JP4259734B2 - 高速パルス電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解研磨、電気めっき等に使用する高速パルス電源装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電解研磨、電気めっき等にパルス電流を流すとその仕上がりが良くなる条件が知られており、このような用途に使用するパルス電源装置が提供されている。このような従来のパルス電源装置の構成を図３により説明する。
【０００３】
１は整流器であり、変圧器１４により所要の電圧に変換された交流電力を整流している。２は整流された直流電力を貯えるコンデンサであり、該コンデンサに貯えられた直流電力が半導体スイッチ１１を介してパルスとして負荷９に供給される。この半導体スイッチ１１は負荷電流を直接開閉しているわけであるが、通常このような電源に求められる電流は大きく、例えば電解研磨の例では通電時間１ｍｓ、休止時間２９ｍｓ通電電流６０００Ａというような仕様が求められる。
【０００４】
したがって、このような電源装置では、多数のトランジスタ等の半導体スイッチを並列に接続して構成している。負荷電流は全てこの半導体スイッチを流れることになり、電流が大きいことからその損失は極めて大きなものとなる。また、半導体スイッチを多数使用するため大形となって負荷の近くに電源装置を設置することが困難となり、負荷と電源装置の間の配線が長くなってそのインダクタンスが増大するため電流の立ち上がりを早くすることが困難であった。
【０００５】
一方、半導体スイッチの開路時には、配線のインダクタンスに貯えられたエネルギーを放出し電流の立ち下がりを早くするために、フライホイールダイオード１２及び減衰抵抗１３を設けてそのエネルギーを減衰抵抗１３で消費させるようにしているが、使用条件によってその都度減衰抵抗１３を選定する必要があり、さらに抵抗の発熱を伴うため電源装置の設計上面倒な要因となっていた。また、この損失も無視できないものであった。さらには、このような事から従来の電源装置は高価になるという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、トランジスタにより負荷電流を直接開閉しないことにより装置を小形とし、立ち下がりを早くするための減衰抵抗を使用することなく電流の立ち上がり、立ち下がりを早くし、あわせて損失を減らした高速パルス電源装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、パルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有する変圧器と、該変圧器の一次側各端子と直流電源両極との間にそれぞれ接続される半導体スイッチと、変圧器一次側と半導体スイッチとの接続点と直流電源の他極との間に定常時電流の流れない極性にそれぞれ接続されるダイオードと、変圧器の二次側に接続され前記半導体スイッチの導通時に負荷に直流電力を供給するダイオードとから構成し、前記半導体スイッチの一方を通電期間の間継続して導通させ、他方を通電期間の開始と同時に導通させて負荷電流が設定された電流まで立ち上がった後においては負荷電流が一定になるように開閉させるようにしたことを特徴とする本発明の高速パルス電源装置によって解決できる。
【０００８】
また、本発明は、変圧器と変圧器の二次側に接続されるダイオードとを分離して別個の筐体に収納したものとすることができる。
【０００９】
本発明によれば、パルス電流の開閉を電圧の高い変圧器の一次側で行っているため、開閉を行う半導体スイッチは小さな電流容量のものでよく、多数の半導体スイッチを使用する必要がないことから、小形化が可能である。
さらに、電流立ち上がり後の半導体スイッチによる開閉動作により電流を一定に保つことができることから直流電源電圧を高くすることができるので、電流の立ち上がりの早い良好な波形のパルス電流を得ることができ、電流立ち下がり時には変圧器に発生する電圧が利用できるので、減衰抵抗を使用することなく立ち下がりを早くすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の高速パルス電源装置に係る実施形態について、図１を参照しながら説明する。
本発明の特徴とするところは、図１において、先ず、変圧器７の一次側各端子と直流電源１両極との間にそれぞれ半導体スイッチ３、４を接続し、変圧器７の一次側と半導体スイッチ３、４との接続点と直流電源の他極との間に定常時電流の流れない極性にそれぞれダイオード５、６を接続し、変圧器７の二次側には前記半導体スイッチ３、４の導通時に負荷９に直流電力を供給するダイオード８を接続し、変圧器７はパルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有するものとした点にある。
また、前記半導体スイッチの一方を通電期間の間継続してオンとし、他方を通電期間の開始と同時にオンにして負荷電流が立ち上がった後においては電流が一定になるように適宜オン、オフさせるようにした点にある。
さらに、前記変圧器と変圧器の二次側に接続されるダイオードを別個の筐体に収納した点にある。
なお、半導体スイッチとしてはＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等高速な素子を使用するのが望ましい。
【００１１】
この高速パルス電源装置は以下のように動作する。図２は要部の波形を示すもので、Ａ及びＢはそれぞれ図示しない制御装置から供給される半導体スイッチ３及び４の駆動信号、Ｃは高速パルス電源装置の出力電圧波形、Ｄは出力電流波形である。図示しないが、整流器１には交流電源が供給されており、負荷９への配線にはインダクタンスが存在する。設定されたパルスの通電期間の開始時、半導体スイッチ３、４に駆動信号が与えられ、半導体スイッチ３、４がオンになる。整流器１により整流された直流電力はコンデンサ２に貯えられており、半導体スイッチ３、４を通して変圧器７の一次側に直流電圧が加えられる。これにより変圧器７の二次側には電圧が誘起し、ダイオード８を通して負荷９に電流が供給される。
【００１２】
パルスの通電期間が終わると、半導体スイッチ３、４はともにオフになる。変圧器の一次側に流れていた電流はダイオード５、６を通してコンデンサ２に流れ込むことになるが、コンデンサ２は直流電源電圧となっていることから変圧器７の一次側にはそれまでとは逆極性の直流電源電圧に略等しい電圧が発生する。この電圧は変圧器７の二次側に誘起され、逆極性の電圧により負荷電流を急速に減衰させることになる。
【００１３】
ここで、変圧器７にはパルスの通電期間中一方向の電圧が加えられ、鉄心が飽和する方向に向かうが、変圧器７はこの間のパルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有しており、飽和にまで到ることはない。そして、半導体スイッチ３、４がオフになったときに発生する逆極性の電圧が加わることにより鉄心の磁束がリセットされ、次回のパルス電力を通過させることが可能となる。
【００１４】
さらに、半導体スイッチ３を通電期間の間継続してオンとし、半導体スイッチ４を通電期間の開始と同時にオンにして負荷電流が立ち上がった後において電流が一定になるように適宜オン、オフさせるようにした場合には、負荷への電流の供給が始まると、インダクタンスによる遅れの後、電流が立ち上がる事になるが、設定された電流に達すると半導体スイッチ３の駆動信号が無くなり半導体スイッチ３がオフになる。半導体スイッチ３がオフになると変圧器７の一次側に流れていた電流は半導体スイッチ４とダイオード５を通して流れ続け、徐々に減少する。電流が減少すると半導体スイッチ３は再びオンになり以後これを繰り返して電流が一定に保たれる。
【００１５】
大電流のパルス電流が流れるのは変圧器７の二次側とダイオード８のみであり、これを別個の筐体に収納する場合には、比較的小さな容積の筐体とすることが可能である。したがって、これを負荷の近傍に設置することができ、負荷への配線インダクタンスを小さくできることから、良好な波形のパルス電流を負荷に供給できる。
【００１６】
以上説明した本発明の実施形態によれば、パルス電流の開閉を電圧の高い変圧器の一次側で行っているため、開閉を行う半導体スイッチは小さな電流容量のものでよく、多数の半導体スイッチを使用する必要がないことから、小形化が可能である。また、半導体スイッチ３、４を同時にオフにしたときに変圧器７に発生する逆電圧により変圧器７の鉄心の磁束のリセットと負荷電流の立ち下げが合わせて同時に行われ、しかもエネルギーが直流電源側に回生されることから省エネルギーにも寄与できる。
【００１７】
また従来のものでは負荷に加える電圧、もしくは電流は整流器の電圧によって定まるため、電流の立ち上がりを早くするため直流電圧を高くすることができないのに対し、本発明において半導体スイッチ４を負荷電流が立ち上がった後、電流が一定になるように適宜オン、オフさせるようにした場合には、直流電源の電圧を高くすることができることから電流の立ち上がりを任意に早くすることができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の高速パルス電源装置は以上に説明したように構成されているので、多数の半導体スイッチを使用することがないことから損失が少なく、小形化でき、負荷電流の立ち下がりの早い良好なパルス電流波形が得られる。その実施形態によれば、負荷電流の立ち上がりも早いパルス電流波形が得られるという優れた効果がある。よって本発明は従来の問題点を解消した高速パルス電源装置として、その工業的価値は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す結線図。
【図２】本発明の実施形態における要部の波形図。
【図３】従来のパルス電源装置を示す結線図。
【符号の説明】
１ 整流器、２ コンデンサ、 ３、４ 半導体スイッチ、 ５、６ ダイオード、７ 変圧器、８ ダイオード、９ 負荷
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解研磨、電気めっき等に使用する高速パルス電源装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電解研磨、電気めっき等にパルス電流を流すとその仕上がりが良くなる条件が知られており、このような用途に使用するパルス電源装置が提供されている。このような従来のパルス電源装置の構成を図３により説明する。
【０００３】
１は整流器であり、変圧器１４により所要の電圧に変換された交流電力を整流している。２は整流された直流電力を貯えるコンデンサであり、該コンデンサに貯えられた直流電力が半導体スイッチ１１を介してパルスとして負荷９に供給される。この半導体スイッチ１１は負荷電流を直接開閉しているわけであるが、通常このような電源に求められる電流は大きく、例えば電解研磨の例では通電時間１ｍｓ、休止時間２９ｍｓ通電電流６０００Ａというような仕様が求められる。
【０００４】
したがって、このような電源装置では、多数のトランジスタ等の半導体スイッチを並列に接続して構成している。負荷電流は全てこの半導体スイッチを流れることになり、電流が大きいことからその損失は極めて大きなものとなる。また、半導体スイッチを多数使用するため大形となって負荷の近くに電源装置を設置することが困難となり、負荷と電源装置の間の配線が長くなってそのインダクタンスが増大するため電流の立ち上がりを早くすることが困難であった。
【０００５】
一方、半導体スイッチの開路時には、配線のインダクタンスに貯えられたエネルギーを放出し電流の立ち下がりを早くするために、フライホイールダイオード１２及び減衰抵抗１３を設けてそのエネルギーを減衰抵抗１３で消費させるようにしているが、使用条件によってその都度減衰抵抗１３を選定する必要があり、さらに抵抗の発熱を伴うため電源装置の設計上面倒な要因となっていた。また、この損失も無視できないものであった。さらには、このような事から従来の電源装置は高価になるという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、トランジスタにより負荷電流を直接開閉しないことにより装置を小形とし、立ち下がりを早くするための減衰抵抗を使用することなく電流の立ち上がり、立ち下がりを早くし、あわせて損失を減らした高速パルス電源装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、パルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有する変圧器と、該変圧器の一次側各端子と直流電源両極との間にそれぞれ接続される半導体スイッチと、変圧器一次側と半導体スイッチとの接続点と直流電源の他極との間に定常時電流の流れない極性にそれぞれ接続されるダイオードと、変圧器の二次側に接続され前記半導体スイッチの導通時に負荷に直流電力を供給するダイオードとから構成し、前記半導体スイッチの一方を通電期間の間継続して導通させ、他方を通電期間の開始と同時に導通させて負荷電流が設定された電流まで立ち上がった後においては負荷電流が一定になるように開閉させるようにしたことを特徴とする本発明の高速パルス電源装置によって解決できる。
【０００８】
また、本発明は、変圧器と変圧器の二次側に接続されるダイオードとを分離して別個の筐体に収納したものとすることができる。
【０００９】
本発明によれば、パルス電流の開閉を電圧の高い変圧器の一次側で行っているため、開閉を行う半導体スイッチは小さな電流容量のものでよく、多数の半導体スイッチを使用する必要がないことから、小形化が可能である。
さらに、電流立ち上がり後の半導体スイッチによる開閉動作により電流を一定に保つことができることから直流電源電圧を高くすることができるので、電流の立ち上がりの早い良好な波形のパルス電流を得ることができ、電流立ち下がり時には変圧器に発生する電圧が利用できるので、減衰抵抗を使用することなく立ち下がりを早くすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の高速パルス電源装置に係る実施形態について、図１を参照しながら説明する。
本発明の特徴とするところは、図１において、先ず、変圧器７の一次側各端子と直流電源１両極との間にそれぞれ半導体スイッチ３、４を接続し、変圧器７の一次側と半導体スイッチ３、４との接続点と直流電源の他極との間に定常時電流の流れない極性にそれぞれダイオード５、６を接続し、変圧器７の二次側には前記半導体スイッチ３、４の導通時に負荷９に直流電力を供給するダイオード８を接続し、変圧器７はパルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有するものとした点にある。
また、前記半導体スイッチの一方を通電期間の間継続してオンとし、他方を通電期間の開始と同時にオンにして負荷電流が立ち上がった後においては電流が一定になるように適宜オン、オフさせるようにした点にある。
さらに、前記変圧器と変圧器の二次側に接続されるダイオードを別個の筐体に収納した点にある。
なお、半導体スイッチとしてはＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等高速な素子を使用するのが望ましい。
【００１１】
この高速パルス電源装置は以下のように動作する。図２は要部の波形を示すもので、Ａ及びＢはそれぞれ図示しない制御装置から供給される半導体スイッチ３及び４の駆動信号、Ｃは高速パルス電源装置の出力電圧波形、Ｄは出力電流波形である。図示しないが、整流器１には交流電源が供給されており、負荷９への配線にはインダクタンスが存在する。設定されたパルスの通電期間の開始時、半導体スイッチ３、４に駆動信号が与えられ、半導体スイッチ３、４がオンになる。整流器１により整流された直流電力はコンデンサ２に貯えられており、半導体スイッチ３、４を通して変圧器７の一次側に直流電圧が加えられる。これにより変圧器７の二次側には電圧が誘起し、ダイオード８を通して負荷９に電流が供給される。
【００１２】
パルスの通電期間が終わると、半導体スイッチ３、４はともにオフになる。変圧器の一次側に流れていた電流はダイオード５、６を通してコンデンサ２に流れ込むことになるが、コンデンサ２は直流電源電圧となっていることから変圧器７の一次側にはそれまでとは逆極性の直流電源電圧に略等しい電圧が発生する。この電圧は変圧器７の二次側に誘起され、逆極性の電圧により負荷電流を急速に減衰させることになる。
【００１３】
ここで、変圧器７にはパルスの通電期間中一方向の電圧が加えられ、鉄心が飽和する方向に向かうが、変圧器７はこの間のパルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有しており、飽和にまで到ることはない。そして、半導体スイッチ３、４がオフになったときに発生する逆極性の電圧が加わることにより鉄心の磁束がリセットされ、次回のパルス電力を通過させることが可能となる。
【００１４】
さらに、半導体スイッチ３を通電期間の間継続してオンとし、半導体スイッチ４を通電期間の開始と同時にオンにして負荷電流が立ち上がった後において電流が一定になるように適宜オン、オフさせるようにした場合には、負荷への電流の供給が始まると、インダクタンスによる遅れの後、電流が立ち上がる事になるが、設定された電流に達すると半導体スイッチ３の駆動信号が無くなり半導体スイッチ３がオフになる。半導体スイッチ３がオフになると変圧器７の一次側に流れていた電流は半導体スイッチ４とダイオード５を通して流れ続け、徐々に減少する。電流が減少すると半導体スイッチ３は再びオンになり以後これを繰り返して電流が一定に保たれる。
【００１５】
大電流のパルス電流が流れるのは変圧器７の二次側とダイオード８のみであり、これを別個の筐体に収納する場合には、比較的小さな容積の筐体とすることが可能である。したがって、これを負荷の近傍に設置することができ、負荷への配線インダクタンスを小さくできることから、良好な波形のパルス電流を負荷に供給できる。
【００１６】
以上説明した本発明の実施形態によれば、パルス電流の開閉を電圧の高い変圧器の一次側で行っているため、開閉を行う半導体スイッチは小さな電流容量のものでよく、多数の半導体スイッチを使用する必要がないことから、小形化が可能である。また、半導体スイッチ３、４を同時にオフにしたときに変圧器７に発生する逆電圧により変圧器７の鉄心の磁束のリセットと負荷電流の立ち下げが合わせて同時に行われ、しかもエネルギーが直流電源側に回生されることから省エネルギーにも寄与できる。
【００１７】
また従来のものでは負荷に加える電圧、もしくは電流は整流器の電圧によって定まるため、電流の立ち上がりを早くするため直流電圧を高くすることができないのに対し、本発明において半導体スイッチ４を負荷電流が立ち上がった後、電流が一定になるように適宜オン、オフさせるようにした場合には、直流電源の電圧を高くすることができることから電流の立ち上がりを任意に早くすることができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の高速パルス電源装置は以上に説明したように構成されているので、多数の半導体スイッチを使用することがないことから損失が少なく、小形化でき、負荷電流の立ち下がりの早い良好なパルス電流波形が得られる。その実施形態によれば、負荷電流の立ち上がりも早いパルス電流波形が得られるという優れた効果がある。よって本発明は従来の問題点を解消した高速パルス電源装置として、その工業的価値は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す結線図。
【図２】本発明の実施形態における要部の波形図。
【図３】従来のパルス電源装置を示す結線図。
【符号の説明】
１ 整流器、２ コンデンサ、 ３、４ 半導体スイッチ、 ５、６ ダイオード、７ 変圧器、８ ダイオード、９ 負荷
Claims (2)
- パルス電力を通過させるに充分な電圧時間積を有する変圧器と、該変圧器の一次側各端子と直流電源両極との間にそれぞれ接続される半導体スイッチと、変圧器一次側と半導体スイッチとの接続点と直流電源の他極との間に定常時電流の流れない極性にそれぞれ接続されるダイオードと、変圧器の二次側に接続され前記半導体スイッチの導通時に負荷に直流電力を供給するダイオードとから構成し、前記半導体スイッチの一方を通電期間の間継続して導通させ、他方を通電期間の開始と同時に導通させて負荷電流が設定された電流まで立ち上がった後においては負荷電流が一定になるように開閉させるようにしたことを特徴とする高速パルス電源装置。
- 前記変圧器と変圧器の二次側に接続されるダイオードとを分離して別個の筐体に収納した請求項１に記載の高速パルス電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000209971A JP4259734B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | 高速パルス電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000209971A JP4259734B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | 高速パルス電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002030497A JP2002030497A (ja) | 2002-01-31 |
| JP4259734B2 true JP4259734B2 (ja) | 2009-04-30 |
Family
ID=18706305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000209971A Expired - Fee Related JP4259734B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | 高速パルス電源装置 |
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| JP4964106B2 (ja) * | 2007-12-03 | 2012-06-27 | 株式会社中央製作所 | 高速パルス電源装置 |
| JP4925339B2 (ja) * | 2007-12-14 | 2012-04-25 | 株式会社中央製作所 | 高速反転パルス電源装置 |
| JP5565893B2 (ja) * | 2008-09-05 | 2014-08-06 | 株式会社中央製作所 | 直流電源装置 |
| ATE523948T1 (de) | 2009-04-07 | 2011-09-15 | Osram Gmbh | Wandlungsvorrichtung und entsprechendes wandlungsverfahren |
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2000
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