JPH01252164A

JPH01252164A - 電磁石電源装置

Info

Publication number: JPH01252164A
Application number: JP7693788A
Authority: JP
Inventors: Noriko Kawakami; 紀子川上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1989-10-06

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）本発明は電子あるいは陽子などを、高エネルギーに加速
するための加速器用電磁石等に使用する電磁石電源装置
に関するものである。

（従来の技術）超ＬＳＩの微細加工用光源としてシンクロトロン放射光
を得るためや、素粒子物理学の研究のために、電子、あ
るいは陽子などを高エネルギーに加速する加速器が用い
られるようになってきた。

加速器では、各電磁石コイルに接続した定電流電源の出
力電流を制御して、所望の磁場を発生させ、電子あるい
は陽子などの軌道を制御する。この様な加速器で使用さ
れる電磁石電源には広範囲の電流値で高精度の制御を要
求される。たとえば定格の２％〜１００％の範囲で±Ｉ
　Ｘ　１０”の精度を要求されるシステム４，６ル。

この様な要求を満たす回路の一つとして第４図に示すも
のがある。第４図において１は交流母線、２は整流器用
変圧器、３は交流を所望の直流に変換する制御整流器、
４はリアクトル、５はコンデンサ、６はリアクトル４、
コンデンサ５によって平滑された制御整流器３の直流出
力電圧を電子レベルの電圧に変換する分圧器、７は制御
整流器の直流出力電圧を高速に入／切し負荷電流を高速
、高精度に制御するチョッパ回路、８はチョッパ回路７
がオフ時に負荷電流を還流させるダイオード、１０は負
荷である電磁石コイル、１１はコイル電流全検出する直
流電流検出器、１２は制御整流器３の出力電圧の基準設
定器、１３は基準設定器１ｚの出力と分圧器６で検出さ
れた直流電圧との差を入力し、その差が零となるように
制御する定電圧制御回路、１４は定電圧制御回路１３か
らの制御信号に応じて制御整流器３の点弧角を決定する
点弧制御回路、１５は点弧制御回路からのパルスに応じ
て制御整流器にパルスを供給するノ！ルスアンプ回路、
１６はコイル電流の基準設定器、１７は基準設定器１６
の出力と直流電流検出器ノ１によって検出されたコイル
電流との差を入力してその差が零となる様に制御する定
電流制御回路、１８は定電流制御回路１７からの制御信
号に応じてチョッパ７の通電幅を決定するパルス幅変調
回路、１９はパルス幅変調回路１８のオンオフ指令に基
すぎチョッパ量をドライブするドライバ回路である。

第４図に示す回路は次の様に運転される。まず、電流立
ち上げに必要な電圧及び定格電流時の抵抗ドロップ電圧
を十分供給できる電圧を電圧基準設定器１２にて設定し
、制御整流器３を運転する。

直流電圧が十分確立した時点で、定電流制御系を運転し
、パルス幅制御にて高速の電流制御を行う。

（発明が解決しようとする課題）大容址の電源ではチョッ−４′２は高速スイッチング素
子を多数並列して構成する。スイッチング素子の過電圧
防止用コンデンサ９も素子の並列数に比例して大きくな
る。素子並列数が増し、コンデンサ９の容量が大きくな
ると、チョッパ７をオフした時のコンデンサ９の充電時
間が長くかかり、負荷に必要以上に電圧が印加される現
象が発生する。

例えばチョッパ７が１００ＯＡ定格で１００　ｋＨｚで
変調する場合を考える。スイッチング素子が１ＯＡ定格
とすると最低１００並列以上になる。

スイッチング素子１個に対して過電圧防止用コンデンサ
を０．０１μＦをとりつけると１００並列ではｌμＦと
なる。整流器出力電圧が１５０ｖ、出力電流が定格の２
％、つ’１）２ｏＡの時のチヨッｔ！各部の動作波形を
第５図に示す。チョッ、Ｊｌ　）ｆ　　）信号は第５図
（、）に示すように１０μＳ毎に１μＢのオン信号を出
力している。チョッパダート信号がオフしてから、チョ
ッパ両端のコンデンサが整流器出力電圧の１５０ｖまで
充電する時間ｔは以下の式％式％従って、コンデンサ両端電圧は第５図（ｂ）に示すよう
にチョッパのケ９−ト信号がオフしてから７．５μｓ後
に整流器出力電圧１５０ｖに達する波形となシ、負荷電
圧は出力電流が１００ＯＡの時の波形に比べ、ハツチン
グ部分だけ多い波形となっている。

第５図（Ｃ）の電圧波形は平均電圧にすると約７０Ｖと
なる。チョッ／ゼのダート信号は素子のスイッチング能
力の関係で１μ８以下にすることは困難なため、出力電
流が２％の領域では負荷電圧の可変範囲は７０Ｖ〜１５
０ｖと狭くなり、電流制御が不可能となってしまう。

前述のように、電流の小さい領域ではスイッチング素子
両端の過電圧防止用コンデンサの充電時間のために、不
要な電圧が負荷にかかり、電流が制御できなくなる。

本発明の目的は前述した不具合を解消し、電流の小さい
領域での制御が可能な電磁石電源を提供することにある
。

［発明の構成］（課題を解決するための手段う本発明は前記課題を解決するために交流電圧を直流電圧
に変換する整流器と該整流器によって変換された直流電
圧を・ぐルス巾制御して負荷コイルに流れる電流を制御
する定電流制御系を備え次チョッパ回路から成る電磁石
電源装置において、前記チョッパ回路の出力パルス巾指
令値が所定値以下であるか否かを判別する手段と、当該
手段によってチョッパ回路の出力ノクルス巾指令値が所
定値以下であると判断されたとき、前記チョッパや回路
の変調周波数を低下させる手段とを具備したことを特徴
とする特（作用）前述の様に、チョッパ回路のパルス巾指令値が所定値以
下となった場合にはチョッ／４’回路の変調周波数を下
げることによシチョッパ回路の出力電圧を低下させるこ
とができ、電流の低い領域での制御が可能となる。

（実施例）本発明の一実施例を第１図に示す。第１図において、第
４図と同一の要素は同一の符号とし説明を省略する。２
１は定電流回路１７から出力されるテヨッパノクルス巾
指令値５１とチョッノＪ？のスイッチング能力の限界か
ら設定される最小・母ルス巾設定器２２の設定値とを比
較する比較器、２３は比較器２１の出力で制御され、ノ
膏ルス巾指令値が最小ノ９ルス巾よシ大きい時は開、小
さい時は閉となるスイッチ、２４はパルス巾変調回路１
８の変調周波数を決める電圧制御発振器、２５は通常の
変調周波数を設定する設定器、２６はパルス巾指令値に
応じて下げるべき周波数を演算する演算器である。

第１図、第２図及び第３図を用いて本発明の作用につい
て鮮明する。

前述した如く電流の小さい領域では過電圧防止用コンデ
ンサ９への充電のために不要電圧が印加されるが、その
場合、負荷電流は電流基準を超えて流れてしまう。

すると定電流制御回路１７は出力電圧を小さくする様に
出力パルス幅指令値を小さくする。従来回路においては
出力パルス巾指令値が素子のスイッチング能力の限界ま
で小さくなっても、出力電流が２ＯＡのときは約７０　
（Ｖ）の電圧が印加され、例えば必要電圧が約３５Ｖで
ある場合は、制御不能の状態となっていた。

しかし、本発明では、第２図に示す様に出力パルス幅指
令値が最小パルス巾設定値を超えて小さくなった場合は
、スイッチ２３がオンし、変調周波数設定器の値から演
算器２６にて演算された値を減じ、電圧制御発振器２４
の発振周波数を下げる。

例えば、必要負荷電圧が約３５　（Ｖ）の場合でも、出
力電流２０　（Ａ）のとき、第３図（、）に示す如く、
変調周波数が５０　ｋＨｚ　（周期２０μＢ＠ｅ　）に
なれば、過電圧防止用コンデンサへの充電のために印加
される電圧も含めて平均電圧的３５ｖとすることができ
、電流制御が可能となる。

一方、出力電流値が１００ＯＡで、過電圧防止用コンデ
ンサへの充電時間が問題とならない場合は。

・セルス巾指令値５１は定電流制御回路の働きで増え、
最小パルス巾設定値を越えるため、スイッチ２３がオフ
し、周波数設定器２５にて設定された本来の変調周波数
による変調となり、第３図（ｂ）に示す出力電圧波形と
なる。

［発明の効果］以上説明のように、本発明によれば交流電圧を直流電圧
に変換する整流器と該整流器によって変換された直流電
圧をパルス巾制御して負荷コイルに流れる電流を制御す
る定電流制御系を備え次チョノ・母回路から成る電磁石
電源装置において、前記チョッパ回路の出力・ぜルス幅
指令値が所定値以下であるか否かを判別する手段と、当
該手段によってチョッパ回路の出力パルス巾指令値が所
定値以下であると判断されたとき前記チョッノや回路の
変調周波数を低下させる手段とを具備したことによシ、
出力電流の小さい領域で過電圧防止用コンデンサの充電
による不要電圧が発生しても、電流制御ができる電磁石
電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図、
第３図は本発明の動作の一例を示す動作説明図、第４図
は従来の電磁石電源装置を示す回路構成図、第５図は従
来の電磁石電源の動作波形の一例を示す図である。１・・・交流母線、２・・・電流器用変圧器、３・・・
制御整流器、４・・・リアクトル、５・・・コンデンサ
、６・・・分圧器、７・・・チョッパ回路、８・・・過
電圧防止用コンデンサ、９・・・ダイオード、１０・・
・負荷コイル、１１・・・直流電流検出器、１２・・・
電圧基準設定値、１３・・・定電圧制御回路、１４・・
・点弧制御回路、１５・・・パルスアンプ回路、１６・
・・電流基準設定器、１７・・・定電流制御回路、１８
・・・パルス幅変調回路、１９・・・ドライバ回路、２
０・・・抵抗、２１・・・比較器、２２・・・最小パル
ス幅設定器、２３・・・スイッチ、２４・・・電圧制御
発振器、２５・・・周波数設定器、２６・・・演算器、
５１・・・パルス巾指令値。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦箒１図第２図第３図１０／、Ｉｓ

Claims

【特許請求の範囲】

交流電圧を直流電圧に変換する整流器と該整流器によっ
て変換された直流電圧をパルス巾制御して負荷コイルに
流れる電流を制御する定電流制御系を備えたチョッパ回
路から成る電磁石電源装置において、前記チョッパ回路
の出力パルス幅指令値が所定値以下であるか否かを判別
する手段と、当該手段によってチョッパ回路の出力パル
ス巾指令値が所定値以下であると判断されたとき前記チ
ョッパ回路の変調周波数を低下させる手段とを具備した
ことを特徴とする電磁石電源装置。