JP5754570B2 - Pulse power supply - Google Patents

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本発明は、主電源と補助充電用電源とを備えたパルス電源に関する。   The present invention relates to a pulse power source including a main power source and an auxiliary charging power source.

特許文献1には、バッテリ25と、コンデンサC1と、その両者を接続する給電/充電用スイッチング回路200と、1チップコンピュータからなる制御装置21とを備えた装置20が開示されている(図3参照)。
制御装置21は、コンデンサC1の端子電圧について設定した閾値と、周囲温度について設定した閾値に基づき、前記端子電圧が第一の閾値より高いときは充電を行わず、第一の閾値と第二の閾値の間にあるときは、周辺温度が閾値を超えたときのみ充電し、第二の閾値よりも下がったときは、周辺温度に無関係に充電するよう給電/充電用スイッチング回路200を制御する。
Patent Document 1 discloses a device 20 including a battery 25, a capacitor C1, a power supply / charging switching circuit 200 that connects both of them, and a control device 21 including a one-chip computer (FIG. 3). reference).
Based on the threshold value set for the terminal voltage of the capacitor C1 and the threshold value set for the ambient temperature, the control device 21 does not perform charging when the terminal voltage is higher than the first threshold value. When it is between the threshold values, the power supply / charging switching circuit 200 is controlled so that charging is performed only when the ambient temperature exceeds the threshold value, and charging is performed regardless of the ambient temperature when the ambient temperature falls below the second threshold value.

特開2008−79464号公報JP 2008-79464 A

特許文献1では、バッテリ(主電源)からコンデンサへの充電方式が提案されており、装置20は、充電用電源として主電源のみを備えている。
ここで、本願発明者等は、特許文献1のように充電用電源として主電源のみを備えた構成では充電電圧を高精度に制御することは困難であることに着眼し、充電電圧の高精度な制御を可能にすべく、主電源およびコンデンサのみならず、補助充電用電源をさらに備えたパルス電源を考案した。しかしながら、かかるパルス電源には、次のような問題があった。
Patent Document 1 proposes a charging method from a battery (main power source) to a capacitor, and the device 20 includes only a main power source as a charging power source.
Here, the inventors of the present application pay attention to the fact that it is difficult to control the charging voltage with high accuracy in the configuration having only the main power source as the power source for charging as in Patent Document 1, and the high accuracy of the charging voltage. In order to enable easy control, a pulse power supply was devised that not only includes a main power supply and a capacitor but also an auxiliary charging power supply. However, such a pulse power supply has the following problems.

主電源およびコンデンサのみならず、補助充電用電源をさらに備えたパルス電源においては、コンデンサの電圧を分圧器にてモニタしてドロッパ制御することが考えられる。
しかしながら、この場合、負荷側からの伝導ノイズが補助充電用電源に直接侵入することとなる。また、コンデンサの充電電圧の精度が分圧器およびドロッパ制御の精度に左右されてしまう。
In a pulse power supply that further includes an auxiliary charging power supply as well as the main power supply and the capacitor, it is conceivable to monitor the voltage of the capacitor with a voltage divider and perform dropper control.
However, in this case, conduction noise from the load side directly enters the auxiliary charging power source. In addition, the accuracy of the capacitor charging voltage depends on the accuracy of the voltage divider and dropper control.

本発明の目的は、補助充電用電源に侵入するノイズを低減し、かつ、コンデンサの充電電圧の精度を安定化させることができる、パルス電源を提供することである。   An object of the present invention is to provide a pulse power source that can reduce noise entering the power source for auxiliary charging and can stabilize the accuracy of the charging voltage of the capacitor.

上記目的を達成するため、本発明によると、主電源と前記主電源とは別個に設けられた補助充電用電源とによりコンデンサを所定の充電電圧で充電するパルス電源において、前記補助充電用電源に接続され、前記補助充電用電源から出力された電圧をスイッチングするスイッチング素子と、前記スイッチング素子と前記コンデンサとの間に介装された、リアクトルと抵抗とを並列接続した並列回路と、前記補助充電用電源から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行う制御ユニットと、を備えたことを特徴とする、パルス電源が提供される。   In order to achieve the above object, according to the present invention, in a pulse power source that charges a capacitor at a predetermined charging voltage by a main power source and an auxiliary charging power source provided separately from the main power source, the auxiliary charging power source A switching element connected to switch the voltage output from the auxiliary charging power supply, a parallel circuit connected in parallel between a reactor and a resistor, interposed between the switching element and the capacitor, and the auxiliary charging. There is provided a pulse power supply comprising: a control unit that performs local control so that a constant voltage is output from a power supply for power supply and performs on / off control of the switching element.

上記構成によると、主電源と補助充電用電源とを備えた構成において、制御ユニットが、補助充電用電源から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、スイッチング素子のオン/オフ制御を行う。これにより、負荷側からの伝導ノイズが補助充電用電源に直接侵入することが防止され、補助充電用電源に侵入するノイズを低減することができる。
また、上記構成によると、スイッチング素子とコンデンサとの間に、リアクトルと抵抗とを並列接続した並列回路が介装されているため、負荷側からの伝導ノイズが、補助充電用電源に到達する前に、リアクトルおよび抵抗のフィルタ効果によって減衰されることになる。したがって、補助充電用電源に侵入するノイズをより低減することができる。
さらに、上記構成により、コンデンサ側のドロッパ制御が不要となり、コンデンサの充電電圧の精度が分圧器およびドロッパ制御の精度に左右されてしまうという問題が解消される。したがって、コンデンサの充電電圧の精度を安定化させることができる。
According to the above configuration, in a configuration including the main power source and the auxiliary charging power source, the control unit performs local control so that a constant voltage is output from the auxiliary charging power source, and on / off control of the switching element. I do. Thereby, the conduction noise from the load side is prevented from directly entering the auxiliary charging power source, and the noise entering the auxiliary charging power source can be reduced.
In addition, according to the above configuration, since the parallel circuit in which the reactor and the resistor are connected in parallel is interposed between the switching element and the capacitor, the conduction noise from the load side is before reaching the auxiliary charging power source. Furthermore, it is attenuated by the filter effect of the reactor and resistance. Therefore, noise entering the auxiliary charging power source can be further reduced.
Furthermore, the above configuration eliminates the need for dropper control on the capacitor side, and eliminates the problem that the accuracy of the capacitor charging voltage depends on the accuracy of the voltage divider and dropper control. Therefore, the accuracy of the capacitor charging voltage can be stabilized.

本発明によると、主電源と補助充電用電源とを備えた構成において、制御ユニットが補助充電用電源から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、スイッチング素子のオン/オフ制御を行うことで、補助充電用電源に侵入するノイズを低減し、かつ、コンデンサの充電電圧の精度を安定化させることができる。   According to the present invention, in a configuration including a main power source and an auxiliary charging power source, the control unit performs local control so that a constant voltage is output from the auxiliary charging power source, and performs on / off control of the switching element. By doing so, noise entering the auxiliary charging power source can be reduced and the accuracy of the charging voltage of the capacitor can be stabilized.

本発明の一実施形態に係るパルス電源の回路図である。It is a circuit diagram of the pulse power supply concerning one embodiment of the present invention. 本発明の比較例に係るパルス電源の回路図である。It is a circuit diagram of the pulse power supply which concerns on the comparative example of this invention. 従来技術に係るパルス電源の回路図である。It is a circuit diagram of the pulse power supply concerning a prior art.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

先ず、図1を参照し、本発明の一実施形態に係るパルス電源1の回路構成および各部の機能等について説明する。   First, with reference to FIG. 1, a circuit configuration of a pulse power supply 1 according to an embodiment of the present invention, functions of each unit, and the like will be described.

パルス電源1は、主電源10、コンデンサ11、補助充電用電源12、スイッチング素子13、リアクトル14、抵抗15、および、制御ユニット20から構成されている。   The pulse power source 1 includes a main power source 10, a capacitor 11, an auxiliary charging power source 12, a switching element 13, a reactor 14, a resistor 15, and a control unit 20.

主電源10および補助充電用電源12は、ともに、パルス電流を発生させる電源であり、コンデンサ11を介して負荷16と接続される。負荷16は、例えば放電管等であり、ノイズ源ともなる。   The main power supply 10 and the auxiliary charging power supply 12 are both power supplies that generate a pulse current, and are connected to the load 16 via the capacitor 11. The load 16 is a discharge tube, for example, and also serves as a noise source.

コンデンサ11は、大まかな制御を行う主電源10、および、細密な制御を行う補助充電用電源12の双方と接続されている。コンデンサ11は、主電源10からの電荷を蓄積するとともに、スイッチング素子13がオンのときに補助充電用電源12からの電荷を蓄積する。当該蓄積された電荷は、負荷16に供給される。   The capacitor 11 is connected to both the main power supply 10 that performs rough control and the auxiliary charging power supply 12 that performs fine control. Capacitor 11 accumulates charges from main power supply 10 and also accumulates charges from auxiliary charging power supply 12 when switching element 13 is on. The accumulated electric charge is supplied to the load 16.

スイッチング素子13は、補助充電用電源12とコンデンサ11との間に設けられている。スイッチング素子13は、IGBT、FET、GTO、サイリスタ、その他任意のスイッチング素子であってよい。   The switching element 13 is provided between the auxiliary charging power source 12 and the capacitor 11. The switching element 13 may be an IGBT, FET, GTO, thyristor, or any other switching element.

リアクトル14と抵抗15とが、互いに並列接続された状態で、スイッチング素子13とコンデンサ11との間に設けられている。スイッチング素子13は、オンの場合、補助充電用電源12と、リアクトル14と抵抗15との並列回路とを接続し、オフの場合、補助充電用電源12と、リアクトル14と抵抗15との並列回路との接続を遮断する。   A reactor 14 and a resistor 15 are provided between the switching element 13 and the capacitor 11 in a state of being connected in parallel with each other. When the switching element 13 is on, the auxiliary charging power source 12 is connected to the parallel circuit of the reactor 14 and the resistor 15. When the switching element 13 is off, the parallel circuit of the auxiliary charging power source 12, the reactor 14 and the resistor 15 is connected. Disconnect from the.

制御ユニット20は、補助充電用電源12およびスイッチング素子13の双方に接続されている。制御ユニット20は、補助充電用電源12から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行う(即ち、補助充電用電源12に対して直接制御信号を送って補助充電用電源12を直接制御する)とともに、スイッチング素子13のオン/オフ制御を行う。   The control unit 20 is connected to both the auxiliary charging power source 12 and the switching element 13. The control unit 20 performs local control so that a constant voltage is output from the auxiliary charging power source 12 (that is, directly controls the auxiliary charging power source 12 by sending a control signal to the auxiliary charging power source 12). ) And on / off control of the switching element 13 is performed.

ここで、抵抗15のみをスイッチング素子13とコンデンサ11との間に設けた場合、補助充電用電源12の電圧とコンデンサ11の電圧とに電位差が生じ得る。
本実施形態では、抵抗15にリアクトル14を並列接続したものを、スイッチング素子13とコンデンサ11との間に設けたことで、上記電位差の発生が抑制される。また、抵抗15の存在により、リアクトル14とコンデンサ11との共振が防止される。
Here, when only the resistor 15 is provided between the switching element 13 and the capacitor 11, a potential difference may be generated between the voltage of the auxiliary charging power supply 12 and the voltage of the capacitor 11.
In the present embodiment, the occurrence of the potential difference is suppressed by providing the resistor 15 connected in parallel to the resistor 15 between the switching element 13 and the capacitor 11. Further, the presence of the resistor 15 prevents resonance between the reactor 14 and the capacitor 11.

上述したように、本実施形態のパルス電源1によると、主電源10と補助充電用電源12とを備えた構成において、制御ユニット20が、補助充電用電源12から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、スイッチング素子13のオン/オフ制御を行う。これにより、負荷16側からの伝導ノイズが補助充電用電源12に直接侵入することが防止され、補助充電用電源12に侵入するノイズを低減することができる。
また、本実施形態によると、スイッチング素子13とコンデンサ11との間に、リアクトル14と抵抗15とを並列接続した並列回路が介装しているため、負荷16側からの伝導ノイズが、補助充電用電源12に到達する前に、リアクトル14および抵抗15のフィルタ効果によって減衰されることになる。したがって、補助充電用電源12に侵入するノイズをより低減することができる。
さらに、本実施形態の構成の場合、コンデンサ11側のドロッパ制御が不要となり、コンデンサ11の充電電圧の精度が分圧器およびドロッパ制御の精度に左右されてしまうという問題が解消される。したがって、コンデンサ11の充電電圧の精度を安定化させることができる。
As described above, according to the pulse power source 1 of the present embodiment, the control unit 20 outputs a constant voltage from the auxiliary charging power source 12 in the configuration including the main power source 10 and the auxiliary charging power source 12. In addition to performing local control, on / off control of the switching element 13 is performed. Thereby, the conduction noise from the load 16 side is prevented from directly entering the auxiliary charging power source 12, and the noise entering the auxiliary charging power source 12 can be reduced.
Moreover, according to this embodiment, since the parallel circuit which connected the reactor 14 and the resistance 15 in parallel is interposed between the switching element 13 and the capacitor | condenser 11, the conduction noise from the load 16 side is auxiliary charge. Before reaching the power source 12, it is attenuated by the filter effect of the reactor 14 and the resistor 15. Therefore, noise entering the auxiliary charging power source 12 can be further reduced.
Furthermore, in the case of the configuration of the present embodiment, the dropper control on the capacitor 11 side becomes unnecessary, and the problem that the accuracy of the charging voltage of the capacitor 11 depends on the accuracy of the voltage divider and the dropper control is solved. Therefore, the accuracy of the charging voltage of the capacitor 11 can be stabilized.

次いで、図2を参照し、本発明の比較例に係るパルス電源100の回路構成および各部の機能等について説明する。   Next, with reference to FIG. 2, a circuit configuration of a pulse power supply 100 according to a comparative example of the present invention, functions of each unit, and the like are described.

パルス電源100は、主電源10、コンデンサ11、補助充電用電源12、スイッチング素子13、および、制御ユニット20から構成されている。即ち、本比較例に係るパルス電源100は、上述の実施形態のパルス電源1から、リアクトル14と抵抗15との並列回路を除いたものに相当する。ここで、上述の実施形態と同じ構成要素については、同じ参照番号を付して説明を省略する。   The pulse power supply 100 includes a main power supply 10, a capacitor 11, an auxiliary charging power supply 12, a switching element 13, and a control unit 20. That is, the pulse power supply 100 according to this comparative example corresponds to the pulse power supply 1 of the above-described embodiment except for the parallel circuit of the reactor 14 and the resistor 15. Here, the same constituent elements as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本比較例のパルス電源100によると、制御ユニット20が、補助充電用電源12から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、スイッチング素子13のオン/オフ制御を行うことはできるが、リアクトル14と抵抗15との並列回路によるフィルタ効果を得ることはできない。そのため、本比較例では、上述の実施形態と同様の効果(補助充電用電源12に侵入するノイズを低減し、かつ、コンデンサ11の充電電圧の精度を安定化させるという効果)を十分に得ることができない。   According to the pulse power supply 100 of this comparative example, the control unit 20 can perform local control so that a constant voltage is output from the auxiliary charging power supply 12 and can perform on / off control of the switching element 13. The filter effect by the parallel circuit of the reactor 14 and the resistor 15 cannot be obtained. Therefore, in this comparative example, the same effect as the above-described embodiment (an effect of reducing noise entering the auxiliary charging power source 12 and stabilizing the accuracy of the charging voltage of the capacitor 11) can be sufficiently obtained. I can't.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更が可能なものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made as long as they are described in the claims.

なお、本発明は、電子ビームや陽子ビームを扱う加速器などに給電するためのパルス電源の他、パルス電流を発生させる任意のパルス電源に適用可能である。   The present invention is applicable to any pulse power source that generates a pulse current in addition to a pulse power source for supplying power to an accelerator that handles an electron beam or a proton beam.

1 パルス電源
10 主電源
11 コンデンサ
12 補助充電用電源
13 スイッチング素子
14 リアクトル
15 抵抗
16 負荷
20 制御ユニット
1 Pulse Power Supply 10 Main Power Supply 11 Capacitor 12 Auxiliary Charging Power Supply 13 Switching Element 14 Reactor 15 Resistance 16 Load 20 Control Unit

Claims (1)

主電源と前記主電源とは別個に設けられた補助充電用電源とによりコンデンサを所定の充電電圧で充電するパルス電源において、
前記補助充電用電源に接続され、前記補助充電用電源から出力された電圧をスイッチングするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と前記コンデンサとの間に介装された、リアクトルと抵抗とを並列接続した並列回路と、
前記補助充電用電源から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行う制御ユニットと、
を備えたことを特徴とする、パルス電源。
In a pulse power source that charges a capacitor at a predetermined charging voltage by a main power source and an auxiliary charging power source provided separately from the main power source,
A switching element connected to the auxiliary charging power source and switching a voltage output from the auxiliary charging power source;
A parallel circuit interposed between the switching element and the capacitor, in which a reactor and a resistor are connected in parallel;
A control unit that performs local control so that a constant voltage is output from the auxiliary charging power source, and performs on / off control of the switching element;
A pulse power source characterized by comprising:
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