JP5177437B2 - Electron beam scanning power supply - Google Patents
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Description
本発明は、電子線(電子ビーム)を1次元的又は2次元的に走査するための走査コイルを駆動する電子線走査用電源装置に関する。 The present invention relates to an electron beam scanning power supply device for driving a scanning coil for scanning an electron beam (electron beam) one-dimensionally or two-dimensionally.
小径に絞った電子線を1次元的又は2次元的に走査する電子線走査装置は、電子線描画装置(電子線露光装置)、電子線蒸着装置、走査型電子顕微鏡など様々な装置で使用されている(例えば特許文献1など参照)。多くの場合、電子線の走査は走査コイルで生成される磁場によってなされ、走査コイルに駆動電流を供給する駆動回路には一般にB級アンプが用いられている。しかしながら、B級アンプでは走査コイルに入力された電力の殆どがアンプ回路のトランジスタで消費されてしまうため、電力効率があまり良好でないという問題がある。 Electron beam scanning devices that scan one-dimensionally or two-dimensionally an electron beam with a small diameter are used in various devices such as an electron beam drawing device (electron beam exposure device), an electron beam evaporation device, and a scanning electron microscope. (See, for example, Patent Document 1). In many cases, scanning of an electron beam is performed by a magnetic field generated by a scanning coil, and a class B amplifier is generally used for a driving circuit that supplies a driving current to the scanning coil. However, the class B amplifier has a problem that power efficiency is not so good because most of the power input to the scanning coil is consumed by the transistors of the amplifier circuit.
こうした問題を解決するために、従来、高周波スイッチングアンプ(いわゆるD級アンプ)を用いた電子線走査駆動装置が知られている(特許文献2参照)。これには、大別して、フルブリッジ回路方式とハーフブリッジ回路方式とがある。 In order to solve such problems, conventionally, an electron beam scanning drive device using a high-frequency switching amplifier (so-called class D amplifier) is known (see Patent Document 2). This is roughly classified into a full bridge circuit system and a half bridge circuit system.
図4はフルブリッジ回路によるインバータ駆動方式の回路の概略構成図である。図4において、電子線を走査するための走査コイル23に流れる電流は電流検出器22により検出され、誤差アンプ10はその検出信号と走査制御用の入力信号との誤差信号を出力する。この誤差信号はコンパレータ11、12において三角波や鋸波などのキャリア信号と比較され、各コンパレータ11、12からPWM(パルス幅変調)信号が出力される。直流電源18とGND(接地点)との間に接続されたフルブリッジ回路17は4個のパワーMOSFET171、172、173、174により構成され、コンパレータ11、12によるPWM信号は、非反転ゲート13、15及び反転ゲート14、16を通してパワーMOSFET171〜174のゲート端子に供給される。フルブリッジ回路17の2つのブリッジアームの中点は、高周波平滑用のリアクトル19、コンデンサ20を介し走査コイル23に接続される。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an inverter driving system circuit using a full bridge circuit. In FIG. 4, a current flowing through a
誤差アンプ10による誤差信号がキャリア信号よりも大きい場合、コンパレータ12はレベルが「1」、コンパレータ11はレベルが「0」、のPWMパルスを出力する。このとき、パワーMOSFET172、173はオン、パワーMOSFET171、174はオフし、走査コイル23には下向きの駆動電流が流れる。他方、誤差信号がキャリア信号よりも小さい場合には、走査コイル23に上向きの駆動電流が流れる。
When the error signal from the
一般的に、電流検出器22としてはホール素子を用いた直流電流検出器(DCCT)が用いられるが、DCCTによる電流検出精度は比較的低い。そのため、安定的に精度の高い電子線走査を行うことは困難である。走査コイル23に流れる電流を検出するためにDCCTの代わりにシャント抵抗を用いることも考えられるが、上記のようなフルブリッジ回路の場合、シャント抵抗の両端はともにGNDに対して浮いた状態にある。このような状態のシャント抵抗の両端電位差は差動アンプにより検出可能ではあるものの、差動アンプを用いても同相電圧の除去はできない。そのため、やはり電流検出の精度が低く、安定した電子線走査を行うことは難しい。
In general, a direct current detector (DCCT) using a Hall element is used as the
これに対し、ハーフブリッジ回路の場合には、正電源電圧と負電源電圧との中点を接地電位とすることができるため、シャント抵抗により直接的に、つまり差動アンプを用いることなく電流を検出することができる。そのため、電流の検出精度の向上には有利である。しかしながら、特に上記のような用途の電子線走査装置では、複雑な走査が要求され、走査コイルに高周波電流を流すだけでなく直流電流を流す場合や数Hz程度の低周波電流を流す場合もあり、このような駆動を行った場合に、高周波平滑用のリアクトルに蓄積されていたエネルギが正負いずれかの側のブリッジアームに放出され、その側で電圧が上昇してブリッジのバランスが崩れてしまう。その結果、所望の電子線走査ができなくなるおそれがある。 In contrast, in the case of a half-bridge circuit, since the midpoint between the positive power supply voltage and the negative power supply voltage can be set to the ground potential, the current can be directly supplied by the shunt resistor, that is, without using a differential amplifier. Can be detected. Therefore, it is advantageous for improving the current detection accuracy. However, especially in the electron beam scanning apparatus for the above-described applications, complicated scanning is required, and not only a high-frequency current is allowed to flow through the scanning coil but also a DC current or a low-frequency current of about several Hz may be allowed to flow. When such a drive is performed, the energy stored in the high-frequency smoothing reactor is released to either the positive or negative bridge arm, and the voltage rises on that side and the balance of the bridge is lost. . As a result, the desired electron beam scanning may not be possible.
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、走査コイルに流す高周波電流に直流電流を重畳する場合、低周波駆動する場合、入力電源電圧が変動する場合等の状況においても、安定し且つ精度の高い電子線走査が可能な電子線走査用電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its main purpose is to superimpose a direct current on a high-frequency current flowing through a scanning coil, to drive at a low frequency, or to change an input power supply voltage. An object of the present invention is to provide an electron beam scanning power supply device capable of stable and highly accurate electron beam scanning even in the situation.
上記課題を解決するために成された本発明は、電子線を1次元的又は2次元的に走査する走査コイルに駆動電流を供給するために、直流電源の正極と負極との間に接続された直列の2個のスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路と、その2個のスイッチング素子の直列接続点にリアクトルを介して接続された走査コイルと、該走査コイルに流れる電流を検出するための抵抗器と、該抵抗器による検出電圧に応じて前記ハーフブリッジ回路のスイッチング素子をオン・オフさせるPWM信号を生成するPWM駆動回路部と、を具備する電子線走査用電源装置において、
a)前記直流電源の正極と接地点との間、及び、接地点と前記直流電源の負極との間にそれぞれ設けられた一対の電解コンデンサと、
b)前記一対の電解コンデンサのそれぞれの両端電圧のバランスを監視し、一方の電解コンデンサの両端電圧が前記直流電源電圧の1/2よりも大きくなったときに、該電解コンデンサから流出した電流が他方の電解コンデンサに流入する電流経路を有するエネルギ移動手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention is connected between a positive electrode and a negative electrode of a DC power supply in order to supply a drive current to a scanning coil that scans an electron beam one-dimensionally or two-dimensionally. A half-bridge circuit including two switching elements in series, a scanning coil connected to a series connection point of the two switching elements via a reactor, and a resistor for detecting a current flowing through the scanning coil And a PWM drive circuit unit that generates a PWM signal for turning on and off the switching element of the half-bridge circuit according to a detection voltage by the resistor.
a) a pair of electrolytic capacitors provided between the positive electrode of the DC power source and the ground point, and between the ground point and the negative electrode of the DC power source;
b) The balance of the voltage across each of the pair of electrolytic capacitors is monitored, and when the voltage across the one electrolytic capacitor becomes larger than ½ of the DC power supply voltage, the current flowing out of the electrolytic capacitor is Energy transfer means having a current path flowing into the other electrolytic capacitor;
It is characterized by having.
本発明に係る電子線走査用電源装置において、定常的な動作状態では、対である各電解コンデンサの両端電圧は直流電源電圧VCCの略半分のVCC/2に維持され、ハーフブリッジ回路のブリッジアームの両端には±VCC/2の電源電圧が印加される。これにより、ハーフブリッジ回路の2個のスイッチング素子はバランスがとれた状態で動作する。何らかの原因で対である電解コンデンサの一方の両端電圧が下がった場合、その下がった電圧分だけ、他方の電解コンデンサの両端電圧が上昇する。すると、エネルギ移動手段が機能し、両端電圧が上がった側の電解コンデンサから両端電圧が下がった側の電解コンデンサに電流が送られる。この電流の流れ込みにより、後者の電解コンデンサは充電されて両端電圧が上昇し、前者の電解コンデンサの両端電圧が下がる。これにより、各電解コンデンサの両端電圧は速やかにそれぞれVCC/2に戻される。 In the electron beam scanning power supply apparatus according to the present invention, in a steady operation state, the voltage across the electrolytic capacitors as a pair is maintained at VCC / 2 which is substantially half of the DC power supply voltage VCC, and the bridge arm of the half bridge circuit A power supply voltage of ± VCC / 2 is applied to both ends. As a result, the two switching elements of the half-bridge circuit operate in a balanced state. If the voltage across one of the paired electrolytic capacitors drops for some reason, the voltage across the other electrolytic capacitor rises by the reduced voltage. Then, the energy transfer means functions, and current is sent from the electrolytic capacitor on the side where the voltage at both ends is increased to the electrolytic capacitor on which the voltage is decreased. Due to this current flow, the latter electrolytic capacitor is charged to increase the voltage at both ends, and the voltage at both ends of the former electrolytic capacitor is decreased. As a result, the voltage across each electrolytic capacitor is quickly returned to VCC / 2.
本発明に係る電子線走査用電源装置において、前記エネルギ移動手段の具体的な一態様として、
前記直流電源の正極と負極との間に接続された直列の2個の補助スイッチング素子と、
前記直流電源の正極と負極との間に接続された直列の2個のダイオードと、
前記2個の補助スイッチング素子を交互にオンさせる駆動信号を供給する駆動信号生成手段と、
前記2個の補助スイッチング素子の接続点と接地点との間に接続された1次巻線と、該1次巻線と同一巻線数で逆極性であり、一端が電流制限素子を介して前記2個のダイオードの接続点に接続され他端が接地された2次巻線とを有するトランスと、
を含む構成とすることができる。
In the electron beam scanning power supply device according to the present invention, as a specific aspect of the energy transfer means,
Two auxiliary switching elements in series connected between a positive electrode and a negative electrode of the DC power supply;
Two diodes in series connected between a positive electrode and a negative electrode of the DC power supply;
Drive signal generating means for supplying a drive signal for alternately turning on the two auxiliary switching elements;
The primary winding connected between the connection point of the two auxiliary switching elements and the grounding point, the same number of windings as the primary winding and the reverse polarity, and one end via the current limiting element A transformer having a secondary winding connected to a connection point of the two diodes and having the other end grounded;
It can be set as the structure containing.
この構成では、一方の電解コンデンサの両端電圧がVCC/2より下がり、他方の電解コンデンサの両端電圧がVCC/2より上がると、オン状態になった一方の補助スイッチング素子を通して、両端電圧が高くなった電解コンデンサからトランスの1次巻線に電流が流れる。そして、これによってトランスの2次巻線に逆極性の電圧が生起され、リアクトル等の電流制限素子及びダイオードを介して、両端電圧が低くなった電解コンデンサに電流が流れ込む。その結果、各電解コンデンサの両端電圧は速やかにそれぞれVCC/2に戻される。 In this configuration, when the voltage across one electrolytic capacitor drops below VCC / 2 and the voltage across the other electrolytic capacitor rises above VCC / 2, the voltage across the capacitor increases through one auxiliary switching element that is turned on. Current flows from the electrolytic capacitor to the primary winding of the transformer. As a result, a reverse polarity voltage is generated in the secondary winding of the transformer, and current flows into the electrolytic capacitor whose voltage at both ends is low via a current limiting element such as a reactor and a diode. As a result, the voltage across each electrolytic capacitor is quickly returned to VCC / 2.
本発明に係る電子線走査用電源装置において、前記エネルギ移動手段の具体的な別の態様として、
一方の電解コンデンサの両端電圧が印加される1次巻線と、該1次巻線と同一巻線数で逆極性であり、他方の電解コンデンサが接続される直流電源の正極又は負極に電流を供給するように接続される2次巻線と、を有するトランスを含む、DC/DCコンバータを、電解コンデンサ毎にそれぞれ備える構成とすることができる。
In the electron beam scanning power supply device according to the present invention, as another specific aspect of the energy transfer means,
The primary winding to which the voltage across one electrolytic capacitor is applied, the same number of windings as the primary winding and the reverse polarity, and the current is applied to the positive or negative electrode of the DC power source to which the other electrolytic capacitor is connected. A DC / DC converter including a transformer having a secondary winding connected to be supplied may be provided for each electrolytic capacitor.
この構成では、一方の電解コンデンサの両端電圧がVCC/2より下がり、他方の電解コンデンサの両端電圧がVCC/2より上がると、両端電圧が高くなった電解コンデンサの両端に1次巻線が接続されたトランスを含むDC/DCコンバータが機能し、該トランスの2次巻線から両端電圧が低くなった電解コンデンサに電流が流れ込む。その結果、各電解コンデンサの両端電圧は速やかにそれぞれVCC/2に戻される。 In this configuration, when the voltage across one electrolytic capacitor falls below VCC / 2 and the voltage across the other electrolytic capacitor rises above VCC / 2, the primary winding is connected to both ends of the electrolytic capacitor where the voltage across the capacitor has increased. The DC / DC converter including the transformed transformer functions, and a current flows from the secondary winding of the transformer to the electrolytic capacitor whose voltage at both ends is low. As a result, the voltage across each electrolytic capacitor is quickly returned to VCC / 2.
本発明に係る電子線走査用電源装置によれば、走査コイルに流す高周波電流に直流電流が重畳された場合、低周波駆動された場合、入力電源電圧が変動した場合等、様々な要因によってハーフブリッジ回路に供給される正負電源電圧のバランスが崩れた場合でも、速やかにこれを元の状態に復帰させることができる。それによって、ハーフブリッジ回路による走査コイルへの駆動電流の供給が安定するとともに精度が向上し、電子線走査を安定的且つ高精度で行うことができるようになる。 According to the electron beam scanning power supply device according to the present invention, when a direct current is superimposed on a high frequency current passed through the scanning coil, when driven at a low frequency, when an input power supply voltage fluctuates, etc. Even when the balance between the positive and negative power supply voltages supplied to the bridge circuit is lost, it can be quickly restored to the original state. As a result, the supply of drive current to the scanning coil by the half bridge circuit is stabilized and the accuracy is improved, and the electron beam scanning can be performed stably and with high accuracy.
[第1実施例]
以下、本発明の第1実施例による電子線走査用電源装置を、添付図面を参照して説明する。図1は第1実施例による電子線走査用電源装置の概略構成図である。既に説明した従来の構成と同一の構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
[First embodiment]
Hereinafter, an electron beam scanning power supply according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electron beam scanning power supply device according to the first embodiment. The same components as those of the conventional configuration already described are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図1において、直流電源18の正極、負極間に接続されたハーフブリッジ回路30は2個のパワーMOSFET301、302により構成され、コンパレータ11によるPWM信号は、非反転ゲート13及び反転ゲート14を通してパワーMOSFET301、302のゲート端子に供給される。2個のパワーMOSFET301、302の接続点Pは、高周波平滑用リアクトル19を介して走査コイル23の一端に接続され、走査コイル23の他端と接地点(以下「GND」という)との間には電流検出用のシャント抵抗35が設けられている。また、走査コイル23にはコンデンサ20が並列接続される。シャント抵抗35で検出されるコイル電流に応じた電圧信号は、誤差アンプ10にフィードバックされる。
In FIG. 1, the
直流電源18の正極とGNDとの間には正電圧側電解コンデンサ33が接続され、GNDと直流電源18の負極との間には負電圧側電解コンデンサ34が接続される。また、直流電源18の正極と負極との間には2個のパワーMOSFET(本発明における補助スイッチング素子)40、41が直列的に接続され、その接続点とGNDとの間にはトランス42の1次巻線L1が接続される。1次巻線L1と巻線数が等しく極性は逆である2次巻線L2も一端がGNDに接続され、他端は電流制限素子であるリアクトル43を介して、直流電源18の正極、負極間に直列接続された2個のダイオード44、45の接続点に接続される。
A positive voltage side
パワーMOSFET40、41のゲート端子には、パルス発生部46から極性が反転したパルス信号がそれぞれ供給される。厳密に言えば、パワーMOSFET40、41のゲート端子に印加されるパルス信号は、交互に「1」となり、且つ「1」である期間が重ならないようにタイミングが調整されたものである。したがって、パワーMOSFET40、41は一方がオンしている間に他方が必ずオフするように制御される。電解コンデンサ33、34、ダイオード44、45、トランス42、リアクトル43、パワーMOSFET40、41、及びパルス発生部46は、ハーフブリッジ回路30のブリッジアームのバランスが崩れたときにこれを速やかに復帰させるための機能を有する。
Pulse signals whose polarities are inverted are supplied from the
この第1実施例の電子線走査用電源装置の特徴的な動作を説明する。誤差アンプ10による誤差信号はコンパレータ11において例えば三角波であるキャリア信号と比較され、コンパレータ11からPWM信号が出力される。誤差信号がキャリア信号よりも大きい場合、コンパレータ11はレベルが「0」であるPWM信号を出力し、これにより、パワーMOSFET301はオフ、パワーMOSFET302はオンして、走査コイル23に上向きの駆動電流i2が流れる。他方、誤差信号がキャリア信号よりも小さい場合には、パワーMOSFET301はオン、パワーMOSFET302はオフし、走査コイル23に下向きの駆動電流i1が流れる。
A characteristic operation of the electron beam scanning power supply device of the first embodiment will be described. The error signal from the
ハーフブリッジ回路30がバランスを保って動作している状態では、2個の電解コンデンサ33、34のそれぞれの両端電圧は直流電源電圧VCCの1/2に維持される。例えばVCC=100[V]であれば、両端電圧は共に50[V]に維持される。上述したようにパワーMOSFET40、41は交互にオンする。例えばパワーMOSFET40がオンすると、トランス42の1次巻線L1の両端には正電圧側電解コンデンサ33の両端電圧、つまりVCC/2が印加される。このときトランス42の2次巻線L2の両端にはGNDを基準として−VCC/2の電圧が生起されるが、2次巻線L2に接続されたリアクトル43の端部とは反対側の端部とGNDとの間の電位は−VCC/2であるため、リアクトル43を介した電流はいずれの方向にも流れない。つまり、オン状態であるパワーMOSFET40を通した電流も流れない。ハーフブリッジ回路30がバランスを保って動作している状態で、パワーMOSFET41がオンしたときも同様に、オン状態であるパワーMOSFET41を通した電流は流れない。
In a state where the
例えば図3(a)に示すように走査用の入力信号に直流電圧が重畳された入力信号が供給されると、コンパレータ11によるPWM信号のパルス幅が変化し、ハーフブリッジ回路30のブリッジのバランスが崩れることがある。この場合でも、ハーフブリッジ回路30に印加される直流電源電圧VCCは一定であるから、上記のようにバランスが崩れたことによって、図3(b)に示すように、正電圧側電解コンデンサ33の両端電圧がVCC/2からΔVだけ低下すると、負電圧側電解コンデンサ34の両端電圧はVCC/2からΔVだけ増加する(負電圧側電解コンデンサ34の負極性側端子電位は−(VCC/2−ΔV)になる)。
For example, as shown in FIG. 3A, when an input signal in which a DC voltage is superimposed on a scanning input signal is supplied, the pulse width of the PWM signal by the
パワーMOSFET41がオンしたとき、トランス42の1次巻線L1の両端には(VCC/2+ΔVの電圧が印加され、2次巻線L2の両端にも同じ大きさの電圧が生起される。つまり、2次巻線L2の接地端と反対側の端部の電圧はVCC/2+ΔVとなるのに対し、正電圧側電解コンデンサ33の正極側端子の電圧はVCC/2−ΔVであるから、リアクトル43の両端にはほぼ2×ΔVの電位差が生じ、リアクトル43及びダイオード44を経てトランス42の2次巻線L2から正電圧側電解コンデンサ33の正極側端子に電流が流れ、正電圧側電解コンデンサ33は充電される。それによって、正電圧側電解コンデンサ33の両端電圧は上昇し、逆に、負電圧側電解コンデンサ34の両端電圧は下がる。そして、両電解コンデンサ33、34の両端電圧がVCC/2になった時点で、上記のようなリアクトル43及びダイオード44を経た電流の流れは停止する。それにより、ハーフブリッジ回路30はバランスがとれた状態に戻る。
When the
即ち、正電圧側電解コンデンサ33の両端電圧が下がり、代わりに負電圧側電解コンデンサ34の両端電圧が上がると、トランス42を介して負電圧側電解コンデンサ34から正電圧側電解コンデンサ33に蓄積エネルギの移動が起こり、それによって両電解コンデンサ33、34のそれぞれの両端電圧は等しくなる。負電圧側電解コンデンサ34の両端電圧が下がり、代わりに正電圧側電解コンデンサ33の両端電圧が上がった場合には、逆に、パワーMOSFET40がオンしている期間に、トランス42を介して正電圧側電解コンデンサ33から負電圧側電解コンデンサ34に蓄積エネルギの移動が起こり、それによって両電解コンデンサ33、34のそれぞれの両端電圧は等しくなる。
That is, when the voltage at both ends of the positive voltage side
以上のように第1実施例の電子線走査用電源装置においては、直流電流の重畳や低周波駆動、或いは電源電圧の変動などの様々な要因によってハーフブリッジ回路30のバランスが崩れた場合でも、迅速にそれを修復して走査コイル23に適切な電流を流すような駆動を実施することができる。特に、この電源装置の構成の場合、電解コンデンサ33、34のそれぞれの両端電圧をバランスさせるためにフィードバック制御を行っていないので、フィードバック制御に伴うリンギング等の不安性さがなく、不要な電力ロスも少ないので効率がよいという利点を有する。
As described above, in the electron beam scanning power supply device of the first embodiment, even when the balance of the half-
[第2実施例]
次に、本発明の第2実施例による電子線走査用電源装置を、添付図面を参照して説明する。図2は第2実施例による電子線走査用電源装置の概略構成図である。既に説明した従来の構成及び第1実施例の構成と同一の構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, an electron beam scanning power supply device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an electron beam scanning power supply device according to the second embodiment. The same components as those of the conventional configuration and the first embodiment already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
この第2実施例の電子線走査用電源装置において、直流電源18の正極とGNDとの間に正電圧側電解コンデンサ33が接続され、GNDと直流電源18の負極との間に負電圧側電解コンデンサ34が接続される点は第1実施例と同じである。ハーフブリッジ回路30のブリッジのバランスが崩れ、電解コンデンサ33、34のそれぞれの両端電圧が相補的に変化したときにそれを解消するための、つまり電解コンデンサ33、34の蓄積エネルギを相互に移動させるための回路構成が第1実施例とは相違している。
In the electron beam scanning power supply device of the second embodiment, a positive voltage side
即ち、この第2実施例では、正電圧側電解コンデンサ33の両端とGND及び直流電源18の負極との間には第1のDC/DCコンバータ31が介挿され、負電圧側電解コンデンサ34の両端と直流電源18の正極及びGNDとの間には第2のDC/DCコンバータ32が介挿されている。第1及び第2のDC/DCコンバータ31、32は全く同一構成であり、例えば第1のDC/DCコンバータ31は、トランス312と、トランス312の1次巻線に直列に接続されたスイッチング用のMOSFET311と、トランス312の2次巻線に直列に接続された整流用のダイオード313と、該ダイオード313を経た整流後の出力電圧と内蔵された基準電圧源によるVCC/2の基準電圧との誤差を出力する誤差アンプ314と、誤差アンプ314の出力に応じたパルス幅のPWM信号を出力するPWM駆動部315と、PWM信号をMOSFET311のゲート端子に供給する非反転ゲート316と、を含む。
That is, in the second embodiment, the first DC / DC converter 31 is inserted between both ends of the positive voltage side
なお、この図2においてトランス312、322は簡略化して記載しているが、図1に示したように、これはトランスのほかにリアクトル等の電流制限素子を含む構成とすることができる。
In FIG. 2, the
この第2実施例の電子線走査用電源装置における特徴的な動作を説明する。第1実施例と同様に、ハーフブリッジ回路30がバランスを保って動作している状態では、2個の電解コンデンサ33、34の両端電圧は直流電源電圧VCCの1/2に維持される。このときに、誤差アンプ314、324により検出される誤差はほぼゼロになり、PWM駆動部315、325の出力は「0」になり、2つのMOSFET311、321はともにオフ状態を保つ。それにより、第1及び第2のDC/DCコンバータ31、32はいずれも動作せず、2個の電解コンデンサ33、34の間でのエネルギの移動は起こらない。
The characteristic operation of the electron beam scanning power supply device of the second embodiment will be described. As in the first embodiment, when the
ハーフブリッジ回路30のブリッジのバランスが崩れ、図3(b)に示すように、正電圧側電解コンデンサ33の両端電圧がVCC/2からΔVだけ低下すると、負電圧側電解コンデンサ34の両端電圧はVCC/2からΔVだけ増加する。正電圧側電解コンデンサ33の両端電圧は第2のDC/DCコンバータ32の誤差アンプ324にフィードバックされているから、誤差アンプ324は(VCC/2)−ΔVと基準電圧VCC/2との誤差を出力し、PWM駆動部325は「1」のパルス幅を広げたPWM信号を出力する。ΔVが大きいほどパルス幅は広くなる。これにより、第2のDC/DCコンバータ32は動作し、PWM信号が「1」である期間にはMOSFET322がオンし、トランス322の1次巻線に電解コンデンサ34からの電流が流れる。それに応じて、トランス322の2次巻線にも電流が流れ、この電流はダイオード323を通して正電圧側電解コンデンサ33に流れ込み、正電圧側電解コンデンサ33は充電される。即ち、第2のDC/DCコンバータ32の動作により、負電圧側電解コンデンサ34から正電圧側電解コンデンサ33に蓄積エネルギが移動し、それによって両電解コンデンサ33、34のそれぞれの両端電圧は等しくなる。その結果、第1実施例と同様に、ハーフブリッジ回路30のブリッジアームのバランスがとれた状態に復帰する。
When the balance of the bridge of the half-
また逆に、負電圧側電解コンデンサ34の両端電圧がVCC/2からΔVだけ低下し、正電圧側電解コンデンサ33の両端電圧はVCC/2からΔVだけ増加したときには、上記とは全く逆の動作により、つまり、第1のDC/DCコンバータ31の動作により、正電圧側電解コンデンサ33から負電圧側電解コンデンサ34に蓄積エネルギが移動し、それによって両電解コンデンサ33、34のそれぞれの両端電圧は等しくなる。
Conversely, when the voltage at both ends of the negative voltage side
以上のように第2実施例の電子線走査用電源装置においても、直流電流の重畳や低周波駆動、或いは電源電圧の変動などの様々な要因によってハーフブリッジ回路30のバランスが崩れた場合でも、迅速にそれを修復して走査コイル23に適切な電流を流すような駆動を実施することができる。
As described above, even in the electron beam scanning power supply device of the second embodiment, even when the balance of the half-
なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、上記記載以外の点において本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、修正、又は追加を行っても、本願の特許請求の範囲に包含されることは明らかである。 In addition, the said Example is only an example of this invention, Even if it changes suitably, changes, or is added in the range of the meaning of this invention in points other than the above-mentioned description, it is included by the claim of this application. It is clear.
10…誤差アンプ
11…コンパレータ
13…非反転ゲート
14…反転ゲート
18…直流電源
19…高周波平滑用リアクトル
20…コンデンサ
23…走査コイル
30…ハーフブリッジ回路
301、302…パワーMOSFET
31、32…DC/DCコンバータ
311、321…MOSFET
312、322…トランス
313、323…ダイオード
314、324…誤差アンプ
315、325…PWM駆動部
316、326…非反転ゲート
33…正電圧側電解コンデンサ
34…負電圧側電解コンデンサ
35…シャント抵抗
40、41…パワーMOSFET
42…トランス
43…リアクトル
44、45…ダイオード
46…パルス発生部
DESCRIPTION OF
31, 32 ... DC /
312, 322,
42 ...
Claims (3)
a)前記直流電源の正極と接地点との間、及び、接地点と前記直流電源の負極との間にそれぞれ設けられた一対の電解コンデンサと、
b)前記一対の電解コンデンサのそれぞれの両端電圧のバランスを監視し、一方の電解コンデンサの両端電圧が前記直流電源電圧の1/2よりも大きくなったときに、該電解コンデンサから流出した電流が他方の電解コンデンサに流入する電流経路を有するエネルギ移動手段と、
を備えることを特徴とする電子線走査用電源装置。 A half-bridge circuit including two switching elements connected in series between a positive electrode and a negative electrode of a DC power source for supplying a driving current to a scanning coil that scans an electron beam in a one-dimensional or two-dimensional manner; A scanning coil connected to a series connection point of the two switching elements via a reactor, a resistor for detecting a current flowing through the scanning coil, and the half bridge according to a detection voltage by the resistor In an electron beam scanning power supply device comprising: a PWM drive circuit unit that generates a PWM signal for turning on and off a switching element of a circuit;
a) a pair of electrolytic capacitors provided between the positive electrode of the DC power source and the ground point, and between the ground point and the negative electrode of the DC power source;
b) The balance of the voltage across each of the pair of electrolytic capacitors is monitored, and when the voltage across the one electrolytic capacitor becomes larger than ½ of the DC power supply voltage, the current flowing out of the electrolytic capacitor is Energy transfer means having a current path flowing into the other electrolytic capacitor;
An electron beam scanning power supply device comprising:
前記直流電源の正極と負極との間に接続された直列の2個の補助スイッチング素子と、
前記直流電源の正極と負極との間に接続された直列の2個のダイオードと、
前記2個の補助スイッチング素子を交互にオンさせる駆動信号を供給する駆動信号生成手段と、
前記2個の補助スイッチング素子の接続点と接地点との間に接続された1次巻線と、該1次巻線と同一巻線数で逆極性であり、一端が電流制限素子を介して前記2個のダイオードの接続点に接続され他端が接地された2次巻線とを有するトランスと、
を含むことを特徴とする電子線走査電源装置。 The electron beam scanning power supply device according to claim 1, wherein the energy transfer means includes:
Two auxiliary switching elements in series connected between a positive electrode and a negative electrode of the DC power supply;
Two diodes in series connected between a positive electrode and a negative electrode of the DC power supply;
Drive signal generating means for supplying a drive signal for alternately turning on the two auxiliary switching elements;
The primary winding connected between the connection point of the two auxiliary switching elements and the grounding point, the same number of windings as the primary winding and the reverse polarity, and one end via the current limiting element A transformer having a secondary winding connected to a connection point of the two diodes and having the other end grounded;
An electron beam scanning power supply device comprising:
一方の電解コンデンサの両端電圧が印加される1次巻線と、該1次巻線と同一巻線数で逆極性であり、他方の電解コンデンサが接続される直流電源の正極又は負極に電流を供給するように接続される2次巻線と、を有するトランスを含む、DC/DCコンバータを、電解コンデンサ毎にそれぞれ備えることを特徴とする電子線走査電源装置。 The electron beam scanning power supply device according to claim 1, wherein the energy transfer means includes:
The primary winding to which the voltage across one electrolytic capacitor is applied, the same number of windings as the primary winding and the reverse polarity, and the current is applied to the positive or negative electrode of the DC power source to which the other electrolytic capacitor is connected. An electron beam scanning power supply apparatus comprising: a DC / DC converter including a transformer having a secondary winding connected to be supplied for each electrolytic capacitor.
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