JP2009136122A - High-speed pulse power supply device - Google Patents

High-speed pulse power supply device Download PDF

Info

Publication number
JP2009136122A
JP2009136122A JP2007311914A JP2007311914A JP2009136122A JP 2009136122 A JP2009136122 A JP 2009136122A JP 2007311914 A JP2007311914 A JP 2007311914A JP 2007311914 A JP2007311914 A JP 2007311914A JP 2009136122 A JP2009136122 A JP 2009136122A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
semiconductor switch
output
voltage
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007311914A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4964106B2 (en
Inventor
Yasuji Yamada
安二 山田
Satoshi Suzumura
悟司 鈴村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chuo Seisakusho KK
Original Assignee
Chuo Seisakusho KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chuo Seisakusho KK filed Critical Chuo Seisakusho KK
Priority to JP2007311914A priority Critical patent/JP4964106B2/en
Publication of JP2009136122A publication Critical patent/JP2009136122A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4964106B2 publication Critical patent/JP4964106B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-speed pulse power supply device which quickly starts power supply during the start-up of the power supply and has small current ripples after current rising. <P>SOLUTION: One ends of primary coils of a plurality of transformers 8a, 8b, and 8c, each having a sufficient volt-time product that allows passing of pulse power, are respectively individually connected to one pole of a DC power supply via first semiconductor switches 4a, 4b, and 4c. The other ends of the primary coils of the transformers 8a, 8b, and 8c are collectively connected to the other pole of the DC power supply via a second conductor switch 7. Each first diode 6a, 6b, and 6c is connected between each connection point, which connects between the primary coil of each transformer 8a, 8b, and 8c and each first semiconductor switch 4a, 4b, and 4c, and the other pole of the DC power supply as a polarity in which a current in steady time does not flow. Secondary coils of the transformers 8a, 8b, and 8c are connected in series so as to supply a current, induced in the secondary coils by a current flowing in the primary coils, to a load via a third diode 9. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気めっき等に使用する高速パルス電源装置に関するものである。   The present invention relates to a high-speed pulse power supply device used for electroplating or the like.

ある種の電気めっき、電解研磨等の処理をする場合、パルス電流を流すとその仕上がりが良くなることが知られている。本願発明者はこのような用途に好適な高速パルス電源装置を考えて特許出願中であり、特許文献1として公開されている。この発明は、パルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有する変圧器と、該変圧器の一次側各端子と直流電源両極との間にそれぞれ接続される半導体スイッチと、変圧器一次側と半導体スイッチとの接続点と直流電源の他極との間に定常時電流の流れない極性にそれぞれ接続されるダイオードと、変圧器の二次側に接続され前記半導体スイッチの導通時に負荷に直流電力を供給するダイオードとから構成したものである。   It is known that when a certain type of electroplating, electropolishing, or the like is performed, the finish is improved by applying a pulse current. The inventor of the present application has applied for a patent considering a high-speed pulse power supply device suitable for such applications, and is disclosed as Patent Document 1. The present invention includes a transformer having a voltage time product sufficient to pass pulsed power, a semiconductor switch connected between each terminal on the primary side of the transformer and both poles of a DC power source, a transformer primary side, Between the connection point of the semiconductor switch and the other pole of the DC power supply, a diode connected to a polarity that does not flow a steady-state current, and a DC power connected to the secondary side of the transformer and connected to the load when the semiconductor switch is conductive It is comprised from the diode which supplies.

この発明では負荷電流の開閉が電圧の高い変圧器の一次側で行われることから開閉を行う半導体スイッチは小さな電流容量のものでよい利点がある。また、電流立ち上がり後は半導体スイッチの開閉動作により電流を一定に保つことができることから直流電源電圧を高くすることができるので、電流の立ち上がりの早い良好な波形のパルス電流を得ることができ、電流立ち下がり時には変圧器に発生する電圧が利用できるので、減衰抵抗を使用することなく立ち下がりを早くすることができるという利点を有するものである。   According to the present invention, since the switching of the load current is performed on the primary side of the transformer having a high voltage, there is an advantage that the semiconductor switch for performing the switching may have a small current capacity. In addition, since the current can be kept constant by the opening and closing operation of the semiconductor switch after the current rise, the DC power supply voltage can be increased, so that a pulse current with a good waveform with a fast current rise can be obtained. Since the voltage generated in the transformer can be used at the time of falling, there is an advantage that the falling can be accelerated without using a damping resistor.

ところが、より高度なめっき等の処理のためにより通電時間の短いパルス電流が求められることがあり、その場合にはそれに対応したより短い立ち上がり時間が求められることとなって通電の立ち上がり時により高い出力電圧が必要となる。これに対し、特許文献1に示されている電源装置では、電流立ち上がり後は半導体スイッチの開閉動作により電流を一定に保つようにしているので、電流の立ち上がりを早くするために直流電源電圧を高くすると、電流立ち上がり後に半導体スイッチのオン時間を短くすることが必要になる。そのため高速な半導体スイッチであっても応答が困難になり、半導体スイッチが応答することができても出力電流のリップルが大きくなるという問題があった。
特開2002−30497号公報
However, a pulse current with a shorter energization time may be required for more advanced processing such as plating, in which case a shorter rise time corresponding to that is required, and a higher output at the time of energization rise. A voltage is required. On the other hand, in the power supply device shown in Patent Document 1, since the current is kept constant by the opening / closing operation of the semiconductor switch after the current rise, the DC power supply voltage is increased to speed up the current rise. Then, it is necessary to shorten the on-time of the semiconductor switch after the current rises. For this reason, there is a problem that even a high-speed semiconductor switch is difficult to respond, and even if the semiconductor switch can respond, the ripple of the output current increases.
JP 2002-30497 A

本発明は上記の問題点を解決し、通電の立ち上がり時には高い出力電圧により立ち上がりを早くすることができ、電流立ち上がり後は低い出力電圧により出力電流のリップルを小さく抑えることができる、高速パルス電源装置を提供するためになされたものである。   The present invention solves the above-mentioned problems, and at the start of energization, a high-speed pulse power supply device that can make the start-up fast by a high output voltage and can suppress the output current ripple small by a low output voltage after the current rise It was made to provide.

上記の問題を解決するためになされた請求項1の発明の高速パルス電源装置は、パルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有する複数の変圧器の一次コイルの一端をそれぞれ個別に第一の半導体スイッチを介して直流電源の一極に接続し、該変圧器の一次コイルの他端は一括第二の半導体スイッチを介して直流電源の他極に接続し、各変圧器の一次コイルと各第一の半導体スイッチの接続点と直流電源の他極との間にそれぞれ第一のダイオードを定常時電流の流れない極性として接続し、変圧器の一次コイルと第二の半導体スイッチの接続点と直流電源の一極との間にそれぞれ第二のダイオードを定常時電流の流れない極性として接続し、前記各変圧器の二次コイルを直列に接続して一次コイルに加わる電圧により二次コイルに誘起される電圧を第三のダイオードを介して負荷に印加することを特徴とするものである。   In order to solve the above problem, the high-speed pulse power supply device according to the invention of claim 1 is configured such that one end of each primary coil of a plurality of transformers having a voltage-time product sufficient to pass pulse power is individually first. The other end of the primary coil of the transformer is connected to the other pole of the DC power source through the second semiconductor switch, and the primary coil of each transformer The first diode is connected between the connection point of each first semiconductor switch and the other pole of the DC power supply as a polarity that does not allow current to flow during steady state, and the connection point between the primary coil of the transformer and the second semiconductor switch The second diode is connected between each of the DC power supply and one pole of the DC power supply so that the current does not flow in a steady state, and the secondary coil of each transformer is connected in series, and the secondary coil is applied by the voltage applied to the primary coil. Induced by It is characterized in applying a voltage to a load via the third diode.

ここにおいて、パルスの通電期間中第二の半導体スイッチを継続してオンにするとともに通電開始時は複数の第一の半導体スイッチを同時にオンにし、負荷電流が立ち上がった後においては電流が一定になるように第一の半導体スイッチをオン、オフする駆動信号を生成する制御手段を設けることが好ましく、制御手段を、パルス幅制御により第一の半導体スイッチに与える駆動信号を生成するものとし、駆動信号をパルス幅制御の基準となるキャリアの1周期ごとに各第一の半導体スイッチに対して順次与えるものとすることが好ましい。   Here, the second semiconductor switch is continuously turned on during the energization period of the pulse, and at the start of energization, the plurality of first semiconductor switches are simultaneously turned on, and the current becomes constant after the load current rises. It is preferable to provide a control means for generating a drive signal for turning on and off the first semiconductor switch, and the control means generates a drive signal to be given to the first semiconductor switch by pulse width control. Is preferably sequentially supplied to each first semiconductor switch for each cycle of a carrier serving as a reference for pulse width control.

また、同一の問題を解決するためになされた請求項4の発明の高速パルス電源装置は、パルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有する複数の変圧器の一次コイルの一端をそれぞれ個別に第一の半導体スイッチを介して直流電源の一極に接続し、該変圧器の一次コイルの他端は一括第二の半導体スイッチを介して直流電源の他極に接続し、各変圧器の一次コイルと各第一の半導体スイッチの接続点と直流電源の他極との間にそれぞれ第一のダイオードを定常時電流の流れない極性として接続し、変圧器の一次コイルと第二の半導体スイッチの接続点と直流電源の一極との間にそれぞれ第二のダイオードを定常時電流の流れない極性として接続し、前記各変圧器の二次コイルと別途設けたスイッチング電源の出力とを直列に接続し、各変圧器の一次コイルに加わる電圧により二次コイルに誘起される電圧とスイッチング電源の出力電圧とを加え合わせて負荷に印加することを特徴とするものである。ここにおいて、スイッチング電源をパルス幅制御により出力が制御されるものとし、そのパルス幅制御の基準となるキャリアを第一の半導体スイッチのパルス幅制御の基準となるキャリアと位相の異なる同一周期とすることが好ましい。   According to another aspect of the present invention, there is provided a high-speed pulse power supply apparatus according to the invention of claim 4, wherein one end of each primary coil of a plurality of transformers having a sufficient voltage-time product to pass pulse power is individually provided. Connected to one pole of the DC power supply via the first semiconductor switch, the other end of the primary coil of the transformer is connected to the other pole of the DC power supply via the second semiconductor switch, and the primary of each transformer The first diode is connected between the connection point of the coil and each of the first semiconductor switches and the other pole of the DC power source as a polarity that does not allow current to flow during normal operation, and the primary coil of the transformer and the second semiconductor switch Connect the second diode between the connection point and one pole of the DC power supply so that the current does not flow during steady state, and connect the secondary coil of each transformer and the output of the separately provided switching power supply in series. And each transformer It is characterized in that the voltage applied to the primary coil of the applied load added together and output voltage of the voltage switching power induced in the secondary coil. Here, it is assumed that the output of the switching power supply is controlled by pulse width control, and the carrier serving as a reference for the pulse width control is set to the same cycle whose phase is different from that of the carrier serving as the reference for the pulse width control of the first semiconductor switch. It is preferable.

請求項1の発明によれば、パルスの通電開始時には複数の第一の半導体スイッチが同時にオンになるので複数の変圧器の二次電圧の合計の高い電圧が負荷に加わり、電流が早く立ち上がることになる。また、電流が立ち上がった後は電流が一定になるように第一の半導体スイッチがオン、オフされるが、第一の半導体スイッチが同時にオンになる期間が短くなり、さらには同時にオンになるのが1個になる。これにより出力電圧が低くなるので第一の半導体スイッチのオン時間が極端に短くなることはなく、駆動信号をパルス幅制御の基準となるキャリアの1周期ごとに各第一の半導体スイッチに対して順次与えるものとしておけば、各第一の半導体スイッチのスイッチング周波数が低下するので、第一の半導体スイッチのスイッチング損失が低く抑えられ、出力電流のリップルが小さくなる利点がある。   According to the first aspect of the present invention, since the plurality of first semiconductor switches are simultaneously turned on at the start of energization of the pulse, a high total voltage of the secondary voltages of the plurality of transformers is applied to the load, and the current rises quickly. become. In addition, after the current rises, the first semiconductor switch is turned on and off so that the current becomes constant, but the period during which the first semiconductor switch is turned on at the same time is shortened and further turned on at the same time. Becomes one. As a result, the output voltage is lowered, so that the ON time of the first semiconductor switch is not extremely shortened, and the drive signal is supplied to each first semiconductor switch for each cycle of the carrier that is a reference for pulse width control. If given sequentially, the switching frequency of each first semiconductor switch is lowered, so that the switching loss of the first semiconductor switch can be kept low and the ripple of the output current can be reduced.

また、請求項4の発明によれば、スイッチング電源の出力が直列に接続してあるので、パルスの通電開始時には複数の変圧器の二次電圧とスイッチング電源の出力電圧の合計の高い電圧が負荷に加わり、電流が早く立ち上がることになる。また、電流が立ち上がった後は電流が一定になるように第一の半導体スイッチとスイッチング電源が制御され、通電時間の長いパルスの場合にはスイッチング電源から負荷に電流が供給されるので、変圧器を電圧時間積の小さなものとすることができる利点がある。さらに、スイッチング電源をパルス幅制御により出力が制御されるものとし、そのパルス幅制御の基準となるキャリアを第一の半導体スイッチのパルス幅制御の基準となるキャリアと位相の異なる同一周期とした場合には、第一の半導体スイッチとスイッチング電源が同時に動作するときの出力電圧、出力電流のリップルが小さくなる利点がある。   According to the invention of claim 4, since the output of the switching power supply is connected in series, when the pulse energization is started, a high sum of the secondary voltage of the plurality of transformers and the output voltage of the switching power supply is applied to the load. The current rises quickly. In addition, after the current rises, the first semiconductor switch and the switching power supply are controlled so that the current becomes constant. In the case of a pulse with a long energization time, the current is supplied from the switching power supply to the load. Is advantageous in that the voltage-time product can be made small. Furthermore, when the output of the switching power supply is controlled by pulse width control, and the carrier used as the reference for the pulse width control has the same period that is different in phase from the carrier used as the reference for the pulse width control of the first semiconductor switch Has the advantage that the ripple of the output voltage and output current is reduced when the first semiconductor switch and the switching power supply operate simultaneously.

次に、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら具体的に説明する。
図1は請求項1の発明の実施の形態を示す主回路の結線図であって、整流器1、コンデンサ2により交流入力端子3から供給される交流電力を直流電力に変換する直流電源が設けてある。この直流電源のプラス極には複数の第一の半導体スイッチである半導体スイッチ4a、4b、4cのプラス極と第二のダイオードであるダイオード5のカソードが接続してあり、該半導体スイッチ4a、4b、4cのマイナス極にはそれぞれアノードを直流電源のマイナス極に接続した第一のダイオードであるダイオード6a、6b、6cのカソードが接続してある。また、ダイオード5のアノードにはマイナス極を直流電源のマイナス極に接続した第二の半導体スイッチである半導体スイッチ7のプラス極が接続してある。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a connection diagram of a main circuit showing an embodiment of the invention of claim 1, wherein a DC power source for converting AC power supplied from an AC input terminal 3 by a rectifier 1 and a capacitor 2 into DC power is provided. is there. The positive poles of the DC power supply are connected to the positive poles of a plurality of semiconductor switches 4a, 4b, 4c, which are first semiconductor switches, and the cathode of a diode 5, which is a second diode, and the semiconductor switches 4a, 4b. The cathodes of diodes 6a, 6b, and 6c, which are first diodes each having an anode connected to the minus pole of the DC power source, are connected to the negative poles of 4c. The anode of the diode 5 is connected to the plus pole of the semiconductor switch 7 which is the second semiconductor switch having the minus pole connected to the minus pole of the DC power supply.

半導体スイッチ4a、4b、4cのマイナス極と半導体スイッチ7のプラス極の間にはそれぞれ変圧器8a、8b、8cの一次コイルが接続してあり、該変圧器8a、8b、8cの二次コイルは直列に接続したうえ第三のダイオードであるダイオード9を介して出力端子10に接続してある。前記ダイオード9は半導体スイッチ4a、4b、4cのいずれかと半導体スイッチ7がオンになって変圧器8a、8b、8cの一次コイルに電圧が加わったとき、二次コイルに誘起される電圧による電流が流れる極性としておく。これらの半導体スイッチ4a、4b、4c及び7、ダイオード5及び6a、6b、6cとダイオード9には高速な素子を使用するのが望ましい。また、変圧器8a、8b、8cはパルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有するものとしておく。変圧器8a、8b、8cは鉄心をカットし、カット面にギャップを挿入することにより電圧時間積を大きくすることができる。   Primary coils of transformers 8a, 8b, 8c are respectively connected between the negative poles of the semiconductor switches 4a, 4b, 4c and the positive pole of the semiconductor switch 7, and the secondary coils of the transformers 8a, 8b, 8c are respectively connected. Are connected in series and connected to the output terminal 10 via a diode 9 which is a third diode. In the diode 9, when any one of the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c and the semiconductor switch 7 are turned on and a voltage is applied to the primary coil of the transformers 8a, 8b, and 8c, a current due to the voltage induced in the secondary coil is generated. Keep the current flowing. It is desirable to use high-speed elements for these semiconductor switches 4a, 4b, 4c and 7, diodes 5 and 6a, 6b and 6c and diode 9. Further, the transformers 8a, 8b, and 8c are assumed to have a voltage-time product sufficient to pass pulse power. The transformers 8a, 8b, and 8c can increase the voltage time product by cutting the iron core and inserting a gap in the cut surface.

図2は図1に示す構成の高速パルス電源装置を制御する制御装置の一例を示すブロック図であって、電流センサーによって計測される出力電流の検出信号を設定された基準信号と比較する誤差増幅器11と、基準となるクロック信号を発生するクロック生成回路12と、該クロック生成回路12が発生するクロックを基準として三角波のキャリア信号を生成するキャリア信号生成回路13と、誤差増幅器11の出力である誤差信号に基準電圧を加算する加算器14と、前記キャリア信号生成回路13が生成するキャリア信号と加算器14の出力である比較信号とを比較して比較信号がキャリア信号の値を上回る間出力を生じる第一の比較器15と、基準電圧を選択するスイッチ16、17、18とから構成してある。   FIG. 2 is a block diagram showing an example of a control device for controlling the high-speed pulse power supply device having the configuration shown in FIG. 1, and an error amplifier for comparing a detection signal of an output current measured by a current sensor with a set reference signal. 11, a clock generation circuit 12 that generates a reference clock signal, a carrier signal generation circuit 13 that generates a triangular carrier signal based on the clock generated by the clock generation circuit 12, and an output of the error amplifier 11. An adder 14 that adds a reference voltage to the error signal, a carrier signal generated by the carrier signal generation circuit 13 and a comparison signal that is an output of the adder 14 are compared, and output while the comparison signal exceeds the value of the carrier signal. And a switch 16, 17, 18 for selecting a reference voltage.

前記クロック生成回路12が発生するクロック信号はキャリア信号生成回路13の他パルス幅検出回路19及び駆動信号生成回路20に加えてあり、第一の比較器15の出力はパルス幅検出回路19及び駆動信号生成回路20に加えてある。パルス幅検出回路19はクロック信号の立ち上がりから第一の比較器15の出力の立ち上がりまでの時間を計測することにより第一の比較器15が発生するパルス幅を計測し、そのパルス幅が上限又は下限に達すると検出信号を発生するものであり、その検出信号はモード切替回路21に加えてある。   The clock signal generated by the clock generation circuit 12 is added to the pulse width detection circuit 19 and the drive signal generation circuit 20 in addition to the carrier signal generation circuit 13, and the output of the first comparator 15 is the pulse width detection circuit 19 and the drive. In addition to the signal generation circuit 20. The pulse width detection circuit 19 measures the pulse width generated by the first comparator 15 by measuring the time from the rising edge of the clock signal to the rising edge of the output of the first comparator 15, and the pulse width is the upper limit or When the lower limit is reached, a detection signal is generated, and the detection signal is added to the mode switching circuit 21.

モード切替回路21はパルス幅検出回路19が発生する検出信号によりモードを切り替えるもので、モード切替回路21の出力によりスイッチ16、17、18の開閉、駆動信号生成回路20の条件設定が行われる。駆動信号生成回路20はモード切替回路21の出力により設定される条件と、第一の比較器15の出力と、クロックとに基づいて半導体スイッチ4a、4b、4cの駆動信号A、B、Cを生成する。また、22は誤差信号と基準電圧とを比較して誤差信号が基準電圧以下であると検出信号を出力する第二の比較器であり、該第二の比較器22の検出信号はモード切替回路21に加えてある。なお、Dは駆動信号生成回路20から出力される半導体スイッチ7の駆動信号である。   The mode switching circuit 21 switches the mode according to the detection signal generated by the pulse width detection circuit 19, and the switches 16, 17, 18 are opened / closed and the drive signal generation circuit 20 is set in accordance with the output of the mode switching circuit 21. The drive signal generation circuit 20 determines the drive signals A, B, and C of the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c based on conditions set by the output of the mode switching circuit 21, the output of the first comparator 15, and the clock. Generate. Reference numeral 22 denotes a second comparator which compares the error signal with a reference voltage and outputs a detection signal when the error signal is equal to or lower than the reference voltage. The detection signal of the second comparator 22 is a mode switching circuit. In addition to 21. D is a drive signal of the semiconductor switch 7 output from the drive signal generation circuit 20.

図3乃至図5は前記構成の制御装置の各部の波形を示すものであり、Pはクロック信号、Qはキャリア信号と比較信号、Rは第一の比較器15の出力信号、A、B、Cは半導体スイッチ4a、4b、4cを駆動する駆動信号である。Qでは三角波がキャリア信号を、水平な直線が誤差信号をそれぞれ示しており、いずれも誤差信号は右半分が左半分より大きくなっている。図3は誤差信号が比較的小さい場合を示しており、キャリア信号の振幅を3V、誤差信号の振幅を最大9V、スイッチ16、17、18で選択される基準電圧をそれぞれ0V、−3V、−6Vとすれば誤差信号が3V以下の場合に相当する。   3 to 5 show waveforms of respective parts of the control device having the above-described configuration, P is a clock signal, Q is a carrier signal and a comparison signal, R is an output signal of the first comparator 15, A, B, C is a drive signal for driving the semiconductor switches 4a, 4b, 4c. In Q, the triangular wave indicates the carrier signal, and the horizontal straight line indicates the error signal. In both cases, the right half of the error signal is larger than the left half. FIG. 3 shows a case where the error signal is relatively small. The carrier signal has an amplitude of 3V, the error signal has a maximum amplitude of 9V, and the reference voltages selected by the switches 16, 17, and 18 are 0V, -3V, and-, respectively. 6V corresponds to a case where the error signal is 3V or less.

この状態ではスイッチ17、18が開、スイッチ16が閉となって0Vの基準電圧が選択され、第一の比較器15には誤差信号がそのまま比較信号として加わり、比較信号がキャリア信号の値を上回る間Rのように出力を生じる。第一の比較器15の出力は駆動信号生成回路20に加えられ、駆動信号生成回路20は図3に示すように第一の比較器15の出力をクロック信号の1周期ごとに順次駆動信号A、B、Cに振り分ける。したがって、駆動信号A、B、Cはそれぞれ第一の比較器15の出力と同じ幅になる。誤差信号が大きくなって比較信号が大きくなると第一の比較器15の出力のパルス幅が増大し、比較信号が3Vになるとパルス幅は上限に達することになる。パルス幅検出回路19はそれを検出してモード切替回路21に検出信号を送る。モード切替回路21はスイッチ16、18を開、スイッチ17を閉とし、その状態を記憶する。   In this state, the switches 17 and 18 are opened and the switch 16 is closed so that the reference voltage of 0 V is selected. The error signal is directly added to the first comparator 15 as the comparison signal, and the comparison signal indicates the value of the carrier signal. As long as the output exceeds R, the output is generated. The output of the first comparator 15 is applied to the drive signal generation circuit 20, and the drive signal generation circuit 20 sequentially converts the output of the first comparator 15 into the drive signal A for each cycle of the clock signal as shown in FIG. , B and C. Therefore, each of the drive signals A, B, and C has the same width as the output of the first comparator 15. When the error signal increases and the comparison signal increases, the pulse width of the output of the first comparator 15 increases, and when the comparison signal reaches 3V, the pulse width reaches the upper limit. The pulse width detection circuit 19 detects this and sends a detection signal to the mode switching circuit 21. The mode switching circuit 21 opens the switches 16 and 18 and closes the switch 17 and stores the state.

スイッチ17が閉になると−3Vの基準電圧が選択され、加算器14は誤差信号にその基準電圧を加算して第一の比較器15に比較信号として加えることになる。図4はこの状態を示しており、比較信号は誤差信号から3V減じた値となって誤差信号が3V〜6Vのとき比較信号は0V〜3Vとなる。駆動信号生成回路20はモード切替回路21からの信号により条件設定され、第一の比較器15の出力の立ち上がりで駆動信号A、B、Cを順次立ち上げ、それぞれクロック1個分後の第一の比較器15の出力の立ち下がりで駆動信号A、B、Cを順次立ち下げ、これを繰り返す。これにより駆動信号A、B、Cはそれぞれ第一の比較器15の出力にクロック1周期分が加わった幅となる。   When the switch 17 is closed, a reference voltage of −3 V is selected, and the adder 14 adds the reference voltage to the error signal and applies it to the first comparator 15 as a comparison signal. FIG. 4 shows this state. The comparison signal is a value obtained by subtracting 3V from the error signal. When the error signal is 3V to 6V, the comparison signal is 0V to 3V. The drive signal generation circuit 20 is conditionally set by a signal from the mode switching circuit 21, and sequentially raises the drive signals A, B, and C at the rise of the output of the first comparator 15, and each of the first one after one clock. The drive signals A, B and C are sequentially lowered at the fall of the output of the comparator 15, and this is repeated. As a result, the drive signals A, B, and C each have a width obtained by adding one clock cycle to the output of the first comparator 15.

誤差信号がさらに大きくなると第一の比較器15の出力のパルス幅が増大し、誤差信号が6V、比較信号が3Vになるとパルス幅は上限に達することになる。パルス幅検出回路19はそれを検出し、モード切替回路21に検出信号を送る。モード切替回路21はその信号と記憶していた現在の状態によりスイッチ16、17を開、スイッチ18を閉とし、その状態を記憶する。スイッチ18が閉になると−6Vの基準電圧が選択され、比較信号は誤差信号から6V減じた値となって誤差信号が6V〜9Vのとき比較信号は0V〜3Vとなる。   When the error signal is further increased, the pulse width of the output of the first comparator 15 is increased. When the error signal is 6V and the comparison signal is 3V, the pulse width reaches the upper limit. The pulse width detection circuit 19 detects this and sends a detection signal to the mode switching circuit 21. The mode switching circuit 21 opens the switches 16 and 17 and closes the switch 18 according to the signal and the stored current state, and stores the state. When the switch 18 is closed, a reference voltage of -6V is selected, the comparison signal is a value obtained by subtracting 6V from the error signal, and when the error signal is 6V to 9V, the comparison signal is 0V to 3V.

図5はこの状態を示しており、駆動信号生成回路20はモード切替回路21からの信号により条件設定され、第一の比較器15の出力の立ち上がりで駆動信号A、B、Cを順次立ち上げ、それぞれクロック2個分後の第一の比較器15の出力の立ち下がりで駆動信号A、B、Cを順次立ち下げ、これを繰り返す。これにより駆動信号A、B、Cはそれぞれ第一の比較器15の出力にクロック2周期分が加わった幅となる。誤差信号がさらに大きくなると第一の比較器15の出力のパルス幅が増大し、誤差信号が9V、比較信号が3Vになるとパルス幅は上限に達することになる。パルス幅検出回路19はパルス幅が上限に達したことを検出してモード切替回路21に検出信号を送るが、モード切替回路21はスイッチ16、17、18や駆動信号生成回路20の状態を変化させることはない。   FIG. 5 shows this state. The drive signal generation circuit 20 is conditionally set by a signal from the mode switching circuit 21 and sequentially raises the drive signals A, B, and C at the rise of the output of the first comparator 15. The drive signals A, B, and C are sequentially lowered at the fall of the output of the first comparator 15 after two clocks, and this is repeated. As a result, the drive signals A, B, and C each have a width obtained by adding two clock cycles to the output of the first comparator 15. When the error signal is further increased, the pulse width of the output of the first comparator 15 is increased. When the error signal is 9V and the comparison signal is 3V, the pulse width reaches the upper limit. The pulse width detection circuit 19 detects that the pulse width has reached the upper limit and sends a detection signal to the mode switching circuit 21. The mode switching circuit 21 changes the state of the switches 16, 17, 18 and the drive signal generation circuit 20. I will not let you.

次に、誤差信号が小さくなると第一の比較器15の出力のパルス幅が減少し、誤差信号が6V、比較信号が0Vになるとパルス幅は下限に達することになる。パルス幅検出回路19はそれを検出し、モード切替回路21に検出信号を送る。モード切替回路21はその信号と記憶していた現在の状態によりスイッチ16、18を開、スイッチ17を閉とし、その状態を記憶する。スイッチ17が閉になると前記のように−3Vの基準電圧が選択され、図4に示す状態に戻ることになる。駆動信号生成回路20も図4に示す条件に戻り、駆動信号A、B、Cはそれぞれ第一の比較器15の出力にクロック1周期分が加わった幅となる。   Next, when the error signal becomes small, the pulse width of the output of the first comparator 15 decreases, and when the error signal becomes 6V and the comparison signal becomes 0V, the pulse width reaches the lower limit. The pulse width detection circuit 19 detects this and sends a detection signal to the mode switching circuit 21. The mode switching circuit 21 opens the switches 16 and 18 and closes the switch 17 according to the signal and the stored current state, and stores the state. When the switch 17 is closed, the reference voltage of −3V is selected as described above, and the state shown in FIG. 4 is restored. The drive signal generation circuit 20 also returns to the conditions shown in FIG. 4, and the drive signals A, B, and C each have a width obtained by adding one clock cycle to the output of the first comparator 15.

さらに誤差信号が小さくなると第一の比較器15の出力のパルス幅が減少し、誤差信号が3V、比較信号が0Vになるとパルス幅は下限に達することになる。パルス幅検出回路19はそれを検出し、モード切替回路21に検出信号を送る。モード切替回路21はその信号と記憶していた現在の状態によりスイッチ17、18を開、スイッチ16を閉とし、その状態を記憶する。スイッチ16が閉になると前記のように0Vの基準電圧が選択され、図3に示す状態に戻ることになる。駆動信号生成回路20も図3に示す条件に戻り、第一の比較器15の出力をクロック信号の1周期ごとに順次駆動信号A、B、Cに振り分け、駆動信号A、B、Cはそれぞれ第一の比較器15の出力と同じ幅になる。   When the error signal further decreases, the pulse width of the output of the first comparator 15 decreases, and when the error signal becomes 3V and the comparison signal becomes 0V, the pulse width reaches the lower limit. The pulse width detection circuit 19 detects this and sends a detection signal to the mode switching circuit 21. The mode switching circuit 21 opens the switches 17 and 18 and closes the switch 16 according to the signal and the stored current state, and stores the state. When the switch 16 is closed, the reference voltage of 0V is selected as described above, and the state shown in FIG. 3 is restored. The drive signal generation circuit 20 also returns to the conditions shown in FIG. 3, and the output of the first comparator 15 is sequentially distributed to the drive signals A, B, and C for each cycle of the clock signal. The drive signals A, B, and C are respectively The width is the same as the output of the first comparator 15.

以上説明したように、このように構成された制御装置では駆動信号A、B、Cの幅が誤差信号の大きさの変化により変化し、第一の比較器15の出力と同幅、あるいは第一の比較器15の出力にクロックの1周期分または2周期分が加わった幅のいずれかになる。これにより図4に示す駆動信号A、B、Cが第一の比較器15の出力にクロックの1周期分が加わった幅の時には、駆動信号A、B、Cの内2個同時に駆動信号が存在する期間が生じ、図5に示す駆動信号A、B、Cが第一の比較器15の出力にクロックの2周期分が加わった幅の時には、駆動信号A、B、Cの内3個同時に駆動信号が存在する期間が生じることになる。   As described above, in the control device configured as described above, the widths of the drive signals A, B, and C change according to the change in the magnitude of the error signal, and the same width as the output of the first comparator 15 or the second The width is obtained by adding one cycle or two cycles of the clock to the output of one comparator 15. Thus, when the drive signals A, B, and C shown in FIG. 4 have a width obtained by adding one cycle of the clock to the output of the first comparator 15, two of the drive signals A, B, and C are simultaneously driven. When the drive signal A, B, or C shown in FIG. 5 has a width obtained by adding two clock cycles to the output of the first comparator 15, three of the drive signals A, B, and C are present. At the same time, a period in which the drive signal exists is generated.

ここで、駆動信号が第一の比較器15の出力と同幅から第一の比較器15の出力にクロックの2周期分が加わった幅に変化するとき、あるいはその逆の変化をするときは必ず第一の比較器15の出力にクロックの1周期分が加わった幅の状態を経て変化することになる。第二の比較器22は誤差信号が基準電圧以下であるとモード切替回路21に検出信号を送るので、基準電圧を3Vとしておけば誤差信号が3V以下となったときモード切替回路21は駆動信号A、B、Cが第一の比較器15の出力と同幅になるように駆動信号生成回路20の条件を設定する。これにより、6V以上であった誤差信号が急激に3V以下になった場合には、直ちに駆動信号A、B、Cが第一の比較器15の出力と同幅になる。   Here, when the drive signal changes from the same width as the output of the first comparator 15 to a width obtained by adding two cycles of the clock to the output of the first comparator 15 or vice versa. It always changes through a state in which the output of the first comparator 15 is added with one clock period. Since the second comparator 22 sends a detection signal to the mode switching circuit 21 when the error signal is below the reference voltage, if the reference voltage is set to 3V, the mode switching circuit 21 will drive the drive signal when the error signal becomes 3V or below. The conditions of the drive signal generation circuit 20 are set so that A, B, and C have the same width as the output of the first comparator 15. As a result, when the error signal of 6V or more suddenly becomes 3V or less, the drive signals A, B, and C immediately have the same width as the output of the first comparator 15.

以下このように構成された高速パルス電源装置の動作について説明する。図6は1個のパルスが出力されるときの要部の波形を示すもので、A、B、Cはそれぞれ半導体スイッチ4a、4b、4cの駆動信号、Dは半導体スイッチ7の駆動信号であり、Gは出力電圧、Hは出力電流である。交流入力端子3から供給された交流電力は整流器1により直流電力に変換され、コンデンサ2に貯えられている。パルスの通電開始とともに半導体スイッチ4a、4b、4cにはまず第一の比較器15の出力と同幅の駆動信号が与えられるが、パルスの通電開始時は出力電流がゼロであり誤差信号は最大となるので、駆動信号は急速に第一の比較器15の出力にクロックの1周期分が加わった幅になり、さらに第一の比較器15の出力にクロックの2周期分が加わった幅になる。また、半導体スイッチ7にはパルスの通電期間中連続して駆動信号が与えられる。   The operation of the high-speed pulse power supply device configured as described above will be described below. FIG. 6 shows the waveform of the main part when one pulse is output. A, B, and C are drive signals for the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c, respectively, and D is a drive signal for the semiconductor switch 7. , G is an output voltage, and H is an output current. AC power supplied from the AC input terminal 3 is converted into DC power by the rectifier 1 and stored in the capacitor 2. When the pulse energization starts, the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c are first supplied with a drive signal having the same width as the output of the first comparator 15, but when the pulse energization starts, the output current is zero and the error signal is maximum. Therefore, the drive signal has a width obtained by rapidly adding one cycle of the clock to the output of the first comparator 15, and further having a width obtained by adding two cycles of the clock to the output of the first comparator 15. Become. The semiconductor switch 7 is continuously supplied with a drive signal during the energization period of the pulse.

半導体スイッチ4a、4b、4c及び半導体スイッチ7はそれぞれ駆動信号が与えられるとオンになり、変圧器8a、8b、8cの一次コイルに直流電圧が加えられる。これにより変圧器8a、8b、8cの二次側に電圧が誘起し、ダイオード9を通して負荷に電流が流れる。変圧器8a、8b、8cの一次コイルには、半導体スイッチ4a、4b、4cがオンの間は半導体スイッチ4a、4b、4cと半導体スイッチ7を通って電流が流れ、半導体スイッチ4a、4b、4cがオフになると半導体スイッチ7とダイオード6a、6b、6cを通って電流が流れる。   Each of the semiconductor switches 4a, 4b, 4c and the semiconductor switch 7 is turned on when a drive signal is given, and a DC voltage is applied to the primary coils of the transformers 8a, 8b, 8c. As a result, a voltage is induced on the secondary side of the transformers 8 a, 8 b, 8 c, and a current flows to the load through the diode 9. Current flows through the primary switches of the transformers 8a, 8b, and 8c through the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c and the semiconductor switch 7 while the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c are turned on. Is turned off, current flows through the semiconductor switch 7 and the diodes 6a, 6b, 6c.

駆動信号が第一の比較器15の出力にクロックの2周期分が加わった幅になっている状態では、半導体スイッチ4a、4b、4cの全てに駆動信号が同時に与えられる期間が存在するので、その間は変圧器8a、8b、8cの一次コイル全てに同時に直流電圧が加えられ、負荷には変圧器8a、8b、8cの二次コイル全ての電圧の合計が加わることになる。これにより負荷には高い電圧が加わり、電流を早く立ち上がらせることになる。負荷に流れる電流が立ち上がって設定電流に近づき、誤差信号が小さくなると駆動信号は第一の比較器15の出力にクロックの1周期分が加わった幅になる。   In a state where the drive signal has a width obtained by adding two cycles of the clock to the output of the first comparator 15, there is a period in which the drive signal is simultaneously applied to all of the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c. In the meantime, a DC voltage is simultaneously applied to all the primary coils of the transformers 8a, 8b, 8c, and the sum of the voltages of all the secondary coils of the transformers 8a, 8b, 8c is applied to the load. As a result, a high voltage is applied to the load, and the current rises quickly. When the current flowing through the load rises and approaches the set current, and the error signal decreases, the drive signal has a width obtained by adding one cycle of the clock to the output of the first comparator 15.

駆動信号が第一の比較器15の出力にクロックの1周期分が加わった幅になると半導体スイッチ4a、4b、4cの3個中2個に駆動信号が同時に与えられる期間が存在するようになり、その間は変圧器8a、8b、8cの一次コイル3個中2個に同時に直流電圧が加えられ、負荷には変圧器8a、8b、8cの二次コイル2個の電圧の合計が加わることになる。さらに誤差信号が小さくなると駆動信号は第一の比較器15の出力と同幅になる。駆動信号が第一の比較器15の出力と同幅になると半導体スイッチ4a、4b、4cの3個中1個だけに駆動信号が与えられることになり負荷には変圧器8a、8b、8cの二次コイル1個の電圧が加わることになる。   When the drive signal has a width obtained by adding one cycle of the clock to the output of the first comparator 15, there is a period in which the drive signal is simultaneously applied to two of the three semiconductor switches 4a, 4b, and 4c. In the meantime, a DC voltage is simultaneously applied to two of the three primary coils of the transformers 8a, 8b and 8c, and the sum of the voltages of the two secondary coils of the transformers 8a, 8b and 8c is applied to the load. Become. When the error signal is further reduced, the drive signal has the same width as the output of the first comparator 15. When the drive signal has the same width as the output of the first comparator 15, the drive signal is given to only one of the three semiconductor switches 4a, 4b and 4c, and the load of the transformers 8a, 8b and 8c is applied to the load. The voltage of one secondary coil is applied.

このようにして、誤差信号が大きいときには変圧器8a、8b、8cの二次電圧の3個分、やや大きいときには2個分、小さいときには1個分の合計が負荷に加わり、加算された高い電圧により電流が早く立ち上がった後は電圧が低くなり、電流が一定になるように制御される。電流が急激に立ち上がって誤差電圧が小さくなり、6V以上から3V以下にまで急激に変化した場合には第二の比較器22により検出され、駆動信号A、B、Cが第一の比較器15の出力と同幅になり、負荷に加わるのは変圧器8a、8b、8cの1個分の電圧となるので電流がオーバーシュートすることはない。   In this way, when the error signal is large, a total of three secondary voltages of the transformers 8a, 8b, and 8c is added to the load when it is slightly large, two when it is slightly large, and one when it is small. Thus, after the current rises quickly, the voltage is lowered and the current is controlled to be constant. When the current suddenly rises and the error voltage decreases and changes rapidly from 6 V to 3 V, it is detected by the second comparator 22, and the drive signals A, B, and C are detected by the first comparator 15. Since the voltage applied to the load is equal to the voltage of one of the transformers 8a, 8b, and 8c, the current does not overshoot.

また、前記構成の制御装置では半導体スイッチ4a、4b、4cに与える駆動信号がクロックの1周期ごとにずれて立ち上がるようになっているので、半導体スイッチ4a、4b、4cはクロックの1周期ごとに順次オンになることとなる。これにより各半導体スイッチ4a、4b、4cのスイッチング周波数はキャリア周波数の3分の1となり、スイッチング損失が低減する利点がある。さらに、クロックの1周期ごとに半導体スイッチ4a、4b、4cのいずれかがオンになることから出力電圧、出力電流のリップルが小さくなるという利点がある。   In the control device having the above-described configuration, the drive signals given to the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c are shifted up every clock cycle, so that the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c are driven every clock cycle. It will be turned on sequentially. As a result, the switching frequency of each of the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c becomes one third of the carrier frequency, and there is an advantage that the switching loss is reduced. Further, since any one of the semiconductor switches 4a, 4b, and 4c is turned on every clock cycle, there is an advantage that the ripple of the output voltage and the output current is reduced.

パルスの通電期間中、変圧器8a、8b、8cの一次コイルには一方向の電圧が加えられ、鉄心が飽和する方向に向かうが、変圧器8a、8b、8cはこの間のパルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有するものとしてあるので飽和にまで到ることはない。変圧器8a、8b、8cにはこの間の励磁電流により磁気エネルギーが蓄積される。パルスの通電期間が終わると、半導体スイッチ4a、4b、4cと半導体スイッチ7は全てオフになる。変圧器8a、8b、8cの一次コイルに流れていた電流はダイオード6a、6b、6cとダイオード5を通してコンデンサ2に流れ込み、変圧器8a、8b、8cに蓄積された磁気エネルギーが回収されるので鉄心の磁束がリセットされ、次回のパルス電力を通過させることが可能となる。このとき変圧器8a、8b、8cの一次コイルには電流を引き続き流す方向のそれまでとは逆極性の電圧が発生し、この逆極性の電圧は変圧器8a、8b、8cの二次コイルに誘起され、この逆電圧が負荷に加わって負荷電流を急速に減衰させる。   During the energization period of the pulse, a voltage in one direction is applied to the primary coils of the transformers 8a, 8b, and 8c, and the iron core is saturated. The transformers 8a, 8b, and 8c pass the pulse power during this period. Therefore, saturation is not reached. Magnetic energy is stored in the transformers 8a, 8b, and 8c by the excitation current during this period. When the energization period of the pulse ends, the semiconductor switches 4a, 4b, 4c and the semiconductor switch 7 are all turned off. The current flowing through the primary coils of the transformers 8a, 8b, 8c flows into the capacitor 2 through the diodes 6a, 6b, 6c and the diode 5, and the magnetic energy stored in the transformers 8a, 8b, 8c is recovered, so that the iron core is recovered. Thus, the next pulse power can be passed. At this time, a voltage having a reverse polarity is generated in the primary coil of the transformers 8a, 8b, and 8c, and the reverse polarity voltage is generated in the secondary coils of the transformers 8a, 8b, and 8c. This reverse voltage is applied to the load and rapidly attenuates the load current.

図7は請求項4の発明の実施の形態を示す主回路の結線図であって、整流器31、コンデンサ32により交流入力端子33から供給される交流電力を直流電力に変換する直流電源が設けてある。この直流電源のプラス極には第一の半導体スイッチである半導体スイッチ34a、34bのプラス極と第二のダイオードであるダイオード35のカソードが接続してあり、該半導体スイッチ34a、34bのマイナス極にはそれぞれアノードを直流電源のマイナス極に接続した第一のダイオードであるダイオード36a、36bのカソードが接続してある。また、ダイオード35のアノードにはマイナス極を直流電源のマイナス極に接続した第二の半導体スイッチである半導体スイッチ37のプラス極が接続してあり、半導体スイッチ34a、34bのマイナス極と半導体スイッチ37のプラス極の間にはそれぞれ変圧器38a、38bの一次コイルが接続してある。   FIG. 7 is a connection diagram of a main circuit showing an embodiment of the invention of claim 4, wherein a DC power source for converting AC power supplied from an AC input terminal 33 by a rectifier 31 and a capacitor 32 into DC power is provided. is there. The positive pole of the DC power source is connected to the positive poles of the semiconductor switches 34a and 34b as the first semiconductor switch and the cathode of the diode 35 as the second diode, and is connected to the negative pole of the semiconductor switches 34a and 34b. Are connected to the cathodes of diodes 36a and 36b, which are first diodes each having an anode connected to the negative pole of the DC power supply. Further, the anode of the diode 35 is connected to the plus pole of the semiconductor switch 37 which is the second semiconductor switch having the minus pole connected to the minus pole of the DC power supply. The minus pole of the semiconductor switches 34a and 34b and the semiconductor switch 37 are connected. The primary coils of transformers 38a and 38b are connected between the positive poles.

さらに、直流電源のプラス極には半導体スイッチ39a、39bのプラス極が接続してあり、該半導体スイッチ39a、39bのマイナス極にはそれぞれマイナス極を直流電源のマイナス極に接続した半導体スイッチ40a、40bが接続してある。半導体スイッチ39a、40aの接続点と半導体スイッチ39b、40bの接続点との間には変圧器41の一次コイルが接続してあり、該変圧器41の二次コイルにはセンタータップを設けるとともに両端にそれぞれダイオード42a、42bを接続し、整流回路が構成してある。さらにこの整流回路と前記変圧器38a、38bの二次コイルを直列に接続し、出力端子43に接続してある。   Further, the positive poles of the semiconductor switches 39a, 39b are connected to the positive pole of the DC power source, and the semiconductor switches 40a, 39a, 39b are connected to the negative pole of the DC power source, respectively. 40b is connected. The primary coil of the transformer 41 is connected between the connection point of the semiconductor switches 39a and 40a and the connection point of the semiconductor switches 39b and 40b. The secondary coil of the transformer 41 is provided with a center tap and both ends. Are connected to diodes 42a and 42b, respectively, to form a rectifier circuit. Further, the rectifier circuit and the secondary coils of the transformers 38 a and 38 b are connected in series and connected to the output terminal 43.

変圧器38a、38bの二次コイルを直列に接続するに際しては、半導体スイッチ34a、34bのいずれかと半導体スイッチ37がオンになって変圧器38a、38bの一次コイルに電流が流れたとき、その一次コイルに流れる電流により二次コイルに誘起される電流がダイオード42a、42bを流れる極性としておく。この第二の実施の形態のものにおいても、変圧器38a、38bはパルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有するものとし、半導体スイッチ34a、34b及び37と半導体スイッチ39a、39b、40a、40b、ダイオード35及び36a、36bとダイオード42a、42bには高速な素子を使用するのが望ましい。   When the secondary coils of the transformers 38a and 38b are connected in series, when any of the semiconductor switches 34a and 34b and the semiconductor switch 37 are turned on and a current flows through the primary coils of the transformers 38a and 38b, the primary coil The polarity induced in the secondary coil by the current flowing through the coil is set to the polarity that flows through the diodes 42a and 42b. Also in the second embodiment, the transformers 38a and 38b have voltage and time products sufficient to pass pulse power, and the semiconductor switches 34a, 34b and 37 and the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, It is desirable to use high-speed elements for 40b, diodes 35 and 36a, 36b, and diodes 42a, 42b.

この構成では、半導体スイッチ39a、39b、半導体スイッチ40a、40b、変圧器41、ダイオード42a、42bがいわゆるスイッチング電源を構成しており、図1に示す構成のもので3回路あった半導体スイッチ4a、4b、4cと変圧器8a、8b、8cからなる回路の内1回路をスイッチング電源で置き換えた形となっているが、そのままスイッチング電源を加えた形としても良いことは言うまでもない。図1に示す構成のもので直列接続した変圧器8a、8b、8cの二次コイルに接続してあるダイオード9は、変圧器41の二次コイルに接続されたダイオード42a、42bがその役割を果たすので、取り除くことができる。   In this configuration, the semiconductor switches 39a and 39b, the semiconductor switches 40a and 40b, the transformer 41, and the diodes 42a and 42b constitute a so-called switching power supply, and the semiconductor switch 4a having three circuits in the configuration shown in FIG. Although one of the circuits consisting of 4b and 4c and transformers 8a, 8b and 8c is replaced with a switching power supply, it goes without saying that a switching power supply may be added as it is. The diode 9 connected to the secondary coil of the transformers 8a, 8b, 8c connected in series with the configuration shown in FIG. 1 has the role of the diodes 42a, 42b connected to the secondary coil of the transformer 41. It fulfills and can be removed.

図8は図7に示す高速パルス電源装置用の制御装置の一例を示すブロック図であって、基本的なところは図2に示すものと同一であり、同一部分には同一符号が付してある。異なるのは第三の比較器44を設け、キャリア信号生成回路13を位相が180度異なる2個のキャリア信号を発生するものとし、発生するキャリア信号の一方を第一の比較器15に、他方を第三の比較器44に加えるようにしたことと、駆動信号生成回路20の構成と動作を異なるものとしたことである。駆動信号生成回路20はモード切替回路21の出力により設定される条件と、第一の比較器15の出力と、第三の比較器44の出力と、クロックとに基づいて、半導体スイッチ34a、34b及び37の駆動信号A、B及びDと半導体スイッチ39aと40b及び39b、40aの駆動信号E及びFを生成する。   FIG. 8 is a block diagram showing an example of the control device for the high-speed pulse power supply device shown in FIG. 7. The basic portions are the same as those shown in FIG. 2, and the same parts are denoted by the same reference numerals. is there. The difference is that a third comparator 44 is provided, and the carrier signal generation circuit 13 generates two carrier signals having a phase difference of 180 degrees, and one of the generated carrier signals is supplied to the first comparator 15 and the other is generated. Is added to the third comparator 44, and the configuration and operation of the drive signal generation circuit 20 are different. The drive signal generating circuit 20 is based on the conditions set by the output of the mode switching circuit 21, the output of the first comparator 15, the output of the third comparator 44, and the clock, and the semiconductor switches 34a, 34b. And 37, and drive signals A, B and D, and semiconductor switches 39a and 40b and 39b and 40a, and drive signals E and F are generated.

図9乃至図11は前記構成の制御装置の各部の波形を示すものであり、Pはクロック信号、Qはキャリア信号と比較信号、Rは第一の比較器15の出力信号、Sは第三の比較器44の出力信号、A、Bは半導体スイッチ34a、34bを駆動する駆動信号、Eは半導体スイッチ39aと40bの駆動信号、Fは半導体スイッチ39bと40aの駆動信号である。Qでは実線の三角波が第一の比較器15に加えるキャリア信号を、点線の三角波が第三の比較器44に加えるキャリア信号を、水平な直線が誤差信号をそれぞれ示しており、いずれも誤差信号は右半分が左半分より大きくなっている。   9 to 11 show waveforms of respective parts of the control device having the above-described configuration, P is a clock signal, Q is a carrier signal and a comparison signal, R is an output signal of the first comparator 15, and S is a third signal. , A and B are driving signals for driving the semiconductor switches 34a and 34b, E is a driving signal for the semiconductor switches 39a and 40b, and F is a driving signal for the semiconductor switches 39b and 40a. In Q, the solid triangle wave indicates the carrier signal applied to the first comparator 15, the dotted triangle wave indicates the carrier signal applied to the third comparator 44, and the horizontal straight line indicates the error signal. The right half is larger than the left half.

図9は誤差信号が比較的小さい場合を示しており、キャリア信号の振幅を3V、誤差信号の振幅を最大9V、スイッチ16、17、18で選択される基準電圧をそれぞれ0V、−3V、−6Vとすれば誤差信号が3V以下の場合に相当する。この状態では第一の比較器15及び第三の比較器44には誤差信号がそのまま比較信号として加わり、比較信号がキャリア信号の値を上回る間それぞれR、Sのように出力を生じる。駆動信号生成回路20は図9に示すように第三の比較器44の出力信号を交互に駆動信号E、Fに振り分けて出力し、駆動信号A、Bには出力しない。これにより半導体スイッチ39a、39b、40a、40bの駆動信号は第三の比較器44の出力信号と同幅に、半導体スイッチ34a、34bの駆動信号は幅ゼロになる。   FIG. 9 shows a case where the error signal is relatively small. The carrier signal amplitude is 3 V, the error signal amplitude is 9 V at the maximum, and the reference voltages selected by the switches 16, 17, 18 are 0 V, −3 V, − 6V corresponds to a case where the error signal is 3V or less. In this state, the error signal is directly added to the first comparator 15 and the third comparator 44 as a comparison signal, and outputs such as R and S are generated while the comparison signal exceeds the value of the carrier signal. As shown in FIG. 9, the drive signal generation circuit 20 alternately outputs the output signal of the third comparator 44 to the drive signals E and F, and does not output them to the drive signals A and B. As a result, the drive signals of the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, 40b have the same width as the output signal of the third comparator 44, and the drive signals of the semiconductor switches 34a, 34b become zero width.

誤差信号が大きくなって3Vになると第一の比較器15の出力のパルス幅は上限に達することになる。パルス幅検出回路19は検出信号を発し、それを受けたモード切替回路21はスイッチ16、18を開、スイッチ17を閉としてその状態を記憶する。図10はこの状態を示しており、比較信号は誤差信号から3V減じた値となる。駆動信号生成回路20は第三の比較器44の出力のパルス幅とは無関係な最大幅の駆動信号を駆動信号E、Fに交互に出力し、第一の比較器15の出力信号を交互に駆動信号A、Bに振り分けて出力する。これにより半導体スイッチ39a、39b、40a、40bの駆動信号は最大幅に、半導体スイッチ34a、34bの駆動信号は第一の比較器15の出力信号と同幅になる。   When the error signal increases to 3 V, the pulse width of the output of the first comparator 15 reaches the upper limit. The pulse width detection circuit 19 issues a detection signal, and the mode switching circuit 21 receiving the detection signal opens the switches 16 and 18 and closes the switch 17 to store the state. FIG. 10 shows this state, and the comparison signal has a value obtained by subtracting 3 V from the error signal. The drive signal generation circuit 20 alternately outputs a drive signal having the maximum width unrelated to the pulse width of the output of the third comparator 44 to the drive signals E and F, and alternately outputs the output signal of the first comparator 15. The drive signals A and B are distributed and output. As a result, the drive signals of the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, and 40b have the maximum width, and the drive signals of the semiconductor switches 34a and 34b have the same width as the output signal of the first comparator 15.

誤差信号がさらに大きくなって誤差信号が6V、比較信号が3Vになると第一の比較器15の出力のパルス幅は上限に達することになる。パルス幅検出回路19は検出信号を発し、それを受けたモード切替回路21はスイッチ16、17を開、スイッチ18を閉としてその状態を記憶する。図11はこの状態を示しており、比較信号は誤差信号から6V減じた値となる。駆動信号生成回路20は第三の比較器44の出力のパルス幅とは無関係な最大幅の駆動信号を駆動信号E、Fに交互に出力し、第一の比較器15の出力の立ち上がりで駆動信号A、Bを交互に立ち上げ、それぞれクロック1個分後の第一の比較器15の出力の立ち下がりで駆動信号A、Bを立ち下げ、これを繰り返す。これにより半導体スイッチ39a、39b、40a、40bの駆動信号は最大幅に、半導体スイッチ34a、34bの駆動信号は第一の比較器15の出力にクロック1周期分が加わった幅になる。   When the error signal becomes larger and the error signal becomes 6V and the comparison signal becomes 3V, the pulse width of the output of the first comparator 15 reaches the upper limit. The pulse width detection circuit 19 issues a detection signal, and the mode switching circuit 21 receiving the detection signal opens the switches 16 and 17 and closes the switch 18 to store the state. FIG. 11 shows this state, and the comparison signal is a value obtained by subtracting 6 V from the error signal. The drive signal generation circuit 20 alternately outputs a drive signal having a maximum width unrelated to the pulse width of the output of the third comparator 44 to the drive signals E and F, and is driven at the rising edge of the output of the first comparator 15. The signals A and B are alternately raised, and the drive signals A and B are lowered at the fall of the output of the first comparator 15 after one clock, and this is repeated. As a result, the drive signals of the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, and 40b have the maximum width, and the drive signals of the semiconductor switches 34a and 34b have the width obtained by adding one cycle of the clock to the output of the first comparator 15.

誤差信号がさらに大きくなると第一の比較器15の出力のパルス幅が増大し、誤差信号が9V、比較信号が3Vになるとパルス幅は上限に達することになる。誤差信号が9Vを超えることはなく、パルス幅検出回路19はパルス幅が上限に達したことを検出してモード切替回路21に検出信号を送るが、モード切替回路21はスイッチ16、17、18や駆動信号生成回路20の状態を変化させることはない。ここから誤差信号が小さくなった場合には、前記図2に示す制御装置と同様に図10に示す状態から図9に示す状態に戻ることになる。   When the error signal is further increased, the pulse width of the output of the first comparator 15 is increased. When the error signal is 9V and the comparison signal is 3V, the pulse width reaches the upper limit. The error signal does not exceed 9V, and the pulse width detection circuit 19 detects that the pulse width has reached the upper limit and sends a detection signal to the mode switching circuit 21, but the mode switching circuit 21 switches the switches 16, 17, 18. And the state of the drive signal generation circuit 20 is not changed. When the error signal becomes smaller from here, the state shown in FIG. 10 is returned to the state shown in FIG. 9 in the same manner as the control device shown in FIG.

前記のように駆動信号A、Bは誤差信号の大きさにより、幅ゼロ、第一の比較器15の出力のパルス幅と同幅、第一の比較器15の出力にクロック1周期分が加わった幅のいずれかとなり、駆動信号E、Fは第三の比較器44の出力のパルス幅と同幅、第三の比較器44の出力のパルス幅とは無関係な最大幅のいずれかになる。駆動信号A、Bが第一の比較器15の出力にクロックの1周期分が加わった幅の時には駆動信号A、Bが同時に出力される期間が生じることになる。誤差信号が急激に小さくなり、6V以上から3V以下になった場合には第二の比較器22がモード切替回路21に検出信号を送るので、モード切替回路21は駆動信号A、Bが幅ゼロに、駆動信号E、Fが第三の比較器44の出力のパルス幅と同幅になるように駆動信号生成回路20の条件を設定する。   As described above, the driving signals A and B have a width of zero, the same width as the pulse width of the output of the first comparator 15, and one cycle of the clock added to the output of the first comparator 15 depending on the magnitude of the error signal. The drive signals E and F have either the same width as the output pulse width of the third comparator 44, or the maximum width unrelated to the output pulse width of the third comparator 44. . When the drive signals A and B have a width obtained by adding one cycle of the clock to the output of the first comparator 15, a period in which the drive signals A and B are output at the same time occurs. Since the second comparator 22 sends a detection signal to the mode switching circuit 21 when the error signal suddenly decreases and falls from 6V to 3V, the mode switching circuit 21 has the drive signals A and B having zero width. In addition, the conditions of the drive signal generation circuit 20 are set so that the drive signals E and F have the same width as the pulse width of the output of the third comparator 44.

このように構成された高速パルス電源装置は次に説明するように動作する。図12は1個のパルスが出力されるときの要部の波形を示すもので、A、Bはそれぞれ半導体スイッチ34a、34bの駆動信号、Dは半導体スイッチ37の駆動信号、Eは半導体スイッチ39aと40bの駆動信号、Fは半導体スイッチ39bと40aの駆動信号であり、Gは出力電圧、Hは出力電流である。交流入力端子33から供給された交流電力は整流器31、により直流電力に変換され、コンデンサ32に貯えられている。半導体スイッチ39aと40b、半導体スイッチ39bと40aに駆動信号を与える際に絶縁しておく必要があることは言うまでもない。   The high-speed pulse power supply device configured as described above operates as described below. FIG. 12 shows a waveform of a main part when one pulse is output. A and B are driving signals for the semiconductor switches 34a and 34b, D is a driving signal for the semiconductor switch 37, and E is a semiconductor switch 39a. And 40b, F is a drive signal for the semiconductor switches 39b and 40a, G is an output voltage, and H is an output current. The AC power supplied from the AC input terminal 33 is converted into DC power by the rectifier 31 and stored in the capacitor 32. Needless to say, the semiconductor switches 39a and 40b and the semiconductor switches 39b and 40a must be insulated when a drive signal is applied.

パルスの通電開始とともに半導体スイッチ39a、39b、40a、40bにはまず第三の比較器44の出力と同幅の駆動信号が与えられるが、パルスの通電開始時は出力電流がゼロであり誤差信号は最大となるので、半導体スイッチ39a、39b、40a、40bに与えられる駆動信号は急速に最大幅になる。また、半導体スイッチ34a、34bに与えられる駆動信号は幅ゼロから急速に第一の比較器15の出力のパルス幅と同幅になり、さらに第一の比較器15の出力にクロック1周期分が加わった幅になる。半導体スイッチ37にはパルスの通電期間中連続して駆動信号が与えられる。   At the start of pulse energization, the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, and 40b are first supplied with a drive signal having the same width as the output of the third comparator 44. However, when the pulse energization starts, the output current is zero and the error signal Therefore, the drive signal applied to the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, and 40b rapidly becomes the maximum width. Further, the drive signal supplied to the semiconductor switches 34a and 34b rapidly becomes the same as the pulse width of the output of the first comparator 15 from zero width, and further, one cycle of the clock is added to the output of the first comparator 15. The added width. A drive signal is continuously supplied to the semiconductor switch 37 during the energization period of the pulse.

駆動信号が与えられると半導体スイッチ39a、40bと半導体スイッチ39b、40aは交互にオンになり変圧器41の一次コイルには交流電流が流れる。この変圧器41の二次コイルに誘起した交流電力はダイオード42a、42bにより整流される。また、半導体スイッチ34a、34b及び半導体スイッチ37がオンになり、変圧器38a、38bの一次コイルに直流電圧が加えられる。これにより変圧器38a、38bの二次側に電圧が誘起し、ダイオード42a、42bを通して負荷に電流が流れる。変圧器38a、38bの一次コイルには、半導体スイッチ34a、34bがオンの間は半導体スイッチ34a、34bと半導体スイッチ37を通って電流が流れ、半導体スイッチ34a、34bがオフになると半導体スイッチ37とダイオード36a、36bを通って電流が流れる。   When a drive signal is given, the semiconductor switches 39a and 40b and the semiconductor switches 39b and 40a are turned on alternately, and an alternating current flows through the primary coil of the transformer 41. The AC power induced in the secondary coil of the transformer 41 is rectified by the diodes 42a and 42b. Further, the semiconductor switches 34a and 34b and the semiconductor switch 37 are turned on, and a DC voltage is applied to the primary coils of the transformers 38a and 38b. As a result, a voltage is induced on the secondary side of the transformers 38a and 38b, and a current flows to the load through the diodes 42a and 42b. Current flows through the primary coils of the transformers 38a and 38b through the semiconductor switches 34a and 34b and the semiconductor switch 37 while the semiconductor switches 34a and 34b are on, and when the semiconductor switches 34a and 34b are turned off, A current flows through the diodes 36a and 36b.

半導体スイッチ34a、34bに与えられる駆動信号が第一の比較器15の出力にクロック1周期分が加わった幅になった状態では、半導体スイッチ34a、34bに駆動信号が同時に与えられる期間が存在するので、その間は半導体スイッチ34a、34bが同時にオンになり、変圧器38a、38bの一次コイルに同時に直流電圧が加えられ、負荷には変圧器38a、38bの二次コイル2個分の電圧とダイオード42a、42bにより整流された電圧の合計が加わることになる。これにより負荷には高い電圧が加わり、電流を早く立ち上がらせることになる。以後半導体スイッチ39a、39b、40a、40b及び半導体スイッチ34a、34bは駆動信号に従ってオン、オフを繰り返し、半導体スイッチ37はオンの状態を継続する。   In a state where the drive signal applied to the semiconductor switches 34a and 34b has a width obtained by adding one clock cycle to the output of the first comparator 15, there is a period in which the drive signals are simultaneously applied to the semiconductor switches 34a and 34b. During this time, the semiconductor switches 34a and 34b are simultaneously turned on, and a DC voltage is simultaneously applied to the primary coils of the transformers 38a and 38b. The voltage and diode of the two secondary coils of the transformers 38a and 38b are applied to the load. The sum of the voltages rectified by 42a and 42b is added. As a result, a high voltage is applied to the load, and the current rises quickly. Thereafter, the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, 40b and the semiconductor switches 34a, 34b are repeatedly turned on and off according to the drive signal, and the semiconductor switch 37 continues to be on.

負荷に流れる電流が立ち上がって設定電流に近づき誤差信号が小さくなると半導体スイッチ34a、34bには第一の比較器15の出力と同幅の駆動信号が与えられるようになる。これにより負荷には変圧器38a、38bの二次コイルいずれか1個の電圧とダイオード42a、42bにより整流された電圧の合計が加わることになる。さらに誤差信号が小さくなると半導体スイッチ34a、34bに駆動信号が与えられなくなり、負荷にはダイオード42a、42bにより整流された電圧だけが加わることになる。これよりさらに誤差信号が小さくなると、半導体スイッチ39a、39b、40a、40bに与えられる駆動信号の幅が減少し、負荷に流れる電流が一定に制御される。   When the current flowing through the load rises and approaches the set current and the error signal becomes smaller, a drive signal having the same width as the output of the first comparator 15 is supplied to the semiconductor switches 34a and 34b. As a result, the sum of the voltage of one of the secondary coils of the transformers 38a and 38b and the voltage rectified by the diodes 42a and 42b is applied to the load. When the error signal is further reduced, the drive signal is not applied to the semiconductor switches 34a and 34b, and only the voltage rectified by the diodes 42a and 42b is applied to the load. When the error signal is further reduced, the width of the drive signal applied to the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, and 40b is reduced, and the current flowing through the load is controlled to be constant.

このようにして、誤差信号が大きいときには変圧器38a、38bの2個分、やや大きいときには1個分の電圧がダイオード42a、42bにより整流された電圧に加算されて負荷に加わり、誤差信号が小さいときにはダイオード42a、42bにより整流された電圧だけが負荷に加わる。これにより高い電圧により電流が早く立ち上がった後は電圧が低くなり、電流が一定になるように制御される。電流が急激に立ち上がり、誤差電圧が急激に3V以下にまで小さくなった場合には、駆動信号A、Bが幅ゼロに、駆動信号E、Fが第三の比較器44の出力のパルス幅と同幅になるので、負荷に加わるのはダイオード42a、42bにより整流された電圧だけとなり、電流がオーバーシュートすることはない。   In this way, when the error signal is large, the voltage of two transformers 38a and 38b is added, and when it is slightly large, the voltage of one is added to the voltage rectified by the diodes 42a and 42b and added to the load, and the error signal is small. Sometimes only the voltage rectified by the diodes 42a, 42b is applied to the load. As a result, after the current rises quickly due to the high voltage, the voltage is controlled to be low and the current to be constant. When the current suddenly rises and the error voltage suddenly decreases to 3 V or less, the drive signals A and B are zero in width, and the drive signals E and F are the output pulse width of the third comparator 44. Since they have the same width, only the voltage rectified by the diodes 42a and 42b is applied to the load, and the current does not overshoot.

半導体スイッチ34a、34bに与えられる駆動信号をクロックの1周期ごとに交互に立ち上がるようにしておけば、それぞれの半導体スイッチ34a、34bはクロックの1周期毎に交互にオンになることになる。これにより出力電圧、出力電流のリップルは小さくなり、半導体スイッチ34a、34bのスイッチング周波数がキャリア周波数の2分の1となることでスイッチング損失が低減する利点がある。また、半導体スイッチ39a、39b、40a、40bの駆動信号を生成するキャリアと半導体スイッチ34a、34bの駆動信号を生成するキャリアを位相の異なる同一周期のものとしておけば、半導体スイッチ39aと40b又は半導体スイッチ39bと40aがオンになる時期と半導体スイッチ34a、34bがオンになる時期とがずれることになり、さらに出力電圧、出力電流のリップルが小さくなるという利点がある。   If the drive signals supplied to the semiconductor switches 34a and 34b are alternately raised every clock cycle, the semiconductor switches 34a and 34b are alternately turned on every clock cycle. As a result, the ripples of the output voltage and output current are reduced, and the switching frequency of the semiconductor switches 34a and 34b is ½ of the carrier frequency, which has the advantage of reducing the switching loss. Further, if the carriers that generate the drive signals for the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, and 40b and the carriers that generate the drive signals for the semiconductor switches 34a and 34b have the same period with different phases, the semiconductor switches 39a and 40b or the semiconductor The time when the switches 39b and 40a are turned on is different from the time when the semiconductor switches 34a and 34b are turned on, and the ripples of the output voltage and output current are further reduced.

パルスの通電期間が終わると、半導体スイッチ34a、34bと半導体スイッチ37は全てオフになる。変圧器38a、38bの一次コイルに流れていた電流がダイオード36a、36bとダイオード35を通してコンデンサ32に流れ込み、変圧器38a、38bに蓄積された磁気エネルギーが回収され、鉄心の磁束がリセットされること、変圧器38a、38bの一次コイルに逆極性の電圧が発生すること、その電圧が二次コイルに誘起され、逆電圧が負荷に加わって負荷電流を急速に減衰させることは。図1に示す構成のものと同様である。このとき、半導体スイッチ39a、39b、40a、40bも全てオフとなり、スイッチング電源としての動作を停止することになる。   When the pulse energization period ends, the semiconductor switches 34a and 34b and the semiconductor switch 37 are all turned off. The current flowing in the primary coil of the transformers 38a and 38b flows into the capacitor 32 through the diodes 36a and 36b and the diode 35, the magnetic energy stored in the transformers 38a and 38b is recovered, and the magnetic flux in the iron core is reset. The reverse polarity voltage is generated in the primary coil of the transformers 38a and 38b, the voltage is induced in the secondary coil, and the reverse voltage is applied to the load to rapidly attenuate the load current. The configuration is the same as that shown in FIG. At this time, all the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, and 40b are also turned off, and the operation as the switching power supply is stopped.

以上説明したように、前記の各実施の形態のものによれば、パルスの通電開始時は複数の変圧器8a、8b、8cの二次電圧の合計、あるいは複数の変圧器38a、38bの二次電圧と半導体スイッチ39a、39b、40a、40b、変圧器41及びダイオード42a、42bから構成されるスイッチング電源の出力電圧の合計の高い電圧が負荷に加わるので電流が早く立ち上がることになる。電流が立ち上がった後は変圧器8a、8b、8cの二次電圧の2個分又は1個分の電圧、あるいはスイッチング電源の出力電圧に変圧器38a、38bの二次電圧の1個分が加わった電圧又はスイッチング電源の出力電圧が負荷に加わることになり、電圧が低いので一定電流に制御する場合にも各半導体スイッチのオン時間が極端に短くなることがなく、電流のリップルが小さくなる利点がある。   As described above, according to each of the above-described embodiments, the sum of the secondary voltages of the plurality of transformers 8a, 8b, 8c, or the two of the plurality of transformers 38a, 38b at the start of pulse energization. Since the high voltage of the total voltage of the switching power supply composed of the next voltage and the semiconductor switches 39a, 39b, 40a, 40b, the transformer 41, and the diodes 42a, 42b is applied to the load, the current rises quickly. After the current rises, two or one of the secondary voltages of the transformers 8a, 8b and 8c, or one of the secondary voltages of the transformers 38a and 38b are added to the output voltage of the switching power supply. The output voltage of the switching power supply or the switching power supply is applied to the load, and the on-time of each semiconductor switch is not extremely shortened even when controlling to a constant current because the voltage is low. There is.

なお、前記実施の形態のものではいずれも半導体スイッチ4a、4b、4cあるいは半導体スイッチ34a、34bをパルス幅制御し、駆動信号の幅が広いときに結果的に3個あるいは2個の半導体スイッチが同時にオンになる期間が生じるようにしているが、通電開始時には強制的に同時に駆動信号を与えるようにすることも可能である。強制的に同時に駆動信号を与えるようにすれば、半導体スイッチ4a、4b、4cあるいは半導体スイッチ34a、34bは継続して同時にオンになり、電流の立ち上がりをより早くすることができる。   In any of the above embodiments, the semiconductor switches 4a, 4b, 4c or the semiconductor switches 34a, 34b are controlled in pulse width, and as a result, when the width of the drive signal is wide, three or two semiconductor switches are provided. Although a period during which the power is turned on is generated at the same time, it is also possible to forcibly give a drive signal at the same time when energization is started. If the drive signals are forcibly given at the same time, the semiconductor switches 4a, 4b, 4c or the semiconductor switches 34a, 34b are continuously turned on at the same time, and the current rise can be made faster.

請求項1の発明の構成を示す主回路の結線図である。FIG. 3 is a connection diagram of a main circuit showing the configuration of the invention of claim 1. 制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a control apparatus. 駆動信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of a drive signal. 駆動信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of a drive signal. 駆動信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of a drive signal. 動作時の要部の波形図である。It is a wave form diagram of the principal part at the time of operation. 請求項4の発明の構成を示す主回路の結線図である。FIG. 7 is a connection diagram of a main circuit showing the configuration of the invention of claim 4. 制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a control apparatus. 駆動信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of a drive signal. 駆動信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of a drive signal. 駆動信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of a drive signal. 動作時の要部の波形図である。It is a wave form diagram of the principal part at the time of operation.

符号の説明Explanation of symbols

1 整流器
2 コンデンサ
3 交流入力端子
4a、4b、4c 半導体スイッチ
5 ダイオード
6a、6b、6c ダイオード
7 半導体スイッチ
8a、8b、8c 変圧器
9 ダイオード
10 出力端子
11 誤差増幅器
12 クロック生成回路
13 キャリア信号生成回路
14 加算器
15 第一の比較器
16、17、18 スイッチ
19 パルス幅検出回路
20 駆動信号生成回路
21 モード切替回路
22 第二の比較器
31 整流器
32 コンデンサ
33 交流入力端子
34a、34b 半導体スイッチ
35、36a、36b ダイオード
37 半導体スイッチ
38a、38b 変圧器
39a、39b、40a、40b 半導体スイッチ
41 変圧器
42a、42b ダイオード
43 出力端子
44 第三の比較器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rectifier 2 Capacitor 3 AC input terminal 4a, 4b, 4c Semiconductor switch 5 Diode 6a, 6b, 6c Diode 7 Semiconductor switch 8a, 8b, 8c Transformer 9 Diode 10 Output terminal 11 Error amplifier 12 Clock generation circuit 13 Carrier signal generation circuit DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Adder 15 1st comparator 16, 17, 18 switch 19 Pulse width detection circuit 20 Drive signal generation circuit 21 Mode switching circuit 22 2nd comparator 31 Rectifier 32 Capacitor 33 AC input terminal 34a, 34b Semiconductor switch 35, 36a, 36b Diode 37 Semiconductor switch 38a, 38b Transformer 39a, 39b, 40a, 40b Semiconductor switch 41 Transformer 42a, 42b Diode 43 Output terminal 44 Third comparator

Claims (5)

パルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有する複数の変圧器の一次コイルの一端をそれぞれ個別に第一の半導体スイッチを介して直流電源の一極に接続し、該変圧器の一次コイルの他端は一括第二の半導体スイッチを介して直流電源の他極に接続し、各変圧器の一次コイルと各第一の半導体スイッチの接続点と直流電源の他極との間にそれぞれ第一のダイオードを定常時電流の流れない極性として接続し、変圧器の一次コイルと第二の半導体スイッチの接続点と直流電源の一極との間にそれぞれ第二のダイオードを定常時電流の流れない極性として接続し、前記各変圧器の二次コイルを直列に接続して一次コイルに加わる電圧により二次コイルに誘起される電圧を第三のダイオードを介して負荷に印加することを特徴とする高速パルス電源装置。   One end of a primary coil of a plurality of transformers having a voltage-time product sufficient to pass pulsed power is individually connected to one pole of a DC power source via a first semiconductor switch, and the primary coil of the transformer The other end is connected to the other pole of the DC power supply through a batch second semiconductor switch, and the first terminal is connected between the primary coil of each transformer, the connection point of each first semiconductor switch, and the other pole of the DC power supply. The diode is connected as a polarity that does not flow the steady-state current, and the second diode does not flow between the connection point of the primary coil of the transformer, the second semiconductor switch, and one pole of the DC power supply. It is connected as a polarity, the secondary coil of each transformer is connected in series, and a voltage induced in the secondary coil by a voltage applied to the primary coil is applied to a load via a third diode. Fast pulse Source apparatus. パルスの通電期間中第二の半導体スイッチを継続してオンにするとともに通電開始時は複数の第一の半導体スイッチを同時にオンにし、負荷電流が立ち上がった後においては電流が一定になるように第一の半導体スイッチをオン、オフする駆動信号を生成する制御手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の高速パルス電源装置。   During the energization period of the pulse, the second semiconductor switch is continuously turned on, and at the start of energization, the plurality of first semiconductor switches are simultaneously turned on, and after the load current rises, the current is kept constant. 2. The high-speed pulse power supply device according to claim 1, further comprising control means for generating a drive signal for turning on and off one semiconductor switch. 制御手段を、パルス幅制御により第一の半導体スイッチに与える駆動信号を生成するものとし、駆動信号をパルス幅制御の基準となるキャリアの1周期ごとに各第一の半導体スイッチに対して順次与えるものとしたことを特徴とする請求項1または2に記載の高速パルス電源装置。   The control means generates a drive signal to be applied to the first semiconductor switch by pulse width control, and sequentially applies the drive signal to each first semiconductor switch for each cycle of a carrier serving as a reference for pulse width control. The high-speed pulse power supply device according to claim 1 or 2, wherein the high-speed pulse power supply device is used. パルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有する複数の変圧器の一次コイルの一端をそれぞれ個別に第一の半導体スイッチを介して直流電源の一極に接続し、該変圧器の一次コイルの他端は一括第二の半導体スイッチを介して直流電源の他極に接続し、各変圧器の一次コイルと各第一の半導体スイッチの接続点と直流電源の他極との間にそれぞれ第一のダイオードを定常時電流の流れない極性として接続し、変圧器の一次コイルと第二の半導体スイッチの接続点と直流電源の一極との間にそれぞれ第二のダイオードを定常時電流の流れない極性として接続し、前記各変圧器の二次コイルと別途設けたスイッチング電源の出力とを直列に接続し、各変圧器の一次コイルに加わる電圧により二次コイルに誘起される電圧とスイッチング電源の出力電圧とを加え合わせて負荷に印加することを特徴とする高速パルス電源装置。   One end of a primary coil of a plurality of transformers having a voltage-time product sufficient to pass pulsed power is individually connected to one pole of a DC power source via a first semiconductor switch, and the primary coil of the transformer The other end is connected to the other pole of the DC power supply through a batch second semiconductor switch, and the first terminal is connected between the primary coil of each transformer, the connection point of each first semiconductor switch, and the other pole of the DC power supply. The diode is connected as a polarity that does not flow the steady-state current, and the second diode does not flow between the connection point of the primary coil of the transformer, the second semiconductor switch, and one pole of the DC power supply. Connect as the polarity, connect the secondary coil of each transformer and the output of the switching power supply separately provided in series, the voltage induced in the secondary coil by the voltage applied to the primary coil of each transformer and the switching power supply Fast pulse power supply and applying the combined load plus the power voltage. スイッチング電源をパルス幅制御により出力が制御されるものとし、そのパルス幅制御の基準となるキャリアを第一の半導体スイッチのパルス幅制御の基準となるキャリアと位相の異なる同一周期としたことを特徴とする請求項4に記載の高速パルス電源装置。   It is assumed that the output of the switching power supply is controlled by pulse width control, and the carrier used as the reference for the pulse width control has the same period that is different in phase from the carrier used as the reference for the pulse width control of the first semiconductor switch. The high-speed pulse power supply device according to claim 4.
JP2007311914A 2007-12-03 2007-12-03 High-speed pulse power supply Expired - Fee Related JP4964106B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007311914A JP4964106B2 (en) 2007-12-03 2007-12-03 High-speed pulse power supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007311914A JP4964106B2 (en) 2007-12-03 2007-12-03 High-speed pulse power supply

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009136122A true JP2009136122A (en) 2009-06-18
JP4964106B2 JP4964106B2 (en) 2012-06-27

Family

ID=40867465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007311914A Expired - Fee Related JP4964106B2 (en) 2007-12-03 2007-12-03 High-speed pulse power supply

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4964106B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101296796B1 (en) 2012-04-18 2013-08-14 한국전기연구원 Resonant dc-dc converter of y-connection output
US11594981B2 (en) 2019-05-20 2023-02-28 Mitsubishi Electric Corporation Power supply device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5332328A (en) * 1976-09-04 1978-03-27 Sato Tadashi Method of generating high voltage pulse
JPH0448598A (en) * 1990-06-15 1992-02-18 Mitsubishi Electric Corp Linear accelerator for medical treatment
JP2002030497A (en) * 2000-07-11 2002-01-31 Chuo Seisakusho Ltd High-speed pulse power source device
JP2002233168A (en) * 2001-01-31 2002-08-16 Toshiba Corp Pulse power supply

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5332328A (en) * 1976-09-04 1978-03-27 Sato Tadashi Method of generating high voltage pulse
JPH0448598A (en) * 1990-06-15 1992-02-18 Mitsubishi Electric Corp Linear accelerator for medical treatment
JP2002030497A (en) * 2000-07-11 2002-01-31 Chuo Seisakusho Ltd High-speed pulse power source device
JP2002233168A (en) * 2001-01-31 2002-08-16 Toshiba Corp Pulse power supply

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101296796B1 (en) 2012-04-18 2013-08-14 한국전기연구원 Resonant dc-dc converter of y-connection output
US11594981B2 (en) 2019-05-20 2023-02-28 Mitsubishi Electric Corporation Power supply device

Also Published As

Publication number Publication date
JP4964106B2 (en) 2012-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2020103037A (en) Secondary controller for use in synchronous flyback converter, power converter, and method of controlling synchronous flyback converter
EP2330729B1 (en) Inverter control device and inverter control method
JP5828273B2 (en) Switching power supply
JP5643951B2 (en) DC power supply
JP2006311779A (en) Multi-output type dc/dc converter and its control method
US9917503B2 (en) Overcurrent protection circuit and power factor correction circuit comprising the same
JP2007097319A (en) Ac/dc conversion circuit
JP2008048485A (en) Dc/ac converter and its overcurrent protedction method
JP6279080B2 (en) Power converter
JP2006311780A (en) Multi-output type dc/dc converter and its control method
JP2010193684A (en) Power supply apparatus
JP2011114972A (en) Power converter
US10715046B2 (en) Secondary side current mode control for a converter
JP2009512417A (en) Electronic commutator circuit
JP4964106B2 (en) High-speed pulse power supply
JP2000173794A (en) Power circuit
WO2011048818A1 (en) Dc power supply device, and motor driving inverter apparatus using same
JP7151034B2 (en) Control circuit and DC/DC converter device
JP2011176990A (en) Switching power supply circuit
JP4925339B2 (en) High-speed inversion pulse power supply
JP5055212B2 (en) Welding power supply and welding machine
JP5927635B2 (en) High-speed inversion pulse power supply
JP2011109900A (en) Dc power supply device
JP2020089113A (en) Rectifier circuit
JP5565893B2 (en) DC power supply

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100414

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120327

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120327

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees