JPH01136556A

JPH01136556A - 加速電源装置の保護回路

Info

Publication number: JPH01136556A
Application number: JP62293154A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Watanabe; 和弘渡辺; Masaji Naito; 内藤　正次
Original assignee: Toshiba Corp; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Toshiba Corp; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1987-11-20
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1989-05-29

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た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は
短絡状態となることがあシ、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、Ｊ７Ａは入力側直流分圧器、１９は出力電
圧の設定器であシ、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３０は、直列接続される
複数の第１の半導体スイッチ〔たとえはダートターンオ
フサイリスタ（ＧＴＯ）　）　３１１　、３１２−３　
Ｉ　ｎと、この各半導体スイッチ３１１，３１２・・・
３１ｎ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から成シ
、前記第１の半導体スイッチ３１１，３１２・・・３１
ｎを制御回路４０よジオン・オフ制御することで負荷１
８へ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によシ負荷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
ターンオアサイリスタ（ＧＴＯ）　〕ｓ　ｏ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抑制するもので、リアク
トル６０と並列に接続されるダイオード６１は、負荷電
流しゃ断時にリアクトル６０に流れていた電流を還流さ
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４０ｆ示す構成図であシ、図中
１９は出力電圧の設定器、２２は電圧基準信号、２３に
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　Ｊ　Ｊ　、４１２・・・４１ｎは電圧比較器、４２
１，４２２・・・４２ｒｓは、電圧比較器４１１，４１
２．４１ｎのそれぞれ製作ｉ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、
自動制御し、電圧比較器４１１゜４１２・・・４１ｎに
指令値４０１人を与える。電圧比較器４１１．４１２・
・・４Ｉｎへは、設定器４２１゜４２２・・・４２ｎに
よシそれぞれ、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４０１人と、半導体スイッチ３
１１，３１２・・・３１ｎのそれぞれの状態を示したも
のである。第６回軸）は、時刻ｔと指令値４０１人の変
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
加電圧上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４０１人が小になシ、時刻ｔ１になると
、電圧比較器４１１の動作値Ｘ□に達し電圧比較器４１
１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Ｘ３未満であれは、半導体スイ
ッチ３１ノがオン状ＤＩ／Ｃ１ｙ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
が更にノ」１となシ、時Ｍ　ｔ　！になると電圧比較器
４１２の動作値Ｘ８に達し、電圧比較器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がオン状態他はオフ状態と
なる。このように、指令ｊ庫４０１　Ａ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シ、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２３Ａｆ比較−ζ− し、第１の半導体スイッチ３１１　、３１２・・・３１
ｎをオン・オフさせているが、電圧信号２２または入力
電圧信号２３ｋに不具合が生じると第１の半導体スイッ
チ３１　Ｊ　、３１２・・・３１ｎがオフ状態となシ、
電圧分担素子３２１．３２２・・・３２ｎに電流が流れ
続け、電圧分担素子３２１．３２２・・・３２ｎが破壊
する。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来のものは基準電圧信号と入力電圧信号を
比較し、第１の半導体スイッチをオン・オフさせている
が、電圧信号または入力電圧信号に不具合が生じると第
１の半導体スイッチがオフ状態となシ、電圧分担素子に
電流が流れ続け、電圧分担素子が破壊する欠点があった
。

そこで、本発明の目的とするところは電圧分担素子を破
壊から防止することが出来る加速電源装置の保護回路を
提供するにある。

〔発明の構成〕

（間組点を解決するための手段）本発明は直流電源と負荷との間に設けられ、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半導
体スイッチと該半導体スイッチにそれぞれ並列接続され
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もつ第２半導体スイッチを備えた
加速電源装置において、前記複数の電圧分担素子の電力
損失全検出する手段と、電力損失が所定値を越えている
ことが検出された際に、当該電圧分担素子に並列の第１
の半導体スイッチを閉路する手段を有するようになって
いる。

（作用）この結果、個々の電圧分担素子の電力損失を検出し、電
力損失が所定値を越えると、それに並列の第１半導体素
子が閉路するか或は第２の半導体スイッチが閉路するよ
うになシミ圧分担素子ｔ−破壊から防止することができ
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図の構成において、４１は本発明の制御回路、５１
は電流を計測する直流変流器、１７１゜１７２・・・１
７ｎは第１の半導体スイッチ３１１゜３１２・・・３１
ｎ個々の電圧を計測する直流分圧器、２４１．２４２・
・・２４ｎは直流分圧器１７１゜１７２・・・２７ｎよ
シの電圧信号、５００は直流変流器５１よシの電流信号
である。

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５１ｔ−設け、その電流信号５
００を制御回路４１に入力する。また電圧制御回路３０
内の第１半導体スイッチ３１１゜３１２・・・３１ｎの
個々出力側に直流分圧器１７１゜１７２・・・１７ｎ’
（設け、その電圧信号２４１゜２４２・・・２４ｎｆ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
であシ、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、５２１゜５２２
・・・５２ｎは、各第１の半導体スイッチの電圧と出力
電流とを掛算する掛算器、５３１　、５３２・・・５３
ｎは積分器、５５１．５５２・・・５５ｎは比較器、５
４１．５４２・・・５４ｎは比較器５５１゜５５２・・
・５５ｎの動作値を決める設定器、５１１゜５１２−５
　Ｉ　ｎはＯＲ回路、５６１　、５６２　・・・５６ｎ
は反転回路である。

次に、制御回路４１の動作原理を説明する。本（ロ）路
において、出力電流を検出する直流変流器５２よシミ流
信号５００全受け、掛算器５２１゜５２２・・・５２ｎ
の各一方の端子へ入力される。また入力側直流分圧器Ｊ
７Ａの入力電圧信号２３にと第１の半導体スイッチ３１
１の出力側直流分圧器１７１の電圧信号２４１との差電
圧を掛算器５２１の他一方の端子に入力する。次に電流
信号５００と電圧信号５７１人の積を掛算器５２１よシ
積分器５３１に入力し、第１の半導体スイッチ３１１と
並列に接続されている電圧分担素子３２ノに印加される
エネルギーを検出する。比較器５５ノへは、設定器５４
１より、電圧分担素子３２１の耐エネルギー相当の動作
値が与えられる。他方第１の半導体スイッチ３１２・・
・３１ｎも前記と同様の検出回路を具備している。ここ
で基準信号２２または入力電圧信号２３ｋに不具合が発
生し、電圧分担素子３２１に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３２ノの
両端電圧信号５７１人とを掛算し、任意のエネルギー以
上になると第１半導体スイッチ３１１をオンさせる。他
方の電圧分担素子３２２・・・３２ｎにおいても同様な
不具合が発生すると第１半導体スイッチ３２１・・・３
２　ｎ’ｚオンさせ、電圧分担素子に長時間電圧が印加
されることを防止出来る。

第３図は、本発明の他の実施例であシ、第２図の掛算器
５２１．５２２・・・５２ｎの出力側に比較器７１１，
７１２・・・７Ｊｎ’ｉ設け、電圧分担素子３２１．３
２２・・・３２ｎの耐エネルギー相当の動作［を与える
設定器７２１，７２２・・・７２ｍ及び瓜回路７０を追
加する。電圧分担素子３２１゜３２２・・・３２ｎに規
定１１以上のエネルギーが印加された場合、第２の半導
体スイッチをオフし、電圧分担素子３２１．３２２・・
・３２ｎを破壊から防止する。

〔発明の効果〕

以上から明らかなように本発明によれば、電力損失が規
定値以上である電圧分担素子を検出し、その素子と並列
の第１の半導体スイッチを閉路するかおるいは第２の半
導体スイッチを開路すること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加速電源装置の像
層回路を提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１因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−例を示す構成図、第３図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第４図は従来装置の構成
図、第５図は第４図の制御回路の具体的な一例を示す構
成図、第６図は第４図の動作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・・・変流器、１４・・・平滑用コンデンサ、Ｊ７Ａ
・・・入力側直流分圧器、１８・・・負荷、３０・・・
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、３１１〜３１ｎ・・・第１半導体スイッチ、３
２１〜３２ｎ・・・電圧分担素子、３５・・・電圧制御
回路、４１・・・制御回路、１７１〜１７ｎ・・・直流
分圧器、５２１〜５２ｎ・・・掛算器。出願人代理人　弁理土鈴　法式　彦第６（ａ）（ｂ）ｔ＋　ｔ２ｔ３−ｔ

Claims

【特許請求の範囲】

直流電源と負荷との間に設けられ、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半導体スイッ
チと該半導体スイッチにそれぞれ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
流遮断機能をもつ第２半導体スイッチを備えた加速電源
装置において、前記複数の電圧分担素子の電力損失を検
出する手段と、電力損失が所定値を越えていることが検
出された際に、当該電圧分担素子に並列の第１の半導体
スイッチを閉路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。