JP2001236918A - Direct-current power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はイオン源用電源装置
や、高周波電子管用電源装置に関する。イオン源は、原
料ガスを高周波放電、プラズマ放電などによって励起
し、電圧を掛けた加速電極、減速電極、接地電極などの
孔から正イオンまたは負イオンを引き出すものである。
対象により加速電圧、イオン電流は変わるが、数十ｋＶ
〜数百ｋＶの電圧を掛け、数ｍＡ〜数十Ａの電流が流れ
る。イオン源用電源というのはこのような高電圧電力を
供給するものである。The present invention relates to a power supply for an ion source and a power supply for a high-frequency electron tube. The ion source excites a raw material gas by high-frequency discharge, plasma discharge, or the like, and extracts positive ions or negative ions from holes such as an acceleration electrode, a deceleration electrode, and a ground electrode to which a voltage is applied.
Acceleration voltage and ion current vary depending on the target, but dozens of kV
A voltage of about several hundred kV is applied, and a current of several mA to several tens A flows. The ion source power supply supplies such high voltage power.
【０００２】高周波電子管というのはクライストロンや
ジャイロトロンなどを意味する。比較的低い周波数であ
って小電力の高周波は半導体素子によって発振させるこ
とができる。しかし半導体素子には限界があり、それよ
り高い周波数、より大きい電力の高周波を励起すること
はできない。半導体素子によっては発振できない高い周
波数で大電力の高周波は、真空電子管によって励起され
る。[0002] A high-frequency electron tube means a klystron or a gyrotron. A relatively low frequency and low power high frequency can be oscillated by the semiconductor element. However, semiconductor devices have limitations and cannot excite higher frequencies and higher power high frequencies. A high frequency and high power high frequency that cannot be oscillated by a semiconductor element is excited by a vacuum electron tube.
【０００３】クライストロンは大電力用の２極管または
３極管であって、コレクタ、カソード、アノードなどよ
りなる。数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ程度の周波数で、数ｋＷ
〜数ＭＷの大電力の高周波を発振するために用いられ
る。ジャイロトロンというのはさらに高い周波数、例え
ば数十ＧＨｚ〜百数十ＧＨｚで数ｋＷ〜数ＭＷの高周波
電力を発生することができる。何れも大型の高価な真空
管である。[0003] A klystron is a high power diode or triode, and comprises a collector, a cathode, an anode and the like. Several kW at a frequency of several hundred MHz to several GHz
It is used to oscillate a high-power high frequency of up to several MW. The gyrotron can generate high frequency power of several kW to several MW at a higher frequency, for example, several tens GHz to one hundred and several tens GHz. Both are large and expensive vacuum tubes.
【０００４】電源は直流の高圧電源である。イオン源よ
りも電流が大きくて負荷電流は数Ａ〜数百Ａにもなる。
そのかわりパルス駆動する事が多い。コレクタとカソー
ド間に高電圧を印加しておき、アノードに制御信号を入
れると負荷電流が流れ高周波発振できるようになる。The power supply is a DC high voltage power supply. Since the current is larger than the ion source, the load current is several A to several hundred A.
Instead, pulse driving is often used. When a high voltage is applied between the collector and the cathode and a control signal is applied to the anode, a load current flows to enable high-frequency oscillation.
【０００５】[0005]
【従来の技術】これらの電源装置は電圧が高いので、商
用交流をトランスで昇圧し高電圧の交流として整流して
いる。単にトランスで昇圧しただけでは足りないので、
ダイオードを交差するように多数組み合わせて階段状に
昇圧するようにすることもある。この場合はトランスの
二次側電圧の何倍もの直流を得る事ができる。そのよう
な整流昇圧回路はいくつか種類があるが、いずれもよく
知られている。2. Description of the Related Art Since these power supplies have a high voltage, a commercial AC is boosted by a transformer and rectified as a high-voltage AC. Because it is not enough to simply boost the voltage with a transformer,
In some cases, a large number of diodes are crossed so as to be stepped up in a stepwise manner. In this case, many times the direct current of the transformer secondary voltage can be obtained. There are several types of such rectifying and boosting circuits, all of which are well known.
【０００６】クライストロンなど高周波電子管の場合は
電流が大きくてパルス的に使用する事もある。イオン源
が負荷の場合は、比較的長時間連続供給する事が多い。In the case of a high-frequency electron tube such as a klystron, the current is large and may be used in a pulse form. When the ion source is a load, it is often supplied continuously for a relatively long time.
【０００７】電源から電圧を負荷に掛けた瞬間の特性、
或いは負荷から電圧を取り去った瞬間の特性を過渡特性
という。高電圧を低抵抗負荷に瞬時に掛けたときの特性
は不安定である。電子管といっても単純なＲ負荷でなく
て、誘導Ｌと容量Ｃを等価的に含んでいる。しかもＣ、
Ｌ、Ｒ成分の比率は状態により変わる。電圧が印加され
始めた時は殆どＣだけを持つ。だから過渡的な電圧波形
はオーバーシュートしたりハンチングを生じたりする。
図３はそのような状態を示す。図３（１）はハンチング
のある状態を示し、図３（２）はオーバーシュートを示
す。図３（３）は印加電圧を切った時のオーバーシュー
トを例示している。The characteristics at the moment when a voltage is applied to the load from the power supply,
Alternatively, the characteristic at the moment when the voltage is removed from the load is called a transient characteristic. The characteristics when a high voltage is instantaneously applied to a low resistance load are unstable. An electron tube is not a simple R load, but includes an induction L and a capacitance C equivalently. And C,
The ratio of the L and R components changes depending on the state. When the voltage starts to be applied, it has almost only C. Therefore, a transient voltage waveform causes overshoot or hunting.
FIG. 3 shows such a state. FIG. 3A shows a state with hunting, and FIG. 3B shows an overshoot. FIG. 3C illustrates an overshoot when the applied voltage is turned off.
【０００８】そこでイオン源用電源装置や高周波電子管
用電源装置において、負荷へ印加する出力電圧の立ち上
がり時や、出力電流立ち上がり時など過渡状態の制御応
答を良くするためにダミー抵抗を設けている。図２にこ
れを示す。Therefore, in a power supply for an ion source or a power supply for a high-frequency electron tube, a dummy resistor is provided in order to improve a control response in a transient state such as when an output voltage applied to a load rises or when an output current rises. This is shown in FIG.
【０００９】ダミー抵抗６というのは、負荷８と並列に
繋がれており、負荷よりも抵抗値が大きくＬ成分やＣ成
分のない純粋のＲ成分からなる抵抗である。ダミー抵抗
があると電流がこれにも流れるから電圧を掛け始めた瞬
間のオーバーシュートやハンチングが軽減される。電圧
を切った時の逆電圧の発生も緩和することができる。つ
まりダミー抵抗によって電源投入、切断時の過渡特性が
改善される。それは結構なことなのであるが、反面問題
がある。The dummy resistor 6 is a resistor which is connected in parallel with the load 8 and has a higher resistance than the load and is composed of a pure R component having no L component or C component. The presence of the dummy resistor allows current to flow therethrough, so that overshoot and hunting at the moment of starting to apply a voltage are reduced. The generation of a reverse voltage when the voltage is turned off can also be reduced. That is, the transient characteristics at the time of turning on and off the power are improved by the dummy resistors. That's fine, but there is a problem.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ダミー抵抗は負荷の電
力の１％程度の電力を消費するように設定される。つま
り定常での負荷の実効抵抗の１００倍程度の抵抗値を持
つようにする。抵抗値が大きすぎると過渡特性を改善さ
せることができない。例えば１００ｋＶで安定負荷電流
が１０Ａだとすると、ダミー抵抗は１００ｋＶで０．１
Ａ程度の電流が流れるように決める。するとダミー抵抗
は１ＭΩである。この例では、負荷での消費電力が１Ｍ
Ｗ、ダミー抵抗での消費電力は１０ｋＷとなる。このよ
うに負荷電力の１％前後の電力をダミー抵抗で消費して
しまう。The dummy resistor is set to consume about 1% of the power of the load. That is, the resistance value is set to about 100 times the effective resistance of the load in a steady state. If the resistance value is too large, the transient characteristics cannot be improved. For example, if the stable load current is 10 A at 100 kV, the dummy resistance is 0.1 k at 100 kV.
It is determined so that a current of about A flows. Then, the dummy resistance is 1 MΩ. In this example, the power consumption at the load is 1M
W, the power consumption by the dummy resistor is 10 kW. In this way, about 1% of the load power is consumed by the dummy resistor.
【００１１】ダミー抵抗は、負荷へ供給する電力の、
０．５％〜２％を消費する。ダミー抵抗として、耐圧は
高く、耐消費電力が大きい抵抗が必要である。これがい
くつかの難点をもたらす。大電力負荷の電源装置では
（１）ダミー抵抗が大型となり機器が大型化する、
（２）ダミー抵抗による電力損失、発熱量が大きくな
る、という問題がある。[0011] The dummy resistor is a component of the power supplied to the load.
Consume 0.5% to 2%. As the dummy resistor, a resistor having a high withstand voltage and a large power consumption is required. This poses some difficulties. In a power supply device with a large power load, (1) the dummy resistor becomes large and the equipment becomes large.
(2) There is a problem that the power loss and the amount of heat generated by the dummy resistor increase.
【００１２】（１）について例によって説明する。許容
電力（許容される最大の電力）が１００Ｗの抵抗を用い
ると仮定する。ダミー抵抗での消費電力を１０ｋＷとす
ると、１００本の抵抗が要る。直列に繋いで１ＭΩの抵
抗にしようとすると、１００ｋΩで許容電力が１００Ｗ
の抵抗を１００本用いることになる。１００Ｗの抵抗と
いうと大型の抵抗であり、約５ｃｍφで長さが３０〜５
０ｃｍにもなる。これを直列に１００本つなぐのでダミ
ー抵抗が広いスペースを取る。(1) will be described with an example. Assume that the allowable power (the maximum allowable power) uses a resistor of 100 W. Assuming that the power consumption of the dummy resistor is 10 kW, 100 resistors are required. If it is connected in series to make a 1MΩ resistor, the allowable power is 100W at 100kΩ.
Will be used. A 100 W resistor is a large resistor, approximately 5 cm in diameter and 30 to 5 in length.
It can be as much as 0 cm. Since 100 of these are connected in series, a large space is required for the dummy resistor.
【００１３】（２）について述べる。先ほどの例では、
ダミー抵抗だけで１０ｋＷの電力を消費することにな
る。イオン源のように長い間連続運転する場合はダミー
抵抗での電力消費はかなりのものになる。ダミー抵抗
は、電源投入時や、遮断時の過渡的な時だけに必要なの
である。定常状態になると負荷抵抗が小さい値のＲ負荷
になり電流は安定する。その場合ダミー抵抗は不要であ
る。定常状態でのダミー抵抗での電力はまったく無駄な
電力消費である。無駄であるだけでなく長時間抵抗を加
熱するから、大きい定格電力（許容電力）の抵抗を用い
ることを余儀なくされる。(2) will be described. In the previous example,
The power of 10 kW is consumed only by the dummy resistor. In the case of continuous operation for a long time such as an ion source, the power consumption in the dummy resistor becomes considerable. The dummy resistor is necessary only at the time of power-on or at the time of transition during power-off. In the steady state, the load resistance becomes an R load having a small value, and the current is stabilized. In that case, no dummy resistor is required. The power at the dummy resistor in the steady state is a wasteful power consumption. Heating the resistor for a long time is not only wasteful, but necessitates the use of a resistor having a large rated power (allowable power).
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、負荷と並列に
つながっているダミー抵抗に対し直列にスイッチを設け
る。つまり（ダミー抵抗＋スイッチ）の直列体と負荷を
並列に接続するのである。ダミー抵抗用スイッチをダミ
ー抵抗と直列に入れたということが新規である。ダミー
抵抗用スイッチを入れるとダミー抵抗は負荷と並列に接
続され、ダミー抵抗用スイッチを切るとダミー抵抗は負
荷から分離される。According to the present invention, a switch is provided in series with a dummy resistor connected in parallel with a load. In other words, the load and the series body (dummy resistor + switch) are connected in parallel. It is novel that the dummy resistor switch is inserted in series with the dummy resistor. When the dummy resistor switch is turned on, the dummy resistor is connected in parallel with the load, and when the dummy resistor switch is turned off, the dummy resistor is separated from the load.
【００１５】出力電流発生期間中はスイッチをオフにし
てダミー抵抗を回路から切り離す。電源から負荷に電流
を流し始める時とか電圧を切る時の過渡的な時だけスイ
ッチを入れてダミー抵抗を負荷と並列に入れる。しかし
負荷状態が安定するとスイッチを開放してダミー抵抗を
電源回路から切り放つ。負荷状態が安定すると出力電流
が発生するので出力電流を監視すれば負荷状態が安定し
たという事が分かる。ダミー抵抗が回路から切り離され
るからダミー抵抗によって失われる電力を節減する事が
できる。省エネルギー効果が大である。During the output current generation period, the switch is turned off to disconnect the dummy resistor from the circuit. Turn on the switch only when the current starts flowing from the power supply to the load or when the voltage is cut off, and insert a dummy resistor in parallel with the load. However, when the load condition is stabilized, the switch is opened to disconnect the dummy resistor from the power supply circuit. When the load condition is stabilized, an output current is generated. Therefore, monitoring the output current indicates that the load condition is stabilized. Since the dummy resistor is disconnected from the circuit, the power lost by the dummy resistor can be reduced. The energy saving effect is great.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】本発明はダミー抵抗を、電源回路
から隔離、接続できるように、スイッチを設けた。スイ
ッチを入れるとダミー抵抗は負荷と並列に電源回路につ
ながれる。これは従来例と同じ状態である。スイッチを
切るとダミー抵抗は電源から切り離される。従来の回路
にはこの状態が存在しなかった。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a switch is provided so as to isolate and connect a dummy resistor from a power supply circuit. When the switch is turned on, the dummy resistor is connected to the power supply circuit in parallel with the load. This is the same state as the conventional example. When the switch is turned off, the dummy resistor is disconnected from the power supply. This condition did not exist in conventional circuits.
【００１７】出力電流を発生していない期間（過渡時）
は、負荷となるイオン源や高周波電子管は容量の小さい
Ｃ負荷であるため出力電圧制御が不安定となりやすい。
そこで過渡時にのみスイッチをオンしてダミー抵抗を負
荷と並列に入れ、制御を安定化させる。A period during which no output current is generated (transient)
The output voltage control tends to be unstable because the ion source and the high-frequency electron tube serving as loads are C loads having a small capacity.
Therefore, the switch is turned on only at the time of transition, and a dummy resistor is inserted in parallel with the load to stabilize the control.
【００１８】出力電流の発生期間中（定常時）は負荷が
抵抗Ｒ負荷として作用するためダミー抵抗がなくても制
御は安定する。そこでスイッチをオフしてダミー抵抗を
切り離す。During a period during which the output current is generated (at a steady state), the load acts as a resistance R load, so that control is stable without a dummy resistance. Therefore, the switch is turned off to disconnect the dummy resistor.
【００１９】出力電流発生時というのは定常時のことで
あるが、この時ダミー抵抗は電源と離れている。定常時
のダミー抵抗による電力消費がない。これが省エネ効果
をもたらす。連続運転するイオン源の場合にその効果は
大きい。最初の運転開始の時と、運転終了の時だけ、ダ
ミー抵抗を電源回路に繋ぐだけであり、中間の安定運転
の時はダミー抵抗は電源から切り離されている。安定運
転の時間が長いものほど本発明の効果は顕著になる。When the output current is generated, it is a steady state. At this time, the dummy resistor is separated from the power supply. There is no power consumption due to the constant dummy resistance. This brings an energy saving effect. The effect is great when the ion source is operated continuously. The dummy resistor is simply connected to the power supply circuit only at the start of the first operation and at the end of the operation, and the dummy resistor is disconnected from the power supply during the intermediate stable operation. The longer the stable operation time, the more remarkable the effect of the present invention.
【００２０】高周波電子管の場合も連続運転する場合に
効果が大きい。高周波電子管でパルス駆動する場合、パ
ルス立ち上がりと、パルス立ち下がりの時だけにダミー
抵抗を挿入する訳であるが、パルス幅が短いとダミー抵
抗のスイッチを開閉する時間的な余裕がないこともあ
る。ダミー抵抗のスイッチを開閉して短い期間だけダミ
ー抵抗を切り離しても省エネ効果は薄い。In the case of a high-frequency electron tube, the effect is great when the device is operated continuously. When driving a pulse with a high-frequency electron tube, a dummy resistor is inserted only at the rising and falling of the pulse. . Even if the dummy resistor is disconnected for a short period by opening and closing the switch of the dummy resistor, the energy saving effect is small.
【００２１】ダミー抵抗でジュール熱が発生するが、そ
の時間が短くなるからより定格の小さい抵抗を用いるこ
とができる。先ほどの例では１本あたりの許容発熱量が
１００Ｗのものを使用したが、ダミー抵抗での発熱時間
が短縮されるから、半分の５０Ｗの抵抗を使うといった
ことも可能である。あるいは１００Ｗの抵抗器を１００
本使っていたのを、１００Ｗの抵抗を５０本というよう
にできる。１００本の抵抗だとダミー抵抗の全体積が１
ｍ３程度になったが、これを半減することが可能とな
る。Although Joule heat is generated by the dummy resistor, the time is shortened, so that a resistor having a smaller rating can be used. In the above example, the permissible heat generation amount per line is 100 W. However, since the heat generation time of the dummy resistor is shortened, it is possible to use a half 50 W resistor. Or a 100W resistor to 100
What used this can be changed to 50 resistors of 100W. With 100 resistors, the total volume of the dummy resistors is 1
became about m 3, it is possible to half this.
【００２２】ただし良いことばかりでもない。本発明に
よって抵抗器の数を減らすことができるが、代わりにダ
ミー抵抗用スイッチが増える。高電圧大電流を開閉する
スイッチであるから高価である。抵抗を減らしてコスト
を減らした分程度は、スイッチの価格で打ち消すという
ことも有り得る。However, this is not only a good thing. The invention reduces the number of resistors, but instead increases the number of switches for dummy resistors. It is expensive because it is a switch that opens and closes high voltage and large current. To the extent that the cost is reduced by reducing the resistance, it is possible that the price of the switch cancels out.
【００２３】[0023]
【実施例】図１によって本発明の実施例を説明する。整
流回路１は商用電源からトランスで昇圧した交流を整流
器の組み合わせによって直流として昇圧する回路などを
含んでいる。或いはサイリスタ制御装置やインバータ装
置などがあって直流をさらに交流にしトランスで昇圧す
る機構を含む事もある。整流回路１の構成は任意であ
る。所望の高い直流電圧が得られるようになっていれば
良い。整流回路１は平滑リアクトル２を経て出力電圧制
御素子５につながっている。整流回路１と並列に、制動
抵抗３と平滑コンデンサ４が接続される。平滑コンデン
サ４は電源の小さい電圧変動を除去する。電源電圧が平
滑コンデンサ４に蓄えられる。平滑コンデンサ４は一つ
のコンデンサによって表現しているが、実際には多数の
コンデンサを直列に或いは直列・並列に接続したもので
ある。一つのコンデンサで百ｋＶとか数百ｋＶの耐圧を
持つものはないからである。制動抵抗３についても同じ
で実際には複数の抵抗を直列或いは並列に接続してあ
る。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The rectifier circuit 1 includes a circuit for boosting an alternating current boosted by a transformer from a commercial power supply into a direct current by a combination of rectifiers. Alternatively, a thyristor control device, an inverter device, or the like may be provided, and a mechanism may be provided in which DC is further converted to AC and boosted by a transformer. The configuration of the rectifier circuit 1 is arbitrary. It is sufficient that a desired high DC voltage can be obtained. The rectifier circuit 1 is connected to an output voltage control element 5 via a smoothing reactor 2. A braking resistor 3 and a smoothing capacitor 4 are connected in parallel with the rectifier circuit 1. The smoothing capacitor 4 removes small voltage fluctuations of the power supply. The power supply voltage is stored in the smoothing capacitor 4. Although the smoothing capacitor 4 is represented by a single capacitor, in actuality, many capacitors are connected in series or in series / parallel. This is because no single capacitor has a withstand voltage of 100 kV or several hundred kV. The same applies to the braking resistor 3, and a plurality of resistors are actually connected in series or in parallel.
【００２４】出力電圧制御素子５には、二通りの場合が
ある。一つは連続的に出力電圧を変化させることができ
るようにしたものである。整流回路で得られる電圧以下
の任意の電圧を出力できるように真空管の電圧制御素子
などが用いられる。大型の真空管であるがグリッド電圧
によって、出力電圧を連続可変で制御できる。The output voltage control element 5 has two cases. One is that the output voltage can be changed continuously. A voltage control element of a vacuum tube or the like is used so that an arbitrary voltage equal to or lower than the voltage obtained by the rectifier circuit can be output. Although it is a large vacuum tube, the output voltage can be controlled continuously variable by the grid voltage.
【００２５】もう一つは半導体素子を用いる場合であ
る。半導体素子では高電圧大電流を連続可変で制御する
ことはできない。オン・オフの二状態だけをとる半導体
スイッチ素子が用いられる。この場合は電源電圧は変え
られないので整流回路の電圧と一致する。負荷をパルス
駆動する場合はオン・オフだけでもよい。しかし負荷を
ある程度の時間駆動する場合は電圧を連続的に制御しな
ければならないから真空管の制御素子の方が適してい
る。The other is a case where a semiconductor element is used. In a semiconductor device, a high voltage and a large current cannot be controlled continuously. A semiconductor switch element that takes only two states, ON and OFF, is used. In this case, since the power supply voltage cannot be changed, it matches the voltage of the rectifier circuit. When the load is pulse-driven, only the on / off operation may be performed. However, when the load is driven for a certain period of time, the voltage must be continuously controlled, so that the control element of the vacuum tube is more suitable.
【００２６】出力電圧制御素子５はさらに端子を経て負
荷８につながっている。負荷と一般的に表現している
が、これはイオン源や高周波電子管（真空管）である。
真空管の場合は、アノード（プレート）、カソード、グ
リッドなどがある。出力電圧制御素子５のカソードが平
滑リアクトルの方に、アノードが負荷の方につながれ
る。電圧が掛かっているだけでは電流は流れない。グリ
ッドに制御電圧を印加して初めて負荷電流が流れる。The output voltage control element 5 is further connected to a load 8 via a terminal. Although generally referred to as a load, this is an ion source or a high-frequency electron tube (vacuum tube).
In the case of a vacuum tube, there are an anode (plate), a cathode, a grid, and the like. The cathode of the output voltage control element 5 is connected to the smoothing reactor, and the anode is connected to the load. The current does not flow just because the voltage is applied. The load current flows only after the control voltage is applied to the grid.
【００２７】制御電圧を与えるのが出力電流発生制御装
置９である。これは真空管のグリッドに制御信号ｑを入
れて真空管に電流を流すようにする。イオン源の場合
は、プラズマ発生電源のオン・オフの切り替え制御信号
ｑを用いる。イオン源の加速電極、減速電極などに電圧
がかかっているだけではプラズマが発生しない。プラズ
マ発生電源を入れて初めてプラズマが点灯し電極の加え
た電圧によってイオンビ−ムが引き出される。An output current generation control device 9 supplies a control voltage. In this method, a control signal q is input to the grid of the vacuum tube so that a current flows through the vacuum tube. In the case of an ion source, an on / off switching control signal q of the plasma generation power supply is used. No plasma is generated simply by applying a voltage to the acceleration electrode, deceleration electrode, etc. of the ion source. The plasma is turned on only after the plasma generation power is turned on, and the ion beam is extracted by the voltage applied to the electrodes.
【００２８】負荷８と並列に電源に繋がれているのがダ
ミー抵抗６である。図２のダミー抵抗と違って、スイッ
チ７が直列に接続されている。以上の整流回路１、平滑
リアクトル２、制動抵抗３、平滑コンデンサ４、出力電
圧制御素子５、ダミー抵抗６、ダミー抵抗用スイッチ７
が全体として電源回路を構成する。電源と簡単に言って
いるが、これらの全体をさしているのである。The dummy resistor 6 is connected to the power supply in parallel with the load 8. Unlike the dummy resistor of FIG. 2, the switch 7 is connected in series. The above rectifier circuit 1, smoothing reactor 2, braking resistor 3, smoothing capacitor 4, output voltage control element 5, dummy resistor 6, dummy resistor switch 7
Constitute a power supply circuit as a whole. Although it is simply called power supply, it refers to all of these.
【００２９】電源回路の中に、ダミー抵抗６と直列にダ
ミー抵抗用のスイッチ７を設けたところが新規である。
スイッチ７の開閉制御は、先述のように負荷に信号を与
えるものであった出力電流発生制御装置９を用いること
ができる。もちろん、その他に負荷状態を検出して、そ
れによってスイッチを開閉制御するようにもできる。The power supply circuit is novel in that a dummy resistance switch 7 is provided in series with the dummy resistance 6.
The opening / closing control of the switch 7 can use the output current generation control device 9 which gives a signal to the load as described above. Of course, it is also possible to detect the load state and control the opening and closing of the switch accordingly.
【００３０】それでは何時ダミー抵抗用スイッチを開
き、何時スイッチを閉じるのか？図４によって説明す
る。図４（１）は出力電圧制御素子５から負荷８にかか
る出力電圧の波形を示す。図４（２）は負荷８を流れる
出力電流Ｉの波形である。図４（３）は負荷出力の波形
である。イオン源ならばイオンビ−ムの電流などを示
す。高周波電子管なら電子ビーム電流である。図４
（４）はダミー抵抗用スイッチの開閉状態を示す波形図
である。横軸は時間ｔである。４つの波形について共通
に時間を割り当てている。Then, when should the switch for the dummy resistor be opened and when should the switch be closed? This will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows a waveform of an output voltage applied from the output voltage control element 5 to the load 8. FIG. 4B shows the waveform of the output current I flowing through the load 8. FIG. 4C shows the waveform of the load output. In the case of an ion source, the current of the ion beam is shown. For a high-frequency electron tube, it is an electron beam current. FIG.
(4) is a waveform diagram showing the open / closed state of the dummy resistor switch. The horizontal axis is time t. Time is commonly assigned to the four waveforms.
【００３１】出力電圧はｔ０で０Ｖである（イ）。イロ
間では出力電圧制御素子５が電圧を遮断しており負荷８
に電圧が掛かっていない。ｔ＝ｔ１のロ点で出力電圧制
御素子５が開いて、負荷８に高電圧を掛けるようにして
いる。ロハニと電圧が上がってゆくが負荷電流は流れな
い。ロハニと滑らかに電圧が上昇するのは、出力電圧制
御素子５がそのような制御をしているからである。単に
スイッチ素子で電圧を一気に掛けるとするとロハニの部
分は矩形波状の立ち上がりになる。ロハニの波形は、出
力電圧制御素子５の調整によって自由に決めることがで
きる。負荷電流はこの間０（ヨタ）である。The output voltage is 0 V at t 0 (A). The output voltage control element 5 cuts off the voltage between Iro and the load 8
No voltage is applied to. The output voltage control element 5 is opened at the point t = t 1 to apply a high voltage to the load 8. The voltage rises and the load current does not flow. The reason why the voltage rises smoothly is that the output voltage control element 5 performs such control. If a voltage is simply applied at once using a switch element, the Rohany portion has a rectangular wave-shaped rising. The waveform of Rohany can be freely determined by adjusting the output voltage control element 5. The load current is 0 (yota) during this time.
【００３２】所定の電圧が負荷にかかり、負荷電圧が安
定したｔ＝ｔ２のホ点で出力電流発生制御装置９から制
御信号ｑを負荷８に送り、負荷８を駆動する。負荷に電
流Ｉが流れ始める。これがタレの電流の立ち上がりであ
る。タレも滑らかな立ち上がりになっているがこれは制
御信号ｑを徐々に上げるからである。タレの波形は、出
力電流発生制御装置９の信号ｑ（ｔ）を適当に与えるこ
とによって自在に与えることができる。出力電圧Ｖの方
はヘ点で僅かに低下する。これは負荷電流が流れ始めた
ためである。落ち込み（ヘ）が僅かであるのは出力電圧
制御素子５が電圧を強制的に一定に保持するように働く
からである。しかし、落ち込みはすぐに回復し、トチ間
では電圧は一定になる。これに応じて負荷電流Ｉもレソ
間で一定値を保つようになる。[0032] takes a predetermined voltage load, the load voltage is sent to the load 8 a control signal q from the output current generator controller 9 in E point of stable t = t 2, and drives the load 8. The current I starts flowing to the load. This is the rise of the sauce current. The sauce also has a smooth rise because the control signal q is gradually increased. The sagging waveform can be freely given by appropriately giving the signal q (t) of the output current generation controller 9. The output voltage V slightly decreases at the point F. This is because the load current has begun to flow. The drop (f) is slight because the output voltage control element 5 works so as to forcibly keep the voltage constant. However, the dip quickly recovers and the voltage remains constant between the pits. In response, the load current I also maintains a constant value between the lasers.
【００３３】負荷の駆動を終了した時（ｔ＝ｔ３）に、
出力電流発生制御装置９から再び信号ｑが出て負荷を閉
じる。イオン源の場合はプラズマ発生電源を０に落と
す。高周波電子管の場合は、アノード電圧を０とする。
これも信号ｑを徐々に０に落とすことによって電流がソ
ツのように裾を引いて減衰するようにしている。これに
よって負荷は動作を停止する（リ）。負荷電圧Ｖがｔ３
以後のヌで僅かに上昇するのは、負荷電流が急に消失し
たからである。僅かな上昇でとどまるのは出力電圧制御
素子５が電圧Ｖを一定に保とうとするからである。出力
電圧制御素子５はル点まで電圧を維持し、ここから電圧
をルワというようにゆっくり低下させる。ワ点で電圧Ｖ
も０に下がる。When the driving of the load is completed (t = t 3 ),
The signal q is output again from the output current generation control device 9 to close the load. In the case of an ion source, the plasma generation power supply is dropped to zero. In the case of a high-frequency electron tube, the anode voltage is set to 0.
In this case, too, the signal q is gradually reduced to zero so that the current attenuates by pulling the tail like a sword. As a result, the load stops operating (i). When the load voltage V is t 3
The reason for the slight increase in the following nulls is that the load current suddenly disappeared. The slight increase is because the output voltage control element 5 tries to keep the voltage V constant. The output voltage control element 5 maintains the voltage up to the lu point, and gradually lowers the voltage from there to a lure. Voltage V
Also falls to zero.
【００３４】図４（２）電流Ｉは、ｔ２からタレのよう
に立ち上がり、ｔ３からソツのように立ち下がる。これ
は出力電流発生制御装置９の制御信号ｑ（ｔ）の与え方
による。FIG. 4 (2) current I rises to the t 2 sauce, it falls from t 3 as graduation. This depends on how the output current generation control device 9 supplies the control signal q (t).
【００３５】負荷出力は、ナラで０であり、ｔ２で急に
出力を持つようになる。期間ムウ（ｔ２〜ｔ３）であ
る。ｔ３で負荷出力が急激に消失する。負荷出力という
のはイオン源のイオンビ−ムなどであり、高周波電子管
の場合は電子ビーム電流である。[0035] load output is 0 in Nara, it will have a sudden output at t 2. Period is a Mu (t 2 ~t 3). load output at t 3 is rapidly vanishing. The load output is, for example, an ion beam of an ion source. In the case of a high-frequency electron tube, the load output is an electron beam current.
【００３６】重要なのはダミー抵抗用スイッチ７の開閉
である。図４（４）において、負荷に電圧が掛かってい
ない時は（クヤ間）、スイッチ７は開いている。負荷電
圧が掛かる時刻（ｔ１）の前に（ヤ）ダミー抵抗用スイ
ッチ７を閉じる。スイッチ７のオン状態は、ヤマから時
刻ｔ１、ｔ２の後まで持続する。ダミー抵抗６は負荷と
並列に電源につながれる。負荷電流が流れ始め
（ｔ２）、安定した（レ）後に、スイッチ７を開く（フ
コ）。ダミー抵抗６は電源から切り離される。What is important is the opening and closing of the dummy resistor switch 7. In FIG. 4D, when no voltage is applied to the load (between the bears), the switch 7 is open. Before the time (t 1 ) when the load voltage is applied, (d) the dummy resistor switch 7 is closed. The ON state of the switch 7 continues from the time of yama until after the times t 1 and t 2 . The dummy resistor 6 is connected to the power supply in parallel with the load. After the load current starts to flow (t 2 ) and becomes stable (d), the switch 7 is opened (fuco). The dummy resistor 6 is disconnected from the power supply.
【００３７】負荷が定常状態にあり、安定な間（コエ）
は、スイッチは開いたままである。負荷電流が切れる直
前になってスイッチがオンになる（エテ）。テから
ｔ３、ｔ ４を経て電流Ｉ、電圧Ｖがともに０になってか
らスイッチはオフになる（サキ）。While the load is in a steady state and stable (coe)
The switch remains open. Immediately after load current cuts
The switch is turned on before (Ete). From te
t3, T 4The current I and the voltage V both become 0
Switch is turned off (Saki).
【００３８】従来はダミー抵抗用スイッチがなかったの
で、スイッチがオンである状態だけであった。クヤ、キ
ユ間は電圧、電流が０であるから電力消費には無関係で
ある。しかしコエ間はダミー抵抗に電流が流れジュール
熱が発生する。コエ間では負荷状態は安定しておりダミ
ー抵抗の補助はもはや不要である。コエ間でのダミー抵
抗での電力消費は全く無駄な事である。Conventionally, since there was no switch for the dummy resistor, only the switch was turned on. Since the voltage and the current are 0 between kuya and kyu, it has nothing to do with power consumption. However, between the coils, a current flows through the dummy resistor to generate Joule heat. The load condition is stable between the coils, and the assistance of the dummy resistor is no longer necessary. The power consumption of the dummy resistor between the coils is useless.
【００３９】本発明は、コエ間ではダミー抵抗を電源か
ら切り離し損失をなくしている。コエ間は定常運転時で
あり図４では短く書いてあるが、実際は過渡期（マフ、
テサ間）よりも長い。イオン源のように長時間定常運転
するものでも、過渡期マフ、テサは０．１秒〜１秒の短
いものである。長いコエ間でダミー抵抗の電力消費がな
いのでエネルギー消費を節減できる。According to the present invention, the dummy resistor is disconnected from the power supply between the coils to eliminate loss. The interval between Koe is the time of steady operation and is written short in FIG. 4, but in the transition period (muff,
Longer than between Tesa). Even in the case of a long-time steady operation such as an ion source, the transition period muff and tesa are as short as 0.1 second to 1 second. Energy consumption can be reduced because there is no power consumption of the dummy resistor between long turns.
【００４０】[0040]
【発明の効果】出力電流発生期間（定常状態）中はダミ
ー抵抗を切り離すことにより、ダミー抵抗の電力損失と
発熱をなくす事ができる。電源装置の効率を高めること
ができる。負荷に比較してダミー抵抗での電力消費は、
０．５％〜２％程度の小さいものであるが、負荷でのパ
ワーが数ＭＷ程度だから、その１％としても数１０ｋＷ
の電力であり、これを節減できることの効果は大きい。According to the present invention, the power loss and the heat generation of the dummy resistor can be eliminated by disconnecting the dummy resistor during the output current generation period (steady state). The efficiency of the power supply device can be increased. The power consumption of the dummy resistor compared to the load is
Although it is as small as about 0.5% to 2%, the power at the load is about several MW, so even if it is 1%, it is several tens of kW.
Power, and the effect of saving this power is great.
【００４１】イオン源や高周波電子管では、出力電圧の
み発生し出力電流を発生していない期間（過渡状態）は
短時間であり、抵抗は短時間過負荷で使用できるので、
ダミー抵抗の使用本数を低減できる。これによって機器
を従来より小型にできる。例えば従来はダミー抵抗とし
て１００Ｗの抵抗を１００本用いていたとしてこれを５
０本に減らすことも可能である。ダミー抵抗は重くて嵩
高い装置であったが体積、重量を減らすことができる。In an ion source or a high-frequency electron tube, the period during which only the output voltage is generated and no output current is generated (transient state) is short, and the resistor can be used for a short time by overload.
The number of dummy resistors used can be reduced. This allows the equipment to be smaller than before. For example, assuming that 100 resistances of 100 W are conventionally used as dummy resistances, this is
It is also possible to reduce the number to zero. Although the dummy resistor is a heavy and bulky device, the volume and weight can be reduced.
【図１】本発明の実施例を示す電源回路図。FIG. 1 is a power supply circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】負荷と並列にダミー抵抗を接続した従来の回路
の原理図。FIG. 2 is a principle diagram of a conventional circuit in which a dummy resistor is connected in parallel with a load.
【図３】ダミー抵抗がない場合の過渡的な電流波形図。FIG. 3 is a transient current waveform diagram when there is no dummy resistor.
【図４】本発明の電源と負荷を含む回路において電源の
出力電圧（１）、負荷出力電流（２）、負荷出力
（３）、ダミー抵抗用スイッチの開閉状態（４）を示す
グラフ。FIG. 4 is a graph showing an output voltage (1) of a power supply, a load output current (2), a load output (3), and an open / close state (4) of a switch for a dummy resistor in a circuit including a power supply and a load according to the present invention.
１ 整流回路 ２ 平滑リアクトル ３ 制動抵抗 ４ 平滑コンデンサ ５ 出力電圧制御素子 ６ ダミー抵抗 ７ ダミー抵抗用スイッチ ８ 負荷 ９ 出力電流発生制御装置 REFERENCE SIGNS LIST 1 rectifier circuit 2 smoothing reactor 3 braking resistor 4 smoothing capacitor 5 output voltage control element 6 dummy resistor 7 dummy resistor switch 8 load 9 output current generation control device
Claims (1)
置において、出力電圧の過渡制御応答を良くするために
設けているダミー抵抗と直列にダミー抵抗用スイッチを
設け、負荷に電圧を印加し始める過渡期と負荷電流が減
衰する過渡期においてダミー抵抗を電源回路に繋ぎ、負
荷の出力電流発生期間中はダミー抵抗を電源回路から切
り離すようにした事を特徴とする直流電源装置。In a DC power supply for an ion source or a high-frequency electron tube, a switch for a dummy resistor is provided in series with a dummy resistor provided for improving transient control response of an output voltage, and a voltage is applied to a load. A DC power supply device, wherein a dummy resistor is connected to a power supply circuit in a transition period and a transition period in which a load current is attenuated, and the dummy resistor is disconnected from the power supply circuit during a load output current generation period.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000049081A JP2001236918A (en) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | Direct-current power supply unit |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105261540A (en) * | 2015-11-04 | 2016-01-20 | 湖北汉光科技股份有限公司 | Vacuum current calibration load resistor device for klystron |
| CN112217276A (en) * | 2020-09-27 | 2021-01-12 | 淮浙煤电有限责任公司凤台发电分公司 | Intelligent flexible power supply switching device |
-
2000
- 2000-02-25 JP JP2000049081A patent/JP2001236918A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105261540A (en) * | 2015-11-04 | 2016-01-20 | 湖北汉光科技股份有限公司 | Vacuum current calibration load resistor device for klystron |
| CN105261540B (en) * | 2015-11-04 | 2024-05-10 | 湖北汉光科技股份有限公司 | Klystron vacuum current calibration load resistance device |
| CN112217276A (en) * | 2020-09-27 | 2021-01-12 | 淮浙煤电有限责任公司凤台发电分公司 | Intelligent flexible power supply switching device |
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