JP5222748B2 - 直流高電圧電源装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、出力電圧の安定化機能を有する直流高電圧電源装置及びその制御方法に関する。

電子回路に要求される仕様は、年々高精度・高安定化しており、昨今では回路を構成する部品の単体性能を超えてしまうことも少なくない。電子顕微鏡においても、主たる性能を左右する電子線源へ高電圧（数十キロボルト〜数百キロボルト）を印加する直流高電圧電源装置に対しては高い安定性が要求されている。とりわけ、性能を左右する基準電圧源ＩＣや分圧抵抗器には、最も高い安定性が必要とされる。

このうち分圧抵抗器に関しては、高電圧を用いることが安定性能を制限する要因の一つとなっている。すなわち、一般的に抵抗器には金属薄膜抵抗器，巻き線抵抗器，厚膜抵抗器などがあるが、安定性について良い順に記載すると、金属薄膜抵抗器＞巻き線抵抗器＞厚膜抵抗器であり、一方、単体で実現しうる抵抗値の大きさ順に記載すると、厚膜抵抗器＞巻き線抵抗器＞金属薄膜抵抗器となる。高電圧を扱うためには非常に高い抵抗値が必要となるため、直流高電圧電源の分圧抵抗器においては、最も安定性能の劣る厚膜抵抗器を選択せざるを得ないのが現状である。なお、直流高電圧電源装置に関しては、例えば特許文献１、特許文献２に開示されている。

特開２００３−２８４３２３号公報 特開２００６−１９１７４２号公報

直流高電圧電源において、分圧抵抗器の温度安定性を向上させるための対応策としては、以下の２点が挙げられる。
（１）安定性に優れた単体部品を選別し使用する。
（２）分圧抵抗器部の温度を安定化させる。
上記（１）は、高い安定性能を有する単体部品を多数準備し、それらの中からさらに安定性能の良いものを選び出す方法であるが、本方法では、余分の部品を準備しなければならないため、部品コストが増し、選別に要する時間が製造とは別に必要となる。また、本方法により安定性能を向上させることが出来るが、選別を経た単体部品であっても使用時の温度変化による抵抗値変化は不可避であり、単なる選別部品を使用するだけでは動作時の安定性が十分ではない。

上記（２）は、分圧抵抗器部の温度を安定化させる方法である。安定性に影響を与える要因として、実使用時の各抵抗器における温度変化とそれに伴う抵抗値変化が挙げられ、本方法は抵抗値の安定化に有効である。特許文献１には、対象となる回路を恒温槽内に配置する技術が開示されている。しかしながら、本技術では、抵抗部品単体の自己発熱による温度変動とそれに伴う抵抗値の変化への対応が十分でない。また、恒温槽の設置には電源装置内に恒温槽を準備しなければならず、装置の大型化を伴う。さらに、回路部の熱容量の増加を伴うので、熱平衡状態への到達時間が増大し制御性が低下する。すなわち、温度ドリフトが安定するまでに数十時間という長時間を要するという問題がある。対象となる回路を絶縁性の高い樹脂等で覆う（樹脂モールド）ことや、絶縁ガスや絶縁油中に設置することにより、回路部としての熱容量を増し、温度変化に対する変動を小さくする技術もあるが、回路部の熱容量の増加を伴うので、熱平衡状態への到達時間が増大し制御性が低下する。特許文献２には、この熱平衡所要時間の長大化に関して、樹脂モールドされた部品の熱時定数を考慮した制御方式（初期制御モードと高精度制御モードとを分離制御する）が提案されているが、恒温化が必要な部品を全て制御しなければならず、非常に大きな容積を必要とし、装置の大型化を招く結果となる。

本発明の目的は、高い安定性を短時間で実現できる小型の直流高電圧電源装置及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するための一形態として、高電圧発生部と、誤差検出回路を備えた高電圧制御部と、前記高電圧発生部で発生した電圧を検出電圧として検出し前記誤差検出回路へフィードバックするための分圧抵抗器および検出抵抗器を備えた高電圧分圧部とを有する直流高電圧電源装置であって、前記分圧抵抗器の抵抗値の変動に応じ、前記抵抗値と前記検出抵抗器の抵抗値との比が所定の設定値で一定となるように前記検出抵抗器の抵抗値を制御する手段を更に有することを特徴とする直流高電圧電源装置とする。

また、上記直流高電圧電源装置の制御方法であって、前記高電圧発生部にて高電圧を発生させるための設定電圧を前記高電圧制御部にて設定するステップと、前記分圧抵抗器の抵抗値と前記検出抵抗器の抵抗値との比が所定の設定値か否かを判定するステップと、前記比が所定の設定値ではない場合に、前記比が所定の設定値で一定となるように前記検出抵抗値を制御するステップとを有し、前記設定電圧と前記検出電圧とを用いて、前記高電圧給電部が供給する高電圧を安定化させることを特徴とする直流高電圧の制御方法とする。

上記構成とすることにより、高い安定性を短時間で実現できる小型の直流高電圧電源装置及びその制御方法を提供することができる。

先ず本方法の原理を説明する。
１．直流高電圧電源の基本構成
直流高電圧電源１００の基本構成を図１に示す。直流高電圧電源は主に、電圧設定回路１０１と誤差検出回路１０２とを備えた高電圧制御部１０３と、分圧抵抗器１０４と検出抵抗器１０５とを備えた高電圧分圧部１０６と、高電圧発生部１０７と、高電圧給電部１０８とで構成されている。動作概略は次の通りである。

電圧設定回路１０１より与えられる設定電圧Ｖｒｅｆに従い、高電圧発生部１０７において高電圧ＨＶを発生させ、高電圧分圧部１０６の分圧抵抗器１０４と検出抵抗器１０５から検出電圧Ｖｓが得られる。この検出電圧Ｖｓと設定電圧Ｖｒｅｆとの差分がなくなるように制御を行う方式である。図１の回路模式図を図２に、関係式を式（１）〜式（３）に示す。

式（１）〜式（３）より、分圧抵抗器１０４の抵抗値と検出抵抗器１０５の抵抗値から求まる検出電圧Ｖｓと設定電圧Ｖｒｅｆが変動しなければ、フィードバックによる制御で安定な高電圧ＨＶを得られることがわかる。すなわち、式（１）において、Ｖｒｅｆ−Ｖｓ＝０を達成することが、該高電圧直流電源におけるフィードバック制御の根幹である。
２．温度係数
上述により、分圧抵抗器１０４の抵抗値と検出抵抗器１０５の抵抗値の安定度が検出電圧Ｖｓに直接関係することが明らかとなった。ここでは検出電圧の安定度に関する指標として、該両抵抗器に用いられる抵抗値の温度係数について定義する。
温度係数は、２つの温度での抵抗値変化量で抵抗値を温度の関数とみなしたときの変化率であり、式（４）に定義される。

ここでは実際の使用を想定して測定時刻ｔ１、ｔ２を含む形で表わしているが、熱平衡状態での抵抗値で検討を行う場合、時刻については割愛してかまわない。また、定義は抵抗器自身の温度であるが、抵抗器の設置された周囲の環境温度で代用することも多い。なお、温度に対する抵抗値が１次関数ではないため、温度係数自体も厳密には温度の関数となっている。
３．抵抗器の温度係数、温度変化と出力電圧の関係
次に温度係数、および抵抗素子ごとの温度変化を考慮した場合について検討する。図３に高電圧分圧部の回路模式図を示す。各素子のパラメータは図中にも示したように、抵抗値Ｒ〔Ω〕、温度係数ε〔ｐｐｍ／℃〕、温度変化ΔＴ〔℃〕である。このときの入力である高電圧（ＨＶ）、検出電圧（Ｖｓ）、分圧抵抗器１０４の抵抗値の関係式を式（５）〜式（７）に示す。

ここで、電源の動作状態、温度の影響によらず安定な高電圧出力を得るには、（Ｖｓ−Ｖｓ′）の絶対値が略ゼロとなるような電源の回路構成、もしくは動作時の制御を行うことが重要である。そのために（１）温度係数の小さな抵抗素子（εｓ→０、εｍ→０）を用いて式（７）の右辺第２項をゼロに漸近させる方法。（２）各抵抗素子の恒温化（ΔＴｓ→０、ΔＴｍ→０）を図って式（７）の右辺第２項をゼロに漸近させる方法などが、前述までに述べた一般的に採られる安定化方法（（１）安定性に優れた単体部品を選別し使用する。（２）分圧抵抗器部の温度を安定化させる。）である。
４．本願における出力電圧安定化の原理
本願における直流高電圧電源装置における分圧抵抗器の温度安定性や高電圧安定化のための方法は、上記（１）、（２）の方法と原理的に異なる。各々の抵抗素子の温度係数を小さくしたり、各素子の実用時の温度変化を小さくするような制御をするのではなく、式（７）の右辺第２項をまとめてゼロに漸近する方法、すなわち、分圧抵抗器と検出抵抗器の抵抗値の比率（Ｒｓ／Ｒａ）を一定とするように制御を行うものである。なお、設定値に対して±０．３ｐｐｍ／ｍｉｎ以内なら一定とみなせる。ｐｐｍとは１０のマイナス６乗を意味する。

数式で表わすと、式（７）の右辺第２項＝０より、

なお、分圧抵抗器１０４と検出抵抗器１０５の抵抗値の比率（Ｒｓ／Ｒａ）を一定とするために、検出抵抗器１０５の温度を制御し、結果として検出抵抗器１０５の抵抗値を制御することが、本願の基本的アイデアであるが、検出抵抗器１０５の抵抗値を可変抵抗等を用いて直接制御しても、比率（Ｒｓ／Ｒａ）を一定とできることは言うまでも無く、本願はこの可能性を排除するものではない。また、分圧抵抗器の抵抗値を求めることにより、温度変化だけでなく経年変化等を含む抵抗値の変動に対しても、検出抵抗器の抵抗値を直接的に又間接的に制御することにより、安定化を図ることが可能となる。
５．抵抗素子の温度特性評価方法
温度を制御するに際しては、事前に各抵抗値の温度特性を知っておくことが必要である。温度特性を評価するに際して、本願で扱っている精度は非常に高精度（０．１ｐｐｍの桁）であり、測定に工夫を要する。また、分圧抵抗器１０４に関しては抵抗素子が組み合わされて多段化しており、抵抗値が大きくなってしまう。そこで、出来る限り高精度の電圧源（数ｐｐｍ以下）及び基準抵抗器（０．１ｐｐｍ以下）を用いて、電圧として評価し、抵抗値に換算する。この方式を用いれば、抵抗器単体のみならず、全体の温度特性も得ることが出来る。その上で、測定環境も制御することで高精度な測定が可能となる。図４に単体での高精度温度特性評価の回路模式図、図５に組み合わせた抵抗器の電圧評価による高精度温度特性評価の回路模式図を示す。

図４に示した方法では、一定の温度に保つ第１恒温槽４０２に抵抗測定器４０１を実装し、別途温度を変化させて特性を評価するための第２恒温槽４０３に被測定抵抗器４０４を入れることで、抵抗測定器４０１の特性を無視できる。なお、恒温槽は設定温度に対して、±０．１℃以内の温度に制御される。図５では複数の被測定抵抗器５０１により大きくなった抵抗値を計測するために、電圧を用いている。高精度電圧源５０２と、検出抵抗器５０３、検出電圧Ｖｓより取りうる抵抗値を導き出す手法である。このとき、図４と同様に複数の被測定抵抗器５０１を第２恒温槽４０３に入れ、他の測定系を第１恒温槽４０２に入れて評価することで、高精度な特性評価を行える。こうして得られた温度特性（温度係数）を、本願での直流高電圧電源装置の出力電圧制御の際に用いることができる。

直流高電圧電源装置における分圧抵抗部において重要なのは、抵抗値ではなく分圧抵抗器の抵抗値と検出抵抗器の抵抗値との比率である。供給される電圧はこの比率が崩れない限り変動することはなく、分圧抵抗部全体の抵抗値の変動は印加電流の許容値内であれば問題ではない。本願は、安定度を必要とする回路部分の恒温化を図ったり、そもそも温度安定性に優れた部品を選定・使用するのではなく、分圧抵抗器と検出抵抗器の抵抗値の比率を一定に保つことにより、分圧抵抗器の温度の変動に能動的に応答し検出電圧が変動しないように積極的に安定化を図る方法である。常に分圧抵抗器と検出抵抗器の抵抗値の比率を一定にするように制御することによって、周囲の温度変化のみならず、自己発熱によるドリフトもキャンセルすることが出来る。加えて、抵抗器に対する直接操作ではなく、温度を介した間接対応をも可能とする。

なお、本願の方法は、従来の方法（（１）安定性に優れた単体部品を選別し使用する。（２）分圧抵抗器部の温度を安定化させる。）と全く独立の方法であり、従来の方法と併用することも可能である。

以上の通り、本発明の実施の形態によれば、従来型高電圧直流電源装置で採用されていた、温度変化に伴う抵抗値の変化が小さい抵抗器を用いて安定度を向上させる方法、もしくは、分圧抵抗部における温度の変化量を小さくして安定度を向上させるという受動的な安定化方法ではなく、分圧抵抗部の温度変化は生ずるものとして考慮し、その変化に適切に対応して積極的に安定度を確保していく、能動的な安定化方法を備えた電源を提供できる。この方法は、分圧抵抗部の温度変動に対して追随できる限りにおいては、装置を大型化し熱容量を増大させる必要がなく、装置全体の小型化、測定前運転時間の短縮化が期待される。

図６及び図７を用いて第１の実施例について説明する。なお、基本動作等は上述の直流高電圧電源の基本構成の項等で説明した通りである。

図６は、本実施例に係る直流高電圧電源装置のブロック図である。本実施例では、高電圧ＨＶとして２００ｋＶを発生させた。また、分圧抵抗器１０４の抵抗値Ｒａと検出抵抗器１０５の抵抗値Ｒｓとの比を（Ｒｓ／Ｒａ）＝１／２０，０００とした。これにより、Ｖｓは約１０Ｖの電圧となる。温度センサ６０１により、分圧抵抗器１０４の温度変化を読み取り、温度制御回路６０２へと伝達する。使用した温度センサの測定誤差は±０．０１℃以内である。温度センサ６０１は各分圧抵抗器にそれぞれ取り付けられている。各分圧抵抗器の抵抗値が揃っている場合には、温度センサ６０１は全ての分圧抵抗器に取り付ける必要はない。この温度制御回路６０２にて、事前に調べておいた温度係数εから検出抵抗器１０５への必要な制御量を算出し、加熱・冷却器６０３へ入力して分圧抵抗器１０４の抵抗値と検出抵抗器の抵抗値との比が上記値で一定となるように、検出抵抗器１０５の抵抗値を制御することで、安定な検出電圧Ｖｓを得ることができる。検出抵抗器１０５は、分圧抵抗器を含む高電圧制御部に対し、部品数が少なく温度制御が容易である。さらに、加熱・冷却器を小型化できる。なお、加熱・冷却器６０３は、加熱器又は冷却器のいずれか一方でも良いが、両者の機能を有する加熱冷却器を用いることにより、より短時間での温度制御が可能となる。

本実施例では、温度センサ６０１、温度制御回路６０２、加熱・冷却器６０３及び放熱片６０４等で、分圧抵抗器１０４の抵抗値と検出抵抗器１０５の抵抗値の比が所定の設定値で一定とするための抵抗比制御部７００が構成される。

次に、直流高電圧電源装置の制御方法を図７のフロー図を用いて説明する。
先ず、ステップ１（Ｓ１）では、電圧設定回路１０１により、設定電圧Ｖｒｅｆを設定し、高電圧発生部１０７にて高電圧ＨＶを発生させる。次いで、ステップ２（Ｓ２）において、分圧抵抗器１０４の温度を温度センサ６０１で取得し、温度制御回路６０２へと入力する。次いで、ステップ３（Ｓ３）において、取得した温度データを元に温度制御回路６０２で算出された制御量を加熱・冷却器６０３へと入力する。次いで、ステップ４（Ｓ４）において、設定電圧Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｓの差分がゼロか否かを誤差検出回路１０２で判断する。Ｖｒｅｆ−Ｖｓ＝０ならば、高電圧は所望の値に安定に制御されており、現状の高電圧ＨＶはそのまま維持される（ステップ６（Ｓ６））。Ｖｒｅｆ−Ｖｓ≠０ならば、ステップ５へと進む。

ステップ５（Ｓ５）において、Ｖｒｅｆ ＞ Ｖｓを判断し、「はい」の時は、高電圧ＨＶが所望の値より小さいため、高電圧発生部１０７に対して電圧を増加させる方向へ制御がかかる（ステップ６（Ｓ６））。「いいえ」の場合は、高電圧が所望の値より大きいため、高電圧発生部１０７に対して電圧を減少させる方向へ制御がかかる（ステップ６（Ｓ６））。なお、これらの制御はすべて回路的なフィードバック制御がかかる。ステップ２〜ステップ６は直流高電圧電源の電源が入力されている間は繰り返し実行される。これにより、直流高電圧電源装置の電源を入れ、装置全体のウオーミングアップに要する時間経過後（数十分の桁）において、例えば、２００ｋＶの高電圧の変動を±０．３ｐｐｍ／ｍｉｎ以内に制御できる見通しが得られた。

なお、分圧抵抗器１０４の抵抗値と検出抵抗器１０５の抵抗値との比を所定の設定値で一定に制御するための制御フォロー図を図１３に示す。図７との違いはステップ２（Ｓ２）とステップ３（Ｓ３）であり、本制御の場合にはステップ２（Ｓ２）において、抵抗値Ｒａと抵抗値Ｒｓの比が所定の設定値か否かを抵抗比制御部にて判断し、所定の設定値であればステップ４（Ｓ４）へ進み、所定の設定値と異なる場合には、ステップ３（Ｓ３）において、設定値となるように検出抵抗器１０５の抵抗値を抵抗比制御部にて制御する。ステップ４（Ｓ４）以降のステップは図７と同様である。

本実施例によれば、分圧抵抗器の抵抗値と検出抵抗器の抵抗値との比が所定の設定値で一定となるように検出抵抗器の抵抗値を制御することにより、高い安定性を短時間で実現できる小型の直流高電圧電源装置及びその制御方法を提供することができることが分かった。また、検出抵抗器の抵抗値を、温度により間接的に制御することにより、容易に装置及びその制御方法を実現することすることができる。また、温度制御回路が高電圧分圧部に設けられているため、分圧抵抗器の温度変化への迅速な対応が可能である。

図８及び図９を用いて第２の実施例について説明する。なお、装置の基本動作は、上述の直流高電圧電源の基本構成の項で説明したとおりである。また、実施例１に記載され本実施例に記載の無い事項は、実施例１と同様である。

図８は、温度制御機能付き直流高電圧電源装置に外部の制御システム８０１を組み込んだ装置のブロック図である。制御システム８０１は、演算処理部８１０とメモリ部とを有する。メモリ部８２０には、高電圧設定データや予め取得された分圧抵抗器１０４や検出抵抗器１０５の温度特性データが保存されている。演算処理部８１０は、温度センサ６０１の出力データとメモリ部８２０に保存された温度特性データとを用いて必要とされる制御量の演算処理を実施し、温度制御データ８０２を算出する。温度制御回路６０２は、温度制御データ８０２を加熱・冷却器６０３の制御量へと変換し、分圧抵抗器１０４の抵抗値と検出抵抗器１０５の抵抗値との比が設定値となるように検出抵抗器１０５の温度を制御する。これにより安定な検出電圧Ｖｓが得られ、高い安定性を短時間で実現できる小型の直流高電圧電源装置を得ることができる。外部の制御システム８０１を用いることにより、実施例１の図６にて説明した、装置内において回路的に制御量を算出する温度制御回路６０２を用いた方式に比べ、より複雑な制御を行うことが出来る。

本実施例では、温度センサ６０１、温度制御回路６０２、加熱・冷却器６０３、放熱片６０４及び制御システム８０１等で、分圧抵抗器１０４の抵抗値と検出抵抗器１０５の抵抗値の比が所定の設定値で一定とするための抵抗比制御部が構成される。

図８に示した直流高電圧電源装置の制御方法を図９のフロー図を用いて説明する。
ステップ１（Ｓ１）では、設定電圧Ｖｒｅｆが、制御システム８０１からの高電圧設定データ８０３に基づいて電圧設定回路１０１において設定され、高電圧発生部１０７において高電圧ＨＶが発生する。次いで、ステップ２（Ｓ２）では、温度センサ６０１で取得された分圧抵抗器１０４の温度データが、外部の制御システム８０１へ入力される。次いで、ステップ３（Ｓ３）では、温度データ及びメモリ部８２０に保存された温度特性データを用いて、分圧抵抗器１０４の抵抗値と検出抵抗器１０５の抵抗値との比が設定値となるように検出抵抗器１０５を温度制御するための制御量が情報処理部８１０において算出される。次いで、ステップ４（Ｓ４）では、算出された制御量が温度制御データ８０２として温度制御回路６０２へ伝送され、加熱・冷却器６０３へ入力される。次いで、ステップ５（Ｓ５）において、設定電圧Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｓの差がゼロか否かを誤差検出回路１０２で判断する。Ｖｒｅｆ−Ｖｓ＝０ならば、高電圧は所望の値に安定に制御されており、現状の高電圧ＨＶはそのまま維持される（ステップ７（Ｓ７））。Ｖｒｅｆ−Ｖｓ≠０ならば、ステップ６へと進む。

ステップ６（Ｓ６）において、Ｖｒｅｆ ＞ Ｖｓを判断し、「はい」の時は、高電圧ＨＶが所望の値より小さいため、高電圧発生部１０７に対して電圧を増加させる方向へ制御がかかる（ステップ７（Ｓ７））。「いいえ」の場合は、高電圧が所望の値より大きいため、高電圧発生部１０７に対して電圧を減少させる方向へ制御がかかる（ステップ７（Ｓ７））。なお、これらの制御はすべて回路的なフィードバック制御がかかる。ステップ２〜ステップ７は直流高電圧電源の電源が入力されている間は繰り返し実行される。

本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。更に、実施例１ではハード的に処理していた制御量を、本実施例では、事前に取得したデータを入力した外部システムから制御することにより、より複雑なアルゴリズムを用いて制御することが可能となる。

図１０を用いて第３の実施例について説明する。なお、実施例１や実施例２に記載され、本実施例に記載されていない事項は実施例１や実施例２と同様である。

図１０は、検出抵抗器の温度制御方式を構成する部品の断面図である。断熱材１００１で囲われた検出抵抗器１０５の温度を、放熱片６０４を備えた加熱・冷却器６０３で直接的に制御する方法で、単体部品の場合には簡便に制御が可能となる。放熱片６０４により検出抵抗器１０５の温度が高温になる場合でも対応可能である。なお、本構成部品は前実施例１，２のどちらにも適用可能である。

本実施例によれば、実施例１と同様の効果がある。また、加熱・冷却器の温度制御面を検出抵抗器に直接接触させおり検出抵抗器の温度を短時間で高精度に制御することができる。

図１１を用いて第４の実施例について説明する。なお、実施例１や実施例２に記載され、本実施例に記載されていない事項は実施例１や実施例２と同様である。

図１１は、検出抵抗器の温度制御方式を構成する部品の別例の断面図である。検出抵抗器１０５は、熱伝導の良い充填材１１０２で満たされた箱１１０１内に配置され、箱１１０１の周囲は断熱材１００１で覆われている。この箱１１０１の温度を制御することで、複数の検出抵抗器１０５を１つの加熱・冷却器６０３でまとめて制御することができ、安定な検出電圧Ｖｓを得ることができる。放熱片６０４により検出抵抗器１０５の温度が高温になる場合でも対応可能である。なお、前実施例３と同様に、本構成部品は前実施例１，２のどちらにも適用可能である。

本実施例によれば、実施例１と同様の効果がある。また、断熱材で囲われ、内部に熱伝導性の良い充填剤が満たされた箱を用いることにより、複数の検出抵抗器の温度制御を行なうことができる。

図１２を用いて第５の実施例について説明する。なお、実施例１〜実施例４に記載され、本実施例に記載されていない事項は実施例１〜実施例４と同様である。

図１２は、分圧抵抗器１０４への温度センサ６０１の簡素化を実施する部品構成の例を示す断面図である。図１２に示すように、熱的に良伝導体でかつ電気的に絶縁体(熱伝導性ゴム等)である基板（伝熱板）１２０１の上に、分圧抵抗器１０４を二次元上に分散して配置する。これにより、各分圧抵抗器１０４の温度制御状態を等しくすることができ、温度センサ６０１も伝熱板１２０１の一ヶ所温度制御を検出するだけでよくなり、制御が容易になる。

本実施例によれば、実施例１と同様の効果がある。また、分圧抵抗器を伝熱板上に設置することにより、温度センサの数を低減することができる。

直流高電圧電源の構成を示すブロック図である。 直流高圧電源の回路模式図である。 高電圧分圧部の回路模式図である。 単体抵抗器の高精度温度特性評価用の回路模式図である。 直列接続された複数の抵抗器の高精度温度特性評価用の回路模式図である。 第１実施例に係る温度制御機能付き直流高電圧電源装置の構成を示すブロック図である。 第１実施例に係る高電圧安定化制御フロー図である。 第２実施例に係る温度制御機能付き直流高電圧電源装置と制御システムを示すブロック図である。 第２実施例に係る外部制御システムを用いた場合の高電圧安定化制御フロー図である。 第３実施例に係る検出抵抗器を直接温度制御するときの構成を示す断面図である。 第４実施例に係る複数の検出抵抗器を温度制御するときの構成を示す断面図である。 第５実施例に係る分圧抵抗器の温度測定するときの構成を示す断面図である。 分圧抵抗器の抵抗値と検出抵抗器の抵抗値の比を制御する高電圧安定化制御フロー図である。

１００…直流高電圧電源、１０１…電圧設定回路、１０２…誤差検出回路、１０３…高電圧制御部、１０４…分圧抵抗器、１０５、５０３…検出抵抗器、１０６…高電圧分圧部、１０７…高電圧発生部、１０８…高電圧給電部、Ｖｒｅｆ…設定電圧、ＨＶ…高電圧、Ｖｓ…検出電圧、γ…昇圧ゲイン、β…誤差検出回路ゲイン、Ｒａ…分圧抵抗器抵抗値、Ｒｓ…検出抵抗器抵抗値、４０１…抵抗測定器、４０２…第１恒温槽、４０３…第２恒温槽、４０４…被測定抵抗器、５０１…複数の被測定抵抗器、５０２…高精度電圧源、５０５…電圧測定器、６０１…温度センサ、６０２…温度制御回路、６０３…加熱・冷却器、６０４…放熱片、ＶＧ…接地電位、７００…抵抗比制御部、８０１…外部制御システム、８０２…温度制御データ、８０３…高電圧設定データ、８１０…情報処理部、８２０…メモリ部、１００１…断熱材、１１０１…周囲に取り付けた箱、１１０２…充填材、１２０１…伝熱板。

Claims (11)

1. 高電圧発生部と、誤差検出回路を備えた高電圧制御部と、前記高電圧発生部で発生した電圧を検出電圧として検出し、前記誤差検出回路へフィードバックするための分圧抵抗器および検出抵抗器を備えた高電圧分圧部とを有する直流高電圧電源装置であって、
   前記分圧抵抗器の抵抗値の変動に応じ、前記抵抗値と前記検出抵抗器の抵抗値との比が所定の設定値で一定となるように前記検出抵抗器の抵抗値を制御する手段を更に有することを特徴とする直流高電圧電源装置。
2. 請求項１記載の直流高電圧電源装置において、
   前記抵抗値と前記検出抵抗器の抵抗値との比が所定の設定値で一定となるように前記検出抵抗器の抵抗値を制御する手段は、前記分圧抵抗器の温度を測定するための温度センサと、前記温度センサからの出力に基づき前記検出抵抗器の温度を制御する手段とを含むことを特徴とする直流高電圧電源装置。
3. 請求項２記載の直流高電圧電源装置において、
   前記検出抵抗器の温度を制御する手段は、加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器と、前記温度センサからの出力に基づき前記加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器の温度を制御する温度制御回路とを含むことを特徴とする直流高電圧電源装置。
4. 請求項３記載の直流高電圧電源装置において、
   前記検出抵抗器は、前記加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器に直接取り付けられ、それ以外の部分は断熱材で覆われていることを特徴とする直流高電圧電源装置。
5. 請求項３記載の直流高電圧電源装置において、
   前記検出抵抗器は、熱伝導性の良い充填剤で満たされた箱内に設置され、
   前記箱は、前記加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器に直接取り付けられ、それ以外の部分は断熱材で覆われていることを特徴とする直流高電圧電源装置。
6. 請求項２記載の直流高電圧電源装置において、
   前記分圧抵抗器は、熱的に良伝導体でかつ電気的に絶縁体の基板上に設置され、前記温度センサが前記基板に取り付けられていることを特徴とする直流高電圧電源装置。
7. 高電圧発生部と、誤差検出回路を備えた高電圧制御部と、前記高電圧発生部で発生した電圧を検出電圧として検出し前記誤差検出回路へフィードバックするための、分圧抵抗器及び検出抵抗器を備えた高電圧分圧部とを有する直流高電圧電源装置であって、
   前記分圧抵抗器の温度を測定するための温度センサと、
   前記検出抵抗器の温度を制御するための加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器と、
   前記温度センサからの温度データに基づき、前記分圧抵抗器の抵抗値と前記検出抵抗器の抵抗値との比が所定の設定値で一定となるように前記加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器を制御する温度制御回路とを更に有することを特徴とする直流高電圧電源装置。
8. 高電圧発生部と、誤差検出回路を備えた高電圧制御部と、前記高電圧発生部で発生した電圧を検出電圧として検出し前記誤差検出回路へフィードバックするための、分圧抵抗器及び検出抵抗器を備えた高電圧分圧部とを有する直流高電圧電源装置であって、
   前記分圧抵抗器の温度を測定するための温度センサと、
   前記検出抵抗器の温度を制御するための加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器と、
   予め取得された分圧抵抗器および検出抵抗器の温度特性データが保存されているメモリ部と、前記温度センサからの出力データと前記温度特性データとを用いて前記分圧抵抗器の抵抗値と前記検出抵抗器の抵抗値との比が所定の設定値で一定となるように前記検出抵抗器の温度を制御するための制御量を演算処理する演算処理部とを備えた制御システムと、
   前記制御システムからの前記制御量に基づき、前記加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器を制御する温度制御回路とを更に有することを特徴とする直流高電圧電源装置。
9. 請求項１記載の直流高電圧電源装置の制御方法であって、
   前記高電圧発生部にて高電圧を発生させるための設定電圧を前記高電圧制御部にて設定するステップと、
   前記分圧抵抗器の抵抗値と前記検出抵抗器の抵抗値との比が所定の設定値か否かを判定するステップと、
   前記比が所定の設定値でない場合に、前記比が所定の設定値で一定となるように前記検出抵抗値を制御するステップとを有し、
   前記設定電圧と前記検出電圧とを用いて、前記前記高電圧給電部が供給する高電圧を安定化させることを特徴とする直流高電圧電源装置の制御方法。
10. 請求項７記載の直流高電圧電源装置の制御方法であって、
    前記高電圧発生部にて高電圧を発生させるための設定電圧を前記高電圧制御部にて設定するステップと、
    前記温度センサからの温度データを前記温度制御回路へ入力するステップと、
    前記温度データに基づいて、前記分圧抵抗器の抵抗値と前記検出抵抗器の抵抗値の比が所定の設定値で一定となるような温度の制御量を算出し、前記加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器へ入力するステップとを有し、
    前記設定電圧と前記検出電圧とを用いて、前記前記高電圧給電部が供給する高電圧を安定化させることを特徴とする直流高電圧電源装置の制御方法。
11. 請求項８記載の直流高電圧電源装置の制御方法であって、
    前記制御システムからの前記高電圧設定データに基づき、前記高電圧発生部にて高電圧を発生させるための設定電圧を前記高電圧制御部にて設定するステップと、
    前記温度センサからの温度データを前記制御システムに入力するステップと、
    前記温度データと前記温度特性データとを用いて前記分圧抵抗器の抵抗値と前記検出抵抗器の抵抗値との比が所定の設定値で一定となるように前記検出抵抗器の温度を制御するための制御量を算出するステップと、
    算出された前記制御量を温度制御データとして前記温度制御回路へ伝送し、前記加熱器又は冷却器或いはその両者の機能を有する加熱冷却器へ入力するステップとを有し、
    前記設定電圧と前記検出電圧とを用いて、前記高電圧給電部が供給する高電圧を安定化させることを特徴とする直流高電圧電源装置の制御方法。

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