JPH01164271A - Charged particle accelerating power supply device - Google Patents

Charged particle accelerating power supply device

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JPH01164271A
JPH01164271A JP32145987A JP32145987A JPH01164271A JP H01164271 A JPH01164271 A JP H01164271A JP 32145987 A JP32145987 A JP 32145987A JP 32145987 A JP32145987 A JP 32145987A JP H01164271 A JPH01164271 A JP H01164271A
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JP
Japan
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rectifier
inverter
output
power supply
supply device
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Application number
JP32145987A
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Japanese (ja)
Inventor
Fusao Saito
房男 斎藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH01164271A publication Critical patent/JPH01164271A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve stability and low rippling property, by composing the frequency converter of an input power source, of a rectifier and an inverter, and by controlling the DC output voltage of the rectifier to keep it constant. CONSTITUTION:A charged particle accelerating power supply device is composed of a rectifier 1, an inverter 2, a transformer 3, a rectifier 4, and a short circuit device 5, and power is fed to a load 6. The inverter 2 is controlled to generate the output of alternating current having frequency equal to or higher the frequency of the input power source of the rectifier 1, and is controlled to keep the output voltage of the rectifier 4 constant. When load short-circuit is generated in the output of the rectifier 4, then the inverter 2 is controlled to turn the output of the inverter 2 OFF at a high speed. Besides, the short circuit device 5 is operated so that unnecessary voltage cannot be applied on the load 6 when the output of the inverter 2 is turned OFF. As a result, semi-permanent life can be guaranteed on this device.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は例えば核融合装置における中性粒子入射装置用
の荷電粒子加速用電源装置の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an improvement of a charged particle acceleration power supply device for a neutral particle injection device in, for example, a nuclear fusion device.

(従来の技術) 従来から、例えば核融合装置における中性子粒子入射装
置用の荷電粒子加速用電源としては、最大出力電圧が1
00〜200KVDCのものが実用化されてきている。
(Prior Art) Conventionally, for example, as a charged particle acceleration power source for a neutron particle injection device in a nuclear fusion device, a maximum output voltage of 1
00 to 200 KVDC have been put into practical use.

第4図はこの種の電源装置の構成例を示したものである
。(特願昭6l−169242)第4図において88は
アークチャンバ、8bは第1正電極、8cは第2正電極
、8dは負電極、 8eは接地電極であり、これら8a
〜8eの各要素により本11!源装置の負荷である正イ
オン加速用イオン源が構成されている。一方、9は図示
しない交流電源からの出力を電力変換する交流サイリス
タスイッチ。
FIG. 4 shows an example of the configuration of this type of power supply device. (Patent Application No. 6l-169242) In Fig. 4, 88 is an arc chamber, 8b is a first positive electrode, 8c is a second positive electrode, 8d is a negative electrode, and 8e is a ground electrode.
Book 11 by each element of ~8e! An ion source for accelerating positive ions, which is a load of the source device, is configured. On the other hand, 9 is an AC thyristor switch that converts the output from an AC power supply (not shown) into power.

10はこの交流サリスタスイッチ9からの出力を所定の
大きさに変圧する変圧器、13.23はこの変圧器10
からの出力を直流電圧にそれぞれ整流する整流器、14
.24はこの整流器13.23からの出力電圧をそれぞ
れ計測する分圧器、16.26はバイパスダイオード、
18.28は上記整流器13.23からの出力電圧を入
力とし、定電圧制御機能および高速しゃ断機能をそれぞ
れ有する四極真空管、19.29は上記正イオン加速用
イオン源における第2正電極8Cと接地電極8eとの間
、第1正電1’i8bと第2正電極8cとの間に印加さ
れる電圧をそれぞれ計測する分圧器である。
10 is a transformer that transforms the output from this AC thalistor switch 9 to a predetermined size, and 13.23 is this transformer 10.
rectifiers for rectifying the outputs of the
.. 24 is a voltage divider that measures the output voltage from each of the rectifiers 13 and 23, 16 and 26 are bypass diodes,
18.28 is a tetrode vacuum tube which inputs the output voltage from the rectifier 13.23 and has a constant voltage control function and a high-speed cutoff function, respectively; 19.29 is a grounding terminal connected to the second positive electrode 8C in the ion source for accelerating positive ions; It is a voltage divider that measures the voltages applied between the electrode 8e and between the first positive electrode 1'i8b and the second positive electrode 8c.

かかる構成の中性粒子入射装置用電源装置において、交
流サイリスタスイッチ9は、変圧器10を介して整流器
13および23により整流された直流電圧を分圧器14
および24によりそれぞれ計測し、この計測値をフィー
ドバック制御することにより、整流器13および23の
出力電圧を制御する。また、四極真空管18は分圧器1
9からの出力をフィードバック制御することにより、第
2正電極8Cと接地電極8eとの間の電圧を所望の電圧
値に一定制御する。
In the power supply device for a neutral particle injection device having such a configuration, the AC thyristor switch 9 converts the DC voltage rectified by the rectifiers 13 and 23 via the transformer 10 into the voltage divider 14.
and 24, and the output voltages of the rectifiers 13 and 23 are controlled by feedback control of the measured values. In addition, the tetrode vacuum tube 18 is connected to the voltage divider 1
By feedback-controlling the output from 9, the voltage between the second positive electrode 8C and the ground electrode 8e is constantly controlled to a desired voltage value.

同様に、四極真空管28は分圧器29から出力をフィー
ドバック制御することにより、第1正電極8bと第2正
電極80との間の電圧を所望の電圧値に一定制御する。
Similarly, the tetrode vacuum tube 28 controls the voltage between the first positive electrode 8b and the second positive electrode 80 at a constant voltage value by feedback-controlling the output from the voltage divider 29.

一方、バイパスダイオード16および26は第1正電極
8b、第2正電極8cおよび接地電極8eが完全短絡に
至った時に、四極真空管18および28に整流器13お
よび23の出力電圧以上の過電圧が印加されないように
保護するものである。またこの時、四極真空管18およ
び28は負荷短絡を検出して急速にオフして故障電流を
しゃ断する。なお、アークチャンバ8aおよび負電極8
dにはそれぞれ別の電源が必要であるが、ここではその
説明については省略する。
On the other hand, the bypass diodes 16 and 26 prevent an overvoltage higher than the output voltage of the rectifiers 13 and 23 from being applied to the tetrode vacuum tubes 18 and 28 when the first positive electrode 8b, the second positive electrode 8c, and the ground electrode 8e are completely short-circuited. It is intended to be protected as such. Also at this time, the tetrode vacuum tubes 18 and 28 detect a load short circuit and are quickly turned off to cut off the fault current. Note that the arc chamber 8a and the negative electrode 8
d requires separate power supplies, but their explanation will be omitted here.

ところでこの種の荷電粒子加速用電源装置において従来
から使用されている四極真空管は特別に開発された特殊
な大電力用のもので、その価格が非常に高価であるとと
もに寿命が数千時間と短いため、この種の電源装置の製
作コストとともに運転コストもアップさせるものであっ
た。二〇四極真空管は出力電圧の安定性、低リプル性、
高速オンオフ能力の点で非常にすぐれているものである
が、この種の電源装置の使用目的が負荷の特性調査から
、単なる荷電粒子引出しに重点が移るに従い、この種の
電源装置の出力の安定性、低リプル性および高速オンオ
フ能力のいずれにおいても要求仕様が緩和される方向に
ある。と同時にシステムのコストダウンの要求が強まり
つつある。従って、この四極真空管を使用せずに、かつ
、低コストになるようシステムを構成することが望まし
い。
By the way, the tetrode vacuum tubes conventionally used in this type of charged particle acceleration power supply device are specially developed for high power, and are extremely expensive and have a short lifespan of several thousand hours. Therefore, the production cost and operating cost of this type of power supply device have increased. The 20 tetrode vacuum tube has stable output voltage, low ripple,
However, as the purpose of use of this type of power supply device shifts from investigating load characteristics to simply extracting charged particles, the stability of the output of this type of power supply device is becoming increasingly important. Required specifications are becoming more relaxed in terms of performance, low ripple performance, and high-speed on/off capability. At the same time, demands for reducing system costs are increasing. Therefore, it is desirable to configure the system without using this tetrode vacuum tube and at a low cost.

(発明が解決しようとする問題点) 以上のように、従来の荷電粒子加速用電源装置では、四
極真空管を使用していることからそのコストが高く、寿
命に限度があるとう問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional charged particle acceleration power supply device uses a tetrode vacuum tube, which has the problems of high cost and limited lifespan.

そこで本発明では、半永久的な寿命を有するとともに、
今後のこの種の電源装置の高電圧化を予測して、より経
済的な荷電粒子加速用電源装置を提供することを目的と
するものである。
Therefore, the present invention has a semi-permanent lifespan, and
The purpose of this invention is to provide a more economical charged particle acceleration power supply in anticipation of higher voltages in this type of power supply in the future.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 上記の目的を達成するために本発明では、交流を直流に
変える整流装置と、この整流装置の直流出力を前述交流
の周波数以上の高周波交流に変えるインバータと、この
インバータ出力電圧を変える変圧器と、この変圧器出力
を直流に変える整流器と、この整流器の出力回路にあっ
て負荷と並列に接続された短絡装置により構成する。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention includes a rectifier that converts alternating current into direct current, and an inverter that converts the direct current output of this rectifier into high-frequency alternating current that is higher than the frequency of the aforementioned alternating current. , a transformer that changes the inverter output voltage, a rectifier that changes the output of the transformer into direct current, and a short circuit device that is connected in parallel to the load in the output circuit of the rectifier.

(作用) このような構成の荷電粒子加速用電源装置において、整
流装置とインバータは、入力電源の周波数変換装置を構
成するが、通常インバータ出力の周波数は入力電源以上
の周波数に変換される。同時に、インバータ出力電圧は
、整流器の直流出力電圧を一定に保つように制御される
。これにより、この種の電源出力の安定性、低リプル性
、および高速オンオフ能力を所要の仕様内に制御できる
(Function) In the charged particle acceleration power supply device having such a configuration, the rectifier and the inverter constitute a frequency conversion device for the input power source, and the frequency of the inverter output is usually converted to a frequency higher than that of the input power source. At the same time, the inverter output voltage is controlled to keep the rectifier DC output voltage constant. This allows the stability, low ripple, and fast on/off capability of this type of power supply output to be controlled within the required specifications.

短絡装置は、インバータ出力がオフしている時に整流器
出力端を短絡して、負荷に無用の電圧を印加しないよう
にする。
The short-circuit device short-circuits the rectifier output terminal when the inverter output is off to prevent unnecessary voltage from being applied to the load.

いいかえれば、本発明は前述した四極真空管の定電圧制
御機能と高速オンオフ機能をインバータにより実現させ
て、整流器出力側の直流回路を大幅に削除したものであ
る。
In other words, the present invention realizes the constant voltage control function and high-speed on/off function of the tetrode vacuum tube described above using an inverter, and largely eliminates the DC circuit on the output side of the rectifier.

(実施例) 以下、上述のような考え方に基づく本発明の−実施例に
ついて図面を参照して説明する。
(Embodiments) Hereinafter, embodiments of the present invention based on the above-mentioned idea will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明による荷電粒子加速用電源装置の構成
例を示すものである。すなわち、第1図において1は整
流装置、2はインバータ、3は変圧器、4は整流器、5
は短絡装置、6は第4図における88〜8eと類似の細
部構造を有する2点入力の負荷である。
FIG. 1 shows an example of the configuration of a charged particle acceleration power supply device according to the present invention. That is, in FIG. 1, 1 is a rectifier, 2 is an inverter, 3 is a transformer, 4 is a rectifier, and 5 is a rectifier.
6 is a short circuit device, and 6 is a two-point input load having a detailed structure similar to 88 to 8e in FIG.

かかる如く構成した荷電粒子加速用電源装置において、
インバータ2は整流装置lの入力電源の周波数以上の周
波数を有する交流を出力するように制御されるとともに
、整流器4の出力電圧を一定にするよう制御される。ま
た、整流器4が出力中に負荷6内で短絡が発生した場合
には、整流器4の出力電圧あるいは出力電流等の変化を
検出して、インバータの出力を高速にオフするようにイ
ンバータ2は制御される。短絡装置5は、インバータ2
の出力がオフしている時に負荷6に無用の電圧を印加し
ないように運転される。
In the charged particle acceleration power supply device configured as described above,
The inverter 2 is controlled to output an alternating current having a frequency higher than the frequency of the input power source of the rectifier 1, and is also controlled to keep the output voltage of the rectifier 4 constant. In addition, if a short circuit occurs in the load 6 while the rectifier 4 is outputting, the inverter 2 detects a change in the output voltage or output current of the rectifier 4 and controls the inverter output to be turned off at high speed. be done. The short circuit device 5 connects the inverter 2
It is operated so as not to apply unnecessary voltage to the load 6 when the output of the load 6 is off.

従って荷電粒子加速用電源装置を従来のような四極真空
管を使用せずに比較的安価な半導体機器等で構成できる
ため、半永久的な寿命を持たせることができ、かつ整流
器4の出力側の回路を大幅に削除できたので極めて経済
的なシステムを構成することができる。
Therefore, since the charged particle acceleration power supply device can be constructed from relatively inexpensive semiconductor devices without using a conventional tetrode vacuum tube, it can have a semi-permanent life, and the circuit on the output side of the rectifier 4 Since it is possible to eliminate a large amount of information, it is possible to construct an extremely economical system.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、次のようにしても実施することができるものである
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, but can also be implemented as follows.

(a)  第2図は1本発明による荷電粒子加速用電源
装置の他の実施例を示したものであり、第1図と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。すなわち、第2図は第1
図における短絡装置5を抵抗器7に変えた場合を示すも
のである。
(a) FIG. 2 shows another embodiment of the charged particle acceleration power supply device according to the present invention, and the same parts as in FIG. Now, I will only discuss the different parts. In other words, Figure 2 is the same as Figure 1.
This shows a case where the short circuit device 5 in the figure is replaced with a resistor 7.

この場合、抵抗器7はインバータの出力がオフした瞬間
から、スペースチャージ等による残留電圧を急速に放電
させて、負荷6に無用の電圧を印加させないように作用
するのでこのように構成しても、経済的にシステムを構
成できる。
In this case, the resistor 7 quickly discharges the residual voltage caused by space charge etc. from the moment the inverter output is turned off, and acts to prevent unnecessary voltage from being applied to the load 6. , the system can be configured economically.

(b)  第3図は、本発明による荷電粒子加速用電源
装置の他の実施例を示したものであり、第1図と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。すなわち、第3図は第1
図における整流装置1〜短絡装置5をもう1セット設け
、同一機能を有する第1図記載の部分番号にダッシュを
付けて表わした。 この時、整流器4の一端は整流器4
′の一端と接続されると同時に、第4図記載の8a〜8
eと同じ構造を有する負荷8にも接続して構成したもの
である。負荷の入力端子が増えた場合には、かがる第3
図の実施例の如く構成することにより、第2図と同様に
、より経済的なシステムを構成できる。
(b) FIG. 3 shows another embodiment of the charged particle acceleration power supply device according to the present invention, and the same parts as in FIG. Now, I will only discuss the different parts. In other words, Figure 3 is the same as Figure 1.
Another set of the rectifying device 1 to the shorting device 5 shown in the figure is provided, and the part numbers shown in FIG. 1 having the same functions are indicated by adding a dash. At this time, one end of the rectifier 4 is
At the same time, 8a to 8 shown in FIG.
This configuration is also connected to a load 8 having the same structure as e. If the number of load input terminals increases, the third
By configuring the system as shown in the embodiment shown in the figure, a more economical system can be constructed as in the case of FIG.

(C)  第1図において、インバータ2をGTOサイ
リスタ等の自己消弧形半導体で構成することにより、第
1図記載の実施例より、高速なインバータ2の出力が可
能で、かつ、第1図記載の実施例と同様に経済的なシス
テムを構成できる。
(C) In FIG. 1, by configuring the inverter 2 with a self-extinguishing semiconductor such as a GTO thyristor, the output of the inverter 2 can be faster than in the embodiment shown in FIG. An economical system can be constructed similar to the described embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、半永久的な寿命
を有するとともに、今後のこの種の電源装置の高電圧化
に際しても、より経済的な荷電粒子加速用電源装置を提
供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a charged particle acceleration power supply device that has a semi-permanent life and is more economical even when the voltage of this type of power supply device is increased in the future.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による荷電粒子加速用電源装置の一実施
例を示す構成図、第2図および第3図は本発明による荷
電粒子加速用電源装置の他の実施例をそれぞれ示す構成
図、第4図は従来の荷電粒子加速用電源装置を示す構成
図である。 1.1′・・・整流器r1 2.2’・・・インバータ
3.3′・・・変圧器   4,4′・・・整流器5.
5′・・・短絡装置  6,8・・・負荷代理人 弁理
士 則 近 憲 佑 同  第子丸 健 第3図
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the charged particle acceleration power supply device according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are block diagrams showing other embodiments of the charged particle acceleration power supply device according to the present invention. FIG. 4 is a configuration diagram showing a conventional charged particle acceleration power supply device. 1.1'... Rectifier r1 2.2'... Inverter 3. 3'... Transformer 4, 4'... Rectifier 5.
5'...Short circuit device 6,8...Load agent Patent attorney Noriyuki Chika Ken Yudo Daishimaru Ken Figure 3

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)交流を直流に変える整流装置と、この整流装置の
直流出力を前記交流の周波数以上の高周波交流に変える
インバータと、このインバータの出力電圧を変える変圧
器と、この変圧器の出力を直流に変える整流器と、この
整流器の出力回路にあって負荷と並列に接続された短絡
装置とからなることを特徴とする荷電粒子加速用電源装
置。
(1) A rectifier that converts alternating current into direct current; an inverter that converts the direct current output of this rectifier into high-frequency alternating current that is higher than the frequency of the alternating current; a transformer that changes the output voltage of this inverter; and a transformer that changes the output voltage of this transformer into direct current. 1. A power supply device for accelerating charged particles, comprising: a rectifier for converting the voltage into a rectifier; and a short-circuit device connected in parallel with a load in an output circuit of the rectifier.
(2)短絡装置に代えて抵抗器で構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第(1)項記載の荷電粒子加速用電
源装置。
(2) The charged particle acceleration power supply device according to claim (1), characterized in that the short circuit device is replaced by a resistor.
(3)インバータをGTOサイリスタ等の自己消弧形半
導体で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第(1
)項記載の荷電粒子加速用電源装置。
(3) Claim No. 1 (1) characterized in that the inverter is constructed of a self-extinguishing semiconductor such as a GTO thyristor.
) A power supply device for accelerating charged particles as described in item 2.
JP32145987A 1987-12-21 1987-12-21 Charged particle accelerating power supply device Pending JPH01164271A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5630300A (en) * 1979-08-17 1981-03-26 Mitsubishi Electric Corp Acceleration power supply

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