JP2015105423A - 高速反転パルス電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少数の半導体スイッチで構成でき、サージ電圧を吸収するためのスナバを設ける必要のない、高速反転パルス電源装置を提供する。【解決手段】中性点に対しプラス、マイナス両極性の直流を出力するスイッチング方式の両極性直流電源を設け、両極性直流電源のプラス極と両極性直流電源のマイナス極との間にコンデンサ１２を接続するとともに半導体スイッチ１９と半導体スイッチ２０を直列に接続したものを接続し、両極性直流電源のプラス極と中性点との間に半導体スイッチ２２、両極性直流電源の中性点と両極性直流電源のマイナス極との間に半導体スイッチ２３をそれぞれ接続し、半導体スイッチ１９と半導体スイッチ２０の接続点と中性点との間から出力を取り出すようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、電気めっき等に使用する高速反転パルス電源装置に関するものである。

ある種の電気めっきでは周期的に反転する電流を流すとその鍍膜の物性が良くなることが知られており、銅めっきでは古くからＰＲ銅めっきとして実用化されている。このＰＲ銅めっきは数秒以上の周期で極性を反転させるものであるが、ある種のめっきではこれを高速化して百マイクロ秒ないし数ミリ秒の周期とすることでめっき品質に顕著な改善効果があることが見出されており、近年クロムめっきやニッケルめっき等にも使用されるようになってきている。こうしためっきをするための高速反転パルス電源装置としては例えば特許文献１に示されるようなものが実用化されている。

この特許文献１で開示されている電源装置は、中性点に対しプラス、マイナス両極性の直流を出力するスイッチング方式の両極性直流電源を設け、両極性直流電源のプラス極と中性点との間に第一の半導体スイッチと第二の半導体スイッチを直列に接続し、両極性直流電源の中性点と両極性直流電源のマイナス極との間に第三の半導体スイッチと第四の半導体スイッチを直列に接続し、第一の半導体スイッチと第二の半導体スイッチの接続点と第三の半導体スイッチと第四の半導体スイッチの接続点との間にコンデンサを接続し、両極性直流電源のプラス極とマイナス極との間に第五の半導体スイッチと第六の半導体スイッチを直列に接続し、第五の半導体スイッチと第六の半導体スイッチの接続点と中性点との間から出力を取り出すようにしたものである。

この電源装置では、正極性パルス期間の終了時と負極性パルス期間の終了時に第一の半導体スイッチと第四の半導体スイッチをオンにし、回路のインダクタンスに蓄えられているエネルギーをコンデンサに回収して蓄えることで正極性パルス及び負極性パルスの電流を急速に立ち下げることができ、負極性パルス期間の開始時には第二の半導体スイッチと第六の半導体スイッチを、正極性パルス期間の開始時には第三の半導体スイッチと第五の半導体スイッチをそれぞれオンにし、コンデンサに蓄えられているエネルギーを負荷に放出することで負極性パルス及び正極性パルスの電流を急速に立ち上げることができる利点があるが、多数の半導体スイッチを必要とするという問題があった。

また、第五の半導体スイッチや第六の半導体スイッチがオフになるときには過渡的なサージ電圧が発生するが、これを吸収するためにスナバを設ける必要があり、大容量の場合には半導体スイッチを所要数並列に接続することも必要であった。そのため半導体スイッチ、スナバ等構成部品が多くなり、構造が複雑になって大容量化が難しいという問題があった。

特開２０１１−１６２４号公報

本発明は上記の問題点を解決し、少数の半導体スイッチで構成でき、サージ電圧を吸収するためのスナバを設ける必要のない、高速反転パルス電源装置を提供するためになされたものである。

上記の問題を解決するためになされた本発明の高速反転パルス電源装置は、中性点に対しプラス、マイナス両極性の直流を出力するスイッチング方式の両極性直流電源を設け、両極性直流電源のプラス極と両極性直流電源のマイナス極との間にコンデンサを接続するとともに第一の半導体スイッチと第二の半導体スイッチを直列に接続したものを接続し、両極性直流電源のプラス極と中性点との間に第三の半導体スイッチ、両極性直流電源の中性点と両極性直流電源のマイナス極との間に第四の半導体スイッチをそれぞれ接続し、第一の半導体スイッチと第二の半導体スイッチの接続点と中性点との間から出力を取り出すことを特徴とするものである。

ここにおいて、両極性直流電源を構成する変圧器に三次コイルを設け、三次コイルに誘起する電力を整流してコンデンサを充電する充電回路を設けることが好ましく、コンデンサを充電する独立した直流電源を設けることが好ましい。また、正極性パルス期間の開始時に第一の半導体スイッチと第四の半導体スイッチをオンにし、正極性パルス期間中第一の半導体スイッチをオンにし、負極性パルス期間の開始時に第二の半導体スイッチと第三の半導体スイッチをオンにし、負極性パルス期間中第二の半導体スイッチをオンにする駆動信号を順次生成するとともに、正極性パルス期間中及び負極性パルス期間中出力電流がそれぞれの設定値になるように両極性直流電源を制御する制御手段を設けることが好ましい。

本発明によれば、正極性パルス期間の終了時及び負極性パルス期間の終了時に回路のインダクタンスに蓄えられているエネルギーが回収されるので正極性パルス及び負極性パルスの電流が急速に立ち下がり、この回収されたエネルギーがコンデンサに蓄積され、次の負極性パルス期間の開始時及び正極性パルスの開始時に放出されるので次の負極性パルス及び正極性パルスの電流が急速に立ち上がることになる。このように回路のインダクタンスに蓄えられているエネルギーをコンデンサに回収することにより電流を急速に立ち下げ、コンデンサに回収して蓄えられているエネルギーを負荷に放出することにより電流を急速に立ち上げるので、パルス電流の立ち上がり、立ち下りが早くなるだけでなく、エネルギーが失われないので高効率となる効果がある。また、各パルスの電流が立ち上がった後は両極性直流電源から電流が供給されることになるが、両極性直流電源をスイッチング方式としていることから追従性がよく、良好な波形のパルス電流が供給される利点がある。

両極性直流電源を構成する変圧器に三次コイルを設け、三次コイルに誘起する電力を整流してコンデンサを充電する充電回路を設けた場合には、この充電回路によりコンデンサが充電され、正極性パルス期間の終了時及び負極性パルス期間の終了時にコンデンサの電圧が次の負極性パルス及び正極性パルスの電流が急速に立ち上がるのに充分な電圧に確実になるので、次の負極性パルス及び正極性パルスの電流が必ず急速に立ち上がる利点がある。コンデンサを充電する独立した直流電源を設けた場合には、運転開始時最初の正極性パルスが出力される前にコンデンサが充電されるので、運転開始時最初の正極性パルスも立ち上がりの早い良好な波形のパルス電流となる利点がある。

運転中、第一の半導体スイッチや第二の半導体スイッチがオフになるときにはサージ電圧が発生することがあるが、第一の半導体スイッチのプラス端子がコンデンサのプラス端子と、第二の半導体スイッチのマイナス端子がコンデンサのマイナス端子とそれぞれ直接に接続されているので、こうしたサージ電圧は全てコンデンサによって吸収されることになり、別途スナバを設ける必要がない利点がある。

本発明の構成を示す結線図である。 動作時の要部の波形図である。 動作時の電流の経路を示す図である。 動作時の電流の経路を示す図である。 動作時の電流の経路を示す図である。 動作時の電流の経路を示す図である。 動作時の電流の経路を示す図である。 動作時の電流の経路を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す主回路の結線図であって、交流入力端子１から供給される交流電力を直流電力に変換する整流器２のプラス極に半導体スイッチ３ａ、３ｂのプラス端子が接続してあり、該半導体スイッチ３ａ、３ｂのマイナス端子にはマイナス端子を整流器２のマイナス極に接続した半導体スイッチ４ａ、４ｂのプラス端子がそれぞれ接続してある。また、整流器２のプラス極とマイナス極の間にはコンデンサ５が接続してある。

半導体スイッチ３ａ、４ａの接続点と半導体スイッチ３ｂ、４ｂの接続点との間には変圧器６の一次コイル７が接続してあり、該変圧器６の二次コイル８にはセンタータップ９を設けるとともに両端にそれぞれダイオード１０ａ、１０ｂのアノードとダイオード１１ａ、１１ｂのカソードが接続してある。ダイオード１０ａ、１０ｂのカソードは相互に接続したうえコンデンサ１２のプラス端子に、ダイオード１１ａ、１１ｂのアノードは相互に接続したうえコンデンサ１２のマイナス端子にそれぞれ接続してあり、これらの整流器２、コンデンサ５、半導体スイッチ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、変圧器６及びダイオード１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ及びコンデンサ１２は中性点に対しプラス、マイナス両極性の直流を出力するスイッチング方式の両極性直流電源を構成することとなる。この両極性直流電源では、センタータップ９が中性点、コンデンサ１２のプラス端子がプラス極、コンデンサ１２のマイナス端子がマイナス極となる。

変圧器６にはさらに三次コイル１３が設けてあり、該三次コイル１３にはセンタータップ１４を設けるとともに両端にそれぞれダイオード１５ａ、１５ｂのアノードが接続してある。三次コイル１３のセンタータップ１４はコンデンサ１２のマイナス端子に接続してあり、ダイオード１５ａ、１５ｂのカソードは相互に接続したうえ抵抗器１６を介してコンデンサ１２のプラス端子に接続してある。１７はスイッチング方式等の直流電源であって、該直流電源１７の交流入力側は交流入力端子１に接続してあり、直流出力側のプラス極は抵抗器１８を介してコンデンサ１２のプラス極に、マイナス極はコンデンサ１２のマイナス端子にそれぞれ接続してある。

コンデンサ１２のプラス端子には第一の半導体スイッチである半導体スイッチ１９のプラス端子が接続してあり、半導体スイッチ１９のマイナス端子には第二の半導体スイッチである半導体スイッチ２０のプラス端子と出力端子２１ａが接続してある。また、コンデンサ１２のプラス端子には第三の半導体スイッチである半導体スイッチ２２のプラス端子が接続してあり、センタータップ９には半導体スイッチ２２のマイナス端子と第四の半導体スイッチである半導体スイッチ２３のプラス端子を接続するとともに出力電流検出器２４を介して出力端子２１ｂが接続してある。コンデンサ１２のマイナス端子には半導体スイッチ２３のマイナス端子が接続してある。

これにより両極性直流電源のプラス極と両極性直流電源のマイナス極の間にはコンデンサ１２及び第一の半導体スイッチである半導体スイッチ１９と第二の半導体スイッチである半導体スイッチ２０を直列に接続したものが接続され、両極性直流電源のプラス極と中性点であるセンタータップ９との間には第三の半導体スイッチである半導体スイッチ２２が、両極性直流電源の中性点とマイナス極との間には第四の半導体スイッチである半導体スイッチ２３がそれぞれ接続され、半導体スイッチ１９と半導体スイッチ２０の接続点と中性点の間から出力が取り出されることになる。上記の回路を構成する半導体スイッチ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ及び半導体スイッチ１９、２０、２２、２３は逆方向に導通するダイオードを内蔵したものとし、高速な素子とするのが望ましく、電源装置の定格容量によっては必要に応じ所要数を並列に接続するものとする。

図中２５は制御装置であって、該制御装置２５には出力電流検出器２４から得られる出力電流検出信号と出力電圧検出信号が入力してあり、運転制御回路と、運転条件を設定する設定回路と、電流基準信号を生成する基準信号発生回路と、誤差増幅回路と、ＰＷＭ変調回路と、半導体スイッチ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ及び半導体スイッチ１９、２０、２２、２３に与える駆動信号を個別に生成するタイミング回路と、直流電源１７の運転回路とが設けてある。タイミング回路が生成する半導体スイッチ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂの駆動信号は、駆動装置２６により絶縁するとともに増幅して半導体スイッチ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂに加えるようにしてあり、半導体スイッチ１９、２０、２２、２３の駆動信号は、駆動装置２７により絶縁するとともに増幅して半導体スイッチ１９、２０、２２、２３に加えるようにしてある。なお、２８は電源装置内に存在する配線インダクタンスをまとめて表したものである。

運転条件の設定項目は正極性パルス及び負極性パルスの各時間、すなわち正極性パルス及び負極性パルスのパルス幅、正極性パルス及び負極性パルスの出力電流であり、基準信号発生回路は設定された運転条件に従って電流基準信号を生成するものとしてある。誤差増幅器は出力電流検出信号と電流基準信号の差を増幅してその信号をＰＷＭ変調回路に与えるようにしてあり、ＰＷＭ変調回路は誤差増幅器からの信号により半導体スイッチ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂのオン時間を変化させるようにしてある。また、直流電源１７の運転回路は運転制御回路の指令により必要なとき直流電源１７に運転指令信号を与えるものである。

前記のように構成した制御装置２５は以下のように動作するものとしてある。まず、運転開始時は直流電源１７に運転指令信号を与える。しばらく後、半導体スイッチ１９、２３に駆動信号を与え、正極性パルス期間が始まる。半導体スイッチ１９には駆動信号を設定された正極性パルス期間の時間だけ継続して与え、半導体スイッチ２３には駆動信号を一定時間だけ与えて停止する。半導体スイッチ２３に与える駆動信号が停止した後半導体スイッチ３ａ、４ｂと半導体スイッチ３ｂ、４ａに交互に駆動信号を与え、正極性パルス期間の間継続する。正極性パルス期間が終了すると全ての半導体スイッチに与える駆動信号を停止する。

正極性パルス期間の終了後しばらく休止した後半導体スイッチ２０、２２に駆動信号を与えるが、半導体スイッチ２０には設定された負極性パルス期間の時間だけ継続して与え、半導体スイッチ２２には一定時間だけ与えて停止する。半導体スイッチ２２に与える駆動信号が停止した後半導体スイッチ３ａ、４ｂと半導体スイッチ３ｂ、４ａに交互に駆動信号を与え、負極性パルス期間の間継続する。負極性パルス期間が終了すると全ての半導体スイッチに与える駆動信号を停止する。負極性パルス期間の終了後しばらく休止した後再度半導体スイッチ１９、２３に駆動信号を与えて正極性パルス期間となり、以後これを繰り返す。

以下このように構成された高速反転パルス電源装置の動作について説明する。基本的には正極性パルスと負極性パルスを交互に出力するものであるが、めっき用の場合正極性通電期間に鍍膜が形成されるので、通常正極性通電時間は負極性通電期間の数倍以上に設定される。図２は正極性パルスと負極性パルスが交互に出力される中、ｔ２で正極性パルスが立ち下がった後ｔ３で負極性パルスが立ち上がり、ｔ４で負極性パルスが立ち下がった後ｔ１で次の正極性パルスが立ち上がるときの要部の波形を示すもので、Ａ、Ｂはそれぞれ第一の半導体スイッチ及び第二の半導体スイッチである半導体スイッチ１９及び半導体スイッチ２０の駆動信号、Ｃ、Ｄはそれぞれ第三の半導体スイッチ及び第四の半導体スイッチである半導体スイッチ２２及び半導体スイッチ２３の駆動信号、Ｅは半導体スイッチ３ａと４ｂの駆動信号、Ｆは半導体スイッチ３ｂと４ａの駆動信号であり、Ｇは両極性直流電源のプラス側の出力電圧、Ｈは両極性直流電源のマイナス側の出力電圧、Ｊは出力電圧、Ｋは出力電流、Ｌはコンデンサ１２の電流、Ｍはコンデンサ１２の電圧である。

交流入力端子１から供給された交流電力は整流器２により直流電力に変換され、コンデンサ５により平滑化されて半導体スイッチ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂの回路に供給される。正極性パルス時間及び負極性パルス時間、正極性パルスの出力電流及び負極性パルスの出力電流を設定し、運転制御回路に押釦スイッチの接点等により運転指令を与えると運転状態となり、直流電源１７に運転指令信号が与えられる。直流電源１７が運転状態になり、抵抗器１８を通してコンデンサ１２が充電されたところで、半導体スイッチ１９、２３に駆動信号が与えられ、半導体スイッチ１９と半導体スイッチ２３がオンになる。

負荷は等価的にインダクタンスＬと抵抗Ｒの直列回路と見なすことができるので、図３ないし図８においては負荷をインダクタンスＬと抵抗Ｒの直列回路で表してある。半導体スイッチ１９と半導体スイッチ２３がオンになると図３に矢印で示すようにコンデンサ１２から半導体スイッチ１９、配線インダクタンス２８、出力端子２１ａ、インダクタンスＬ、抵抗Ｒ、出力端子２１ｂ、出力電流検出器２４、半導体スイッチ２３の経路を通って電流が流れ、出力端子２１ａがプラス、出力端子２１ｂがマイナスの正極性パルスが出力される。このときコンデンサ１２の高い充電電圧により正極性パルスは急速に立ち上がる。その後半導体スイッチ２３に駆動信号が与えられなくなって半導体スイッチ３ａ、４ｂと半導体スイッチ３ｂ、４ａに交互に駆動信号が与えられ、半導体スイッチ３ａ、４ｂと半導体スイッチ３ｂ、４ａが交互にオンとなって変圧器６の一次コイル７に交流電流が流れ、二次コイル８に交流電力が誘起される。

二次コイル８に誘起される交流電力はダイオード１０ａ、１０ｂにより整流され、図４に矢印で示すように半導体スイッチ１９、配線インダクタンス２８、出力端子２１ａ、インダクタンスＬ、抵抗Ｒ、出力端子２１ｂ、出力電流検出器２４、センタータップ９の経路を通って電流が流れ、引き続き出力端子２１ａがプラス、出力端子２１ｂがマイナスの正極性パルスが出力される。出力電流は出力電流検出器２４により検出され、検出された出力電流検出信号と設定された電流基準信号との誤差は増幅されてＰＷＭ変調回路に与えられる。ＰＷＭ変調回路はその誤差が最小になるように半導体スイッチ３ａ、４ｂと半導体スイッチ３ｂ、４ａに与える駆動信号のパルス幅を制御し、正極性パルスの出力電流は設定された電流値に制御される。ここで、出力端子２１ａに陽極板、出力端子２１ｂに被めっき物を接続し、めっき液に浸漬しておけばめっき皮膜が形成される。

前記のようにコンデンサ１２から半導体スイッチ１９、出力端子２１ａ、インダクタンスＬ、抵抗Ｒ、出力端子２１ｂ、出力電流検出器２４、半導体スイッチ２３の経路を通って電流が流れると、コンデンサ１２の電荷が負荷に供給されてコンデンサ１２の電圧は低下することになる。その後正極性パルスが出力される間は変圧器６の三次コイル１３にも交流電力が誘起されるので、その交流電力はダイオード１５ａ、１５ｂにより整流され、抵抗器１６を通してコンデンサ１２に供給されることになり、コンデンサ１２は充電されて低下した電圧が回復する。

正極性パルス期間が終了すると全ての半導体スイッチに駆動信号が与えられなくなり、全ての半導体スイッチはオフになる。配線インダクタンス２８及びインダクタンスＬにはエネルギーが蓄えられており、そのエネルギーにより図５に矢印で示すように配線インダクタンス２８、出力端子２１ａ、インダクタンスＬ、抵抗Ｒ、出力端子２１ｂ、出力電流検出器２４、半導体スイッチ２２、コンデンサ１２、半導体スイッチ２０の経路を通って電流が流れ、配線インダクタンス２８及びインダクタンスＬに蓄えられていたエネルギーがコンデンサ１２に移行し、正極性パルスの電流が急速に減少してゼロになる。これによりコンデンサ１２の電圧は上昇することになる。このとき、半導体スイッチ２２及び半導体スイッチ２０では内蔵される逆方向のダイオードを通して電流が流れるものである。

わずかな休止時間の後半導体スイッチ２２と半導体スイッチ２０に駆動信号が与えられ、半導体スイッチ２２と半導体スイッチ２０がオンになると図６に矢印で示すようにコンデンサ１２から半導体スイッチ２２、出力電流検出器２４、出力端子２１ｂ、抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、出力端子２１ａ、配線インダクタンス２８、半導体スイッチ２０の経路を通って電流が流れ、出力端子２１ａがマイナス、出力端子２１ｂがプラスの負極性パルスが出力される。このときコンデンサ１２の高い電圧により負極性パルスが急速に立ち上がるのは正極性パルスの場合と同様である。その後半導体スイッチ２２に駆動信号が与えられなくなって半導体スイッチ３ａ、４ｂと半導体スイッチ３ｂ、４ａに交互に駆動信号が与えられ、半導体スイッチ３ａ、４ｂと半導体スイッチ３ｂ、４ａが交互にオンとなって変圧器６の一次コイル７に交流電流が流れ、二次コイル８に交流電力が誘起される。

二次コイル８に交流電力が誘起されるとダイオード１１ａ、１１ｂにより整流され、図７に矢印で示すようにセンタータップ９、出力電流検出器２４、出力端子２１ｂ、抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、出力端子２１ａ、配線インダクタンス２８、半導体スイッチ２０の経路を通って電流が流れ、引き続き出力端子２１ａがマイナス、出力端子２１ｂがプラスの負極性パルスが出力される。出力電流が設定された電流値に制御されるのは正極性パルスの場合と同様である。また、負極性パルスの立ち上がり時に負荷に電荷を供給して電圧が低下したコンデンサ１２が負極性パルス期間中に三次コイル１３からの電力で充電されて電圧が回復することも正極性パルスの場合と同様である。

負極性パルス期間が終了すると全ての半導体スイッチに駆動信号が与えられなくなり、全ての半導体スイッチはオフになる。配線インダクタンス２８及びインダクタンスＬに蓄えられたエネルギーにより図８に矢印で示すようにインダクタンスＬ、出力端子２１ａ、配線インダクタンス２８、半導体スイッチ１９、コンデンサ１２、半導体スイッチ２３、出力電流検出器２４、出力端子２１ｂ、抵抗Ｒの経路を通って電流が流れ、配線インダクタンス２８及びインダクタンスＬに蓄えられていたエネルギーがコンデンサ１２に移行し、負極性パルスの電流が急速に減少してゼロになる。これによりコンデンサ１２の電圧が上昇すること、半導体スイッチ１９及び半導体スイッチ２３で内蔵される逆方向のダイオードを通して電流が流れるのは正極性パルスの場合と同様である。

負極性パルス期間の終了後わずかな休止時間の後半導体スイッチ１９と半導体スイッチ２３がオンになって再度正極性パルス期間となり、以後同様に正極性パルス期間と負極性パルス期間とが繰り返されて正極性パルスと負極性パルスが交互に出力される。ここにおいて、正極性パルス期間の終了時と負極性パルス期間の終了時にはインダクタンスＬ、配線インダクタンス２８に蓄えられているエネルギーがコンデンサ１２に移行して蓄えられ、負極性パルス期間の開始時と正極性パルス期間の開始時にはコンデンサ１２に蓄えられているエネルギーが負荷に放出されるのであるが、負荷電流等の運転条件によって蓄えられるエネルギーや放出されるエネルギーは変化することになる。したがって、蓄えられるエネルギーや放出されるエネルギーによるコンデンサ１２の電圧変化の大きさ等も負荷電流等の運転条件により変化する。

図２に例示されるコンデンサ１２の電圧は、正極性パルス期間の終了時に回収されるエネルギーより負極性パルス期間の開始時に放出されるエネルギーが大きいため負極性パルスが立ち上がったときの方が正極性パルス期間中より低下し、負極性パルス期間の終了時に回収されるエネルギーより正極性パルス期間の開始時に放出されるエネルギーが小さいため正極性パルスが立ち上がったときの方が負極性パルス期間中より上昇している状態を表している。いずれにしても、各パルス期間の終了時にインダクタンスＬ及び配線インダクタンス２８に蓄えられているエネルギーがコンデンサ１２に回収され、次の逆極性のパルス期間の開始時に放出されるのでエネルギーのロスがなく、効率が良い利点がある。

図２で負極性パルスが立ち上がったときに低下したコンデンサ１２の電圧がその後上昇しているのはコンデンサ１２が負極性パルス期間中三次コイル１３からの電力で充電されることを示すものである。コンデンサ１２は正極性パルス期間中及び負極性パルス期間中三次コイル１３からの電力により充電され、次の負極性パルス及び正極性パルスが急速に立ち上がるのに充分な電圧まで確実になるので、次の負極性パルス及び正極性パルスが必ず急速に立ち上がる利点がある。コンデンサ１２はこのように三次コイル１３からの電力で充電され、直流電源１７を継続して運転する必要はないので、運転開始後は運転指令信号が与えられなくなって停止する。運転開始時最初の正極性パルスの立ち上がりを犠牲にするならば直流電源１７は省略することも可能である。

また、パルス電流が立ち上がった後は両極性直流電源から電流が供給されることになるが、両極性直流電源をスイッチング方式としていることから追従性がよく、良好な波形のパルス電流が供給できる利点がある。正極性パルスと負極性パルスが交互に出力される間、半導体スイッチ１９、２０がオフになるときにはサージ電圧が発生することがあるが、半導体スイッチ１９のプラス端子がコンデンサ１２のプラス端子と、半導体スイッチ２０のマイナス端子がコンデンサ１２のマイナス端子とそれぞれ直接に接続されているので、こうしたサージ電圧は全てコンデンサ１２によって吸収されることになり、別途スナバを設ける必要がない利点がある。

なお、前記の実施の形態では三次コイル１３からの充電電流制限用に抵抗器１６を使用しているが、その一部あるいは全部をリアクトルで置き換えることができる。前記のように負荷電流等の運転条件によってコンデンサ１２の電圧変化の大きさ等が変化するが、各パルスの立ち上がり時点のコンデンサ１２の電圧が高くなりすぎるとパルス電流がオーバーシュートすることがあり、特に設定電流を小さくしたときに発生し易いものである。電流制限にリアクトルを使用した場合には、コンデンサ１２の充電電圧が半導体スイッチ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂのオン時間のデューティにより変化するので、出力電流が小さく半導体スイッチ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂのオン時間のデューティが小さいときはコンデンサ１２の充電電圧が低めになり、オーバーシュートが抑制される利点がある。

１ 交流入力端子
２ 整流器
３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ 半導体スイッチ
５ コンデンサ
６ 変圧器
７ 一次コイル
８ 二次コイル
９ センタータップ
１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ ダイオード
１２ コンデンサ
１３ 三次コイル
１４ センタータップ
１５ａ、１５ｂ ダイオード
１６ 抵抗器
１７ 直流電源
１８ 抵抗器
１９、２０ 半導体スイッチ
２１ａ、２１ｂ 出力端子
２２、２３ 半導体スイッチ
２４ 出力電流検出器
２５ 制御装置
２６、２７ 駆動装置
２８ 配線インダクタンス
Ｌ インダクタンス
Ｒ 抵抗

Claims (4)

1. 中性点に対しプラス、マイナス両極性の直流を出力するスイッチング方式の両極性直流電源を設け、両極性直流電源のプラス極と両極性直流電源のマイナス極との間にコンデンサを接続するとともに第一の半導体スイッチと第二の半導体スイッチを直列に接続したものを接続し、両極性直流電源のプラス極と中性点との間に第三の半導体スイッチ、両極性直流電源の中性点と両極性直流電源のマイナス極との間に第四の半導体スイッチをそれぞれ接続し、第一の半導体スイッチと第二の半導体スイッチの接続点と中性点との間から出力を取り出すことを特徴とする高速反転パルス電源装置。
2. 両極性直流電源を構成する変圧器に三次コイルを設け、三次コイルに誘起する電力を整流してコンデンサを充電する充電回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の高速反転パルス電源装置。
3. コンデンサを充電する独立した直流電源を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の高速反転パルス電源装置。
4. 正極性パルス期間の開始時に第一の半導体スイッチと第四の半導体スイッチをオンにし、正極性パルス期間中第一の半導体スイッチをオンにし、負極性パルス期間の開始時に第二の半導体スイッチと第三の半導体スイッチをオンにし、負極性パルス期間中第二の半導体スイッチをオンにする駆動信号を順次生成するとともに、正極性パルス期間中及び負極性パルス期間中出力電流がそれぞれの設定値になるように両極性直流電源を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の高速反転パルス電源装置。

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