JP3539129B2 - Capacitor charging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス電源などに備える電力用コンデンサを設定電圧まで周期的に充電するコンデンサの充電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
パルスレーザ励起やパルスプラズマ発生、パルス脱硝装置等のパルス電源には、半導体スイッチと磁気スイッチになる可飽和トランスや可飽和リアクトルを組み合わせたものがある。
【0003】
このパルス電源は、例えば、図4に示す構成にされる。高圧充電装置HDCによってコンデンサC0を初期充電しておき、半導体スイッチSWのオンによってコンデンサC0から可飽和トランスSTの一次側に放電電流を供給し、この可飽和トランスSTによって昇圧さらに磁気スイッチ動作でパルス圧縮し、LC反転による倍電圧発生回路LCによって昇圧し、さらに可飽和リアクトルSI1のパルス圧縮によってピーキング・コンデンサCPとレーザ発振器LHへ超短パルスを発生させる。
【0004】
ここで、コンデンサC0の初期充電のための高圧充電装置HDCは、レーザ発振器LHへの高い繰り返し(例えば600パルス/秒)のパルス電流供給に合わせて高い繰り返しでコンデンサC0を充電する必要がある。また、コンデンサC0の電圧が出力に直接影響することから、充電電圧に高い精度のものが要求される。
【0005】
このための従来の高圧充電装置には、図5に示す構成のものがある。交流電源から直流を得る整流器等にされる直流電源1は、電圧形にされるインバータ2、3の直流電源を構成する。
【0006】
インバータ2、3は、パワートランジスタやIGBT、GTOなどの半導体素子をスイッチS1〜S4としてブリッジ接続した構成にされ、パルス幅制御(又はパルス幅変調)した交流電力を共振用コンデンサCと共振用リアクトルLにより定まる共振周波数を持って出力する。
【0007】
出力トランス4、5は、それぞれインバータ2、3からの交流出力を一定比で取り出す。整流回路6、7は、ダイオードブリッジ接続で構成され、トランス4、5の出力をそれぞれ交流入力とし、その全波整流を行い、整流出力を並列接続してコンデンサC0の充電出力を得る。
【0008】
インバータ2はコンデンサC0の初期充電用であり、インバータ3は充電電圧微調整用である。これらインバータ2、3は、図6に示すように、コンデンサC0の初期充電には共に運転されてコンデンサC0を設定電圧近くまで充電し、この後は微調整用インバータ3のみにより設定電圧まで徐々に精度良く充電して行く。そして、コンデンサC0の充電電圧が設定電圧に達したときにインバータ3の運転も停止させる。
【0009】
このため、微調整用インバータ3は、初期充電用インバータ2に比べ、スイッチング周波数を高くし、1回当たりの充電電圧が低くなるように設計される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成において、コンデンサC0を設定電圧まで充電するのに、コンデンサC0の電圧を抵抗分圧等の電圧検出器8で検出し、これを制御回路9に取り込んで設定電圧と比較し、この一致で制御回路9がインバータ3の運転停止制御を行う。
【0011】
充電装置HDCとコンデンサC0とはコネクタ10で接続されており、装置の保守・点検等にコネクタ10を外したままにしてしまった場合や断線が発生したとき、その状態で運転を開始すると、インバータ2、3は無負荷状態で運転を開始してしまう。
【0012】
このとき、充電装置HDCの出力電圧は大きい傾斜(dv/dt)で急速に上昇してしまう。この電圧急上昇に対して、電圧検出器8及び制御回路9に検出遅れがあるし、過電圧検出によるインバータの運転停止制御までの遅れがある。
【0013】
このため、充電装置HDCを無負荷状態で起動すると、電圧の検出遅れ及びインバータの運転停止制御の遅れで、充電装置の出力電圧の急上昇が充電設定電圧よりも高い過電圧設定電圧レベルをも越えてしまい、整流回路6、7やインバータ2、3の回路素子を過電圧破壊させてしまう恐れがある。
【0014】
本発明の目的は、無負荷状態で起動した場合にも過電圧から回路を確実に保護できる充電装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、充電装置を無負荷状態で起動したときの電圧急上昇に対して過電圧検出レベルを初期には低くすることで無負荷状態を早期に検出すること、又はインバータの試験運転での出力電圧の異常で無負荷状態を検出することにより、回路を過電圧から確実に保護するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【0016】
(第1の発明)
LC共振形インバータの交流出力を整流し、この整流出力端にコネクタを介して接続される電力用コンデンサを該整流出力で充電し、この充電電圧が設定値に達したとき又は過電圧検出レベルを越えたときに制御回路が前記インバータの運転を停止するコンデンサの充電装置において、
前記制御回路は、前記インバータの起動時には過電圧検出レベルを低くしておき、時間の経過と共に最終の過電圧検出レベルまで上昇させることにより、前記コネクタの非接続または断線で起きる無負荷状態による過電圧を早期に検出する過電圧保護回路を備えたことを特徴とする。
【0017】
(第2の発明)
LC共振形インバータの交流出力を整流し、この整流出力端にコネクタを介して接続される電力用コンデンサを該整流出力で充電し、この充電電圧が設定値に達したとき又は過電圧検出レベルを越えたときに制御回路が前記インバータの運転を停止するコンデンサの充電装置において、
前記制御回路は、前記インバータを短時間だけ試験運転し、この試験運転での充電電圧の異常から、前記コネクタの非接続または断線で起きる無負荷状態による過電圧を検出する過電圧保護回路を備えたことを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態を示す装置構成図である。同図が図5と異なる部分は、制御回路9Aにある。制御回路9Aは、電圧検出器8からの検出電圧を2つのコンパレータCMP1とCMP2に比較入力電圧として取り込む。
【0019】
コンパレータCMP1は、コンデンサC0の充電設定電圧に相当する比較基準電圧が電圧設定器VRから与えられ、コンデンサC0の充電電圧が設定電圧に達したことを検出する。
【0020】
コンパレータCMP2は、過電圧設定値に相当する比較基準電圧が過電圧パターン発生器PGから与えられ、充電装置の出力電圧が過電圧設定値を越えたことを検出する。
【0021】
起動・停止制御部CONは、起動指令でインバータ2、3の起動制御を行い、コンデンサC0が比較基準電圧まで充電されたことをコンパレータCMP1が検出したときにインバータ3の運転停止制御を行う。また、コンパレータCMP2が過電圧を検出したときにインバータ2、3の運転停止制御を行う。
【0022】
過電圧パターン発生器PGは、起動・停止制御部CONがインバータ2、3を起動するときに起動されて過電圧パターンを発生し、コンパレータCMP2と起動・停止制御部CONと共に過電圧保護回路を構成する。
【0023】
この過電圧パターンは、図2の(a)に示すように、過電圧検出設定値がインバータ2、3の起動時点から時間と共に上昇し、最終設定値に達したときにその値に保持するようにする。この過電圧パターンは、例えば、図示のように、コンデンサC0の初期充電時の充電特性より一定幅だけ高いレベルで上昇するパターンにされる。また、過電圧パターンは、指数関数的に上昇するものでも良い。
【0024】
なお、過電圧パターン発生器PGは、CR時定数回路等を使ったアナログ回路又はカウンタ等を使用したディジタル回路で実現できる。
【0025】
本実施形態によれば、過電圧検出レベルが初期には低くしておき、時間に応じて正規の過電圧検出レベルまで上昇させる。これにより、充電装置HDCとコンデンサC0との間のコネクタ10の外れや断線があって無負荷状態でインバータ2、3が起動されたとき、その出力の急上昇に対して過電圧検出遅れを小さくしてインバータ2、3の停止制御を得ることができる。
【0026】
これらの関係は、図3に示すようになり、インバータ2、3を無負荷状態で起動して出力電圧が特性Aのように急上昇すると、早期の時刻t1で過電圧検出レベルを越え、この状態は検出遅れやインバータの停止制御遅れがあっても一定時間TDだけ遅れた特性Bでインバータを停止制御できる。この時刻t2では、実際の出力電圧(特性A)が過電圧の最大値以下の状態でインバータ2、3を停止でき、充電装置HDCの回路を過電圧から保護できる。
【0027】
図2の(b)は、本発明の他の実施形態を説明するための過電圧検出パターンを示す。インバータ2、3の起動の前に、微調整用インバータ3のみを短時間だけ試験運転し、その後に従来と同様にインバータ2、3の並列運転とインバータ3の単独運転を行う。
【0028】
この運転パターンにおいて、過電圧パターン発生器PGは、微調整用インバータ3の試験運転には該インバータ3の出力電圧に合わせて低い過電圧レベルを発生するようにしておく。
【0029】
これにより、微調整用インバータ3の試験運転時に無負荷状態にあると、出力電圧が異常に上昇し、この出力電圧の上昇を過電圧として検出できる。
【0030】
すなわち、本実施形態では、インバータ2、3の起動前に微調整用インバータを試験的に運転し、この運転で出力電圧が異常に高くなるときに無負荷状態として検出する。このときの異常電圧は回路の過電圧レベルを越えることはなく、その検出でその後のインバータ2、3の再起動を停止することで回路を保護することができる。
【0031】
なお、以上までの実施形態では、インバータ2、3により、コンデンサC0を初期充電と微調整充電を行う装置に適用した場合を示すが、1台のインバータによりコンデンサを充電する装置に適用して同等の作用効果を奏する。
【0032】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、無負荷状態で起動したときの電圧急上昇に対して過電圧検出レベルを初期には低くすることで無負荷状態を早期に検出すること、又はインバータの試験運転での出力電圧の異常で無負荷状態を検出するようにしたため、コネクタの接続忘れや断線等にも回路を過電圧から確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す装置構成図。
【図2】実施形態における過電圧検出パターン。
【図3】実施形態における過電圧検出の時間関係。
【図4】パルス電源例。
【図5】従来の回路例。
【図6】コンデンサC0の充電特性。
【符号の説明】
2…初期充電用インバータ
3…微調整用インバータ
6、7…整流器
8…電圧検出器
9、9A…制御回路
CMP1、CMP2…コンパレータ
PG…過電圧パターン発生器
CON…起動・停止制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitor charging device that periodically charges a power capacitor provided in a pulse power supply or the like to a set voltage.
[0002]
[Prior art]
Some pulse power supplies for pulsed laser excitation, pulsed plasma generation, pulse denitration equipment, and the like include a combination of a saturable transformer or a saturable reactor serving as a semiconductor switch and a magnetic switch.
[0003]
This pulse power supply has, for example, the configuration shown in FIG. The capacitor C 0 is initially charged by the high-voltage charger HDC, and a discharge current is supplied from the capacitor C 0 to the primary side of the saturable transformer ST by turning on the semiconductor switch SW. in pulse compression, boosted by the voltage doubler generating circuit LC by LC inversion to generate ultrashort pulses by further pulse compression saturable reactors SI 1 to peaking capacitor C P and the laser oscillator LH.
[0004]
Here, high-pressure charging device HDC for initial charging of the capacitor C 0, the need to charge the capacitor C 0 at a high repetition in accordance with the pulse current supply of the high repetition of the laser oscillator LH (for example, 600 pulses / sec) is there. Further, since the voltage of the capacitor C 0 is a direct effect on output, those high charge voltage accuracy is required.
[0005]
A conventional high-voltage charger for this purpose has a configuration shown in FIG. A
[0006]
The
[0007]
The
[0008]
The
[0009]
For this reason, the fine-
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional configuration, in order to charge the capacitor C 0 to a set voltage, the voltage of the capacitor C 0 is detected by a
[0011]
The charging device HDC and the capacitor C 0 are connected by the
[0012]
At this time, the output voltage of the charging device HDC rapidly increases with a large slope (dv / dt). The
[0013]
For this reason, when the charging device HDC is started in a no-load state, the output voltage of the charging device suddenly rises above the overvoltage setting voltage level higher than the charging setting voltage due to the voltage detection delay and the delay of the inverter operation stop control. As a result, the
[0014]
An object of the present invention is to provide a charging device that can reliably protect a circuit from overvoltage even when started up in a no-load state.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is to detect the no-load state early by lowering the overvoltage detection level initially with respect to the sudden rise in voltage when the charging device is started in the no-load state, or to output the voltage during the test operation of the inverter. The circuit is surely protected from overvoltage by detecting a no-load state due to the abnormality described above, and is characterized by the following configuration.
[0016]
(First invention)
The AC output of the LC resonant inverter is rectified, and a power capacitor connected to the rectified output terminal via a connector is charged with the rectified output . When the charged voltage reaches a set value or exceeds an overvoltage detection level. In the capacitor charging device in which the control circuit stops the operation of the inverter when the
Wherein the control circuit, wherein the inverter startup leave low overvoltage detection level, by raising to a final of the overvoltage detection level over time, early overvoltage by no-load state occurs in a disconnected or disconnection of the connector And an overvoltage protection circuit for detecting the overvoltage.
[0017]
(Second invention)
The AC output of the LC resonant inverter is rectified, and a power capacitor connected to the rectified output terminal via a connector is charged with the rectified output . When the charged voltage reaches a set value or exceeds an overvoltage detection level. In the capacitor charging device in which the control circuit stops the operation of the inverter when the
The control circuit includes an overvoltage protection circuit that performs a test operation of the inverter for a short period of time and detects an overvoltage due to a no-load state caused by disconnection or disconnection of the connector from an abnormality of a charging voltage in the test operation. It is characterized by.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram showing an embodiment of the present invention. This figure differs from FIG. 5 in the
[0019]
The comparator CMP1 detects that the comparison reference voltage corresponding to the charging setting voltage of the capacitor C 0 is given from the voltage setter VR, the charging voltage of the capacitor C 0 has reached the set voltage.
[0020]
The comparator CMP2 receives a comparison reference voltage corresponding to the overvoltage set value from the overvoltage pattern generator PG, and detects that the output voltage of the charging device has exceeded the overvoltage set value.
[0021]
Start and stop controller CON performs startup control of the
[0022]
The overvoltage pattern generator PG is activated when the activation / stop control unit CON activates the
[0023]
In this overvoltage pattern, as shown in FIG. 2A, the overvoltage detection set value increases with time from the start of the
[0024]
The overvoltage pattern generator PG can be realized by an analog circuit using a CR time constant circuit or the like or a digital circuit using a counter or the like.
[0025]
According to the present embodiment, the overvoltage detection level is initially set low, and is raised to the regular overvoltage detection level with time. Thereby, when the
[0026]
These relationships are as shown in FIG. 3, the output voltage to start the
[0027]
FIG. 2B shows an overvoltage detection pattern for explaining another embodiment of the present invention. Before starting the
[0028]
In this operation pattern, the overvoltage pattern generator PG generates a low overvoltage level in accordance with the output voltage of the
[0029]
Thus, if the
[0030]
That is, in the present embodiment, the inverter for fine adjustment is experimentally operated before the start of the
[0031]
In the above embodiments, the case where the capacitor C 0 is applied to the device that performs the initial charging and the fine adjustment charging by the
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to early detect the no-load state by initially lowering the overvoltage detection level with respect to a sharp rise in voltage when starting in the no-load state, or in the test operation of the inverter. Since a no-load state is detected due to an abnormal output voltage, the circuit can be reliably protected from overvoltage even if the connector is forgotten or disconnected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overvoltage detection pattern in the embodiment.
FIG. 3 is a time relationship of overvoltage detection in the embodiment.
FIG. 4 is an example of a pulse power supply.
FIG. 5 shows a conventional circuit example.
FIG. 6 shows charging characteristics of a capacitor C 0 .
[Explanation of symbols]
2 ... Inverter for
Claims (2)
前記制御回路は、前記インバータの起動時には過電圧検出レベルを低くしておき、時間の経過と共に最終の過電圧検出レベルまで上昇させることにより、前記コネクタの非接続または断線で起きる無負荷状態による過電圧を早期に検出する過電圧保護回路を備えたことを特徴とするコンデンサの充電装置。 The AC output of the LC resonant inverter is rectified, and a power capacitor connected to the rectified output terminal via a connector is charged with the rectified output . When the charged voltage reaches a set value or exceeds an overvoltage detection level. In the capacitor charging device in which the control circuit stops the operation of the inverter when the
Wherein the control circuit, wherein the inverter startup leave low overvoltage detection level, by raising to a final of the overvoltage detection level over time, early overvoltage by no-load state occurs in a disconnected or disconnection of the connector A charging device for a capacitor, comprising: an overvoltage protection circuit for detecting an overvoltage.
前記制御回路は、前記インバータを短時間だけ試験運転し、この試験運転での充電電圧の異常から、前記コネクタの非接続または断線で起きる無負荷状態による過電圧を検出する過電圧保護回路を備えたことを特徴とするコンデンサの充電装置。 The AC output of the LC resonant inverter is rectified, and a power capacitor connected to the rectified output terminal via a connector is charged with the rectified output . When the charged voltage reaches a set value or exceeds an overvoltage detection level. In the capacitor charging device in which the control circuit stops the operation of the inverter when the
The control circuit includes an overvoltage protection circuit that performs a test operation of the inverter for a short period of time and detects an overvoltage due to a no-load state caused by disconnection or disconnection of the connector from an abnormality of a charging voltage in the test operation. A charging device for a capacitor, characterized in that:
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