JPH01136557A

JPH01136557A - 加速電源装置の保護回路

Info

Publication number: JPH01136557A
Application number: JP62293155A
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
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JP2565943B2

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ｉ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ば短絡状態となることがあ
υ、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３図に示すような構成
となっている。第３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〔たとえばダートターンオ
フサイリスタ（ＧＴＯ）〕３１１．３１２・・・３１ｎ
と、この各半導体スイッチ３１１，３１２・・・３１Ｈ
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・・・３１ｎを制御
回路４０よｐオン・オフ制御することで負荷１８への過
渡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によ多負荷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）　）　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６
０と並列に接続されるダイオード６１は、負荷電流し中
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４図は従来の制御回路４０を示す構成図であシ、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３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、
４１１，４１２・・・４１ｎは電圧比較器、４２１，４
２２・・・４２ｎは、電圧比較器４１１，４１２．４１
ｎのそれぞれ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、
自動制御し、電圧比較器４１１゜４１２・・・４７ｎに
指令値４０１人を与える。電圧比較器４１１．４１２・
・・４１ｎ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和尚するきざ
みで、重みを付けて、動作値が与えらｎる。

第５図（ａ）は、指令値４０ＩＡと、半導体スイッチ３
１１．３１２・・・３１ｒｈのそれぞれの状態を示した
ものである。第５図（ｂ）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４０１ｋが小、従って第３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４０１人が小になシ、時刻ｔ、にな
ると、電圧比較器４１１の動作値Ｘ１に達し電圧比較器
４１１が半導体スイッチ３１１へオン指令を与える。４
０１にの出力が動作値Ｘ３未満であれば、半導体スイッ
チ３１１がオン状態にあるだけで、他の半導体スイッチ
は全て、オフ状態にある。次に、指令値４０１人が更に
小となシ、時刻１．になると電圧比較器４１２の動作値
Ｘ、に達し、電圧比較器４１２は、半導体スイッチ３１
２にオン指令を与える。このときは、半導体スイッチ３
１１，３１２がオン状態他はオフ状態となる。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
よシ、第３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・・・ＪＪｎ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２
３ｋ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３
２１，３２２・・・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負荷への悪影響、
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］（問題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ｎ、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
圧分担素子を備えた加速電源装置において、前記負荷に
流れる電流を検出する電流検出回路と、この電流検出回
路の出力を積分する積分器と、該積分器の出力が所定値
に達した際に前記半導体スイッチを一斉に駆動する回路
を有するようになっている。

（作用）この結果、直流変流器の出力電流の積分値が所定以上に
なると半導体スイッチがオンされるようになシ、負荷へ
の悪影響、電圧分担素子の破壊を防止するこ、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３図と同一部分には同一符号を付すＯ第１図において、１１はサイリスタスイッチ、１２は変
圧器、１３は整流器、１４は平滑用コンデンサ、３０は
電圧制御回路、５０は第２半導体スイッチ、６０はリア
クトル、６１は負荷電流しゃ断時リアクトルに流れてい
る電流を還流させるダイオード、１８は負荷、１９は出
力電圧設定器、４１は電圧制御回路３０の制御回路であ
る。

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５００を制御回路４１
に入力する。いま負荷１８が短絡し、第２の半導体スイ
ッチがオフすると負荷電流がしゃ断され、平滑用コンデ
ンサ１４の電圧は、変圧器１２のインダクタンスに貯え
られたエネルギー分だけ上昇する。

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、図中１９は出力電圧設定器、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３
図と同一の機能を有するので説明は省略する。又４０１
は電圧誤差増幅器、４１１．４１２・・・４１ｎは電圧
比較器、４２１゜４２２・・・４２ｎは電圧比較器４１
１，４１２・・・４１Ｈのそれぞれ動作値を決める設定
器で第４図と同一の機能を有するので説明は省略する。

制御回路４１の構成において、５０１は出力電流を積分
する積分器、５０２ｆ′ｉ比較器、５０３は比較器５０
２の動作値を決める設定器、５１１，５１２・・・５１
ｎはＯＲ回路である。

制御回路４１の動作原理を説明する。ただし第４図と同
一機能を有するものは説明を省略する。

本回路において、出力電流を検出する直流交流器５１よ
シの電流信号ＳＯＯを受け、積分器５０１は出力電流を
積分する。比較器５０２は、設定器５０３より、電圧分
担素子３２１．３２２・・・３２ｒｓ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または入
力電圧信号２３ｋに不具合が発生し、電圧分担素子３２
１，３２２・・・３２Ｈに常時電圧が印加状態となった
としても出力電流を検出し、ある電流・時間積以上にな
ると全ての第１の半導体スイッチ３１１，３１２・・・
３１ｎをオンさせ、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。

［発明の効果］以上から明らかなように本発明によれば、半導体スイッ
チの入力側直流電圧と基準電圧とを比較する回路と出力
電流の電流・時間積を検出する回路のＯＲをとることで
、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保膜回路を提供出来る。

【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構成図、第３図は従来装置の構成
図、第４図は第３図の制御回路の具体的構成図、第５図
は第３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・・・整流器、１４・・・平滑用コンデンサ、１７・
・・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、５０１・・・積分器、５０２・・・比較器。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第（ａ）５図（ｂ） ’ｈｔ２ｔ３ｔ

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
子を備えた加速電源装置において、前記負荷に流れる電
流を検出する電流検出回路と、この電流検出回路の出力
を積分する積分器と、該積分器の出力が所定値に達した
際に前記半導体スイッチを一斉に駆動する回路を具備し
たことを特徴とする加速電源装置の保護回路。