＶ１＝１０Ｋｖ、ＨＶ２＝５０Ｋｖ、Ｒ１＝１００Ｋ、Ｒ２＝１００Ｋ、Ｒ３＝２０Ｍ、Ｃ＝２０００ｐｆであると、ＨＶ３＝ＨＶ２－ＨＶ１＝４０Ｋｖとなる。
ＨＶ１＝１０Ｋｖ、ＨＶ２＝５０Ｋｖ、Ｒ１＝１００Ｋ、Ｒ２＝１００Ｋ、Ｒ３＝２０Ｍ、Ｃ＝２０００ｐｆであると、ＨＶ３＝ＨＶ２－ＨＶ１＝４０Ｋｖとなる。
【0036】
Ｖ０＝１５Ｋｖ、 ＶＴ＝３９．６Ｋｖ、 Ｖ１＝４０Ｋｖであり、
立ち上がり時間：
立ち上がり時間：
【0037】
立ち下がり時間：
【0038】
実施例２
ＨＶ１＝５Ｋｖ、ＨＶ２＝４０Ｋｖ、Ｒ１＝１Ｋ、Ｒ２＝１Ｋ、Ｒ３＝２００Ｋ、Ｃ＝２０００ｐｆであると、ＨＶ３＝ＨＶ２－ＨＶ１＝３５Ｋｖとなる。
ＨＶ１＝５Ｋｖ、ＨＶ２＝４０Ｋｖ、Ｒ１＝１Ｋ、Ｒ２＝１Ｋ、Ｒ３＝２００Ｋ、Ｃ＝２０００ｐｆであると、ＨＶ３＝ＨＶ２－ＨＶ１＝３５Ｋｖとなる。
【0039】
Ｖ０＝２０Ｋｖ、ＶＴ＝３４．６Ｋｖ、Ｖ１＝３５Ｋｖであり、
立ち上がり時間：
立ち上がり時間：
【0040】
立ち下がり時間：
【0041】
実施例３
ＨＶ１＝５Ｋｖ、ＨＶ２＝４０Ｋｖ、Ｒ１＝１０Ｋ、Ｒ２＝１０Ｋ、Ｒ３＝２００Ｋ、Ｃ＝１０００ｐｆであると、ＨＶ３＝ＨＶ２－ＨＶ１＝３５Ｋｖとなる。
ＨＶ１＝５Ｋｖ、ＨＶ２＝４０Ｋｖ、Ｒ１＝１０Ｋ、Ｒ２＝１０Ｋ、Ｒ３＝２００Ｋ、Ｃ＝１０００ｐｆであると、ＨＶ３＝ＨＶ２－ＨＶ１＝３５Ｋｖとなる。
【0042】
Ｖ０＝２０Ｋｖ、ＶＴ＝３４．６Ｋｖ、Ｖ１＝３５Ｋｖであり、
立ち上がり時間：
立ち上がり時間：
【0043】
立ち下がり時間：
【0044】
図３を参照すると、本発明の自己復帰型高電圧パルスドライバは、高速レベル駆動回路を含み、Ｕ１がゲートドライバ、Ｌ１、Ｌ２が絶縁トランス、Ｕ２がフォトカプラ、ＶＣＣが高電圧スイッチＱと共通する電源、ＶＣＣ２が絶縁電源であり、高電圧スイッチＱと共通せず、ＶＣＣ１として高電圧スイッチＱと共通しても、共通しなくてもよい電源が選択されてもよく、Ｉ／Ｐ１が高速パルス入力信号である。入力低電圧がＴＴＬ又はＣＭＯＳ信号、高速レベル駆動回路の出力が高いレベルである場合に、高電圧スイッチＱをオンする。
【0045】
実施例４
図３を参照すると、Ｉ／Ｐ１は高速パルス入力信号であり、ゲートドライバＵ１はＭＣ３３１５１ＤＲ２Ｇを含み、絶縁トランスＬ１、Ｌ２はＥＥ１６トランスの単一または多回路コイルを含み、フォトカプラはＨＣＰＬ２５３０を含み、絶縁電源ＶＣＣ１、ＶＣＣ２は絶縁電源モジュールであり、Ｆ０５０３Ｓ－２Ｗを含むが、これらに限定されない。高電圧スイッチＱの接続方式は、単一又は直列接続を含むが、これに限定されない。
図３を参照すると、Ｉ／Ｐ１は高速パルス入力信号であり、ゲートドライバＵ１はＭＣ３３１５１ＤＲ２Ｇを含み、絶縁トランスＬ１、Ｌ２はＥＥ１６トランスの単一または多回路コイルを含み、フォトカプラはＨＣＰＬ２５３０を含み、絶縁電源ＶＣＣ１、ＶＣＣ２は絶縁電源モジュールであり、Ｆ０５０３Ｓ－２Ｗを含むが、これらに限定されない。高電圧スイッチＱの接続方式は、単一又は直列接続を含むが、これに限定されない。
【0046】
実施例５
ゲートドライバＵ１はＴＦ２１９０Ｍ－ＴＡＨを含み、絶縁トランスＬ１、Ｌ２はＥＥ２５トランスの単一または多回路コイルを含み、フォトカプラはＡＰＶ１１２２を含み、絶縁電源ＶＣＣ１、ＶＣＣ２は絶縁電源モジュール ＲＳ１－０３Ｓ０５Ｈを含むが、これらに限定されない。高電圧スイッチＱの接続方式は、単一又は直列接続を含むが、これに限定されない。
ゲートドライバＵ１はＴＦ２１９０Ｍ－ＴＡＨを含み、絶縁トランスＬ１、Ｌ２はＥＥ２５トランスの単一または多回路コイルを含み、フォトカプラはＡＰＶ１１２２を含み、絶縁電源ＶＣＣ１、ＶＣＣ２は絶縁電源モジュール ＲＳ１－０３Ｓ０５Ｈを含むが、これらに限定されない。高電圧スイッチＱの接続方式は、単一又は直列接続を含むが、これに限定されない。
【0047】
上記実施例は、本発明を限定するものではなく、本発明を説明するものであり、本発明に対して簡単に変換したいかなる解決策はいずれも本発明の保護範囲に入る。
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】2024-04-12
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
自己復帰型高電圧パルスドライバであって、
高電圧スイッチＱが設けられる高速パルス駆動手段と、高圧コンデンサＣ及び抵抗回路網を含む高電圧パルス生成手段と、を備え、前記高圧コンデンサＣは、抵抗回路網を介して高電圧スイッチＱ、第１高電圧ＨＶ１、第２高電圧ＨＶ２、第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、前記高速パルス駆動手段は、高電圧スイッチＱ及び高圧コンデンサＣにより第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２を第３高電圧パルスＨＶ３として生成し、高電圧パルスの出力後に、第３高電圧パルスＨＶ３は、第２高電圧ＨＶ２に自発的に復帰する
ことを特徴とする自己復帰型高電圧パルスドライバ。
高電圧スイッチＱが設けられる高速パルス駆動手段と、高圧コンデンサＣ及び抵抗回路網を含む高電圧パルス生成手段と、を備え、前記高圧コンデンサＣは、抵抗回路網を介して高電圧スイッチＱ、第１高電圧ＨＶ１、第２高電圧ＨＶ２、第３高電圧パルスＨＶ３に接続され、前記高速パルス駆動手段は、高電圧スイッチＱ及び高圧コンデンサＣにより第１高電圧ＨＶ１及び第２高電圧ＨＶ２を第３高電圧パルスＨＶ３として生成し、高電圧パルスの出力後に、第３高電圧パルスＨＶ３は、第２高電圧ＨＶ２に自発的に復帰する
ことを特徴とする自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項2】
前記高速パルス駆動手段に駆動入力がない場合に、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧は、第２高電圧ＨＶ２の電圧と等しく、前記高速パルス駆動手段に駆動パルスが入力される場合に、前記第３高電圧パルスＨＶ３の出力電圧は、第２高電圧ＨＶ２の電圧から第１高電圧ＨＶ１の電圧を引いたものと等しく、駆動パルスの消滅後に、第２高電圧ＨＶ２の電圧に復帰する
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項3】
前記抵抗回路網は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を含み、前記高圧コンデンサＣの一端が抵抗Ｒ１を介して前記高電圧スイッチＱに接続され、抵抗Ｒ２を介して前記第１高電圧ＨＶ１に接続され、前記高圧コンデンサＣの他端が抵抗Ｒ３を介して第２高電圧ＨＶ２に接続され、抵抗Ｒ４を介して第３高電圧パルスＨＶ３に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項4】
前記抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４は、パワー抵抗であり、前記抵抗Ｒ３の抵抗値は、抵抗Ｒ２の抵抗値よりも大きく、前記抵抗Ｒ２の抵抗値は抵抗Ｒ４又は抵抗Ｒ１の抵抗値よりも大きく、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ１の抵抗値の合計よりも大きい
ことを特徴とする請求項３に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項３に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項5】
前記高速パルス駆動手段は高速レベル駆動回路Ｕをさらに備え、前記高速レベル駆動回路Ｕは、入力端が入力低電圧制御信号に接続され、出力端が高電圧スイッチＱゲートレベルに接続され、入力低電圧制御信号が高速レベル駆動回路Ｕを介した後、高電圧スイッチＱゲートレベルに接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項6】
前記高速レベル駆動回路Ｕは、トランスカップリング、絶縁電源カップリング、光電アイソレーションカップリングの絶縁ドライブポイント回路を含み、前記トランスカップリング、絶縁電源カップリング、光電アイソレーションカップリングの絶縁ドライブポイント回路と、高電圧スイッチＱゲートレベルとが一対一で対応する
ことを特徴とする請求項５に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項５に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項7】
前記入力低電圧制御信号は、ＴＴＬ又はＣＭＯＳ信号である
ことを特徴とする請求項５に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項５に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項8】
前記高電圧スイッチＱとしては、高電圧電界効果トランジスタ、高電圧トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのうちの１つが用いられ、前記高電圧スイッチＱの耐電圧値は第１高電圧ＨＶ１以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項9】
前記高電圧スイッチＱは、単一または複数であり、前記高電圧スイッチＱの耐電圧は、第１高電圧ＨＶ１以上である
ことを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項10】
前記高圧コンデンサＣの耐電圧値は、第２高電圧ＨＶ２以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
【請求項11】
前記第１高電圧ＨＶ１及び前記第２高電圧ＨＶ２は、同相接地の高圧電源である
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。
ことを特徴とする請求項１に記載の自己復帰型高電圧パルスドライバ。