JP3296694B2 - 高圧電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コッククロフト−
ウォルトン[Cockcroft-Walton]型の倍電圧整流回路を用
いた高圧電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば光電子増倍管は１ｋＶ〜２ｋＶ程
度の高電圧を必要とし、Ｘ線管は２０ｋＶ〜３０ｋＶ程
度の高電圧を必要とする。そして、これらの高電圧機器
を利用する各種測定装置では、コッククロフト−ウォル
トン型の倍電圧整流回路を用いた高圧電源装置によりこ
の高電圧を供給することが多い。

【０００３】コッククロフト−ウォルトン型の倍電圧整
流回路３は、図４に示すように、例えば６個のダイオー
ドＤ1 〜Ｄ6 と３個ずつのコンデンサＣ11〜Ｃ13及びコ
ンデンサＣ21〜Ｃ23とを直列に積み上げて接続した回路
である。この倍電圧整流回路３の入力端子５１，５２に
発振器５を接続し、一方の入力端子５１に電圧Ｖの振幅
を有するパルス電圧Ｐ１を供給すると共に、他方の入力
端子５２にこのパルス電圧Ｐ１を反転させたパルス電圧
Ｐ２を供給すると、出力端子５３から高電圧を出力させ
ることができる。即ち、入力端子５１に供給されるパル
ス電圧Ｐ１が低レベルの電圧となり、入力端子５２に供
給されるパルス電圧Ｐ２が電圧Ｖだけ高レベルの電圧に
なると、コンデンサＣ21がダイオードＤ１を介して出力
端子５３側の電極が電圧Ｖとなるまで充電される。ま
た、パルス電圧Ｐ１が高レベルの電圧に変化すると、コ
ンデンサＣ21の出力端子５３側の電極が電圧２Ｖに昇圧
され、コンデンサＣ11がダイオードＤ２を介して出力端
子５３側の電極が電圧２Ｖとなるまで充電される。さら
に、パルス電圧Ｐ２が高レベルの電圧に変化すると、コ
ンデンサＣ11の出力端子５３側の電極が電圧３Ｖに昇圧
され、コンデンサＣ22がダイオードＤ３を介して出力端
子５３側の電極が電圧３Ｖ（両電極間では電圧２Ｖ）と
なるまで充電される。そして、このようにパルス電圧Ｐ
１，Ｐ２の電圧が相補的に高レベルと低レベルに繰り返
し変化すると、以降の各コンデンサＣ12，Ｃ13及びコン
デンサＣ23の両電極間にそれぞれ電圧２Ｖずつが充電さ
れて、これらが加算された電圧６Ｖの高電圧が出力端子
５３から出力されることになる。

【０００４】上記コッククロフト−ウォルトン型の倍電
圧整流回路３は、ｎを１以上の整数とすると、一般的に
は２ｎ（図４ではｎ＝３）個のダイオードＤとこれと同
数のコンデンサＣを用いて２ｎ倍の高電圧を出力端子５
３から出力する。また、図４ではダイオードＤ１〜Ｄ６
が入力端子５２から出力端子５３に向けて順方向に接続
されているので、この出力端子５３からは正極性の高電
圧が得られるが、これらのダイオードＤ１〜Ｄ６を逆向
きに接続すれば、負極性の高電圧を得ることもできる。

【０００４】従来の高圧電源装置は、上記倍電圧整流回
路３と発振器５とをプリント基板上に実装しコネクタを
介して測定装置に装着していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
高圧電源装置は、通常はプリント基板上の各ダイオード
Ｄの向きが固定して接続されているので、逆極性の高電
圧を得るためには、これらの各ダイオードＤを逆向きに
接続した別の高圧電源装置に差し替える必要があり、極
性ごとに別個の高圧電源装置を用意しなければならない
という問題があった。また、この問題を解消するため
に、プリント基板上の各ダイオードＤの向きを切り換え
ることができるようにした場合にも、この切り換えのた
めに多数のスイッチ回路や接続端子を設ける必要がある
だけでなく、これら多数のスイッチ回路を同時に切り換
えるための複雑な機構が必要になったり、これら多数の
接続端子の接続を手操作で切り換える作業が面倒になる
という問題が生じていた。

【０００６】しかも、従来の高圧電源装置は、倍電圧整
流回路３で得られる高電圧がプリント基板上に実装され
たダイオードＤの数に応じて固定されていたので、電圧
の異なる高電圧を得るためには、このダイオードＤの数
を変えた別の高圧電源装置に差し替える必要があり、電
圧が異なるごとに別個の高圧電源装置を用意しなければ
ならないという問題もあった。

【０００７】さらに、従来の高圧電源装置は、倍電圧整
流回路３と同一のプリント基板上に発振器５が実装され
るので、高電圧となる倍電圧整流回路３の出力端子５３
側の配線との分離が必要となり、高耐圧設計が複雑にな
るという問題もあった。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、倍電圧整流回路のみをユニット化すると共
に、コネクタを逆向きに差し替えることにより容易に逆
極性の高電圧を得ることができる高圧電源装置を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、上記課
題を解決するために、コネクタの第２ピンと該第２ピン
に対して対称位置に配置された第４ピンとの間に、２ｎ
（ｎは１以上のいずれかの整数）個の整流器を同一方向
に直列接続した整流器群と、ｎ個のコンデンサを直列接
続した第１コンデンサ群とが接続されると共に、該コネ
クタの第１ピンと該第１ピンに対して対称位置に配置さ
れた第５ピンとの間にｎ＋１個のコンデンサを直列接続
した第２コンデンサ群が接続され、かつ、該第１コンデ
ンサ群におけるｉ（ｉは１以上ｎ未満の全ての整数）番
目とｉ＋１番目のコンデンサの間の各ノードが整流器群
における２ｉ番目と２ｉ＋１番目の整流器の間の各ノー
ドにそれぞれ接続されると共に、該第２コンデンサ群に
おけるｊ（ｊは１以上ｎ以下の全ての整数）番目とｊ＋
１番目のコンデンサの間の各ノードが整流器群における
２ｊ−１番目と２ｊ番目の整流器の間の各ノードにそれ
ぞれ接続された高圧電源装置であって、上記整流器群に
おける隣接する２個の整流器の間のいずれか１又は複数
のノードが前記コネクタにおける１個又は複数個の第３
ピンにそれぞれ接続されたことを特徴とする。

【００１０】上記手段によれば、第１ピンと第２ピンと
にそれぞれ相補的に電圧値が変化する電圧を入力する
と、第４ピンは、コッククロフト−ウォルトン型の倍電
圧整流回路の出力となり高電圧が得られる。また、第５
ピンと第４ピンとにそれぞれ相補的に電圧値が変化する
電圧を入力した場合にも、第２ピンは、コッククロフト
−ウォルトン型の倍電圧整流回路の出力となり高電圧が
得られる。ただし、これら第４ピンと第２ピンから出力
される高電圧は、互いに整流器群の各整流器の向きが逆
になるので逆極性となる。また、コネクタ上では、第１
ピンと第５ピン及び第２ピンと第４ピンは、それぞれ対
称位置に配置されるので、このコネクタを逆向きに接続
することにより、第１ピンと第２ピンを入力とし第４ピ
ンを出力とする接続から第５ピンと第４ピンを入力とし
第２ピンを出力とする接続に変更することができる。

【００１１】従って、コネクタを逆向きに差し替えるだ
けで逆極性の高電圧を得ることができるので、高電圧の
極性ごとに別の高圧電源装置を用意したり、整流器の向
きを切り換えるためのスイッチ回路や接続端子を設ける
必要がなくなる。また、異なる電圧の高電圧を得る場合
には、整流器の個数を変えた別の高圧電源装置に差し替
えればよいが、本発明の高圧電源装置は倍電圧整流回路
のみをユニット化しているので、このように出力電圧が
異なる複数の高圧電源装置を用意する場合にも、それぞ
れの高圧電源装置に発振器等を設ける無駄をなくすこと
ができる。しかも、倍電圧整流回路と同一基板上に発振
器等を実装する必要がなくなるので、高圧側と低圧側を
分離する高耐圧設計が容易になる。

【００１２】ところで、一般にコッククロフト−ウォル
トン型の倍電圧整流回路は、奇数個の整流器を用いて構
成することも可能であるが、双方向の入力を可能にする
には、本発明のように整数個（２ｎ個）の整流器が必要
となる。整流器としては、一般にダイオードが用いられ
る。また、高電圧は、コネクタの第４ピンと第２ピンか
ら出力される他、第１コンデンサ群における最後のコン
デンサを介した第５ピンと、この第１コンデンサ群にお
ける最初のコンデンサを介した第１ピンからも出力させ
ることができる。

【００１３】なお、上記構成においてｎ＝１の場合に
は、第１コンデンサ群は１個のコンデンサのみからな
り、ｉ番目とｉ＋１番目のコンデンサの間のノードは存
在しないため、この場合のノード間の接続は不要とな
る。また、本発明で言う１個の整流器とは、等価的に１
個の整流器となるものであればよいので、例えば同一方
向の複数のダイオードの直並列回路によって構成するこ
ともできる。また、１個のコンデンサも同様に、複数の
コンデンサの直並列回路によって構成することができ
る。

【００１４】また、コネクタの第３ピンは、２ｎ個より
も少ない整流器を用いたコッククロフト−ウォルトン型
の倍電圧整流回路の出力となるので、ここからは２ｎ倍
の高電圧よりも低い高電圧を得ることができる。従っ
て、この高圧電源装置は、第４ピンや第２ピンから２ｎ
倍の高電圧を得ると共に、第３ピンから２ｎ倍よりも低
い高電圧を得ることができるので、電圧の異なる高電圧
を得るために別の高圧電源装置を用意する必要がなくな
る。なお、この第３ピンは、１個だけに限定する必要は
なく、複数個の第３ピンと複数のノードをそれぞれ接続
することもできる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施例につ
いて図面を参照して説明する。

【００１６】図１及び図２は本発明の第１実施例を示す
ものであって、図１は高圧電源装置の構成を示す回路ブ
ロック図、図２は高圧電源装置のコネクタを逆向きに差
し替えた場合の構成を示す回路ブロック図である。な
お、図４に示した従来例と同様の機能を有する構成部材
には同じ番号を付記する。

【００１７】本実施例は、プリント基板上にコッククロ
フト−ウォルトン型の倍電圧整流回路を実装してユニッ
ト化し、このプリント基板の端部に設けられたコネクタ
を介して測定装置等に装着する高圧電源装置について説
明する。ただし、本発明は、コネクタを介して装着する
ものであれば、他の手段により倍電圧整流回路をユニッ
ト化することもできる。図１に示すように、高圧電源装
置１のコネクタ２は、第１ピン２１と第２ピン２２と第
４ピン２４と第５ピン２５等の多数の接続ピンを備えて
いる。第１ピン２１と第５ピン２５は、コネクタ２の両
端の対称位置に配置され、第２ピン２２と第４ピン２４
は、これら第１ピン２１と第５ピン２５の内側の対称位
置に配置されている。

【００１８】倍電圧整流回路３は、コネクタ２の第１ピ
ン２１及び第２ピン２２と第４ピン２４及び第５ピン２
５との間に接続されている。即ち、第２ピン２２と第４
ピン２４との間には、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６を直
列接続したダイオード群３１と、３個のコンデンサＣ11
〜Ｃ13を直列接続した第１コンデンサ群３２とがそれぞ
れ接続される。このダイオード群３１の各ダイオードＤ
１〜Ｄ６は、第２ピン２２から第４ピン２４に流れる電
流が順方向となる向きに接続されている。また、第１ピ
ン２１と第５ピン２５との間には、４個のコンデンサＣ
21〜Ｃ24を直列接続した第２コンデンサ群３３が接続さ
れる。なお、このダイオード群３１には、任意の偶数個
のダイオードＤを接続することができ、ｎを１以上のい
ずれかの整数とすると、２ｎ個のダイオードＤ１〜Ｄ2n
を接続した場合には、第１コンデンサ群３２がｎ個のコ
ンデンサＣ11〜Ｃ1nからなり、第２コンデンサ群３３は
ｎ＋１個のコンデンサＣ21，Ｃ2(n+1)からなる。

【００１９】さらに、第１コンデンサ群３２におけるコ
ンデンサＣ11，Ｃ12の間のノード３２ａとコンデンサＣ
12，Ｃ13の間のノード３２ｂは、ダイオード群３１にお
けるダイオードＤ２，Ｄ３の間のノード３１ｂとダイオ
ードＤ４，Ｄ５の間のノード３１ｄにそれぞれ接続され
る。また、第２コンデンサ群３３におけるコンデンサＣ
21，Ｃ22の間のノード３３ａとコンデンサＣ22，Ｃ23の
間のノード３３ｂとコンデンサＣ23，Ｃ24の間のノード
３３ｃは、ダイオード群３１におけるダイオードＤ１，
Ｄ２の間のノード３１ａとダイオードＤ３，Ｄ４の間の
ノード３１ｃとダイオードＤ５，Ｄ６の間のノード３１
ｅにそれぞれ接続されている。なお、上記２ｎ個のダイ
オードＤ１〜Ｄ2nを接続した場合には、ｉを１以上ｎ未
満の全ての整数として、第１コンデンサ群３２における
コンデンサＣ1i，Ｃ1(i+1)の間の各ノードがダイオード
Ｄ2i，Ｄ2i+1の間の各ノードにそれぞれ接続されると共
に、ｊを１以上ｎ以下の全ての整数として、第２コンデ
ンサ群３３におけるコンデンサＣ2j，Ｃ2(j+1)の間の各
ノードがダイオードＤ2j-1，Ｄ2jの間の各ノードにそれ
ぞれ接続される。

【００２０】測定装置等には、上記高圧電源装置１のコ
ネクタ２を装着するためのコネクタ４が設けられてい
る。これらのコネクタ２とコネクタ４は、図１に示す方
向の他に、逆向きに接続することもできるようになって
いる。コネクタ２の第１ピン２１と第２ピン２２に対応
するこのコネクタ４の第１ピン４１と第２ピン４２に
は、測定装置に設けられた発振器５が接続されている。
発振器５は、第１ピン４１に電圧Ｖの振幅を有するパル
ス電圧Ｐ1 を供給すると共に、第２ピン４２にこのパル
ス電圧Ｐ１を反転させたパルス電圧Ｐ２を供給する回路
である。なお、発振器５は、このようなパルス電圧Ｐ
１，Ｐ２に限らず、相補的に電圧値が変化する電圧を発
生するものであればどのようなものであってもよく、例
えば交流電圧を変圧器で変圧した二次側出力をそれぞれ
第１ピン４１と第２ピン４２に供給するようなものであ
ってもよい。また、コネクタ２の第４ピン２４に対応す
るコネクタ４の第４ピン４４には、測定装置に装備され
た図示しない高電圧機器が接続される。なお、この高電
圧機器は、コネクタ２の第５ピン２５に対応するコネク
タ４の第５ピン４５側に接続することもできる。

【００２１】上記構成の高圧電源装置１は、図１に示す
向きでコネクタ２をコネクタ４に接続すると、発振器５
のパルス電圧Ｐ１，Ｐ２がコネクタ２の第１ピン２１と
第２ピン２２に入力されるので、ダイオード群３１の各
ダイオードＤ１〜Ｄ６が順方向となり倍電圧整流回路３
が正極性となる。従って、コネクタ２の第４ピン２４か
らは電圧Ｖを正極側に６（２ｎ）倍した高電圧が出力さ
れ、コネクタ４の第４ピン４４を介して高電圧機器に供
給されることになる。また、図２に示すように、高圧電
源装置１のコネクタ２を逆向きに接続した場合には、発
振器５のパルス電圧Ｐ１，Ｐ２がコネクタ２の第５ピン
２５と第４ピン２４に供給されるので、ダイオード群３
１の各ダイオードＤ１〜Ｄ６は逆方向となり倍電圧整流
回路３が負極性となる。従って、コネクタ２の第２ピン
２２からは電圧Ｖを負極側に６（２ｎ）倍した高電圧が
出力され、コネクタ４の第４ピン４４を介して高電圧機
器に供給されることになる。

【００２２】以上説明したように、本実施例の高圧電源
装置１は、コネクタ２とコネクタ４の接続を逆向きに差
し替えるだけで逆極性の高電圧を得ることができるの
で、ダイオード群３１の各ダイオードＤ１〜Ｄ６を図１
とは逆向きに接続した高圧電源装置１を別個に用意する
必要がなくなる。また、高電圧機器が異なる電圧の高電
圧を要求する場合には、ダイオード群３１のダイオード
Ｄの接続個数が相違する別の高圧電源装置１に差し替え
る必要があるが、この場合にも測定装置等に装備された
発振器５をそのまま利用できるので、複数の高圧電源装
置１ごとにこの発振器５を設ける無駄をなくすことがで
きる。さらに、倍電圧整流回路３は、コネクタ２の第１
ピン２１や第２ピン２２に接続される側の配線から第４
ピン２４や第５ピン２５に接続される側の配線に近づく
ほど順次高電圧となり、隣接する各配線間の電圧は比較
的低いので、第１ピン２１や第２ピン２２と第４ピン２
４や第５ピン２５とをできるだけ離して配置すれば、容
易に高耐圧設計を行うことができるようになる。

【００２３】なお、本実施例の高圧電源装置１のコネク
タ２の形状は任意であり、第１ピン２１と第５ピン２５
及び第２ピン２２と第４ピン２４を対称位置に配置した
ものであれば、上記ピン配置に限定されず、またピン数
も適宜数のものを用いることができる。

【００２４】図３は本発明の第２実施例を示すものであ
って、高圧電源装置の構成を示す回路ブロック図であ
る。なお、図１に示した第１実施例と同様の機能を有す
る構成部材には同じ番号を付記して説明を省略する。

【００２５】本実施例の高圧電源装置１は、コネクタ２
の第２ピン２２と第４ピン２４との間に配置された第３
ピン２３に、倍電圧整流回路３におけるダイオード群３
１のダイオードＤ３，Ｄ４の間のノード３１ｃを接続し
たものであり、他の構成は第１実施例と同じである。

【００２６】上記構成の本実施例の高圧電源装置１は、
第１実施例の場合と同様にコネクタ２の第４ピン２４か
ら電圧Ｖを６倍した高電圧が出力され、コネクタ４の第
４ピン４４を介して６Ｖ倍の高電圧が高電圧機器に供給
される。しかも、コネクタ２の第３ピン２３からは、電
圧Ｖを３倍した高電圧が出力されるので、この第３ピン
２３に対応するコネクタ４の第３ピン４３を介して３Ｖ
倍の高電圧を高電圧機器に供給することができるように
なる。従って、高電圧機器が電圧の異なる２種類の高電
圧を要求する場合にも、各電圧ごとに別個の高圧電源装
置１を用意して差し替える必要がなくなる。

【００２７】また、本実施例の高圧電源装置１は、コネ
クタ２を逆向きに接続した場合にも、第３ピン２３から
極性が反転した３Ｖ倍の高電圧を出力することができ
る。そして、この場合に、第３ピン２３をコネクタ２の
中央に配置すれば、このコネクタ２を逆向きに接続して
も、コネクタ４では同じ第３ピン４３を介してこれら双
方の極性の高電圧を共通に出力することができる。

【００２８】なお、コネクタ２の第３ピン２３には、ダ
イオード群３１における他のノード３１ａ，３１ｂ，３
１ｄ，３１ｅのいずれかを接続することもでき、これら
の場合にはそれぞれパルス電圧Ｐ１，Ｐ２の入力側から
のダイオードＤの接続数に応じた高電圧が出力されるこ
とになる。また、上記２ｎ個のダイオードＤ１〜Ｄ2nを
接続した場合にも、ｋを１以上２ｎ未満のいずれかの整
数として、任意の隣接する２個のダイオードＤk ，Ｄk+
1 の間のノードを第３ピン２３に接続することができ
る。さらに、コネクタ２にこの第３ピン２３を複数設け
て、各第３ピン２３に同じノードを共通に接続し、又
は、それぞれ異なるノードを接続することもできる。そ
して、これら複数の第３ピン２３を相互に対称位置とな
るように配置しておけば、コネクタ２を逆向きに接続し
た場合に、第３ピン２３に対応してコネクタ４に設けら
れた複数の各第３ピン４３から極性のみが異なる複数種
類の高電圧を出力することができるようになる。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の高圧電源装置によれば、コネクタを逆向きに差し替え
るだけで逆極性の高電圧を得ることができるので、高電
圧の極性ごとに別の高圧電源装置を用意したり、整流器
の向きを切り換える手段を設ける必要がなくなる。しか
も、高電圧の電圧値が異なる複数の高圧電源装置を設け
た場合にも、各高圧電源装置に発振器等を設ける無駄を
なくすこともできる。さらに、高圧電源装置の基板上の
高耐圧設計を容易にできる。

【００３０】また、コネクタの複数の出力ピンから電圧
の異なる高電圧を出力できるので、高電圧の電圧値が異
なる複数の高圧電源装置を設ける必要もなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すものであって、高圧
電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図２】本発明の第１実施例を示すものであって、高圧
電源装置のコネクタを逆向きに差し替えた場合の構成を
示す回路ブロック図である。

【図３】本発明の第２実施例を示すものであって、高圧
電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図４】従来の高圧電源装置の構成を示す回路ブロック
図である。

【符号の説明】

１ 高圧電源装置 ２ コネクタ ２１ 第１ピン ２２ 第２ピン ２３ 第３ピン ２４ 第４ピン ２５ 第５ピン ３ 倍電圧整流回路 ３１ ダイオード群 ３２ 第１コンデンサ群 ３３ 第２コンデンサ群 Ｄ ダイオード Ｃ コンデンサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コネクタの第２ピンと該第２ピンに対し
   て対称位置に配置された第４ピンとの間に、２ｎ（ｎは
   １以上のいずれかの整数）個の整流器を同一方向に直列
   接続した整流器群と、ｎ個のコンデンサを直列接続した
   第１コンデンサ群とが接続されると共に、該コネクタの
   第１ピンと該第１ピンに対して対称位置に配置された第
   ５ピンとの間にｎ＋１個のコンデンサを直列接続した第
   ２コンデンサ群が接続され、かつ、該第１コンデンサ群
   におけるｉ（ｉは１以上ｎ未満の全ての整数）番目とｉ
   ＋１番目のコンデンサの間の各ノードが整流器群におけ
   る２ｉ番目と２ｉ＋１番目の整流器の間の各ノードにそ
   れぞれ接続されると共に、該第２コンデンサ群における
   ｊ（ｊは１以上ｎ以下の全ての整数）番目とｊ＋１番目
   のコンデンサの間の各ノードが整流器群における２ｊ−
   １番目と２ｊ番目の整流器の間の各ノードにそれぞれ接
   続された高圧電源装置であって、 上記整流器群における隣接する２個の整流器の間のいず
   れか１又は複数のノードが前記コネクタにおける１個又
   は複数個の第３ピンにそれぞれ接続されたことを特徴と
   する高圧電源装置。