JP2005094915A

JP2005094915A - 充放電装置

Info

Publication number: JP2005094915A
Application number: JP2003324514A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakane; 剛坂根
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】充電電流が高電圧電源の定格値以下で警報が発生しないような故障を検知することが可能な充放電装置を提供する。
【解決手段】負荷、スイッチング素子、及びキャパシタが直列に接続されて放電回路が構成されている。放電回路のキャパシタが、充電回路により充電される。充電開始から基準充電時間経過時におけるキャパシタの電極間の電圧が測定され、測定された電圧が電圧許容範囲内であるか否かが判定される。制御装置が、判定結果に基づいて警報を発する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電装置に関し、特にキャパシタを充電した後、キャパシタからの放電電流を負荷に供給する充放電装置に関する。

エキシマレーザ発振器は、高電圧電源で充電されたキャパシタからの充電電流を一対の放電電極間に流すことにより、レーザ発振を行う。キャパシタの充電は、一般的に高電圧電源により直流の定電流で行われる。予め決められた充電時間が経過すると、充電動作が停止され、レーザ発振器の発振周期で決まる時刻に放電を行う。高電圧電源から定格値以上の充電電流が流れ出すと、高電圧電源が警報を発する。警報が発生すると、レーザ発振を停止させ、警報の原因調査が行われる。

定格値以上の電流が流れ出した時に警報を発する機能は一般的な高電圧電源が有している。また、警報が発生した時に、その警報の原因を調査することは、通常行われることである。本願出願人は、この技術に関する特許文献及び論文等の先行技術文献を知らない。

充電回路での漏電や、キャパシタでの漏れ電流等が生じていても、充電電流が高電圧電源の定格値以下であれば警報が発生しない。このため、これらの故障を検知することができない。

本発明の目的は、充電電流が高電圧電源の定格値以下で警報が発生しないような故障を検知することが可能な充放電装置を提供することである。

本発明の一観点によると、負荷、スイッチング素子、及びキャパシタが直列に接続された放電回路と、前記キャパシタを充電する充電回路と、充電開始から基準充電時間経過時における前記キャパシタの電極間の電圧を測定し、測定された電圧が電圧許容範囲内であるか否かを判定し、判定結果に基づいて警報を発する制御装置とを有する充放電装置が提供される。

基準充電時間経過時におけるキャパシタの電極間の電圧を測定することにより、動作の異常を検出することができる。

図１に、実施例による充放電装置の等価回路図及びブロック図を示す。キャパシタ３、スイッチング素子４、及び負荷５が直列に接続されて放電回路を構成する。さらに、キャパシタ３、充電インピーダンス２、及び高電圧電源１が直列に接続されて充電回路を構成する。負荷５は、例えばエキシマレーザ発振器、ストロボ等の、放電電極を有する装置である。スイッチング素子４として、例えばサイラトロン等が使用される。高電圧電源１は、充電回路に一定の大きさの充電電流Ｉ_０を流す。

充電回路に電流計７が挿入され、キャパシタ３に並列に電圧計８が接続されている。電流計７及び電圧計８の測定結果が、判定回路９に入力される。制御装置６が、高電圧電源１に基準充電電圧Ｖ_０を与えるとともに、スイッチング素子４の開閉を制御する。

図２を参照して、図１に示した充放電装置の基本動作を説明する。時刻Ｔ_１において、充電電流Ｉ_０でキャパシタ３の充電が開始される。キャパシタ３が充電されるに従って、キャパシタ３の電極間に発生する電圧（充電電圧）が上昇する。充電電圧が基準充電電圧Ｖ_０になった時点Ｔ_２で充電動作を停止する。充電動作が停止すると、充電電流が０になり、充電電圧が一定になる。キャパシタ３の静電容量をＣ、充電時間をＴ_０（＝Ｔ_２−Ｔ_１）とすると、充電時間Ｔ_０は、Ｔ_０＝ＣＶ_０／Ｉ_０と表される。

時刻Ｔ_３において、スイッチング素子４を閉じる。放電回路に放電電流が流れ、充電電圧が０に戻る。このとき、負荷５に瞬間的に大電流が流れ、レーザ発振が生ずる。その後、スイッチング素子４を開き、キャパシタ３の充電を開始する。充電電圧が基準充電電圧Ｖ_０になった時点Ｔ_４で充電を終了させる。この動作を繰り返すことにより、エキシマレーザ発振器がパルス発振する。時刻Ｔ_１から時刻Ｔ_３までの期間がパルスの周期になる。

基準充電電圧Ｖ_０が予め決まっていれば、上記式（１）から基準充電時間Ｔ_０が求まる。

図３及び図４に、充電回路が正常に動作している場合、及び何らかの故障が発生して正常に動作していない場合について、充電電圧及び充電電流の時間変動を示す。図３及び図４の横軸は、充電開始からの経過時間を表し、図３の縦軸は充電電圧を表し、図４の縦軸は充電電流を表す。

充電回路が正常に動作している場合には、実線ｃで示すように、時刻Ｔ_０の時点で充電電圧が基準充電電圧Ｖ_０に達し、充電が終了する。何らかの原因で過大な充電電流が流れた場合には、実線ｂで示すように、時刻Ｔ_０よりも前の時刻Ｔ_０１の時点で充電電圧が基準充電電圧Ｖ_０に達し、充電が終了する。なお、このときの充電電流は、高電圧電源１の定格値以下であるとする。従って、高電圧電源１の警報は発生しない。さらに、何らかの原因で時刻Ｔ_０１を過ぎても充電動作が終了しない場合には、実線ａで示すように、充電電圧が基準充電電圧Ｖ_０を超えて上昇し続ける。何らかの原因で充電電流が過小である場合には、実線ｄで示すように、時刻Ｔ_０の時点では充電電圧が基準充電電圧Ｖ_０まで達せず、時刻Ｔ_０２に基準充電電圧Ｖ_０に達する。時刻Ｔ_０２に、充電動作が終了する。さらに、何らかの原因で時刻Ｔ_０よりも前の時刻Ｔ_０３の時点で充電電流が停止した場合を、実線ｅで示す。

図３を参照して、図１に示した判定回路の電圧条件判定動作について説明する。時刻Ｔ_０における充電電圧を検出する。基準充電電圧Ｖ_０よりもある値だけ低い電圧Ｖ_ｏ−から、ある値だけ高い電圧Ｖ_ｏ＋までの範囲を電圧許容範囲とする。検出された電圧が電圧許容範囲内である場合、電圧条件が良好と判定し、電圧許容範囲外である場合、電圧条件が不良と判定する。図３に示した実線ｃ及びｂの状態は、電圧条件が良好と判定され、実線ａ、ｄ及びｅの状態は、電圧条件が不良と判定される。電圧許容範囲は、例えば基準充電電圧Ｖ_０±５％とする。この電圧許容範囲は、適宜拡大または縮小してもよい。

図４を参照して、図１に示した判定回路の電流条件判定動作について説明する。時刻Ｔ_０よりもやや前の時刻Ｔ_０−における充電電流、及びやや後の時刻Ｔ_０＋における充電電流を検出する。例えば、基準充電時間Ｔ_０が１．５〜２．０ｍｓである場合、時刻Ｔ_０−とＴ_０との間隔、及び時刻Ｔ_０とＴ_０＋との間隔は、０．５ｍｓとする。なお、この時間間隔は、適宜延長または短縮してもよい。

時刻Ｔ_０−において充電電流が流れており、時刻Ｔ_０＋において充電電流が０になっていれば電流条件が良好と判定され、それ以外の場合には、電流条件が不良と判定される。図４に示した実線ａ及びｄの状態は、時刻Ｔ_０＋の時点で充電電流が流れているため、電流条件が不良と判定される。実線ｂの状態は、時刻Ｔ_０−の時点で既に充電電流が０になっているため、電流条件が不良と判定される。実線ｅの状態は、充電動作が停止する時刻Ｔ_０３、電流条件を判定する時刻Ｔ_０−及びＴ_０＋の前後関係により、判定結果が変わり得る。例えば、時刻Ｔ_０３が時刻Ｔ_０−とＴ_０＋との間に位置する場合には、電流条件が良好と判定され、それ以外の場合には不良と判定される。

特に、基準充電時間Ｔ_０を過ぎた時刻Ｔ_０＋においても充電電流が流れている状態は、大きな事故に繋がりかねない。時刻Ｔ_０＋における充電電流を検出することにより、充電電流が流れ続けることにより事故を防止することができる。

上記判定結果をまとめると、図３及び図４の実線ａ及びｄの状態は、電圧条件及び電流条件が共に不良と判定され、実線ｂの状態は、電流条件のみが不良と判定され、実線ｅの状態は、少なくとも電圧条件が不良と判定される。実線ｃの状態は、電圧条件及び電流条件の両方が良好と判定される。

判定回路９は、電圧条件及び電流条件の少なくとも一方が不良と判定されたら警報を発生させる。警報が発生すると、制御回路６はスイッチング素子４を開放状態に維持し、負荷５へ放電電流が供給されないようにするとともに、高電圧電源１への電力の供給を停止する。

上記実施例の場合には、充電電流が高電圧電源の定格値以下であっても、異常を検出し、警報を発することができる。このため、より重大な故障の発生を防止することができる。

上記実施例では、電圧条件及び電流条件の少なくとも一方が１回不良と判定されたら警報を発することとしたが、不良とされる頻度（単位時間あたりに不良と判定された回数）を記憶し、この頻度が許容頻度を超えたときに警報を発するようにしてもよい。また、図３及び図４に示した実線ａ、ｂ、ｄ、及びｅの状態ごとに頻度を記憶し、状態ごとに許容頻度を設定してもよい。

頻度の判定を行うことにより、一時的な故障で警報が発生して装置が停止することを防止することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明は、エキシマレーザ用の電源回路等のように、一旦キャパシタを充電し、充電されたキャパシタを放電させることによって負荷に電流を供給する装置に適用できる。カメラのストロボ用の電源にも適用可能である。

実施例による充放電回路の等価回路図及びブロック図である。実施例による充放電回路のキャパシタの電極間の電圧及び充電電流の波形を示すグラフである。実施例による充放電回路のキャパシタの電極間の電圧の正常な波形、及び異常時の波形を示すグラフである。実施例による充放電回路の充電電流の正常な波形、及び異常時の波形を示すグラフである。

符号の説明

１高電圧電源
２充電インピーダンス
３キャパシタ
４スイッチング素子
５負荷
６制御装置
７電流計
８電圧計
９判定回路

Claims

負荷、スイッチング素子、及びキャパシタが直列に接続された放電回路と、
前記キャパシタを充電する充電回路と、
充電開始から基準充電時間経過時における前記キャパシタの電極間の電圧を測定し、測定された電圧が電圧許容範囲内であるか否かを判定し、判定結果に基づいて警報を発する制御装置と
を有する充放電装置。
前記制御装置が、さらに、前記基準充電時間経過時よりも後の時点に、前記充電回路を流れる電流を測定し、測定された電流が電流許容範囲内であるか否かを判定し、判定結果に基づいて警報を発する請求項１に記載の充放電装置。
前記制御装置が、さらに、前記基準充電時間経過時よりも前の時点に、前記充電回路を流れる電流を測定し、測定された電流が電流許容範囲内であるか否かを判定し、判定結果に基づいて警報を発する請求項１または２に記載の充放電装置。
前記制御装置は、測定された物理量が該物理量の許容範囲外であると判定された頻度が許容頻度を超えたときに警報を発し、許容頻度を超えないときには、警報を発しない請求項１〜３のいずれかに記載の充放電装置。
負荷、スイッチング素子、及びキャパシタが直列に接続された放電回路と、
前記キャパシタを充電する充電回路と、
充電開始から基準充電時間経過時よりも後の時点に、前記充電回路を流れる電流を測定し、測定された電流が電流許容範囲内であるか否かを判定し、判定結果に基づいて警報を発する制御装置と
を有する充放電装置。
前記負荷がエキシマレーザ発振器である請求項１〜５のいずれかに記載の充放電装置。