JPH01122364A - 加速電源装置の保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は核融合装置の中性粒子入射装置などに用いられ
る加速電源装置の保護回路に関するものである。

（従来の技術） 中性粒子入射装置用加速電源装置は、プラズマ化された
気体中のイオンを加速し、途中でこれを中性化したもの
を他のプラズマ等に入射するだめのイオン加速用の高電
圧直流電源装置である。

負荷であるイオン源はしばしば短絡状態となることがあ
り、加速電源装置は、短絡を検出して高速にしゃ断する
機能を有することが必要となる。

従来の加速電源装置の主回路は第４図に示すような構成
となっている。第４図において、１１はサイリスタスイ
ッチ、１２は昇圧変圧器、１３は整流器、１４は平滑用
コンデンサ、１７Ａは入力測置流分圧器、１９は出力電
圧の設定器であり、平滑用コンデンサ１４と負荷１８と
の間に設けられた電圧制御回路３Ｑは、直列接続される
複数の第１の半導体スイッチ［たとえばｙ−トターンオ
フサイリスタ（ＧＴＯ）　］　３１１　、３１２−３１
　ｎと、この各半導体スイッチ３１１，３１２・・・７
１ｎにそれぞれ並列接続される電圧分担素子［たとえば
非線型抵抗器］３２１，３２２・・・３２ｎから成り、
前記第１の半導体スイッチ３１１，３１２・・・３　Ｉ
ｎを制御回路４０よりオン・オフ制御することで負荷１
８の過度時の電圧を制御する。定常時の電圧はサイリス
タスイッチ１１により負荷１８に印加する電圧を一定に
保つように設定されている。また電圧制御回路３０に直
列接続される第２の半導体スイッチ［たとえばダートタ
ーンオフサイリスタ（ＧＴＯ）　］　］５０は負荷電流
をしゃ断する機能を有する。第２の半導体スイッチ５０
に直列接続されるリアクトル６０は、負荷１８で短絡事
故等が発生した場合の過電流を制御するもので、リアク
トル６０と並列に接続されるダイオード６Ｉは、負荷電
流し中断時にリアクトル６ｏに流れていた電流を環流さ
せ、過電圧の発生を防止するためのものである。

次に、電圧制御回路３０をオン・オフ制御する制御回路
４０について説明する。

第５図は従来の制御回路４０を示す構成図であり、図中
１９は出力電圧の設定器、２２は電圧基準信号２３Ａは
入力電圧信号、３０は電圧制御回路で第４図と同一の機
能を有するので説明は省略する。４０は制御回路で、そ
の構成について述べると、４０１は電圧誤差増幅器、４
１１，４１２・・・４１ｎは電圧比較器、４２１．４２
２・・・４２ｎは、電圧比較器４１１，４１２．４Ｉｎ
のそれぞれの動作値を決める設定器である。

かかる構成においてその動作原理を説明すると、電圧誤
差増幅器４０１は、設定器１９から送られてきた電圧基
準信号２２と入力電圧信号２３にとが等しくなるように
自動制御し、電圧比較器４１１゜４１２・・・４１ｎに
指令値４０１Ａを与える。電圧比較器４１１，４２１・
・・４１ｎへは、設定器４２１゜４２２・・・４２ｎに
よりそれぞれ、電圧分担素子の分担電圧に相当するきざ
みで、重みを付けて、動作値が与えられる。

第６図（ａ）は指令値４θＩＡと、半導体スイッチ３１
１．３１２・・・３１ｎのそれぞれの状態を示したもの
である。第６図（ｂ）は時刻ｔと指令値４０１にの変化
を示した１例である。即ち、時刻ｔの経過とともに、指
令値４０１人が小、従って第４図に示す負荷１８の印加
電圧を一定にする場合を例にとると、時刻ｔの経過とと
もに、指令値４θ７Ａが小になり、時刻ｔ１になると、
電圧比較器４１ノの動作値Ｘ、に達し、電圧比較器４１
ノが半導体スイッチ３１１へオン指令を与える。４０１
人の出力が動作値Ｘ７未満であれば、半導体スイッチ３
１１がオン状態にあるだけで、他生導体スイッチは全て
オフ状態にある。

次に、指令値４０１Ａが更に小となり、時刻ｔ。

になると電圧比較器４１２の動作値Ｘ、に達し、１１を
圧比較器４１２は半導体スイッチ３１２にオン指令を与
える。このときは、半導体スイッチ３１１゜３１２がオ
ン状態の他はオフ状態となる。

（発明が解決しようとする問題点） このように指令値４０１人の減少とともに順次半導体ス
イッチ３１１，３１２・・・３１ｎへオン指令を与える
ことにより、第４図に示す負荷１８の印加電圧を一定に
制御することが出来るが下記のような問題があった。

基準電圧信号２２と入力電圧信号２３ｋを比較し、第１
の半導体スイッチ３１１，３１２．・・・３１ｎをオン
・オフさせているが、電圧信号２２または比較器４０１
から比較器４１１〜４１ｎに至る径路に不具合が生じる
と第１の半導体スイッチ３１１゜３１２・・・３１ｎが
オフ状態となり、電圧分担素子３２１．３２２・・・３
２ｎに電流が流れ続け、電圧分担素子３２１，３２２・
・・３２ｎが破壊する。

本発明の目的は、以上の点に鑑みなされたもので、電圧
分担素子を破壊から防止することが出来る加速電源の保
護回路を提供することにある。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明はこの目的を下記の構成によりて達成するように
したものである。直列接続された複数の第１の半導体ス
イッチ群の入力側と出力側に直流分圧器を設け、該直流
分圧器よりの電圧信号より直列接続された第１の半導体
スイッチ群の電圧降下を検出する手段と、前記電圧分担
素子の制限電圧に対応した信号と電圧制御回路に流れる
電流に対応した信号とを乗算する乗算手段と、この乗算
手段の出力信号を積分する積分手段と、この積分手段の
出力信号が予め定められた設定値を超えた場合に第１の
半導体スイッチ群を全て一斉に点弧する手段を具備した
ことを特徴とする。

（作用） 上記した本発明の構成によれば、電圧制御回路を構成す
る複数の電圧分担素子のうち１個でも動作している場合
は、電圧分担素子の制限電圧に対応した信号と該素子に
流れる電流に対応した信号を乗算し、これを積分した値
が電圧分担素子に許容される値を超えると全ての第１の
半導体スイッチを一斉に点弧するようにしたので、制御
信号系の不具合等はよる電圧分担素子の破壊を防止出来
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

尚第４図と同一部分には同一符号を付して説明は省略す
る。

第１図において、第２の半導体スイッチ５０とリアクト
ル６０の間に直流変流器５１を設け、その電流信号ＳＯ
Ｏを制御回路４１に入力する。また電圧制御回路３０の
出力側に直流分圧器Ｊ７Ｂを設け、その電圧信号２３Ｂ
を制御回路４１に入力する。

第２図は、制御回路４１の具体的一実施例を示す構成図
であり、第４図及び第５図と同一の機能を有するものは
同一符号を付して説明を省略する。

第２図の制御回路４１の構成において、−５８は比較器
、５７は比較器５８の動作値を決める設定器、５６は比
較器５８の動作によって開閉するアナログスイッチ、５
９は電圧分担素子１コ当りの制限電圧に等しい電圧信号
を出力するだめの設定器、５２１は電圧調整回路３０の
出力電流信号ＳＯＯと設定器５９の電圧信号の積をとる
掛算器。

５３１は積分器、５５１は比較器、５４１は比較器５５
１の動作値を決める設定器、５１１，５１２゜・・・５
１ｎはＯＲ回路である。

次に制御回路４１の動作原理を説明する。本回路におい
ては出力電流を検出する直流変流器５１より電流信号５
θＯを受はアナログスイッチ５６の入力端子に入力され
る。また、入力側直流分圧器Ｊ７Ａの入力電圧信号２３
にと出力側直流分圧器１７Ｂの出力電圧信号２３Ｂとの
差電圧すなわち電圧調整回路３０の電圧降下量を比較器
５８に入力する。ここで比較器５８へは設定器５７によ
り第１の半導体スイッチ１個当り（例えば３１１）に並
列接続されている電圧分担素子（例えば３２１）の制限
電圧相当の動作値が与えられている。アナログスイッチ
５６は比較器５８が動作した時のみ接点を閉じ電流信号
５００を掛算器５２１の一方の入力端子に送る様に接続
する。。すなわち、第１の半導体スイッチ３１１〜３１
ｎまでのうちいずれか１つ以上がオフしている時に電流
信号５００が掛算器５２１へ入力される。掛算器５２１
のもう一方の入力端子には設定器５９により電圧分担素
子１個当りの制限電圧相当が入力される。掛算器５２１
の出力信号は、積分器５３ノに入力される。

従って、積分器５３１は電圧制御回路３０内の電圧分担
素子３２１〜３２ｎのうちで最もエネルギーを多く吸収
している電圧分担素子の吸収エネルギー量を検出してい
ることになる。比較器５５１へは設定器５４１より電圧
分担素子１個当りの耐エネルギー相当の動作値が与えら
れる。

ここで、基準信号２２又は比較器４０１から比較器４１
１〜４１ｎに至る径路に不具合が発生し電圧分担素子３
２１〜３２ｎのうちいずれか１つにでも常時電圧が印加
状態となったとしても、出力電流信号ＳＯＯと電圧分担
素子１個当りの制限電圧から電圧分担素子３２１〜３２
ｎのうちで最も多くのエネルギーを吸収している電圧分
担素子の吸収エネルギーを計算し、任意のエネルギー以
上となると、第１の半導体スイッチ３１１〜３１ｎを一
斉にオンさせ電圧分担素子に長時間電圧が印加されるこ
とを防止できる。

なお変流器５１は第１の半導体スイッチ３１ｎと第２半
導体スイッチ５０の間においてもよく、さに第１の半導
体スイッチ３１１の入力側もしくは第１の半導体３１１
〜３１ｎの間においてもよい。また設定器５９と掛算器
５２１は適当な増幅率を持つ増幅器でおきかえることも
できる。

第３図は、本発明の他の実施例を示す構成図で制御回路
４１内に比較器５５１の出力信号を任意の時間遅らせる
遅延回路７６とその遅延回路７６の出力と、比較器５８
の出力の椰を求める。

駒回路７０と瓜回路７０の出力と第２の半導体スイッチ
５０のオフ信号８００のＯＲをとるＯＲ回路７１を付加
し、ＯＲ回路７１の出力を新たに第２の半導体スイッチ
のオフ信号とする。

本回路によると、第１の半導体スイッチ３１１〜３１ｎ
の一斉オン信号が発せられても任意の時間経過後電圧調
整回路の電圧降下が、第１の半導体スイッチ１個当りに
並列接続されている電圧分担素子の制限電圧以下となら
ず、電圧分担素子３１１〜３１２のいずれか１つ以上に
エネルギーが注入されつづける様な場合、すなわち第１
の半導体スイッチ３１１〜３１ｎのいずれか１つでもオ
ンしない場合はＯＲ回路７１より第２の半導体スイッチ
をオフすることにより、電圧分担素子３１１〜３１ｎへ
のエネルギー注入を停止し破壊から防止することができ
る。

［発明の効果コ 以上から明らかな様に本発明によれば電圧制御回路を構
成する複数の電圧分担素子のうち１個でも動作している
場合は、電圧分担素子の制限電圧に対応した信号と該素
子に流れる電流に対応した信号を乗算し、これを積分し
た値が電圧分担素子に許容される値を超ると全ての第１
の半導体スイッチを一斉に点弧するようにしたので、制
御信号系の不具合等による電圧分担素子の破壊を防止出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図の制御回路の具体的−例を示す構成の動作状態を説明
するための図である。 １１・・・サイリスタスイッチ、１２・・・変圧器、１
３・・・整流器、１４・・・平滑用コンデンサ、１７Ａ
・・・入力１１１１　Ｕ流分圧器、１８・・・負荷、３
０・・・電圧制御回路、４０・・・制御回路、５０・・
・第２半導体スイッチ、５１・・・直流変流器、６０・
・・リアクトル、５１１．５５１・・・比較器、４２１
．４２ｎ・・・設定器、１９．５４１，５７．５９・・
・設定器、４０１・・・電圧誤差増幅器、２２・・・基
準信号、２３Ａ・・・入力電圧信号、２３Ｂ・・・出力
側電圧信号、３１１〜３１ｎ・・・第１半導体スイッチ
、３２１〜３２ｎ・・・電圧分担素子、４１・・・制御
回路、１７Ｂ・・・入力側直流分圧器、５２１・・・捌
算器、４１１〜４１ｎ・・・電圧比較器、　５１１〜５
１　ｎ−ＯＲ回路、７１−ＯＲ回路、５３１・・・積分
器、５６・・・アナログスイッチ、７６−・・限時回路 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 第　３図 四 【　４１ （ａ）　　　　　　　　　（ｂ） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源と負荷との間に設けられ、前記負荷に加わる電
   圧を制御するための直列接続された複数の第１の半導体
   スイッチと該半導体スイッチに各々並列接続される電圧
   分担素子とで構成された電圧制御回路に直列接続される
   電流遮断機能を持つ第２の半導体スイッチを備えた加速
   電源装置において、前記直列接続された複数の第１の半
   導体スイッチ群の両端に直流分圧器を設け、該直流分圧
   器よりの電圧信号より、直列接続された複数の第１の半
   導体スイッチ群の電圧降下を検出する手段と、前記電圧
   分担素子の制限電圧に対応した信号と前記電圧制御信号
   に流れる電流に対応した信号とを乗算する乗算手段と、
   この乗算手段の出力信号を積分する積分手段と、この積
   分手段の出力信号が予め定められた設定値を超えた場合
   に前記第１の半導体スイッチ群を全て一斉に点弧する手
   段を具備したことを特徴とする加速電源装置の保護回路
   。