JPH0710175B2 - 多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置 - Google Patents

多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置

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JPH0710175B2
JPH0710175B2 JP1139464A JP13946489A JPH0710175B2 JP H0710175 B2 JPH0710175 B2 JP H0710175B2 JP 1139464 A JP1139464 A JP 1139464A JP 13946489 A JP13946489 A JP 13946489A JP H0710175 B2 JPH0710175 B2 JP H0710175B2
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    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/10Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode arranged for operation in series, e.g. for multiplication of voltage
    • H02M7/103Containing passive elements (capacitively coupled) which are ordered in cascade on one source
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18Rotary transformers

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  • Power Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 A.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。
B.従来技術 従来、コッククロフト−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−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。
そこで、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2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、
整流回路の増加にもかかわらずリップル率は不変で小さ
く抑えることが可能であり、さらに、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。
C.発明が解決しようとする課題 しかし、第2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。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、整流回路を構成する部品の耐圧が低くてすみ、リ
ップルが少なく、かつ、負荷変動に対する制御特性も良
く、しかも、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の電位差を小さくして、磁心
の表面や内部での放電を生じにくくすることができるよ
うにすることを目的とする。
D.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、各磁心の電位を、その磁心に
設けた複数の整流回路のうち中間の電位をもつ整流回路
の電位と同等の電位に固定し、かつ、各送電ラインの電
位を、前段の磁心に設けた最後段の整流回路とを次段の
磁心に設けた最前段の整流回路との接続点の電位と同等
の電位に固定してあることを特徴とするものである。
E.作用 この発明の構成による作用は、次のとおりである。
すなわち、高電圧発生装置を絶縁変圧器型に構成してあ
るから、個々のダイオードやコンデンサとして耐圧の低
いものを用い段数を少なくしても、整流回路数を増やす
ことによって、充分に高い高電圧を発生させることがで
きる。
また、全体のリップル率が各整流回路のリップル率と同
じとなるため、整流回路数の増加にもかかわらずリップ
ル率は不変で小さく抑えることが可能である。
さらに、負荷変動に対する応答遅れが小さく、制御特性
も良い。
加えて、各磁心の電位を2次コイルとの電位差が小さく
なるように所定の電位に固定化してある一方、各送電ラ
インの電位を磁心との電位差が小さくなるように所定の
電位に固定化してあるので、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の電位差を小
さくすることができる。
F.実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
第1図は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D
4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例振部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段の絶縁変圧器に構成
している。
磁心B1に2つの2次コイルE11,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E
21,E22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
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−ワルトン型整
流回路が用いられる。
この高電圧発生装置は絶縁変圧器型であるから、各整流
回路を構成するダイオードやコンデンサの段数を少なく
し、それらダイオードやコンデンサとして耐圧の低いも
のを用いても、整流回路の数を増やせば、全体のリップ
ル率が各整流回路のリップル率と同じとなるため、整流
回路数の増加にもかかわらずリップル率は不変で小さく
抑えることが可能であり、さらに、負荷変動に対する応
答遅れが小さくて制御特性も良い。
そして、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P
2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C31,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),(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る。
また、整流回路C12,C21の接続点P4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(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。
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×V0となり、高電圧が得られ
る。
もし仮に接続点P3と磁心B3とを導線G3で接続していない
とすると、2次コイルE32の電域は6×V0と非常に高い
のに対し、磁心B3の電位は0であり、2次コイルE32
磁心B3との間の電位差が6×V0と非常に大きくなってし
まうために2次コイルE32と磁心B3の表面との間で放電
が生じたり、磁心B3の内部で放電が生じたりするおそれ
がある。
しかし、接続点P3と磁心B3とを導線G3で接続することに
よって、磁心B3の電位を接続点P3の電位と同電位まで上
げ、かつ、その電位に固定している。接続点P3の電位は
5×V0であるから、磁心B3の電位も5×V0となり、2次
コイルE32と磁心B3との間の電位差は、6×V0−5×V0
=V0と充分に小さくなり、放電を生じにくくすることが
できる。
2次コイルE22の電位は4×V0であるが、磁心B2の電位
は導線G2を介しての接続点P2と磁心B2との接続によって
3×V0となり、2次コイルE22と磁心B2との電位差もV0
となる。
また、もし仮に整流回路C22,C31の接続点P5と送電ライ
ンF2とを接続する導線G5が存在しないとすると、送電コ
イルD4,受電コイルD5の電位は励振部Aの出力電圧の周
期に応じて大きく変動し、送電コイルD4と磁心B2との
間、および、受電コイルD5と磁心B3との間で放電を生じ
たり、磁心B3の内部で放電が生じるおそれがある。
しかし、導線G5によって接続点P5と送電ラインF2とを接
続してあり、送電ラインF2の電位、ひいては送電コイル
D4および受電コイルD5の電位を接続点P5の電位に固定し
ている。接続点P5の電位は4×V0であるから、送電コイ
ルD4の電位も受電コイルD5の電位もともに4×V0とな
る。
磁心B3の電位は前述のように5×V0であるから、受電コ
イルD5と磁心B3との電位差はV0となり、受電コイルD5
磁心B3との間の放電も生じにくくすることができる。磁
心B2の電位は前述のように3×V0であるから、送電コイ
ルD4と磁心B2との電位差はV0となり、送電コイルD4と磁
心B2との間の放電も生じにくくすることができる。
以上は磁心B2と磁心B3における放電防止の説明であった
が、磁心B1と磁心B2においても同様に放電を生じにくく
することができる。
したがって、全体として、整流回路を構成する部品とし
て耐圧の低いものを使用しながらも、磁心の表面や内部
での放電を生じにくくした状態で充分に高い高電圧を発
生することができるのである。
上記のように各磁心を2次コイルや送電コイル,受電コ
イルの電位に近い電位まで上げて固定化し、かつ、各送
電ラインを磁心の電位と同等の電位に固定化する配線形
態としては、次のように構成してもよい。
すなわち、第1図に示すように、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を介在することがあるが、
このような場合に、導線G1〜G5に代えて、点Q1と点S1
の接続、点Q4と点S2との接続、点Q2と点S3の接続、点Q5
と点S4との接続、点Q3と点S5との接続という配線形態で
もよい。
なお、上記各実施例では、磁心の個数を3とし、各磁心
に接続する2次コイル,整流回路の個数を2つずつとし
たが、この発明はこれに限定されるものではなく、それ
らの個数は任意である。そして、例えば、個々の磁心に
対して整流回路を4つ設ける場合には、2番目と3番目
の整流回路間の接続点と磁心と接続し、また、個々の磁
心に対して整流回路を6つ設ける場合には、3番目と4
番目の整流回路間の接続点と磁心とを接続するものとす
る。但し、各磁心に設ける整流回路の個数があまり増加
すると、それに伴って整流回路の中間電位は上昇し、中
間電位と最後段の整流回路の2次コイルとの電位差が広
がる。これは放電を生じにくくするという面から好まし
くないので、各磁心に設ける整流回路の個数は、放電が
生じる電圧を勘案して定められるのが好ましい。
G.発明の効果 この発明によれば、次の効果が発揮される。
すなわち、各整流回路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ながらも、リップル率を
低く抑えて充分に高い高電圧を発生させることができる
とともに、負荷変動に対する制御特性も良好なものとで
き、あわせて、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の電位差を小さくして、磁
心の表面や内部での放電を生じにくくすることができ
る。
したがって、全体として、耐圧の比較的低い部品で整流
回路を構成できるとともに、磁心の表面や内部での放電
を生じにくくした状態で充分に高い高電圧を発生するこ
とができるものである。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の実施例に係る多段式絶縁変圧器型高
電圧発生装置の回路図である。第2図は従来の絶縁変圧
器型高電圧発生装置の回路図である。 A……励振部 B1〜B3……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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、各磁心の電位を、その
    磁心に設けた複数の整流回路のうち中間の電位をもつ整
    流回路の電位と同等の電位に固定し、かつ、各送電ライ
    ンの電位を、前段の磁心に設けた最後段の整流回路と次
    段の磁心に設けた最前段の整流回路との接続点の電位と
    同等の電位に固定してあることを特徴とする多段式絶縁
    変圧器型高電圧発生装置。
JP1139464A 1989-05-31 1989-05-31 多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置 Expired - Fee Related JPH0710175B2 (ja)

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