JPS5857768B2 - トランジスタ定電流回路を有する誘導負荷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、陽子シンクロトロン用マグネット装置等の誘
導性負荷装置に関し、更（こ詳細には、トランジスタ定
電流回路を有して略矩形波負荷電流を供給する回路に関
する。

陽子シンクロトロン用マグネットにはパルス幅が約０．
５秒、周期が２秒の略矩形波電流を供給し、且つ定電流
期間に於いては外部制御信号によって電流を微少変動さ
せなければならないものがある。

更にリアクタンス成分と抵抗成分とによる時定数が約０
．１秒となっているこの負荷の負荷電流の立上りは約０
．２秒以下でなければならない。

ところでマグネット負荷電圧は負荷電流の立上り時には
リアクタンス成分と抵抗成分の和であり、負荷電流の立
上り後は抵抗成分のみとなるので、トランジスタ式定電
流装置でマグネットに定電流を供給する場合、その立上
り時には、マグネットにリアクタンス成分による電圧降
下分と抵抗成分による電圧降下分との和の電圧を印加し
なければならず負荷電流の立上り後の断電流期間では抵
抗成分の電圧降下分だけ印加しなければならない。

このため従来の上述の条件を満足するトランジスタ式定
電流装置では負荷電流立上り後に不要となるリアクタン
ス成分の電圧降下分を定電流制御トランジスタで吸収し
、立上り後には定電流供給のために要求される抵抗成分
の電圧降下分に相当する電圧を供給している。

このため 定電流期間に於ける制御トランジスタのコレ
クターエミッタ間の電力損失が極めて大きくなる欠点が
あったっ そこで、本発明の目的は上述の如き欠点を解決したトラ
ンジスタ定電流回路を有する誘導は負荷装置を提供する
ことにある。

上記目的を達成するための本発明は、略矩形波負荷電流
が供給される誘導性負荷回路と、前記略矩形波負荷電流
の定電流領域で要求される電圧を供給することが可能な
第１の直流電源回路と、前記負荷回路と前記第１の直流
電源回路との間に接続されたトランジスタ定電流化回路
と、その一端が前記第１の直流電源回路の一端に接続さ
れ、その他端が前記定電流化回路と前記負荷回路との間
の一方の給電線に接続された第２の直流電源回路と、前
記略矩形波負荷電流の立上り時のみ前記第１の直流電源
回路の電圧と前記第２の直流電源回路の電圧との和の電
圧を前記負荷回路に印加し、前記負荷電流が所定値まで
立上った後には前記第１の直流電源回路の電圧に基づい
て前記定電流化回路を介して負荷電流を供給するように
動作する前記第１及び第２の直流電源回路又は前記第２
の直流電源回路に設けられたスイッチング回路と、前記
和の電圧が前記負荷回路に印加されている期間には前記
定電流化回路を通って前記負荷回路に電流が供給される
のを阻止し、前記第１の直流電源回路の電圧のみになっ
た時には前記定電流化回路を通って前記負荷電流が供給
されるのを許容するように動作する前記第１の直流電源
回路の一端と前記第２の直流電源回路の他端との間に接
続された選択的電流阻止回路とから成るトランジスタ定
電流回路を有する誘導は負荷装置に係わるものである。

上記本発明によれば、矩形波電流の立上り時には第１と
第２の直流電源回路の和の電圧が印加されるので、速い
立上りとなり、一方立上った後の定電流期間には第２の
直流電源回路が遮断され、第１の直流電源回路のみでト
ランジスタ定電流化回路を介して電流供給がされるので
、定電流制御用トランジスタのエミッターコレクタ間の
電圧が低くなり、電力損失が大幅に少なくなる。

以下図面を参照して本発明の１実施例に付いて述べる。

本発明の１実施例に係わる陽子シンクロトロン用マグネ
ット装置を示す第１図に於いて、マグネット負荷１は負
荷リアクタンスＬと負荷抵抗Ｒとで等価的に表わされて
いる。

２は第１の直流電源回路であって、負荷１に供給する略
矩形波負荷電流の定電流領域で要求される電圧ｖ１ を
供給することが可能なものである。

尚この第１の直流電源回路２は変圧器３と、サイリスク
４，５，６．７のブリッジ回路から成るスイッチング機
能を有した第１の整流回路８と、夫々のサイリスクの夫
々のゲートＧ１．Ｇ２．Ｇ３．Ｇ４に制御信号を付与す
るゲート制御回路９とから成る。

第１の直流電源回路２の一端１０と負荷１の一端１１と
の間に定電流制御用トランジスタ１２、ダイオード１３
、及び電流値検出器１４が直列に夫々接続されている。

上記のトランジスタ１２は略矩形波負荷電流の定電流領
域の電流を供給するためのトランジスタ定電流化回路を
構成するものであり、ダイオード１３は略矩形波負荷電
流の立上り時にトランジスタ１２の回路を介して負荷電
流が流れるのを阻止ｒるためのものであり、電流検出器
１４は負荷電流に対応した電圧を得るためのものである
。

点線で囲んで示す第２の直流電源回路１５は、略矩形波
負荷電流の立上り時にのみ負荷１に電圧を供給する回路
であって、変圧器１６と、ブリッジ接続されたサイリス
ク１７．１８，１９．２０から成るスイッチング機能を
有する第２の整流回路２１と、夫々のサイリスタのゲー
トＧ１．Ｇ２Ｇ３．Ｇ４を制御するためのゲート制御回
路２２とから成る。

この第２の直流電源回路１５の一端２３は第１の直流電
源回路２の一端１０に接続され、この他端２４はダイオ
ード１３と電流検出器１４との間の給電源に接続されて
いる。

交流電源端子２５と変圧器３及び１６の夫々の１次巻線
との間に接続されているスライダック即ち摺動式電圧調
整器２６は、第１の直流電源回路２及び第２の直流電源
回路１５から所定の電圧■１及びｖ２が得られるように
設定するものである。

負荷１に並列接続されているダイオード２７は負荷に蓄
積されたエネルギを放出するためのものである。

２８は比較増幅回路であって、電流検出器１４の出力と
基準信号端子２９から付与される信号との比較出力を発
生してトランジスタ１２のベースを制御するものである
。

もう一つの比較増幅回路３０も同様に電流検出器１４の
出力と端子２９から付与される基準信号と入力として両
者の比較出力を発生し、これによりゲート制御回路２２
を制御する。

上述の第１図に於いてトランジスタ１２のベース制御回
路及びサイリスク４〜７及び１７〜２０のゲートの制御
回路はブロック図的に示されている。

次に、第１図の回路の動作を第２図の波形図を参照して
述べる。

第２図のＡは端子２９から付与する基準信号の波形図、
Ｂはトランジスタ１２のコレクターエミッタ間の電圧を
拡大して示す波形図、Ｃは負荷電流の波形図、Ｄは負荷
電圧の波形図である。

第１図の回路で負荷に制御された矩形波電流を断続的に
流すためには、まず電圧調整器２６によって第１の直流
電源回路の出力電圧Ｖ。

が矩形波電流の定電流期間の電流をトランジスタ１２で
制御して供給出来る値になるように調整する。

この場合、電圧■１ は負荷電圧よりいくらか高い電圧
であることが望ましい。

高過ぎるとトランジスタのコレクターエミッタ間の電力
損失となるので、好ましくない。

端子２９の基準信号が無い期間は、ゲート制御回路９及
び２２が作動しないので、第１及び第２の整流回路８及
び２１の夫夫のサイリスクは非導通に保たれ、負荷電圧
は零である。

ｔｏ時点で第２図Ａに示す如く端子２９に基準信号が供
給されると、ゲート制御回路９が動作し、また電流検出
器１４の出力が零であるので、比較増幅回路３０から出
力が発生し、もう一方のゲート制御回路２２も動作する
。

ゲート制御回路９及び２２からゲート信号が発生し、こ
れが夫々のサイリスク４〜７及び１７〜２０に付与され
ると、夫々のサイリスクは整流可能状態となる。

これにより、第１の直流電源回路２からＤＣ電圧■１が
発生し、第２の直流電源回路１５からＤＣ電圧■２が発
生する。

第１の直流電源回路２と第２の直流電源回路１５とは直
列に接続されているので、負荷１にはｖ１＋ｖ２の電圧
が供給される。

今、交流のある半サイクルを考えれば、変圧器３の２次
巻線、サイリスタ７、サイリスク１８、変圧器１６の２
次巻線、サイリスタ２０、電流検出器１４、負荷１、及
びサイリスタ５から成る閉回路が形成され、この回路で
負荷電流が流れると共に負荷１に■１＋ｖ２の電圧が印
加される。

この結果、第２図Ｃに示す如く負荷電流は立上る。

この■１＋■２の電圧が印加されている期間に於いては
、阻止用ダイオード１３が第２の直流電源回路１５の電
圧で逆バイアスされているので、トランジスタ１２を介
して電流は流れない。

負荷電流が増大して所望の定電流■２に近い■１ にな
れば、電流検出器１４が■１ になったことを検出し、
この検出レベルが端子２９の基準信号のレベルよりも高
くなり、比較増幅回路３０から比較出力が発生しなくな
り、ゲート制御回路２２は非動作となる。

この結果、スイッチ機能を有する第２め整流回路２１の
サイリスク１７〜２０を導通させるためのゲート信号が
供給されなくなり、整流回路２１は非動作状態となる。

１１時点でこのように第２の直通電源回路１５の出力電
圧が零になると、阻止用ダイオード１３の逆バイアス状
態が解除され、トランジスタ１２を介して負荷電流が流
れ始める。

即ち、第１の整流回路８、トランジスタ１２、ダイオー
ド１３、電流検出器１４、及び負荷１の回路で電流が流
れる。

ｔｌ からｔ２ までの期間では負荷電流が所定の定電
流値■２に達していないので、比較増回路２８からトラ
ンジスタ１２を飽和動作させるようなベース電流が付与
され、トランジスタ１２のコレクターエミッタ間の電圧
は極めて小さいので、第１の直流電源回路２の出力電圧
■１に略等しい電圧が負荷に供給される。

負荷電流の増加が続いて１２時点でトランジスタ１２の
制御範囲に入れば、比較増幅回路２８から付与されるベ
ース電流が減少し、トランジスタ１２のコレクターエミ
ッタ間の電圧が増加する。

ｔ３時点で負荷電流が電流■２に達した以後は負荷１の
リアクタンス分による電圧降下がなくなり、抵抗Ｒの負
荷となる。

ｔ３以後の負荷電圧をＶＲとすれば、トランジスタ１２
のコレクターエミッタ間には約ｖ２−■Ｒの電圧が加わ
る。

即ち第２図りの点線と実線との間に対応した電圧が加わ
る。

定電流の供給を継続し、ｔ４時点で所定パルス幅の基準
信号が第２図Ａに示す如くなくなれば、ゲート制御回路
９が非動作となって、スイッチング機能を有した第１の
整流回路８のサイリスク４〜７にゲート信号が付与され
なくなり、第１の直流電源回路２の出力電圧は零になる
。

このため、負荷電流は第２図Ｃに示す如くダイオード２
７を通して減衰する。

尚マグネット負荷には第２図Ｃに示す電流が断続的に流
れる。

上述の回路に於いては、第１の直流電源回路２の出力電
圧■１ をｔ３以後の負荷電圧ＶＲと、電源電圧変動分
と、ダイホード１３のドロップ分とを考慮して決定し、
要求される負荷電圧ＶＲに極めて近い値にすることが出
来る。

従ってトランジスタ１２のコレクターエミッタ間の電圧
を極めて小さくし、この電力損失を極めて小さくするこ
とが出来る。

また第２の直流電源回路１５の出力電圧ｖ２を、負荷電
流の立上り時間と、比較増幅回路２８の特はと、負荷１
の時定数とを考慮して決定することにより、第１の直流
電源回路２の出力電圧ｖ１が低くとも所望の立上り特注
を得ることが出来る。

以上本発明の１実施例に付いて述べたが、本発明は上述
の実施例に限定されるものではなく、更に変形可能なも
のである。

例えば、第１図のサイリスクによる第１及び第２の整流
回路８及び２１の代りに、第３図に示す如くダイオード
３１による第１及び第２の整流回路を設け、ここに電子
的スイッチ３２．３３を夫々直列に接続して所定時間の
み出力電圧を供給する第１及び第２の電源回路を構成し
てもよい。

また阻屯用ダイオード１３の代りに１狙止用スイツチを
設けてもよい。

また阻止用ダイオード１３の代りに阻止用スイッチを設
けると共に、第１の直流電源回路２にスイッチング機能
を持たせず、整流回路８をダイオードで構成してもよい
。

この場合は第１の直流電源回路２から常に電圧Ｖ１が発
生しているが、ダイオード１３の代りに設けられた阻止
用スイッチでトランジスタ１２を介しての電流は遮断さ
れる。

この様な回路に於いては、第２の直流電源回路１５が動
作状態となればｖ１＋■２の電圧が負荷１に供給され、
第２の直流電源回路１５の遮断と同時に阻止用スイッチ
をオンにすることにより、トランジスタ１２を介しての
負荷電流が流れ始める。

また直流電源回路２，１５の構成及びトランジスタ１２
の制御方式等を変形しても差支えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す陽子シンクロトロン用
マグネット装置の回路図、第２図は第１図の各部の波形
図、第３図は変形例を示す回路図である。 尚図面に用いられている符号に於いて、１はマグネット
負荷、２は第１の直流電源回路、３は変圧器、４，５，
６．７はサイリスク、８は第１の整流回路、９はゲート
制御回路、１２はトランジスタ、１３はダイオード、１
５は第２の直流電源回路、１６は変圧器、１７．１８，
１９．２０はサイリスク、２１は第２の整流回路、２２
はゲート制御回路、２９は基準信号端子である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 略矩形波負荷電流が供給される誘導性負荷回路と、 前記略矩形波負荷電流の定電流領域で要求される電圧を
   供給することが可能な第１の直流電源回路と、 前記負荷回路と前記第１の直流電源回路との間に接続さ
   れたトランジスタ定電流化回路と、その一端が前記第１
   の直流電源回路の一端に接続され、その他端が前記定電
   流化回路と前記負荷回路との間の一方の給電線に接続さ
   れた第２の直流電源回路と、 前記略矩形波負荷電流の立上り時のみ前記第１の直流電
   源回路の電圧と前記第２の直流電源回路の電圧との和の
   電圧を前記負荷回路ｌこ印加し、前記負荷電流が所定値
   まで立上った後には前記第１の直流電源回路の電圧に基
   づいて前記定電流化回路を介して負荷電流を供給するよ
   うＶこ動作する前記第１及び第２の直流電源回路又は前
   記第２の直流電源回路に設けられたスイッチング回路と
   、前記和の電圧が前記負荷回路に印加されている期間に
   は前記定電流化回路を通って前記負荷回路に電流が供給
   されるのを阻止し、前記第１の直流電源回路の電圧のみ
   になった時には前記定電流化回路を通って前記負荷電流
   が供給されるのを許容するように動作する前記第１の直
   流電源回路の一端と前記第２の直流電源回路の他端との
   間に接続された選択的電流阻止回路と、 から成るトランジスタ定電流回路を有する誘導性負荷装
   置。 ２ 前記誘導性負荷回路が、陽子ジンクロト・四ン用マ
   グネットである特許請求の範囲第１項記載のトランジス
   タ定電流回路を有する誘導性負荷装置３゜３ 前記第１
   の直流電源回路が整流器電源回路であり、また前記第２
   の直流電源が整流器電源回路である特許請求の範囲第１
   項記載のトランジスタ定電流回路を有する誘導性負荷装
   置。 ４ 前記スイッチング回路が、前記第１及び第２の直流
   電源回路の夫々のサイリスク整流回路のサイリ・スタで
   ある特許請求の範囲第１項又は第３項記載のトランジス
   タ定電流回路を有する誘導性負荷装置。 ５ 前記選択的電流阻止回路が、ダｆオード回路である
   特許請求の範囲第１項記載の、トランジスタ定電流回路
   を有する誘導性負荷装置。