JP2518471B2 - 多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置 - Google Patents

多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置

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JP2518471B2
JP2518471B2 JP3010254A JP1025491A JP2518471B2 JP 2518471 B2 JP2518471 B2 JP 2518471B2 JP 3010254 A JP3010254 A JP 3010254A JP 1025491 A JP1025491 A JP 1025491A JP 2518471 B2 JP2518471 B2 JP 2518471B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、荷電粒子の加速等に
用いるものであって、交流電圧をダイオードとコンデン
サとによって整流平滑して直流高電圧を発生させる高電
圧発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、コッククロフトーワルトン型、シ
ェンケル型、絶縁変圧器型などの高電圧発生装置が知ら
れている。コッククロフトーワルトン型やシェンケル型
の高電圧発生装置の場合、ダイオードやコンデンサの耐
圧を低くするためには段数を多くしなければならず、そ
うすると、リップルの増加を招いたり、負荷変動に対し
て追従するのに応答遅れが生じて制御特性の悪化を招く
という問題があった。逆に、段数を減らすと、ダイオー
ドやコンデンサの耐圧を高くしなければならず、これら
の部品が大きくなるほか、励振部としても高電圧出力の
ものを必要とし、装置全体が大型化してしまうという問
題があった。
【0003】このような問題を解決するため、絶縁変圧
器型の高電圧発生装置が開発された。その例を第3図に
示す。この絶縁変圧器型高電圧発生装置は、励振部1に
接続された1次コイル2を巻き付けた絶縁磁心3に複数
の2次コイル4を巻き付け、各2次コイル4にダイオー
ドとコンデンサの組み合わせからなる整流回路5を接続
し、各整流回路5の直流出力を直列に接続することによ
って直流高電圧を得るようにしたものである。 この絶
縁変圧器型高電圧発生装置によれば、整流回路数を増や
せば、整流回路5を構成するダイオードやコンデンサと
して耐圧の低いものを用いることができ、また、負荷変
動に対する応答遅れが小さくて制御特性も良くなる。
【0004】しかし、第3図の絶縁変圧器型高電圧発生
装置の場合には、あまり高電圧になると、絶縁磁心3を
用いているといっても2次コイル4と絶縁磁心3の表面
との間で放電が発生したり、絶縁磁心3を構成している
絶縁材料内の絶縁が破れて内部で放電が発生するおそれ
があるために、高電圧化には限度があった。そこで、本
発明者らは、第4図に示すような多段式絶縁変圧器型高
電圧発生装置を開発し、すでに出願を行っている(特願
昭1−139464号参照)。
【0005】この多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置
は、3つの磁心B1 、B2 、B3 を並べ、各磁心B1
2 、B3 に受電コイルD1 、D3 、D5 と送電コイル
2 、D4 をそれぞれ巻き付け、受電コイルD1 を交流
の高電圧を出力する励振部Aに接続し、送電コイルD2
と受電コイルD3 とを送電ラインF1 を介して接続し、
送電コイルD4 と受電コイルD5 とを送電ラインF2
介して接続することにより、3段の絶縁変圧器を構成し
ている。また、磁心B1 、B2 、B3 にそれぞれ2つの
2次コイル(E11、E12)、(E21、E22)、(E31
32)を巻き付けてそれぞれに整流回路C11、C12、C
21、C22、C31、C32を接続し、各整流回路C11〜C32
の直流出力を直列に接続してある。
【0006】そして、各磁心B1 、B2 、B3 の電位
を、その磁心に設けた一対の整流回路(C11、C12)、
(C21、C22)、(C31、C32)のうち中間の電位をも
つ整流回路C11、C21、C31の出力電位と同一に固定化
してあり、また、各送電ラインF1 (F2 )の電位を、
前段の磁心B1 (B2 )に設けた最後段の整流回路C12
(C22)と次段の磁心B2 (B3 )に設けた最前段の整
流回路C21(C31)との接続点P4 (P5 )の電位と同
一に固定してある。したがって、2次コイルと磁心との
間および送電コイルや受電コイルと磁心との間での放
電、ならびに、磁心内部での放電を防止することがで
き、全体として、耐圧の比較的低い部品で整流回路を構
成することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の高電圧発生装置
は、上記のように構成されているが、第3図の絶縁変圧
器型高電圧発生装置では、各整流回路5の直流出力にリ
ップルが発生し、各リップルの位相が一致しているた
め、各整流回路の出力を合成した直流高電圧にも大きな
リップルが発生する。また、第4図の多段式絶縁変圧器
型高電圧発生装置の場合にも、各整流回路C11〜C32
直流出力にリップルが発生し、各リップルの位相が一致
しているため、各整流回路の出力を合成した直流高電圧
にも各整流回路と同じ割合のリップルが発生し、荷電粒
子加速器等の場合には、加速粒子のエネルギー幅が大き
いという問題があった。
【0008】この発明は上記のような従来技術の問題点
を解消するために創案されたものであり、直流高電圧出
力のリップル率を小さく抑えることができる多段式絶縁
変圧器型高電圧発生装置を提供することを目的としてい
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置は、
複数の磁心のそれぞれに送電コイルと受電コイルを巻き
付け、端部の磁心の受電コイルを励振部に接続し、互い
に隣接する一方の磁心の送電コイルと他方の磁心の受電
コイルとを送電ラインを介して順次接続し、各磁心にそ
れぞれ複数の2次コイルを巻き付け、各2次コイルに整
流回路を接続し、各整流回路の直流出力を順次直列に接
続するとともに、各送電ラインに抵抗またはコンデンサ
が挿入されている。
【0010】
【作用】この発明の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置
は上記のように構成されており、各変圧器を励振する交
流の位相がずれるので、各整流回路の出力する直流電圧
のリップルの位相がずれる。この結果、各整流回路の出
力を合成した直流高電圧のリップル率は大幅に減少する
こととなる。
【0011】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。第1図はこの発明の多段式絶縁変圧器
型高電圧発生装置の回路図である。3つの磁心B1 、B
2 、B3 を並べ、磁心B1 に受電コイルD1 と送電コイ
ルD2 を、磁心B2 に受電コイルD3 と送電コイルD4
を、磁心B3 に受電コイルD5 をそれぞれ巻き付け、受
電コイルD1 を交流の高電圧を出力する励振部Aに接続
し、送電コイルD2 と受電コイルD3 とを送電ラインF
1 を介して接続し、送電コイルD4 と受電コイルD5
を送電ラインF2 を介して接続することにより、3段の
絶縁変圧器を構成している。
【0012】そして、磁心B1 に2つの2次コイル
11、E12を巻き付けてそれぞれに整流回路C11、C12
を接続し、磁心B2 にも2次コイルE21、E22を巻き付
けてそれぞれに整流回路C21、C22を接続し、磁心B3
にも2次コイルE31、E32を巻き付けてそれぞれに整流
回路C31、C32を接続し、各整流回路C11〜C32の直流
出力を直列に接続してある。なお、各整流回路C11〜C
32は、例えば2段のコッククロフトーワルトン型整流回
路が用いられる。
【0013】また、磁心B1 における一対の整流回路C
11、C12の接続点P1 と磁心B1 における任意の点Q1
とを導線G1 を介して接続し、磁心B2 における一対の
整流回路C21、C22の接続点P2 と磁心B2 における任
意の点Q2 とを導線G2 を介して接続し、磁心B3 にお
ける一対の整流回路C31、C32の接続点P3 と磁心B3
における任意の点Q3 とを導線G3 を介して接続してあ
る。すなわち、各磁心B1 、B2 、B3 の電位を、その
磁心に設けた一対の整流回路(C11、C12)、(C21
22)、(C31、C32)のうち中間の電位をもつ整流回
路C11、C21、C31の出力電位と同一に固定化してあ
る。
【0014】また、整流回路C12、C21の接続点P4
送電ラインF1 上の点Q4 とを導線G4 を介して接続
し、整流回路C22、C31の接続点P5 と送電ラインF2
上の点Q5 とを導線G5 を介して接続してある。すなわ
ち、各送電ラインF1 (F2 )の電位を、前段の磁心B
1 (B2 )に設けた最後段の整流回路C12(C22)と次
段の磁心B2 (B3 )に設けた最前段の整流回路C
21(C31)との接続点P4 (P5 )の電位と同一に固定
してある。
【0015】各整流回路C11〜C32それぞれの直流出力
電圧をV0 とすると、それらを直流接続した多段式絶縁
変圧器型高電圧発生装置の直流出力電圧は6×V0 とな
り、高電圧が得られる。この最終段の整流回路C32から
得られる電圧を、複数段階の電圧に分圧して選択的に取
り出せるようにするために、整流回路C32の出力側とア
ース間に分圧抵抗R1 〜R6 を介在させている。
【0016】そして、各送電ラインF1 、F2 には直列
に抵抗r1 、r2 が挿入されており、磁心B2 、B3
励振する交流の位相にずれが生じる。このため、2次コ
イルE11、E12の出力する交流電圧と、2次コイル
21、E22の出力する交流電圧と、2次コイルE31、E
32の出力する交流電圧との間の位相がずれ、したがっ
て、整流回路C11、C12の出力する直流電圧と、整流回
路C21、C22の出力する直流電圧と、整流回路C31、C
32の出力する直流電圧に発生するリップルの位相もずれ
るので、これらの各整流回路の出力を合成した直流高電
圧のリップル率は大幅に減少する。
【0017】第2図(a)は変圧器Tを介して負荷抵抗
Rに電圧を印加する場合の回路を示す図であり、この回
路の変圧器Tの1次コイルに第2図(b)のように抵抗
rを挿入した場合を考える。第2図(c)は第2図
(b)の回路の等価回路であり、R´は一次側に換算し
た負荷抵抗である。このとき、入力電圧Viとインダク
タンスLの両端間の電圧Voの位相差θは次式のように
なる。
【0018】
【式1】
【0019】
【0020】整流回路がn個のとき、θ=360/nとなる
ように、抵抗r、インダクタンスL等を選定することに
より、各整流回路の出力を合成した直流高電圧のリップ
ルは最小となる。
【0021】上記実施例では、各送電ラインに直列に抵
抗を挿入した場合を説明したが、抵抗の代わりにコンデ
ンサを用いることもでき、また、各磁心に2つの2次コ
イルを設けているが、各磁心に1つの2次コイルを設け
た場合にも、本発明を適用することができる。
【0022】さらに、上記実施例では、各磁心および各
送電ラインの電位を各整流回路の出力電位に固定するこ
とにより、放電を防止する場合について説明したが、各
磁心および各送電ラインの電位は図示の例に限らず、例
えば、各磁心B1 、B2 、B3 の電位をその磁心に設け
た一対の整流回路の最低の電位をもつ点の電位と同一に
し、各送電ラインの電位を各整流回路の中間の電位に固
定してもよく、また、放電が特に問題とならないような
電圧を発生する場合には、各磁心および各送電ラインの
電位を特に固定しなくてもよい。
【0023】[発明の効果]この発明の多段式絶縁変圧
器型高電圧発生装置は、上記のように構成されているの
で、各整流回路の出力する直流電圧のリップルの位相が
ずれ、各整流回路の出力を合成した直流高電圧のリップ
ル率を大幅に減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置の
一実施例を示す図である。
【図2】変圧器の回路を示す図である。
【図3】従来の絶縁変圧器型高電圧発生装置を示す図で
ある。
【図4】従来の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置を示
す図である。
【符号の説明】
A 励振部 B1 〜B3 磁心 C11〜C32 整流回路 D1 、D3 、D5 受電コイル D2 、D4 送電コイル E11〜E32 2次コイル F1 、F2 送電ライン G1 〜G5 導線 R1 〜R6 分圧抵抗 r1 、r2 抵抗

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の磁心のそれぞれに送電コイルと受
    電コイルを巻き付け、端部の磁心の受電コイルを励振部
    に接続し、互いに隣接する一方の磁心の送電コイルと他
    方の磁心の受電コイルとを送電ラインを介して順次接続
    し、各磁心にそれぞれ2次コイルを巻き付け、各2次コ
    イルに整流回路を接続し、各整流回路の直流出力を順次
    直列に接続した多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置にお
    いて、各送電ラインに抵抗またはコンデンサを挿入した
    ことを特徴とする多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置。
JP3010254A 1991-01-31 1991-01-31 多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置 Expired - Lifetime JP2518471B2 (ja)

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