JPH04244783A

JPH04244783A - 多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置

Info

Publication number: JPH04244783A
Application number: JP1025491A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Fujita; 広之藤田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1992-09-01
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: JP2518471B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、荷電粒子の加速等に
用いるものであって、交流電圧をダイオードとコンデン
サとによって整流平滑して直流高電圧を発生させる高電
圧発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コッククロフトーワルトン型、シ
ェンケル型、絶縁変圧器型などの高電圧発生装置が知ら
れている。コッククロフトーワルトン型やシェンケル型
の高電圧発生装置の場合、ダイオードやコンデンサの耐
圧を低くするためには段数を多くしなければならず、そ
うすると、リップルの増加を招いたり、負荷変動に対し
て追従するのに応答遅れが生じて制御特性の悪化を招く
という問題があった。逆に、段数を減らすと、ダイオー
ドやコンデンサの耐圧を高くしなければならず、これら
の部品が大きくなるほか、励振部としても高電圧出力の
ものを必要とし、装置全体が大型化してしまうという問
題があった。

【０００３】このような問題を解決するため、絶縁変圧
器型の高電圧発生装置が開発された。その例を第３図に
示す。この絶縁変圧器型高電圧発生装置は、励振部１に
接続された１次コイル２を巻き付けた絶縁磁心３に複数
の２次コイル４を巻き付け、各２次コイル４にダイオー
ドとコンデンサの組み合わせからなる整流回路５を接続
し、各整流回路５の直流出力を直列に接続することによ
って直流高電圧を得るようにしたものである。　　この
絶縁変圧器型高電圧発生装置によれば、整流回路数を増
やせば、整流回路５を構成するダイオードやコンデンサ
として耐圧の低いものを用いることができ、また、負荷
変動に対する応答遅れが小さくて制御特性も良くなる。

【０００４】しかし、第３図の絶縁変圧器型高電圧発生
装置の場合には、あまり高電圧になると、絶縁磁心３を
用いているといっても２次コイル４と絶縁磁心３の表面
との間で放電が発生したり、絶縁磁心３を構成している
絶縁材料内の絶縁が破れて内部で放電が発生するおそれ
があるために、高電圧化には限度があった。そこで、本
発明者らは、第４図に示すような多段式絶縁変圧器型高
電圧発生装置を開発し、すでに出願を行っている（特願
昭１−１３９４６４号参照）。

【０００５】この多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置は
、３つの磁心Ｂ１　、Ｂ２　、Ｂ３　を並べ、各磁心Ｂ
１　、Ｂ２　、Ｂ３　に受電コイルＤ１　、Ｄ３　、Ｄ
５　と送電コイルＤ２　、Ｄ４　をそれぞれ巻き付け、
受電コイルＤ１　を交流の高電圧を出力する励振部Ａに
接続し、送電コイルＤ２　と受電コイルＤ３　とを送電
ラインＦ１　を介して接続し、送電コイルＤ４　と受電
コイルＤ５　とを送電ラインＦ２　を介して接続するこ
とにより、３段の絶縁変圧器を構成している。また、磁
心Ｂ１　、Ｂ２　、Ｂ３　にそれぞれ２つの２次コイル
（Ｅ１１、Ｅ１２）、（Ｅ２１、Ｅ２２）、（Ｅ３１、
Ｅ３２）を巻き付けてそれぞれに整流回路Ｃ１１、Ｃ１
２、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ３１、Ｃ３２を接続し、各整流
回路Ｃ１１〜Ｃ３２の直流出力を直列に接続してある。

【０００６】そして、各磁心Ｂ１　、Ｂ２　、Ｂ３　の
電位を、その磁心に設けた一対の整流回路（Ｃ１１、Ｃ
１２）、（Ｃ２１、Ｃ２２）、（Ｃ３１、Ｃ３２）のう
ち中間の電位をもつ整流回路Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１の
出力電位と同一に固定化してあり、また、各送電ライン
Ｆ１　（Ｆ２　）の電位を、前段の磁心Ｂ１　（Ｂ２　
）に設けた最後段の整流回路Ｃ１２（Ｃ２２）と次段の
磁心Ｂ２　（Ｂ３　）に設けた最前段の整流回路Ｃ２１
（Ｃ３１）との接続点Ｐ４　（Ｐ５　）の電位と同一に
固定してある。したがって、２次コイルと磁心との間お
よび送電コイルや受電コイルと磁心との間での放電、な
らびに、磁心内部での放電を防止することができ、全体
として、耐圧の比較的低い部品で整流回路を構成するこ
とができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の高電圧発生装置
は、上記のように構成されているが、第３図の絶縁変圧
器型高電圧発生装置では、各整流回路５の直流出力にリ
ップルが発生し、各リップルの位相が一致しているため
、各整流回路の出力を合成した直流高電圧にも大きなリ
ップルが発生する。また、第４図の多段式絶縁変圧器型
高電圧発生装置の場合にも、各整流回路Ｃ１１〜Ｃ３２
の直流出力にリップルが発生し、各リップルの位相が一
致しているため、各整流回路の出力を合成した直流高電
圧にも各整流回路と同じ割合のリップルが発生し、荷電
粒子加速器等の場合には、加速粒子のエネルギー幅が大
きいという問題があった。

【０００８】この発明は上記のような従来技術の問題点
を解消するために創案されたものであり、直流高電圧出
力のリップル率を小さく抑えることができる多段式絶縁
変圧器型高電圧発生装置を提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置は、
複数の磁心のそれぞれに送電コイルと受電コイルを巻き
付け、端部の磁心の受電コイルを励振部に接続し、互い
に隣接する一方の磁心の送電コイルと他方の磁心の受電
コイルとを送電ラインを介して順次接続し、各磁心にそ
れぞれ複数の２次コイルを巻き付け、各２次コイルに整
流回路を接続し、各整流回路の直流出力を順次直列に接
続するとともに、各送電ラインに抵抗またはコンデンサ
が挿入されている。

【００１０】

【作用】この発明の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置
は上記のように構成されており、各変圧器を励振する交
流の位相がずれるので、各整流回路の出力する直流電圧
のリップルの位相がずれる。この結果、各整流回路の出
力を合成した直流高電圧のリップル率は大幅に減少する
こととなる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。第１図はこの発明の多段式絶縁変圧器
型高電圧発生装置の回路図である。３つの磁心Ｂ１　、
Ｂ２　、Ｂ３　を並べ、磁心Ｂ１　に受電コイルＤ１　
と送電コイルＤ２　を、磁心Ｂ２　に受電コイルＤ３　
と送電コイルＤ４　を、磁心Ｂ３　に受電コイルＤ５　
をそれぞれ巻き付け、受電コイルＤ１　を交流の高電圧
を出力する励振部Ａに接続し、送電コイルＤ２　と受電
コイルＤ３　とを送電ラインＦ１　を介して接続し、送
電コイルＤ４　と受電コイルＤ５　とを送電ラインＦ２
　を介して接続することにより、３段の絶縁変圧器を構
成している。

【００１２】そして、磁心Ｂ１　に２つの２次コイルＥ
１１、Ｅ１２を巻き付けてそれぞれに整流回路Ｃ１１、
Ｃ１２を接続し、磁心Ｂ２　にも２次コイルＥ２１、Ｅ
２２を巻き付けてそれぞれに整流回路Ｃ２１、Ｃ２２を
接続し、磁心Ｂ３　にも２次コイルＥ３１、Ｅ３２を巻
き付けてそれぞれに整流回路Ｃ３１、Ｃ３２を接続し、
各整流回路Ｃ１１〜Ｃ３２の直流出力を直列に接続して
ある。なお、各整流回路Ｃ１１〜Ｃ３２は、例えば２段
のコッククロフトーワルトン型整流回路が用いられる。

【００１３】また、磁心Ｂ１　における一対の整流回路
Ｃ１１、Ｃ１２の接続点Ｐ１　と磁心Ｂ１　における任
意の点Ｑ１　とを導線Ｇ１　を介して接続し、磁心Ｂ２
　における一対の整流回路Ｃ２１、Ｃ２２の接続点Ｐ２
　と磁心Ｂ２　における任意の点Ｑ２　とを導線Ｇ２　
を介して接続し、磁心Ｂ３　における一対の整流回路Ｃ
３１、Ｃ３２の接続点Ｐ３　と磁心Ｂ３　における任意
の点Ｑ３　とを導線Ｇ３　を介して接続してある。すな
わち、各磁心Ｂ１　、Ｂ２　、Ｂ３　の電位を、その磁
心に設けた一対の整流回路（Ｃ１１、Ｃ１２）、（Ｃ２
１、Ｃ２２）、（Ｃ３１、Ｃ３２）のうち中間の電位を
もつ整流回路Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１の出力電位と同一
に固定化してある。

【００１４】また、整流回路Ｃ１２、Ｃ２１の接続点Ｐ
４と送電ラインＦ１　上の点Ｑ４　とを導線Ｇ４　を介
して接続し、整流回路Ｃ２２、Ｃ３１の接続点Ｐ５　と
送電ラインＦ２　上の点Ｑ５　とを導線Ｇ５　を介して
接続してある。すなわち、各送電ラインＦ１　（Ｆ２　
）の電位を、前段の磁心Ｂ１　（Ｂ２　）に設けた最後
段の整流回路Ｃ１２（Ｃ２２）と次段の磁心Ｂ２　（Ｂ
３　）に設けた最前段の整流回路Ｃ２１（Ｃ３１）との
接続点Ｐ４　（Ｐ５　）の電位と同一に固定してある。

【００１５】各整流回路Ｃ１１〜Ｃ３２それぞれの直流
出力電圧をＶ０　とすると、それらを直流接続した多段
式絶縁変圧器型高電圧発生装置の直流出力電圧は６×Ｖ
０　となり、高電圧が得られる。この最終段の整流回路
Ｃ３２から得られる電圧を、複数段階の電圧に分圧して
選択的に取り出せるようにするために、整流回路Ｃ３２
の出力側とアース間に分圧抵抗Ｒ１　〜Ｒ６　を介在さ
せている。

【００１６】そして、各送電ラインＦ１　、Ｆ２　には
直列に抵抗ｒ１　、ｒ２　が挿入されており、磁心Ｂ２
　、Ｂ３　を励振する交流の位相にずれが生じる。この
ため、２次コイルＥ１１、Ｅ１２の出力する交流電圧と
、２次コイルＥ２１、Ｅ２２の出力する交流電圧と、２
次コイルＥ３１、Ｅ３２の出力する交流電圧との間の位
相がずれ、したがって、整流回路Ｃ１１、Ｃ１２の出力
する直流電圧と、整流回路Ｃ２１、Ｃ２２の出力する直
流電圧と、整流回路Ｃ３１、Ｃ３２の出力する直流電圧
に発生するリップルの位相もずれるので、これらの各整
流回路の出力を合成した直流高電圧のリップル率は大幅
に減少する。

【００１７】第２図（ａ）は変圧器Ｔを介して負荷抵抗
Ｒに電圧を印加する場合の回路を示す図であり、この回
路の変圧器Ｔの１次コイルに第２図（ｂ）のように抵抗
ｒを挿入した場合を考える。第２図（ｃ）は第２図（ｂ
）の回路の等価回路であり、Ｒ´は一次側に換算した負
荷抵抗である。このとき、入力電圧Ｖｉとインダクタン
スＬの両端間の電圧Ｖｏの位相差θは次式のようになる
。

【００１８】

【式１】

【００１９】

【００２０】整流回路がｎ個のとき、θ＝３６０／ｎと
なるように、抵抗ｒ、インダクタンスＬ等を選定するこ
とにより、各整流回路の出力を合成した直流高電圧のリ
ップルは最小となる。

【００２１】上記実施例では、各送電ラインに直列に抵
抗を挿入した場合を説明したが、抵抗の代わりにコンデ
ンサを用いることもでき、また、各磁心に２つの２次コ
イルを設けているが、各磁心に１つの２次コイルを設け
た場合にも、本発明を適用することができる。

【００２２】さらに、上記実施例では、各磁心および各
送電ラインの電位を各整流回路の出力電位に固定するこ
とにより、放電を防止する場合について説明したが、各
磁心および各送電ラインの電位は図示の例に限らず、例
えば、各磁心Ｂ１　、Ｂ２　、Ｂ３　の電位をその磁心
に設けた一対の整流回路の最低の電位をもつ点の電位と
同一にし、各送電ラインの電位を各整流回路の中間の電
位に固定してもよく、また、放電が特に問題とならない
ような電圧を発生する場合には、各磁心および各送電ラ
インの電位を特に固定しなくてもよい。

【００２３】［発明の効果］この発明の多段式絶縁変圧
器型高電圧発生装置は、上記のように構成されているの
で、各整流回路の出力する直流電圧のリップルの位相が
ずれ、各整流回路の出力を合成した直流高電圧のリップ
ル率を大幅に減少することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置の
一実施例を示す図である。

【図２】変圧器の回路を示す図である。

【図３】従来の絶縁変圧器型高電圧発生装置を示す図で
ある。

【図４】従来の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置を示
す図である。

【符号の説明】

Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　励振部Ｂ１　〜Ｂ
３　　　　　　　　　磁心Ｃ１１〜Ｃ３２　　　　　　　　整流回路Ｄ１　、Ｄ３
　、Ｄ５　　　受電コイルＤ２　、Ｄ４　　　　　　　
　　送電コイルＥ１１〜Ｅ３２　　　　　　　　２次コ
イルＦ１　、Ｆ２　　　　　　　　　送電ラインＧ１　
〜Ｇ５　　　　　　　　　導線Ｒ１　〜Ｒ６　　　　　　　　　分圧抵抗ｒ１　、ｒ２
　　　　　　　　　抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　複数の磁心のそれぞれに送電コイルと
受電コイルを巻き付け、端部の磁心の受電コイルを励振
部に接続し、互いに隣接する一方の磁心の送電コイルと
他方の磁心の受電コイルとを送電ラインを介して順次接
続し、各磁心にそれぞれ２次コイルを巻き付け、各２次
コイルに整流回路を接続し、各整流回路の直流出力を順
次直列に接続した多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置に
おいて、各送電ラインに抵抗またはコンデンサを挿入し
たことを特徴とする多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置
。