JP2016018973A - Electromagnet power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速器等で使用される電磁石にパルス状の大電流を供給するための電磁石用電源装置に関する。 The present invention relates to an electromagnet power supply device for supplying a pulsed large current to an electromagnet used in an accelerator or the like.
従来の電磁石用電源装置としては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。図7に示すように、特許文献1に記載の電磁石用電源装置1Eは、第1電流源2と、第2電流源3と、スイッチング制御部6と、を備えている。
As a conventional electromagnet power supply device, for example, the one described in
第1電流源2は、第1電圧(例えば、数千V)を出力する第1充電電源20と、第1電圧で充電される第1コンデンサ21と、Hブリッジ接続された第1〜第4スイッチング素子25、26、27、28を含む第1出力部110aと、を備えている。
The first
第1出力部110aは、第1コンデンサ21の一端に接続された第1入力端aと、第1コンデンサ21の他端に接続された第2入力端bと、第1スイッチング素子25および第2スイッチング素子26の接続点に接続された第1出力端cと、第3スイッチング素子27および第4スイッチング素子28の接続点に接続された第2出力端dと、を有している。第1スイッチング素子25および第4スイッチング素子28は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子であり、第2スイッチング素子26および第3スイッチング素子27は、ダイオードである。また、第1スイッチング素子25および第4スイッチング素子28の制御端子であるゲートは、適当な駆動回路29を介してスイッチング制御部6に接続されている。
The
第2電流源3は、第2電圧(例えば、百数十V)を出力する第2充電電源30と、第2電圧で充電される第2コンデンサ31と、第2電圧よりも低い第3電圧(例えば、100V)を出力する第3充電電源32と、第3電圧で充電される第3コンデンサ33と、第3コンデンサ33に直列接続された整流素子34と、Hブリッジ接続された第5〜第8スイッチング素子35、36、37、38を含む第2出力部110bと、を備えている。
The second
第2出力部110bは、第2コンデンサ31の一端および整流素子34のカソードに接続された第3入力端eと、第2コンデンサ31の他端および第3コンデンサ33の他端に接続された第4入力端fと、第5スイッチング素子35および第6スイッチング素子36の接続点に接続された第3出力端gと、第7スイッチング素子37および第8スイッチング素子38の接続点に接続された第4出力端hと、を有している。第5スイッチング素子35および第8スイッチング素子38は、IGBT等のパワー半導体素子であり、第6スイッチング素子36および第7スイッチング素子37は、ダイオードである。また、第5スイッチング素子35および第8スイッチング素子38の制御端子であるゲートは、適当な駆動回路39を介してスイッチング制御部6に接続されている。
The
第1電流源2の第1出力端cおよび第2電流源3の第4出力端hは、電磁石400に接続されている。また、第1電流源2の第2出力端dおよび第2電流源3の第3出力端gは、直接接続されている。
The first output terminal c of the first
電磁石用電源装置1Eの動作は、図8に示すように、I〜IVの4つのフェイズに分かれている。
The operation of the electromagnet
時刻t0よりも前のフェイズIは、準備時のフェイズである。フェイズIでは、スイッチング制御部6が、第1スイッチング素子25、第4スイッチング素子28、第5スイッチング素子35および第8スイッチング素子38を非導通状態(OFF状態)にし、第1充電電源20、第2充電電源30および第3充電電源32が、不図示の充電制御部の制御下で、それぞれ第1コンデンサ21、第2コンデンサ31および第3コンデンサ33の充電を行う。フェイズIでは、第1電流源2および第2電流源3から電磁石400に向けて電磁石電流Iが供給されることはない(図8(C)参照)。
Phase I of before the time t 0 is the phase at the time of preparation. In Phase I, the
時刻t0〜t1のフェイズIIは、電流立ち上げ時のフェイズである。フェイズIIでは、スイッチング制御部6が、第8スイッチング素子38を非導通状態にしたまま、第1スイッチング素子25、第4スイッチング素子28および第5スイッチング素子35を非導通状態から導通状態(ON状態)に切り替える。これにより、第1コンデンサ21の第1放電電流が、電磁石電流Iとして電磁石400に供給される。その結果、電磁石電圧が第1コンデンサ21の充電電圧(数千V)まで上昇し(図8(A)参照)、電磁石電流Iが頂部(数十kA)まで立ち上げられる(図8(C)参照)。
Phase II at times t 0 to t 1 is a phase at the time of current startup. In Phase II, the
時刻t1〜t2のフェイズIIIは、電流維持時のフェイズである。フェイズIIIでは、スイッチング制御部6が、第1スイッチング素子25および第5スイッチング素子35を導通状態にしたまま、第4スイッチング素子28を導通状態から非導通状態に切り替え、第8スイッチング素子38を非導通状態から導通状態に切り換える。これにより、まず第2コンデンサ31の第2放電電流が電磁石電流Iとして電磁石400に供給され、第2コンデンサ31の両端の電圧は、第2放電電流の放出とともに第2電圧(百数十V)から比較的急な勾配(第1の傾き)で低下していき、電磁石電圧も同じ傾きで低下していく(図8(B)参照)。
Phase III at times t 1 to t 2 is a phase during current maintenance. In Phase III, the
そして、第2コンデンサ31の両端の電圧が第3電圧を下回ると、整流素子34が導通状態となり、第2コンデンサ31の第2放電電流と同じ経路を通って第3コンデンサ33の第3放電電流も電磁石400に供給され始める。第2コンデンサ31の両端の電圧および第3コンデンサ33の両端の電圧は、第2および第3放電電流の放出とともに第1の傾きよりも緩やかな勾配(第2の傾き)で低下していく(図8(B)参照)。その結果、頂部における電磁石電流Iの電流値が一定に維持される(図8(C)および(D)参照)。
When the voltage across the
時刻t2〜t3のフェイズIVは、電流立ち下げ時のフェイズである。フェイズIVでは、スイッチング制御部6が、第1スイッチング素子25、第4スイッチング素子28、第5スイッチング素子35を非導通状態にし、第8スイッチング素子38を導通状態にする。これにより、第1電流源2および第2電流源3による新たな電磁石電流Iの供給が停止するとともに、電磁石400に生じる逆起電圧(−数千V)による回生電流が第1コンデンサ21に回生される。その結果、電磁石電流Iが立ち下げられる(図8(C)参照)。
Phase IV at times t 2 to t 3 is a phase at the time of current fall. In Phase IV, the
以上のように、電磁石用電源装置1Eによれば、頂部における電磁石電流Iの電流値が一定に保たれた理想的なパルス状電流を電磁石400に供給することができる。
As described above, according to the electromagnet
しかしながら、従来の電磁石用電源装置1Eは、第1電流源2がHブリッジ接続された4つのスイッチング素子25、26、27、28を含む第1出力部110aを備えており、第2電流源3もHブリッジ接続された4つのスイッチング素子35、36、37、38を含む第2出力部110bを備えているので、回路構成が複雑になり、スイッチングノイズが増大するという問題があった。
However, the conventional electromagnet
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、回路構成を簡素化しつつ、スイッチングノイズを低減することができる電磁石用電源装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The place made into the subject is providing the power supply device for electromagnets which can reduce a switching noise, simplifying a circuit structure.
上記課題を解決するために、本発明に係る電磁石用電源装置は、電磁石にパルス状電流を供給する電磁石用電源装置であって、出力部および出力部に接続された第1コンデンサを備え、第1電圧で充電された第1コンデンサの第1放電電流を出力部を介して電磁石に供給することによりパルス状電流を頂部まで立ち上げる機能と、電磁石の逆起電圧による回生電流を出力部を介して第1コンデンサに回生させることによりパルス状電流を頂部から立ち下げる機能と、を有する第1電流源と、第1コンデンサに対して並列となるように出力部に接続された第2コンデンサを含む1以上のコンデンサを備え、第1電圧よりも低い第2電圧で充電された第2コンデンサの第2放電電流を出力部を介して電磁石に供給することにより、立ち上げ後のパルス状電流を頂部において維持する機能を有する第2電流源と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an electromagnet power supply device according to the present invention is an electromagnet power supply device that supplies a pulsed current to an electromagnet, and includes an output unit and a first capacitor connected to the output unit, The function of raising the pulsed current to the top by supplying the first discharge current of the first capacitor charged with one voltage to the electromagnet through the output unit, and the regenerative current due to the back electromotive force of the electromagnet through the output unit A first current source having a function of causing the first capacitor to regenerate the pulsed current from the top, and a second capacitor connected to the output unit so as to be parallel to the first capacitor By supplying a second discharge current of a second capacitor charged with a second voltage lower than the first voltage to the electromagnet via the output unit, the power supply after the start-up is provided. A second current source having a function of maintaining the focal current at the top, characterized by comprising a.
この構成によれば、第2電流源が出力部を備えていないので、従来の電磁石用電源装置と比較して回路構成を簡素化することができ、パルス状電流(電磁石電流)に対するスイッチングノイズの影響を低減することができる。 According to this configuration, since the second current source does not include the output unit, the circuit configuration can be simplified as compared with the conventional electromagnet power supply device, and switching noise with respect to the pulse current (electromagnet current) can be reduced. The influence can be reduced.
なお、本発明における「接続」とは、直接的に接続されている場合だけでなく、スイッチング素子や抵抗器等の他の部材を介して間接的に接続されている場合も含むものとする。 The “connection” in the present invention includes not only the case of being directly connected but also the case of being indirectly connected through another member such as a switching element or a resistor.
上記電磁石用電源装置では、第1電流源は、第1コンデンサに逆電圧が印加されるのを規制する電圧規制手段を備えていてもよい。 In the electromagnet power supply device, the first current source may include voltage regulation means for regulating application of a reverse voltage to the first capacitor.
この構成によれば、電圧規制手段により第1コンデンサを逆電圧から保護することができる。 According to this configuration, the first capacitor can be protected from the reverse voltage by the voltage regulating means.
上記電磁石用電源装置では、第2電流源は、第1コンデンサに対して並列となるように出力部に接続された第3コンデンサをさらに備え、第2放電電流および第2電圧以下の第3電圧で充電された第3コンデンサの第3放電電流を出力部を介して電磁石に供給することにより、立ち上げ後のパルス状電流を頂部において維持することが好ましい。
In the electromagnet power supply device, the second current source further includes a third capacitor connected to the output unit so as to be in parallel with the first capacitor, the second discharge current and a third voltage equal to or lower than the second voltage. It is preferable to maintain the pulsed current after the start-up at the top by supplying the third discharge current of the third capacitor charged in
この構成によれば、第2電流源から電磁石に第2放電電流のみを供給する場合と比べて、パルス状電流の頂部における変動を抑制することができる。 According to this structure, the fluctuation | variation in the peak part of a pulse-like electric current can be suppressed compared with the case where only a 2nd discharge current is supplied to an electromagnet from a 2nd current source.
上記電磁石用電源装置では、第2コンデンサおよび第3コンデンサと出力部とを接続する経路に介装されたスイッチ手段と、スイッチ手段を制御する制御部と、をさらに備え、制御部は、パルス状電流の立ち下げの途中でスイッチ手段を導通状態にすることにより、回生電流を少なくとも第2コンデンサに回生させることが好ましい。 The electromagnet power supply apparatus further includes switch means interposed in a path connecting the second capacitor and the third capacitor and the output section, and a control section for controlling the switch means, and the control section has a pulse shape. It is preferable to regenerate the regenerative current in at least the second capacitor by bringing the switch means into a conducting state during the fall of the current.
この構成によれば、回生電流の回生先が第1コンデンサのみの場合と比べて、パルス状電流のゼロクロス時における振動を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to suppress vibration at the time of zero crossing of the pulsed current as compared with the case where the regeneration current is regenerated only by the first capacitor.
上記電磁石用電源装置では、第2コンデンサおよび第3コンデンサと出力部とを接続する経路に介装された電流規制手段を有し、電流規制手段は、出力部から第2コンデンサおよび第3コンデンサに向かって流れる電流を規制することが好ましい。 The electromagnet power supply device includes current regulating means interposed in a path connecting the second capacitor and the third capacitor and the output section, and the current regulating means is connected from the output section to the second capacitor and the third capacitor. It is preferable to regulate the current flowing in the direction.
この構成によれば、第1電流源から第2コンデンサおよび第3コンデンサに向かって流れる電流を規制することができるので、上記スイッチ手段により回生電流のみを第1電流源から第2コンデンサおよび第3コンデンサに向かって流すことができる一方、上記スイッチ手段を省略して回路構成をより簡素化することもできる。 According to this configuration, since the current flowing from the first current source toward the second capacitor and the third capacitor can be regulated, only the regenerative current is transferred from the first current source to the second capacitor and the third capacitor by the switch means. While the current can flow toward the capacitor, the switch means can be omitted to further simplify the circuit configuration.
本発明によれば、回路構成を簡素化しつつ、スイッチングノイズを低減可能な電磁石用電源装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply apparatus for electromagnets which can reduce switching noise can be provided, simplifying a circuit structure.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電磁石用電源装置の実施形態について説明する。 Embodiments of a power supply device for an electromagnet according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1実施形態]
図1に、本発明の第1実施形態に係る電磁石用電源装置1Aを示す。電磁石用電源装置1Aは、電磁石400にパルス状の大電流である電磁石電流Iを供給するためのもので、同図に示すように、第1電流源100Aと、第2電流源200Aと、本発明の制御部に相当するスイッチング制御部301と、充電制御部302と、を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an electromagnet power supply device 1A according to a first embodiment of the present invention. The electromagnet power supply device 1A is for supplying an electromagnet current I, which is a large pulsed current, to the
第1電流源100Aは、第1充電電源101と、第1コンデンサ102と、スイッチング素子103と、ダイオード104と、Hブリッジ接続された第1〜第4スイッチング素子111、112、113、114を含む出力部110と、を備えている。
The first
第1コンデンサ102は、一端が電源保護用の抵抗器を介して第1充電電源101の一端に接続され、他端が第1充電電源101の他端に接続されている。第1コンデンサ102は、充電制御部302の制御下の第1充電電源101により、第1電圧(例えば、数千V)まで充電される。
One end of the
スイッチング素子103は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子である。スイッチング素子103は、制御端子であるゲートが駆動回路105を介してスイッチング制御部301に接続され、電流路の一端であるコレクタが第1コンデンサ102の一端に接続され、電流路の他端であるエミッタが出力部110の第1入力端aに接続されている。
The switching
ダイオード104は、アノードがスイッチング素子103のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子103のコレクタに接続されている。
The
出力部110は、スイッチング素子103を介して第1コンデンサ102の一端に接続された第1入力端aと、第1コンデンサ102の他端に接続された第2入力端bと、第1スイッチング素子111および第2スイッチング素子112の接続点に接続された第1出力端cと、第3スイッチング素子113および第4スイッチング素子114の接続点に接続された第2出力端dと、を有している。
The
第1スイッチング素子111および第4スイッチング素子114は、IGBT等のパワー半導体素子であり、第2スイッチング素子112および第3スイッチング素子113は、ダイオードである。第1スイッチング素子111および第4スイッチング素子114の制御端子であるゲートは、それぞれ駆動回路115および駆動回路116を介してスイッチング制御部301に接続されている。
The
第1出力端cは、電磁石400の一端に接続され、第2出力端dは、電磁石400の他端に接続されている。
The first output end c is connected to one end of the
また、第1電流源100Aは、本発明の電圧規制手段に相当する逆電圧保護ダイオード120と、本発明のスイッチ手段に相当するスイッチング素子131と、本発明の電流規制手段に相当するダイオード132と、をさらに備えている。
The first
逆電圧保護ダイオード120は、第1コンデンサ102に印加される逆電圧を規制するためのもので、アノードが出力部110の第2入力端bに接続され、カソードが出力部110の第1入力端aに接続されている。
The reverse
スイッチング素子131は、IGBT等のパワー半導体素子である。スイッチング素子131は、制御端子であるゲートが駆動回路133を介してスイッチング制御部301に接続され、電流路の一端であるコレクタが出力部110の第1入力端aに接続され、電流路の他端であるエミッタが第2電流源200Aの第3出力端eに接続されている。
The switching
ダイオード132は、アノードがスイッチング素子131のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子131のコレクタに接続されている。
The
第2電流源200Aは、第2充電電源201と、第2コンデンサ202と、第3充電電源203と、第3コンデンサ204と、整流素子205と、スイッチング素子206と、を備えている。また、第2電流源200Aは、スイッチング素子131を介して出力部110の第1入力端aに接続された第3出力端eと、出力部110の第2入力端bに接続された第4出力端fと、を有している。
The second current source 200 </ b> A includes a second
第2コンデンサ202は、一端が電源保護用の抵抗器を介して第2充電電源201の一端に接続され、他端が第2充電電源201の他端に接続されている。第2コンデンサ202は、充電制御部302の制御下の第2充電電源201により、第1電圧よりも低い第2電圧(例えば、百数十V)まで充電される。
One end of the
第3コンデンサ204は、一端が電源保護用の抵抗器を介して第3充電電源203の一端に接続され、他端が第3充電電源203の他端に接続されている。第3コンデンサ204は、充電制御部302の制御下の第3充電電源203により、第2電圧以下の第3電圧(例えば、約100V)まで充電される。
One end of the
整流素子205は、ダイオードである。整流素子205は、アノードが第3コンデンサ204の一端に接続され、カソードが第3出力端eに接続されるように、第3コンデンサ204の一端と第3出力端eとの間に介装されている。
The rectifying
スイッチング素子206は、IGBT等のパワー半導体素子である。スイッチング素子206は、制御端子であるゲートが駆動回路207を介してスイッチング制御部301に接続され、電流路の一端であるコレクタが第3出力端eに接続され、電流路の他端であるエミッタが第3コンデンサ204の一端に接続されている。
The switching
結局、電磁石用電源装置1Aでは、第1コンデンサ102、第2コンデンサ202および第3コンデンサ204が互いに並列となるように、第1コンデンサ102、第2コンデンサ202および第3コンデンサ204を第1電流源100Aの出力部110に接続している。このため、電磁石用電源装置1Aによれば、図7に示す従来の電磁石用電源装置1Eと比較して回路構成を簡素化することができ、第2電流源200Aが出力部を備えていない分、電磁石電流Iに対するスイッチングノイズの影響を低減することができる。
Eventually, in the electromagnet power supply device 1A, the
次に、図2および図3を参照して、電磁石用電源装置1Aの動作について説明する。電磁石用電源装置1Aの動作は、従来の電磁石用電源装置1Eと同様に、準備時のフェイズ、電流立ち上げ時のフェイズ(図2(A)参照)、電流維持時のフェイズ(図2(B)参照)、電流立ち下げ時のフェイズ(図3(A)および(B)参照)に分かれている。
Next, the operation of the electromagnet power supply device 1A will be described with reference to FIGS. The operation of the electromagnet power supply device 1A is similar to the conventional electromagnet
準備時のフェイズでは、スイッチング制御部301が、第1スイッチング素子111、第4スイッチング素子114、スイッチング素子103、131、206を非導通状態(OFF状態)にする。そして、第1充電電源101、第2充電電源201および第3充電電源203が、充電制御部302の制御下で、それぞれ第1コンデンサ102、第2コンデンサ202および第3コンデンサ204の充電を行う。
In the phase at the time of preparation, the switching
第1コンデンサ102は、第1充電電源101によって両端の電圧が第1電圧(例えば、数千V)になるまで充電される。第2コンデンサ202は、第2充電電源201によって両端の電圧が第1電圧よりも低い第2電圧(例えば、百数十V)になるまで充電される。第3コンデンサ204は、第3充電電源203によって両端の電圧が第2電圧以下の第3電圧(例えば、約100V)になるまで充電される。
The
また、準備時のフェイズでは、第1電流源100Aおよび第2電流源200Aと電磁石400とが電気的に切り離された状態となっているので、第1電流源100Aおよび第2電流源200Aから電磁石400に電磁石電流Iが供給されることはない。
In the phase at the time of preparation, the first
図2(A)に示す電流立ち上げ時のフェイズでは、スイッチング制御部301が、第1スイッチング素子111、第4スイッチング素子114、スイッチング素子103を導通状態(ON状態)にし、かつスイッチング素子131、206を非導通状態にする。
In the phase at the time of starting up the current shown in FIG. 2A, the switching
これにより、同図に示すように、第1コンデンサ102→スイッチング素子103→第1入力端a→第1スイッチング素子111→第1出力端c→電磁石400→第2出力端d→第4スイッチング素子114→第2入力端b→第1コンデンサ102の経路で第1コンデンサ102の第1放電電流が流れる。その結果、電磁石電圧が第1コンデンサ102の充電電圧(数千V)まで上昇し、電磁石電流Iが頂部まで立ち上げられる。
Thereby, as shown in the figure,
図2(B)に示す電流維持時のフェイズでは、スイッチング制御部301が、第1スイッチング素子111および第4スイッチング素子114を導通状態にし、かつスイッチング素子103、131、206を非導通状態にする。
In the current maintaining phase shown in FIG. 2B, the switching
これにより、ダイオード132のカソード側の電圧がアノード側の電圧を下回りダイオード132が導通状態となるので、第2コンデンサ202→第3出力端e→ダイオード132→第1入力端a→第1スイッチング素子111→第1出力端c→電磁石400→第2出力端d→第4スイッチング素子114→第2入力端b→第4出力端f→第2コンデンサ202の経路で第2コンデンサ202の第2放電電流が流れる。このとき、第2コンデンサ202の両端の電圧は、第2放電電流の放出とともに第2電圧(百数十V)から比較的急な勾配(第1の傾き)で低下していき、電磁石電圧も同じ傾きで低下していく。
As a result, the voltage on the cathode side of the
そして、第2コンデンサ202の両端の電圧が第3電圧(約100V)を下回るまで低下すると、整流素子205が導通状態となり、図2(B)に示すように、第2放電電流と同じ経路で第3コンデンサ204の第3放電電流も電磁石400に供給される。このとき、第2コンデンサ202の両端の電圧および第3コンデンサ204の両端の電圧は、第2放電電流および第3放電電流の放出とともに、第1の傾きよりも小さい第2の傾きで低下していき、電磁石電圧も同じ傾きで低下していく。その結果、頂部における電磁石電流Iの電流値が一定に維持される。
Then, when the voltage across the
なお、第1の傾きは、第2コンデンサ202の静電容量値により調整することができ、第2の傾きは、第2コンデンサ202および第3コンデンサ204の静電容量値により調整することができる。具体的には、第2コンデンサ202の静電容量値を大きくすることで第1の傾きを小さくし、静電容量値を小さくすることで第1の傾きを大きくすることができる。同様に、第2コンデンサ202および第3コンデンサ204の総静電容量値を大きくすることで第2の傾きを小さくし、総静電容量値を小さくすることで第2の傾きを大きくすることができる。また、傾きが切り替わるタイミングは、第2電圧および第3電圧の電圧差により調整することができる。具体的には、切り替えのタイミングを遅らせたい場合は、上記電圧差を大きくすればよい。反対に、早期に切り替えを行いたい場合は、上記電圧差を小さくすればよい。
The first slope can be adjusted by the capacitance value of the
図3(A)に示す電流立ち下げ時のフェイズでは、スイッチング制御部301が、第1スイッチング素子111、第4スイッチング素子114、スイッチング素子103、131、206を非導通状態にする。
In the phase at the time of current fall illustrated in FIG. 3A, the switching
これにより、第2放電電流および第3放電電流の供給が停止するとともに、電磁石400には、第1充電電源101の出力電圧(第1電圧)とほぼ同じ大きさの逆起電圧V1(−数千V)が生じることとなる。その結果、図3(A)に示すように、電磁石400→第2出力端d→ダイオード113→第1入力端a→ダイオード104→第1コンデンサ102→第2入力端b→ダイオード112→第1出力端c→電磁石400の経路で電磁石400の逆起電圧V1による回生電流が流れ、電磁石電流Iが、比較的急な勾配(第3の傾き)で低下していく。
As a result, the supply of the second discharge current and the third discharge current is stopped, and the
また、電流立ち下げ時のフェイズでは、第2コンデンサ202に回生電流を回生させることもできる。この場合、図3(B)に示すように、スイッチング制御部301は、第1スイッチング素子111、第4スイッチング素子114、スイッチング素子103、206を非導通状態にし、かつスイッチング素子131を導通状態にする。
Further, in the phase when the current falls, the regenerative current can be regenerated in the
これにより、電磁石400には、第2充電電源201の出力電圧(第2電圧)とほぼ同じ大きさの逆起電圧V2(V2<V1)が生じることとなる。その結果、図3(B)に示すように、電磁石400→第2出力端d→ダイオード113→第1入力端a→ダイオード104→第1コンデンサ102→第2入力端b→ダイオード112→第1出力端c→電磁石400の経路で電磁石400の逆起電圧V2による回生電流が流れるとともに、電磁石400→第2出力端d→ダイオード113→第1入力端a→スイッチング素子131→第3出力端e→第2コンデンサ202→第4出力端f→第2入力端b→ダイオード112→第1出力端c→電磁石400の経路で電磁石400の逆起電圧V2による回生電流が流れ、電磁石電流Iが第3の傾きよりも小さい第4の傾きで低下していく。このため、電磁石電流Iがゼロになる直前に、第1コンデンサ102および第2コンデンサ202に回生電流を回生させることで、電磁石電流Iのゼロクロス時における振動を抑制することができる。
As a result, the back electromotive voltage V 2 (V 2 <V 1 ) of approximately the same magnitude as the output voltage (second voltage) of the second
以上のように、電磁石用電源装置1Aによれば、従来の電磁石用電源装置1Eと同程度以上の理想的なパルス状の電磁石電流Iを電磁石400に供給することができ、しかも、従来の電磁石用電源装置1Eよりも回路構成を簡素化することができる。
As described above, according to the electromagnet power supply device 1A, an ideal pulsed electromagnet current I equal to or higher than that of the conventional electromagnet
[第2実施形態]
図4に、本発明の第2実施形態に係る電磁石用電源装置1Bを示す。電磁石用電源装置1Bは、第2電流源200Aの代わりに第2電流源200Bを備えていること以外、第1実施形態に係る電磁石用電源装置1Aと共通している。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows a power supply device 1B for an electromagnet according to a second embodiment of the present invention. The electromagnet power supply device 1B is common to the electromagnet power supply device 1A according to the first embodiment except that the electromagnet power supply device 1B includes the second
第2電流源200Bでは、第2充電電源201の他端が第3充電電源203の一端に接続されているので、第2コンデンサ202は、第2充電電源201および第3充電電源203により充電される。すなわち、準備時のフェイズにおいて、第2コンデンサ202は、第3コンデンサ204よりも高い電圧まで確実に充電される。
In the second
したがって、電磁石用電源装置1Bでは、電流維持時のフェイズにおいて、第2コンデンサ202の放電と第3コンデンサ204の放電とが同時に開始されてしまうのを確実に防ぐことができる。
Therefore, in the electromagnet power supply device 1B, it is possible to reliably prevent the discharge of the
[第3実施形態]
図5に、本発明の第3実施形態に係る電磁石用電源装置1Cを示す。電磁石用電源装置1Cは、第1電流源100Aの代わりに第1電流源100Bを備えていること以外、第1実施形態に係る電磁石用電源装置1Aと共通している。
[Third Embodiment]
FIG. 5 shows an electromagnet power supply device 1C according to a third embodiment of the present invention. The electromagnet power supply device 1C is common to the electromagnet power supply device 1A according to the first embodiment except that the electromagnet power supply device 1C includes the first
第1電流源100Bは、第1電流源100Aに備えられているスイッチング素子131およびダイオード132の代わりに、本発明の電流規制手段に相当するダイオード140を備えている。ダイオード140は、アノードが第3出力端eに接続され、かつカソードが第1入力端aに接続されており、第1入力端aから第3出力端eに流れる電流を規制する。
The first
電磁石用電源装置1Cでは、第2コンデンサ202に回生電流を回生させることはできないものの、第1実施形態に係る電磁石用電源装置1Aよりも回路構成を簡素化することができ、スイッチングノイズを低減することができる。
In the electromagnet power supply device 1C, although the regenerative current cannot be regenerated in the
[第4実施形態]
図6に、本発明の第4実施形態に係る電磁石用電源装置1Dを示す。電磁石用電源装置1Dは、第1電流源100Aおよび第2電流源200Aの代わりに第1電流源100Bおよび第2電流源200Bを備えていること以外、第1実施形態に係る電磁石用電源装置1Aと共通している。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 shows an electromagnet power supply device 1D according to a fourth embodiment of the present invention. The electromagnet power supply device 1D is provided with a first
電磁石用電源装置1Dによれば、電流維持時のフェイズにおいて、第2コンデンサ202の放電と第3コンデンサ204の放電とが同時に開始されてしまうのを確実に防ぐことができる。さらに、電磁石用電源装置1Dによれば、第2コンデンサ202に回生電流を回生させることはできないものの、第1実施形態に係る電磁石用電源装置1Aよりも回路構成を簡素化することができ、スイッチングノイズを低減することもできる。
According to the electromagnet power supply device 1D, it is possible to reliably prevent the discharge of the
以上、本発明に係る電磁石用電源装置の第1実施形態〜第4実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although 1st Embodiment-4th Embodiment of the power supply device for electromagnets which concerns on this invention was described, this invention is not limited to said each embodiment.
例えば、上記第1および第2実施形態に係る電磁石用電源装置1A、1Bでは、電流立ち下げ時のフェイズにおいて、スイッチング制御部301の制御下でスイッチング素子131、206を導通状態にすることで、第1コンデンサ102および第2コンデンサ202に加えて第3コンデンサ204にも回生電流を回生させることができる。
For example, in the electromagnet power supply devices 1A and 1B according to the first and second embodiments, the switching
上記第1〜第4実施形態に係る電磁石用電源装置1A〜1Dでは、準備時のフェイズにおいて、スイッチング制御部301がスイッチング素子206を非導通状態にしているが、スイッチング素子206を導通状態にしてもよい。スイッチング素子206を導通状態にした場合、第3コンデンサ204は、第2充電電源201および第3充電電源203によって充電されるので、第3コンデンサ204の充電電圧は、第2コンデンサ202の充電電圧以上の値となる。
In the electromagnet power supply devices 1A to 1D according to the first to fourth embodiments, the switching
上記第1〜第4実施形態に係る電磁石用電源装置1A〜1Dでは、回路構成をより簡素化させる場合、スイッチング素子206を省略することができる。
In the electromagnet power supply devices 1A to 1D according to the first to fourth embodiments, the switching
上記第1および第2実施形態では、第1電流源100Aがスイッチング素子131およびダイオード132を備えているが、スイッチング素子131およびダイオード132は、第2電流源200A、200Bに備えられていてもよい。同様に、上記第3および第4実施形態では、第1電流源100Bがダイオード140を備えているが、ダイオード140は、第2電流源200A、200Bに備えられていてもよい。
In the first and second embodiments, the first
上記各実施形態では、異なる電圧で予め充電された2つのコンデンサ(第2コンデンサ202、第3コンデンサ204)の放電電流により電磁石電流Iの頂部における電流値を一定に維持したが、コンデンサの数を3つ以上にしてもよい。また、電磁石400に供給する電磁石電流Iの頂部における変動をある程度許容できるのであれば、コンデンサの数を1つにしてもよい。すなわち、第2電流源200A、200Bは、第1コンデンサ102に対して並列となるように出力部110に接続された第2コンデンサ202を含む1以上のコンデンサを備えていればよい。
In each of the above embodiments, the current value at the top of the electromagnet current I is kept constant by the discharge currents of two capacitors (
1A、1B、1C、1D 電磁石用電源装置
100A、100B 第1電流源
101 第1充電電源
102 第1コンデンサ
103、131、206 スイッチング素子
104 ダイオード
105、115、116、133、207 駆動回路
110 出力部
111 第1スイッチング素子
112 第2スイッチング素子(ダイオード)
113 第3スイッチング素子
114 第4スイッチング素子(ダイオード)
120 逆電圧保護ダイオード(電圧規制手段)
132、140 ダイオード(電流規制手段)
200A、200B 第2電流源
201 第2充電電源
202 第2コンデンサ
203 第3充電電源
204 第3コンデンサ
205 整流素子
301 スイッチング制御部(制御部)
302 充電制御部
400 電磁石
1A, 1B, 1C, 1D Electromagnet
113
120 Reverse voltage protection diode (voltage regulating means)
132, 140 Diode (current regulating means)
200A, 200B Second
302
Claims (5)
出力部および前記出力部に接続された第1コンデンサを備え、第1電圧で充電された前記第1コンデンサの第1放電電流を前記出力部を介して前記電磁石に供給することにより前記パルス状電流を頂部まで立ち上げる機能と、前記電磁石の逆起電圧による回生電流を前記出力部を介して前記第1コンデンサに回生させることにより前記パルス状電流を前記頂部から立ち下げる機能と、を有する第1電流源と、
前記第1コンデンサに対して並列となるように前記出力部に接続された第2コンデンサを含む1以上のコンデンサを備え、前記第1電圧よりも低い第2電圧で充電された前記第2コンデンサの第2放電電流を前記出力部を介して前記電磁石に供給することにより、立ち上げ後の前記パルス状電流を前記頂部において維持する機能を有する第2電流源と、
を備えた
ことを特徴とする電磁石用電源装置。 An electromagnet power supply for supplying a pulsed current to an electromagnet,
An output unit and a first capacitor connected to the output unit, wherein the pulsed current is supplied to the electromagnet through the output unit with a first discharge current of the first capacitor charged with a first voltage. And a function of lowering the pulsed current from the top by causing the first capacitor to regenerate a regenerative current due to the back electromotive force of the electromagnet through the output unit. A current source;
One or more capacitors including a second capacitor connected to the output unit so as to be in parallel with the first capacitor, and the second capacitor charged with a second voltage lower than the first voltage. A second current source having a function of maintaining the pulsed current after startup at the top by supplying a second discharge current to the electromagnet through the output unit;
An electromagnet power supply device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の電磁石用電源装置。 2. The electromagnet power supply device according to claim 1, wherein the first current source includes voltage regulation means for regulating application of a reverse voltage to the first capacitor.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電磁石用電源装置。 The second current source further includes a third capacitor connected to the output unit so as to be in parallel with the first capacitor, and is charged with the second discharge current and a third voltage lower than the second voltage. 3. The pulsed current after the start-up is maintained at the top by supplying the third discharge current of the third capacitor thus formed to the electromagnet through the output unit. The power supply device for electromagnets described in 1.
前記スイッチ手段を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記パルス状電流の立ち下げの途中で前記スイッチ手段を導通状態にすることにより、前記回生電流を少なくとも前記第2コンデンサに回生させる
ことを特徴とする請求項3に記載の電磁石用電源装置。 Switch means interposed in a path connecting the second capacitor and the third capacitor and the output unit;
A control unit for controlling the switch means;
Further comprising
4. The electromagnet according to claim 3, wherein the controller regenerates the regenerative current to at least the second capacitor by bringing the switch unit into a conductive state in the middle of the fall of the pulsed current. Power supply.
前記電流規制手段は、前記出力部から前記第2コンデンサおよび前記第3コンデンサに向かって流れる電流を規制する
ことを特徴とする請求項3または4に記載の電磁石用電源装置。 Current regulating means interposed in a path connecting the second capacitor and the third capacitor and the output unit;
5. The electromagnet power supply device according to claim 3, wherein the current regulation unit regulates a current flowing from the output unit toward the second capacitor and the third capacitor. 6.
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