JPH04150774A

JPH04150774A - 低リプル電源装置

Info

Publication number: JPH04150774A
Application number: JP27220890A
Authority: JP
Inventors: Noriko Kawakami; 紀子川上; Yukio Watanabe; 幸夫渡辺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1992-05-25

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）本発明は加速器用コイル電源、超電導コイル電源、強磁
場コイル電源などにおいて必要とされる低リプル電源装
置に関するものである。

（従来の技術）近年、加速器や強磁場発生用コイルの様な各種物理実験
用電源として、超安定超低リプルの電源が必要されてい
る。これらの電源はｌＸｌ０−’の安定度とりプル含有
率が要求されるのが一般的である。これらの要求を満足
する電源として、出力電圧範囲が数十Ｖ以下の場合には
、制御整流装置の直流出力側にリプル電流制御用トラン
ジスタを接続した電源が使用される。このような電源は
トランジスタドロッパ方式と呼ばれ、低電圧小容量の範
囲では非常に優れた特性を有する。

しかし電圧が１００ｖ以上、容量が数百１ｗ以上になる
と、トランジスタの容量の関係から非常に不経済となり
実用的でない。

このため、大容量の低リプル電源装置としては、第５図
のブロック図に示すようなアクティブフィルタ方式の低
リプル電源装置が使用されている。

第５図において、１は交流母線、２は整流器用変圧器、
３は交流電圧を直流電圧に変換する制御整流装置、４は
リアクトルとコンデンサ及び抵抗で構成され、主に高次
調波のりプルを除去するパッシブフィルタ、５は電源基
本周波数から高域までリプルを除去するアクティブフィ
ルタ、６は負荷、７は制御整流装置３を制御する点弧角
の基準を検田するための計器用変圧器、１４は計器用変
圧器７の出力を電子レベルの電圧に変換する補助変圧器
、８は制御整流装置３の出力電圧を検出する直流電圧検
出器、１０は電流基準信号５１と電流検出器９で検出し
た直流電流との差を入力して電流を一定に制御する定電
流制御回路（Ａ　ＣＲ）、１１は定電流制御回路１０の
出力と直流電圧検出器８の出力との差を入力してマイナ
ルーブで高速に電圧を制御する定電圧制御回路（ＡＶＲ
）、１２は定電圧制御回路１１のａカと補助変圧器１４
との出力から、点弧槽と点弧タイミングを決定する位相
制御回路（ＰＨＣ）　、１３はパルスアンプ（ＰＡ）で
ある。

第５図において、制御整流装置３が三相全波整流回路で
あれば、制御整流装置３の直流出力側には、電源基本周
波数ｆ。の６倍の周波数（６ｆｏ）成分の高周波リプル
電圧が最も多く含まれ、その他は、制御整流装置３の点
弧角のバラツキによる電源基本周波数ｆ。と同一の周波
数のりプル電圧、交流電圧の３相間の不平衡による電源
基本周波数の２倍の周波数（２ｆｏ）のりプル電圧等が
発生する。これらのりプル電圧のうち６倍の高周波リプ
ル電圧は、パッシブフィルタ４により減衰させ、残りは
、基本波のりプル電圧を含めてアクティブフィルタ５に
よって減衰させる。

第６図にリアクタトランス方式のアクティブフィルタの
ブロック図を示す。第５図と同一要素のブロックは、同
一符号とし、説明は省略する。第６図において、２１が
リアクトルトランス、２２はパワーアンプ、２３はΔＶ
検出回路、２４はパワーアンプ制御回路である。直流出
力電圧の電圧リプル分ΔＶをΔＶ検出回路２４にて検出
し、この値の逆電圧をパワーアンプ制御回路２４にて合
成しパワーアンプのベースを制御すると、リアクトルト
ランスの２次側（主回路側）にマイナスΔＶの電圧が発
生しりプル電圧を相殺することにより、リプル電流を小
さくすることができる。

第６図はフィードフォワード方式であるが、アクティブ
フィルタを通過した後からΔＶを検出することによりフ
ィードバック方式で制御する場合もある。

第７図にΔＶ検出回路２４のブロック図を示す。

３１Ａは主回路に接続されたコンデンサであり、３２は
コンデンサ３１を流れる電流を検出する電流検出器、３
３Ａ、３３Ｂは抵抗、３１Ｂはコンデンサ３６は演算増
幅器である。この検出器の伝達関数Ｇ　（ｓ）は次式の
ようになる。

（ＴＰ＞Ｔｌ、Ｓニラプラス演算子）この伝達関数のゲインと位相のボード線図を書くとｊＩ
８図になる。ゲインがＯｄＢの範囲がリプルを除去でき
る範囲である。従来のアクティブフィルタはｌｏｇ　Ｔ。−１ｏｇ　Ｔ　ｒ　＋　ｌｏｇ　Ｔ　ｐで
規定されるＴｃの逆数である中心周波数を、電源基本周
波数ｆ。から、電源基本周波数の２倍の周波数の間にと
っていた。

（発明が解決しようとする課ＩＩ） −台のアクティブフィルタの検出可能範囲を拡げる、す
なわち１　／　Ｔ　ｐと１／Ｔ１の間隔を拡げると、１
　／　Ｔ　ｐ　、及び１／Ｔ１付近でのゲイン特性が悪
くなる、検出系の位相が遅れる、又ΔＶ−ｔが大きくな
るため、リアクトルトランスの外形寸法が大きくなりす
ぎる等の不具合があり性能的にも経済的にも実用に供し
ない。そのため、従来のアクティブフィルターは、主に
電源基本周波数からその２倍の周波数の範囲のりプルを
減衰させる目的で設計されていた。

すなわち、従来のアクティブフィルタ方式の低リプル電
源においては、変動周波数成分が電源基本周波数以上で
あれば通常の変動値内ではアクティブフィルタで補償で
き、また非常にゆっくりした電圧値の変動に対しては、
定電流制御回路１０゜定電圧制御回路１１によって補償
できたが、ＩＨｚ程度〜電源基本周波数の帯域の電圧変
動に対しては、リプル電圧を十分減衰できないという不
具合があった。特に負荷の時定数が小さい場合、数Ｈｚ
程度の電圧変動に対しては、負荷はほとんど抵抗分のみ
となり、電圧リプル値と電流リプル値が等しくなるため
従来のマイナーループの定電圧制御では十分減衰させる
ことができなかった。

本発明の目的は、前述した不具合を解消し、電源基本周
波数以下のりプル電流を十分小さくできる低リプル電源
装置を提供することである。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明は、前述した不具合を解消するために、整流器用
変圧器と制御整流装置とから成る低リプル電源装置にお
いて、並列に高速に電流制御可能な電源装置を設けたも
のである。

（作用）本発明によれば、大電流の制御は制御整流装置の位相制
御で制御し、制御整流装置の追従できないＩＨｚ以上の
周波数のりプル分及び変動分を並列に設けた高速の電源
装置で制御することにより全ての周波数領域のりプルを
目標値以下に制御するものである。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図であり
、第１図において、第５図と同一の要素は同一の符号を
付し説明を省略する。

第１図において、１５はリプル分及び変動分を補償する
ために高速に電流制御を行なう高速電源装置、５４は高
速電源装置１５の電流基準、５５は直流電流検出器９Ｂ
で検出された高速電源装置１５の出力電流、１０Ｂは高
速電源装置１５の定電流制御回路（Ａ　ＣＲ）である。

以上のように構成された第１の実施例の作用を第１図、
および第２図を用いて説明する。第１図において、直流
電流検出器９Ａにより検出された電流値５２と、直流電
流基準値５１の差を入力し電流を一定に制御する定電流
制御回路１０Ａと、この定電流制御回路１０Ａの出力と
、直流電圧検出器８で検出された直流電圧値５３の差を
入力してマイナーループで電圧を制御する定電圧制御回
路１１とで、交流電圧等のゆっくりとした変動を補償す
る。パッシブフィルタ４によって電源基本周波数ｆｏの
６倍の周波数（６ｆｏ）以上の周波数のりプル電圧を除
去する。

第２図において、点線で示すような電流基準が与えられ
たときの制御整流器の出力電流が実線で示す通りである
場合、ハツチング部分が基準と出力との差になる。この
部分を並列に設けた高速電源装置で供給すれば、負荷に
は基準どうりの電流が流れる。第１図において、電流基
準５１と制御整流装置の出力電流５２の差の信号５４は
、第２図におけるハツチング部分の値となる。高速電源
装置１５の出力電流を定電流制御回路１０Ｂで高速に制
御すれば、負荷電流は基準どうりとなる。

本実施例においては、抵抗、コンデンサ、リアクトルか
ら成るパッシブフィルタ４によって電源基本周波数ｆ０
の６倍の周波数（６ｆｏ）以上の周波数のりプル電圧を
除去しているが、パッシブフィルタを取り除き、電源基
本周波数ｆＯの６倍の周波数（６ｆＯ）以上の周波数の
りプルも高速電源装置１５で補償しても同様の効果が得
られる。

第３図は本発明の第２の実施例を示すブロック図であり
、第３図において、既に説明済みの第１図及び第５図と
同一の要素は同一の符号とし説明を省略する。第３図に
おいて、１６は両端の電圧を制御することによって高速
に電流を制御するトランジスタドロッパ、１７はこのト
ランジスタドロッパの１６両端電圧を定電流制御回路１
０Ｂの指令にもとづいて制御するドライブ回路、１８は
トランジスタドロッパの直流電源、１９Ａは制御整流器
の電流基準と出力電流の差５４を適当な値に増幅する増
幅器１９Ｂは制御整流器の電流基準５１を適当な値に増
幅する増幅器、５６は増幅器１９Ａと１９Ｂの出力を足
した信号で高速電源装置１５が補償する電流基準である
。

第２の実施例の作用を＊３図及び第４図を用いて説明す
る。トランジスタは電流を片方向にしか流せない。従っ
て、制御整流器の出力電流が基準に対して両方向に差を
持つ場合、基準より少ない場合は補償できるが、基準よ
り多い場合は補償できない。

そこで、第４図に示すように、点線で示す制御整流器の
電流基準を、−点鎖線で示す負荷電流基準よりも予め少
なく設定し、高速電源装置は予め少なく設定された制御
整流器の電流基準と、負荷電流基準との差と、制御整流
器の出力電流の変動分を足した値、すなわちハツチング
部分を基準として制御する。このように制御すれば、制
御整流器の出力電流が基準に対して両方向に差を持つ場
合でも、トランジスタドロッパによる高速電源装置で補
償できる。

［発明の効果］本発明によれば、系統電圧を所望の交流電圧に変圧する
変圧器と、交流を直流に変換する制御整流器とから成る
低リプル電源装置において、高速に電流制御可能な電源
装置を並列に設け、負荷電流基準と制御整流器の出力電
流の差を高速電源装置から負荷に供給することによって
、制御整流器出力電流が広範囲の周波数に渡って変動し
ても、安定な負荷電流を供給できる低リプル電源装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図は第１図の作用説明図、第３図は本発明の第２の実施
例を示すブロック図、第４図は第３図の作用説明図、第
５図は従来の低リプル電源装置を示す図、第６図及び第
７図及び第８図は従来の低リプル電源装置の問題点を説
明する図である。１・・・交流母線、２・・・整流器用変圧器、３・・・
制御整流装置、４・・・パッシブフィルタ、５・・・ア
クティブフィルタ、６・・・負荷、７・・・計器用変圧
器、８・・・直流電圧検出器、９Ａ、９Ｂ・・・直流電
流検出器、ＩＯＡ、　　１０Ｂ・・・定電流制御回路、
１１・・・定電圧制御回路、１２・・・位相制御回路、
１３・・・パルスアンプ、１４・・・補助変圧器、１５
・・・高速電源装置、１６・・・トランジスタドロッパ
、１７・・・ドライブ回路、１８・・・直流電源、１９
・・・増幅器、２１・・・リアクトルトランス、２２・
・・パワーアンプ、２３・・・Ｖ検出回路、２４・・・
パワーアンプ制御回路、３１Ａ、３１Ｂ・・・コンデン
サ、３２・・・電流検出器、３３Ａ、３３Ｂ・・・抵抗
、３４・・・演算増幅器、５１・・・電流基準、５２・
・制御整流器出力電流、５３・・・出力電圧、５４・・
・補償電流基準、５５・・・高速電源装置出力電流、５
６・・・補償電流基準。

Claims

【特許請求の範囲】

系統電圧を所望の交流電圧に変圧する変圧器と、交流を
直流に変換する制御整流器とから成る低リプル電源装置
において、高速に電流制御可能な電源装置を並列に設け
たことを特徴とする低リプル電源装置。