JP2009098885A

JP2009098885A - 電力供給回路、電源装置および磁場発生装置

Info

Publication number: JP2009098885A
Application number: JP2007269410A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kido; 義勇木戸; Shigeki Futamori; 茂樹二森; Kenjiro Hata; 健二郎端; Haruo Kudo; 治夫工藤; Kazuo Suda; 一男寿田
Original assignee: KUDO DENKI KK; National Institute for Materials Science
Current assignee: KUDO DENKI KK; National Institute for Materials Science
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2009-05-07

Abstract

【課題】負荷に大電流を安定して流すことができる電源装置等を提供する。
【解決手段】電源装置２は、電源１０、および、電源１０から負荷２０に電力を供給する電力供給回路４０を備える。電力供給回路４０は、Ｍ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍ、電流値検出部４２、ゲート電圧制御部４３およびＭ個のバッファ部４４_１〜４４_Ｍを含む。電源１０と負荷２０との間の電力供給経路の一部においてＭ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍが並列的に設けられ、また、電力供給経路に電流値検出部４２が設けられていて、電力供給経路に流れる電流の値が電流値検出部４２により検出され、この検出された電流値が一定となるようにゲート電圧制御部４３によりＭ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍそれぞれのゲート端子に与えられる電圧値が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給回路、この電力供給回路および電源を含む電源装置、ならびに、この電力供給回路，電源および電磁石を含む磁場発生装置に関するものである。

特許文献１に開示された電源装置が知られている。この文献に開示された電源装置は、電源から負荷に電力を供給されるものであって、負荷に印加される電圧の値を検出して、その検出した電圧値が一定となるように制御を行う。
特開平９−３１１７３１号公報

しかし、上記特許文献１に開示されたものを含めて従来の電源装置は、負荷に大電流を安定して流すには限界がある。負荷としての電磁石と電源装置とを組み合わせて構成される磁場発生装置では、大きな磁場を発生させようとするには電磁石に大電流を流せばよいが、その場合に安定した大きさの磁場を発生させることは困難である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、負荷に大電流を安定して流すことができる電源装置および電力供給回路、ならびに、このような電源装置を含み磁場の大きさを一定とすることができる磁場発生装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電力供給回路は、電源から負荷に電力を供給する電力供給回路であって、(1)電源と負荷との間の電力供給経路の一部に設けられた複数本の分岐経路と、(2) 複数本の分岐経路それぞれに設けられ、制御端子，第１端子および第２端子を含み、各分岐経路に第１端子および第２端子が接続されて挿入されたトランジスタと、(3)電力供給経路に流れる電流の値を検出する電流値検出部と、(4) 電流値検出部により検出された電流値が一定となるように、複数のトランジスタそれぞれの制御端子に与える電圧値を制御する電圧制御部と、(5)電圧制御部から複数のトランジスタそれぞれの制御端子への経路に設けられたバッファ部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る電源装置は、電源と、電源から負荷に電力を供給する上記の本発明に係る電力供給回路と、を備えることを特徴とする。また、本発明に係る磁場発生装置は、電源と、電磁石と、電源から負荷としての電磁石に電力を供給する上記の本発明に係る電力供給回路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電源から負荷に電力を供給する電力供給回路の一部が複数本の分岐経路とされていて、複数本の分岐経路それぞれにトランジスタが設けられ、電力供給経路に流れる電流の値が電流値検出部により検出され、この検出された電流値が一定となるように電圧制御部によりトランジスタの制御端子に与えられる電圧値が制御される。電源と負荷との間の電力供給経路の一部において複数個のトランジスタが並列的に設けられていることにより、より大きな値の電流を負荷に流すことができる。また、電圧制御部から複数のトランジスタそれぞれの制御端子への経路にバッファ部が設けられていることにより、相互干渉が低減されて各トランジスタの動作が安定し、また、インピーダンスを低くすることができて外来ノイズの影響を受け難い。また、負荷が電磁石である場合に、この負荷（電磁石）および電源装置を含んで構成される磁場発生装置では、発生する磁場が大きく、しかも、その磁場の大きさが安定化される。

なお、本発明において用いられるトランジスタは、電界効果トランジスタおよびバイポーラトランジスタの何れであってもよい。電界効果トランジスタである場合、制御端子はゲート端子であり、第１端子はドレイン端子であり、第２端子はソース端子である。また、バイポーラトランジスタである場合、制御端子はベース端子であり、第１端子はエミッタ端子であり、第２端子はコレクタ端子である。ただし、電界効果トランジスタは、バイポーラトランジスタと比較して低抵抗であるので、電源から負荷へ電力を高効率に供給する上で好ましい。

本発明に係る電源装置および電力供給回路は、負荷に大電流を安定して流すことができる。また、本発明に係る磁場発生装置は、磁場の大きさを一定とすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る電源装置２および電力供給回路４０の構成を示す図である。この図に示される電源装置２は、電源１０、および、電源１０から負荷２０に電力を供給する電力供給回路４０を備える。また、電力供給回路４０は、Ｍ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍ、電流値検出部４２、ゲート電圧制御部４３およびＭ個のバッファ部４４_１〜４４_Ｍを含む。なお、負荷２０が電磁石である場合には、この負荷（電磁石）２０および電源装置２を含む構成のものは磁場発生装置となる。ここで、Ｍは２以上の整数である。また、以下に登場するｍは１以上Ｍ以下の各整数である。

本実施形態では、電源１０と負荷２０との間の電力供給経路の一部がＭ本の分岐経路Ｐ_１〜Ｐ_Ｍとされていて、各分岐経路Ｐ_ｍに電界効果トランジスタ４１_ｍが設けられている。すなわち、Ｍ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍは、電源１０と負荷２０との間の電力供給経路の一部において並列的に設けられている。各電界効果トランジスタ４１_ｍは、ゲート端子，ソース端子およびドレイン端子を含んでおり、共通の特性を有している。各電界効果トランジスタ４１_ｍは、分岐経路Ｐ_ｍにソース端子およびドレイン端子が接続されて挿入されている。各電界効果トランジスタ４１_ｍは、ゲート電圧に印加される電圧の値に応じて、ソース端子とドレイン端子との間の抵抗値が変化する。

電流値検出部４２は、電力供給経路に設けられ、この経路に流れる電流の値を検出する。より具体的には、図示のとおり、電流値検出部４２としてシャント抵抗器が用いられ、その抵抗器の一端が接地されていて、その抵抗器の他端がゲート電圧制御部４３の入力端に接続されている。したがって、電流値検出部４２からゲート電圧制御部４３の入力端に入力される電圧値は、電流値検出部４２に流れる電流（すなわち、負荷２０に流れる電流）の値に比例する。

ゲート電圧制御部４３は、電流値検出部４２により検出された電流値が一定となるように、Ｍ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍそれぞれのゲート端子に与える電圧値を制御する。より具体的には、ゲート電圧制御部４３は、アンプＡ_３、抵抗器Ｒ_３１、抵抗器Ｒ_３２、抵抗器Ｒ_３３および帰還部Ｚ_３を含む。

アンプＡ_３の反転入力端子は、抵抗器Ｒ_３１を介して基準電位が入力される。アンプＡ_３の非反転入力端子は、抵抗器Ｒ_３２を介して電流値検出部４２と接続されていて、電流値検出部４２により検出された電流値に応じた電圧値が入力される。アンプＡ_３の出力端子は、抵抗器Ｒ_３３およびバッファ部４４_ｍを介して電界効果トランジスタ４１_ｍのゲート端子に接続されている。また、アンプＡ_３の反転入力端子と出力端子との間に帰還部Ｚ_３が接続されている。帰還部Ｚ_３は、抵抗器およびコンデンサを含み、複素インピーダンスを有する。

このように構成されるゲート電圧制御部４３は、反転入力端子および非反転入力端子それぞれに入力される電圧値の差に応じた電圧値をＭ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍそれぞれのゲート端子へ出力することで、電流値検出部４２により検出される電流値が一定となるように、Ｍ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍそれぞれのゲート端子に与える電圧値を制御することができる。また、ゲート電圧制御部４３は、帰還部Ｚ_３の複素インピーダンスの値に応じて位相補償を行うことができる。

本実施形態に係る電力供給回路２および電力供給回路４０では、電源１０と負荷２０との間の電力供給経路の一部においてＭ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍが並列的に設けられ、また、電力供給経路に電流値検出部４２が設けられていて、電力供給経路に流れる電流の値が電流値検出部４２により検出され、この検出された電流値が一定となるようにゲート電圧制御部４３によりＭ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍそれぞれのゲート端子に与えられる電圧値が制御される。したがって、温度変動等があっても負荷２０に流れる電流の値は一定とされ得る。また、負荷２０が電磁石である場合に、この負荷（電磁石）２０および電源装置２を含んで構成される磁場発生装置では、温度変動等があっても磁場の大きさが一定とされ得る。

また、一般に、バイポーラトランジスタにおけるコレクタ端子とエミッタ端子との間の抵抗値と比べて、電界効果トランジスタにおけるソース端子とドレイン端子との間の抵抗値は小さい。すなわち、バイポーラトランジスタにおける電圧降下量と比較して、電界効果トランジスタにおける電圧降下量は小さい。したがって、本実施形態では、負荷２０に流れる電流の値を一定に制御するために低抵抗のＭ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍが設けられていることにより、電源１０から負荷２０へ電力が高効率に供給される。また、Ｍ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍそれぞれにおける発熱量が小さく、また、それ故に水冷等により容易にＭ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍが一定温度に維持され得る。

また、本実施形態では、電源１０と負荷２０との間の電力供給経路の一部においてＭ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍが並列的に設けられていることから、より大きな値の電流を負荷２０に流すことができる。

また、本実施形態では、ゲート電圧制御部４３から各電界効果トランジスタ４１_ｍのゲート端子への経路にバッファ部４４_ｍが設けられていることから、以下のような効果もある。すなわち、仮に、バッファ部４４_１〜４４_Ｍを設けないとした場合、すなわち、ゲート電圧制御部４３の出力端とＭ個の電界効果トランジスタ４１_１〜４１_Ｍそれぞれのゲート端子とが直接に接続されているとした場合、各電界効果トランジスタ４１_ｍのゲート端子に与えられる電圧値が相互干渉を起こして各電界効果トランジスタ４１_ｍの動作が安定しない可能性があり、また、インピーダンスを高く維持する必要があることから外来ノイズの影響を受け易い可能性がある。これに対して、本実施形態では、バッファ部４４_１〜４４_Ｍが設けられていることにより、上記の相互干渉が低減されて各電界効果トランジスタ４１_ｍの動作が安定し、また、インピーダンスを低くすることができて外来ノイズの影響を受け難い。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では電界効果トランジスタが用いられたが、これに替えてバイポーラトランジスタが用いられてもよい。

本実施形態に係る電源装置２および電力供給回路４０の構成を示す図である。

符号の説明

２…電源装置、１０…電源、２０…負荷、４０…電力供給回路、４１_１〜４１_Ｍ…電界効果トランジスタ、４２…電流値検出部、４３…ゲート電圧制御部、４４_１〜４４_Ｍ…バッファ部。

Claims

電源から負荷に電力を供給する電力供給回路であって、
前記電源と前記負荷との間の電力供給経路の一部に設けられた複数本の分岐経路と、
複数本の前記分岐経路それぞれに設けられ、制御端子，第１端子および第２端子を含み、各分岐経路に前記第１端子および前記第２端子が接続されて挿入されたトランジスタと、
前記電力供給経路に流れる電流の値を検出する電流値検出部と、
前記電流値検出部により検出された電流値が一定となるように、複数の前記トランジスタそれぞれの前記制御端子に与える電圧値を制御する電圧制御部と、
前記電圧制御部から複数の前記トランジスタそれぞれの前記制御端子への経路に設けられたバッファ部と、
を備えることを特徴とする電力供給回路。
電源と、前記電源から負荷に電力を供給する請求項１記載の電力供給回路と、を備えることを特徴とする電源装置。
電源と、電磁石と、前記電源から負荷としての前記電磁石に電力を供給する請求項１記載の電力供給回路と、を備えることを特徴とする磁場発生装置。