WO2019043943A1 - 高電圧電源装置 - Google Patents

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寧 青木
拓郎 岸田
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株式会社島津製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a high voltage power supply, and more particularly to a high voltage power supply suitable for applying a DC high voltage to a capacitive load having a relatively large capacitance, such as a flight tube of a time-of-flight mass spectrometer. .
  • TOFMS time-of-flight mass spectrometer
  • a high voltage power supply device capable of switching and outputting a DC high voltage of positive or negative polarity to a flight tube can be used in accordance with the polarity of ions to be analyzed. Different DC voltages of about several kilovolts to about several tens of kilovolts are applied. If the potential of the flight tube fluctuates during analysis, the flight distance of ions may fluctuate, which may lower the mass accuracy and mass resolution. Also, in the reflectron-type TOFMS, the potential of the flight tube may be the reference potential of the reflectron for forming a reflected electric field that reflects ions. In such a case, the potential fluctuation of the flight tube during analysis The influence of the weight on the mass accuracy is even greater.
  • the high voltage power supply device is required to be able to output a direct current high voltage of about several kV to about 10 kV while maintaining high stability in which the voltage fluctuation is about several ppm or less.
  • TOFMS which can repeat positive ion measurement and negative ion measurement alternately, it is necessary to switch the polarity of the output voltage of the high voltage power supply device in a short cycle, so the polarity of the output voltage It is also required to reduce the time until the voltage stabilizes at the time of switching as much as possible.
  • FIG. 6 is a schematic configuration of a conventional high voltage power supply device for flight tube and its operation explanatory diagram.
  • a positive voltage generation unit 1 that outputs a positive DC high voltage with a voltage value of H [V] and a voltage value of -H [V]
  • a negative voltage generating unit 2 for outputting a DC high voltage of negative polarity, and a positive side main switch circuit 3 provided on a line for electrically connecting the positive voltage generating unit 1 and the flight tube 5 which is a load;
  • a negative main switch circuit 4 provided on a line that electrically connects the negative voltage generation unit 2 to the flight tube 5.
  • main switch circuits 3 and 4 each include one or more MOSFETs as semiconductor switching elements.
  • the voltage value ⁇ H of the direct current high voltage is generally about ⁇ 5 to ⁇ 10 [kV].
  • the flight tube 5 is a metal substantially cylindrical tube having a length of about 1 to 2 m, and is a capacitive load having a capacitance of Ca [F].
  • the positive main switch circuit 3 and the negative main switch circuit 4 are used. Turn on and off alternately. However, after switching one of the switch circuits (for example, the positive side main switch circuit 3) from the on state to the off state so that the two main switch circuits 3 and 4 are not simultaneously turned on, the other switch circuit (for example, the negative side Generally, the main switch circuits 3 and 4 are controlled to switch the main switch circuit 4) from the off state to the on state.
  • the switch circuits for example, the positive side main switch circuit 3
  • the other switch circuit for example, the negative side
  • the main switch circuits 3 and 4 are controlled to switch the main switch circuit 4 from the off state to the on state.
  • the positive side main switch circuit 3 when the positive side main switch circuit 3 is turned on with both of the main switch circuits 3 and 4 turned off, the current i1 flows from the positive voltage generation unit 1 to the flight tube 5 through the positive side main switch circuit 3
  • the capacitance of the flight tube 5 is charged (see FIG. 6A).
  • the potential of the voltage application side end 5a of the flight tube 5 is stabilized at + H [V], and the measurement is performed in that state (see FIG. 6 (b)).
  • the positive main switch circuit 3 In order to switch to apply a negative high voltage to the flight tube 5 after the measurement is completed, the positive main switch circuit 3 is first turned off and then the negative main switch circuit 4 is turned on.
  • the current i 2 due to the charge stored in the capacitance of the flight tube 5 first flows from the flight tube 5 to the negative voltage generation unit 2 through the negative side main switch circuit 4. Then, the capacitance is charged to the reverse polarity (see FIG. 6C). When the capacitance is completely charged to the reverse polarity, the potential of the voltage application end 5a of the flight tube 5 is stabilized at -H [V], and the measurement is performed in that state (see FIG. 6 (d)). ).
  • the capacitance of the flight tube 5 depends on its size etc., but is usually several hundred pF to several nF.
  • the potential of the voltage application side end 5a of the flight tube 5 gradually increases in the positive or negative direction from the time when the main switch circuits 3 and 4 are switched to the on state, respectively, and the stabilization required for the potential to stabilize
  • the time ts depends on the current supply capability of the voltage generation units 1 and 2 and the responsiveness to load fluctuation. Although the stabilization time ts is shortened if the current supply capacity is increased (that is, if the currents i1 and i2 are increased), the cost applied to the voltage generation units 1 and 2 is increased as the current supply capacity is increased.
  • the stabilization time ts becomes short, there is a possibility that the stability of the DC voltage may be lowered. Due to these limitations, there is a limit to improving the current supply capability of the voltage generation units 1 and 2 and responsiveness to load fluctuations. Therefore, when the capacitance of the flight tube 5 is about several nF, the stabilization time ts in the conventional high voltage power supply device is about several hundreds of ms, and the length of this time is the voltage applied to the flight tube 5 This has been a major limitation in shortening the polarity switching time, that is, shortening the measurement cycle when performing positive ion measurement and negative ion measurement alternately.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in a high voltage power supply device for applying a stable high voltage to a capacitive load, a voltage from a voltage application stop state is suppressed while suppressing an increase in the device cost.
  • the main purpose is to speed up the rise of the voltage when starting the application or when switching the polarity of the applied voltage.
  • the present invention which has been made to solve the above-mentioned problems, is a high voltage power supply device for applying a DC high voltage to a load, a) A main voltage generation unit that generates a predetermined DC high voltage, b) a main switch unit which opens and closes a line connecting the voltage output terminal of the main voltage generating unit and the load, and a plurality of switching elements are connected in series; c) an auxiliary power supply unit capable of supplying a current larger than the current that can be supplied by the main voltage generation unit to the load; d) opening and closing a line connecting the voltage output end of the auxiliary power supply unit and the load, wherein a predetermined number of switching elements from the load side among the plurality of switching elements in the main switch section, and An auxiliary switch unit including a predetermined number of switching devices and one or more other switching devices connected in series between the voltage output terminal of the auxiliary power supply unit; e) When starting to apply the DC high voltage by the main voltage generation unit to the load by closing the main switch unit from the
  • the control unit closes the open main switch unit
  • the main voltage generation unit and the load are connected via the main switch unit, and the DC voltage is increased by the main voltage generation unit.
  • a voltage is applied to the load.
  • the control unit closes the auxiliary switch for a short time immediately before closing the main switch or immediately after closing the main switch.
  • the auxiliary power supply unit supplies a current larger than the current that can be supplied by the main voltage generation unit to the load for a short time.
  • the auxiliary power supply unit supplies a positive current to the load (that is, the current flows into the load), and the DC high voltage applied to the load is negative.
  • the auxiliary power supply may supply a negative current to the load (that is, draw the current from the load). Since the electrostatic capacity of the load is rapidly charged by the current supplied by the auxiliary power supply section, charging of the electrostatic capacity by the current supply from the main voltage generation section to the load is not necessary or reduced, and the main switch section After closing, the potential of the load settles to the desired value in a short time.
  • the voltage is at most 10 kV or more.
  • both ends of the main switch portion provided between the voltage output end of the main voltage generation portion and the load, and both ends of the auxiliary switch portion provided between the voltage output end of the auxiliary power supply portion and the load In each case, a voltage of 10 kV or more is applied, but since both the main switch portion and the auxiliary switch portion are a plurality of switching elements connected in series, the voltage applied across the respective switching elements is The voltage divided according to the number of elements is sufficient. Therefore, the withstand voltage of one switching element may be smaller as the number of switching elements connected in series is increased. However, when the number of switching elements is increased, the cost is increased, and the area of the circuit board on which the elements are disposed is also increased.
  • a predetermined number (N-1 at maximum) of switching elements from the load side among the N switching elements in the main switch portion and M number of auxiliary switches are used.
  • a predetermined number of switching elements are shared from the load side. Therefore, if the number of switching elements shared by the main switch portion and the auxiliary switch portion is N-1 (of course, in this case, M> N-1), the main switch portion and the auxiliary switch The total number of switching elements required for the unit is N + M- (N-1). That is, while the total number of switching elements is N + M when the switching elements are not partially shared, the number can be reduced.
  • the switch portion and the auxiliary switch portion are configured by connecting a plurality of switching elements in series including the shared switching element, the switch portion is “closed”. Is a state in which all switching elements included in the switch part are closed (turned on), and “open” of the switch part is a state in which at least one switching element included in the switch part is open (off) Say. Therefore, when any one of the main switch unit and the auxiliary switch unit is closed, all the switching elements shared by the main switch unit and the auxiliary switch unit are closed.
  • the auxiliary power supply unit is mainly intended to charge the capacitance of the load when the applied voltage rises, it is only necessary to supply a large current for a short time.
  • the auxiliary power supply unit can include a capacitor and a charging power supply unit for charging the capacitor.
  • the capacitor is charged in advance by the charging power supply unit before the main switch unit is switched from the open state to the closed state to start applying the DC high voltage to the load by the main voltage generation unit. Then, for example, when the main switch portion is switched from the open state to the closed state, the auxiliary switch portion is closed for a short time just before that, the current due to the charge stored in the capacitor is loaded through the auxiliary switch portion. To charge the capacitance of the load. After the auxiliary switch unit is opened again and the capacitor and the load are separated, the main switch unit is closed, and a DC high voltage from the main voltage generating unit is applied to the load. By closing the auxiliary switch, the charge stored in the capacitor is discharged, and a temporary but large current can be supplied to the load. As a result, the potential of the load can be raised in a short time, and after the main voltage generating unit is connected to the load, it can be quickly stabilized at a DC high voltage by the main voltage generating unit.
  • the auxiliary power supply unit further includes a second auxiliary switch unit that opens and closes a line connecting the charging power supply unit and the capacitor,
  • the control unit is configured to close the second auxiliary switch during a period in which the auxiliary switch unit is open, and open the second auxiliary switch unit when the auxiliary switch unit is closed. be able to.
  • the second auxiliary switch portion when the auxiliary switch portion is closed, the second auxiliary switch portion is opened to separate the charging power supply portion from the capacitor, and a large current due to the charge accumulated in the capacitor until just before that is separated. Can be supplied to the load.
  • the auxiliary power supply unit is provided on a line connecting the charging power supply unit and the capacitor, and the charging power supply unit is closed when the auxiliary switch unit is closed. It may be configured to include a resistor that limits the current flowing through the auxiliary switch.
  • the second auxiliary switch in the first aspect is replaced with a resistor.
  • the capacitor and the charging power supply unit are connected through the resistor unit.
  • the resistance value of the resistor portion is increased to a certain extent, the current flowing from the charging power source to the load through the resistor can be almost ignored.
  • the auxiliary switch portion is closed, a large current due to the charge stored in the capacitor can be supplied to the load.
  • the high voltage power supply according to the present invention may be a unipolar power supply that applies a DC high voltage of either positive or negative polarity to a load, but a positive DC high voltage and a negative DC high voltage may be used.
  • the present invention can also be applied to a polarity switching type power supply device capable of selectively applying a voltage to a load.
  • the main voltage generation unit includes a positive side main voltage generation unit that generates a positive DC high voltage and a negative main voltage generation unit that generates a negative DC high voltage.
  • the main switch unit includes a positive side main switch unit that opens and closes a line connecting the voltage output end of the positive side main voltage generation unit and the load; a voltage output end of the negative side main voltage generation unit; and the load A negative main switch that opens and closes a line connecting the
  • the auxiliary power supply unit is capable of supplying a larger current to the load than the current that can be supplied by the positive main voltage generation unit, and the current that can be supplied by the negative main voltage generation unit A negative side auxiliary power supply capable of supplying a larger current to the load than
  • the control unit closes the positive side main switch unit when the DC high voltage by the positive side main voltage generation unit is started to be applied to the load by closing the positive side main switch unit from the open state.
  • the positive auxiliary switch is closed before or immediately after closing, and current is supplied from the positive auxiliary power to the load to charge the capacitance of the load, and the negative main switch is When starting to apply the DC high voltage by the negative side main voltage generation unit to the load by closing from the open state, the negative side auxiliary switch before or immediately after closing the negative side main switch unit.
  • the positive side main switch unit, the negative side main switch unit, and the positive side auxiliary unit to supply a current from the negative side auxiliary power supply unit to the load and charge the capacitance of the load.
  • Switch and each switch of the positive side auxiliary switch It can be configured to drive the grayed element.
  • the polarity of the DC high voltage applied to the load is changed from positive to negative or vice versa, not only when starting to apply positive or negative voltage from the state where voltage is not applied to the load.
  • the capacitance of the load can be quickly charged to the opposite polarity to that just before it. Thereby, the voltage after polarity switching can be quickly stabilized.
  • a dedicated high voltage power supply unit separate from the main voltage generating unit having high stability of output voltage
  • the auxiliary power supply quickly charges the capacitance of the load. Therefore, even if the output current of the main voltage generating unit is restricted, the potential of the load can be quickly settled to a desired stable value. As a result, the output current of the main voltage generating unit requiring high voltage stability can be suppressed, and therefore, an increase in the device cost can be suppressed.
  • it is not necessary to make the response to load fluctuation higher than necessary it is possible to apply a stable DC high voltage to the load.
  • the number of switching elements used in the switch portions can be reduced as compared with the case where the main switch portion and the auxiliary switch portion do not share the switching elements.
  • the costs of the main switch portion and the auxiliary switch portion can be reduced, and the area of the circuit board on which the elements are disposed can be reduced. This is also advantageous for the downsizing and weight reduction of the device.
  • FIG. 8 is an operation explanatory view at the time of polarity switching of the output voltage in the high voltage power supply device of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a timing chart of control signals at the time of polarity switching of the output voltage in the high voltage power supply device of the second embodiment. Operation
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the high voltage power supply device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is an operation explanatory diagram at the time of polarity switching of the output voltage in the high voltage power supply device of the first embodiment.
  • the same or corresponding components as or to those of the conventional high voltage power supply device shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
  • the positive voltage generating unit 1, the negative voltage generating unit 2, (corresponding to the main voltage generating unit in the present invention) and the flight tube 5 which is a load are shown in FIG. It is the same as the conventional high voltage power supply shown.
  • the positive side main switch circuit 3 and the negative side main switch circuit 4 (corresponding to the main switch portion in the present invention) in the conventional high voltage power supply device are respectively connected with a plurality of switching elements 3a connected in series in FIG. , 3n and a plurality of switching elements 4a, 4b,..., 4n connected in series.
  • the switching element is generally a power MOSFET, but is not limited thereto.
  • the reason why the switching elements are connected in series is to lower the voltage applied to both ends of one switching element, and the number of switching elements connected in series is the withstand voltage and the application to the flight tube 5 It can be appropriately determined according to the voltage. It should be noted that, for convenience of explanation, the plurality of switching elements 3b,..., 3n are represented by reference numeral 3A, and the plurality of switching elements 4b,.
  • the high voltage power supply device of the present embodiment includes an auxiliary power supply unit 10 (corresponding to the auxiliary power supply unit in the present invention) in addition to the components described above.
  • the auxiliary power supply unit 10 includes an auxiliary positive voltage generation unit 11 that outputs a positive DC high voltage with a voltage value of + (H + ⁇ ) [V], and a negative polarity with a voltage value of-(H + ⁇ ) [V].
  • the auxiliary negative voltage generator 12 for outputting a DC high voltage, the first capacitor 13 whose one end is grounded, the second capacitor 14 whose other end is also grounded, the auxiliary positive voltage generator 11 and the first capacitor 13
  • the positive side second auxiliary switch circuit 15 provided in a line electrically connecting the end, and the negative provided in a line electrically connecting the auxiliary negative voltage generation unit 12 and the other end of the second capacitor 14
  • a side second auxiliary switch circuit 16 Furthermore, the auxiliary power supply unit 10 includes a positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a that constitutes the positive side first auxiliary switch circuit 17 together with the plurality of switching elements 3b,..., 3n (3A) included in the positive side main switch circuit 3.
  • the positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a and the negative side charge / discharge auxiliary switching element 18a correspond to the auxiliary switch portion in the present invention.
  • the plurality of switching elements 3A connected in series are shared by the positive side main switch circuit 3 and the positive side first auxiliary switch circuit 17, and the positive side main switching element 3a is included only in the positive side main switch circuit 3.
  • the positive side charge / discharge auxiliary switching element 17 a is included only in the positive side first auxiliary switch circuit 17.
  • the plurality of switching elements 4A connected in series are shared by the negative main switch circuit 4 and the negative first auxiliary switch circuit 18, and the switching element 4a is a negative main switch circuit.
  • the negative side charge / discharge auxiliary switching element 18 a is included only in the negative first auxiliary switch circuit 18.
  • Each of the switching elements 3a, 17a, 4a, 18a may also be a series connection of a plurality of power MOSFETs instead of one power MOSFET.
  • the positive side second auxiliary switch circuit 15 and the negative side second auxiliary switch circuit 16 in the auxiliary power supply unit 10 can each be configured by connecting a plurality of power MOSFETs in series.
  • Control unit 20 includes positive side main switching element 3a constituting positive side main switch circuit 3, switching element 3A connected in series, positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a, and switching element 4a constituting negative side main switch circuit 4. , Switching element 4A connected in series, negative side charge / discharge auxiliary switching element 18a, positive second auxiliary switch circuit 15, and negative second auxiliary switch circuit 16 on (closed) / off (opened). It controls the operation, and is generally configured around a microcomputer including a microprocessor, a ROM, a RAM, and the like.
  • the voltage value (H + ⁇ ) [V] of the direct current high voltage which is the output of the auxiliary positive voltage generation unit 11 is only ⁇ [V] than the voltage value H [V] of the direct current high voltage which is the output of the positive voltage generation unit 1 high.
  • the voltage value-(H + ⁇ ) [V] of the direct current high voltage which is the output of the auxiliary negative voltage generation unit 12 is higher than the voltage value -H [V] of the direct current high voltage which is the output of the negative voltage generation unit 2 Its absolute value is high by ⁇ [V].
  • ⁇ [V] is appropriately determined according to the capacitance of the first and second capacitors 13 and 14, the capacitance value Ca of the capacitance of the flight tube 5, and the like.
  • the negative side main switch circuit 4 (all the negative side main switching element 4a and the switching element 4A connected in series) is in the ON state
  • the positive side main switching circuit 3 (the switching element connected in series with the positive side main switching element 3a) It is assumed that the voltage of the voltage application side end 5a of the flight tube 5 is stable at -H [V] with all 3A in the OFF state and the charge / discharge auxiliary switching elements 17a and 18a both in the OFF state.
  • the positive side second auxiliary switch circuit 15 is turned on, and the first capacitor 13 is charged by the output voltage + (H + ⁇ ) [V] of the auxiliary positive voltage generation unit 11 (see FIG. 2A). .
  • the voltage across the first capacitor 13 becomes + (H + ⁇ ) [V].
  • the output voltage of the auxiliary positive voltage generator 11 may be 9 [kV].
  • the positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a is turned off while the series connected switching element 3A is turned on, and the positive side main switching is performed.
  • the element 3a and the positive side second auxiliary switch circuit 15 are turned on.
  • the charge voltage is lowered by the discharge of the first capacitor 13, the first capacitor 13 and the auxiliary positive voltage generator 11 are connected again by turning on the positive second auxiliary switch circuit 15, The capacitor 13 is charged until the voltage across the capacitor becomes + (H + ⁇ ) [V].
  • the measurement is performed in a state where a stable DC voltage is applied from the positive voltage generation unit 1 to the flight tube 5 (see FIG. 2D). Since the negative second auxiliary switch circuit 16 is turned on when the measurement is performed, the second capacitor 14 is charged by the output voltage ⁇ (H + ⁇ ) [V] of the auxiliary negative voltage generation unit 12, and the second capacitor 14 is The voltage across the terminal becomes ⁇ (H + ⁇ ) [V].
  • the control unit 20 controls the positive side main switching circuit 3 (all of the switching elements 3A connected in series with the positive side main switching elements 3a. And the negative side second auxiliary switch circuit 16 is turned off, and the negative side charge / discharge auxiliary switching element 18a is turned on while the series connected switching element 4A is turned on. Then, the second capacitor 14 and the flight tube 5 are connected via the negative side charge / discharge auxiliary switching element 18a and the switching element 4A connected in series (that is, the negative first auxiliary switch circuit 18), and the second capacitor 14 A current flows from the flight tube 5 to the second capacitor 14 due to the charge stored in (see FIG. 2 (e)). The capacitance of the flight tube 5 has been charged so that the voltage application side end 5a has a positive polarity until just before that, but it is rapidly charged to the negative polarity by the flow of the current.
  • the control unit 20 keeps the switching element 4A connected in series turned on and the negative side charge / discharge auxiliary switching element 18a It is turned off, and the negative main switching element 4a and the negative second auxiliary switch circuit 16 are turned on. As a result, since the negative voltage generation unit 2 is connected to the flight tube 5, a stable negative DC voltage is applied to the flight tube 5 (see FIG. 2 (f)).
  • the second capacitor 14 and the auxiliary negative voltage generation unit 12 are connected again by turning on the negative second auxiliary switch circuit 16,
  • the capacitor 14 is charged until the voltage across the capacitor 14 becomes-(H + ⁇ ) [V].
  • the measurement is performed in a state where a stable DC voltage is applied from the negative voltage generating unit 2 to the flight tube 5 (see FIG. 2A).
  • the first capacitor 13 and the second capacitor A current based on the charge stored in advance in 14 is supplied to the flight tube 5 to charge it to a value near the DC high voltage of polarity to which the capacitance of the flight tube 5 is to be switched.
  • the current supplied from the first capacitor 13 and the second capacitor 14 is not limited as in the current supplied from the voltage generators 1 and 2.
  • the positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a, the negative side charge / discharge A large current determined by the resistance value of the internal resistance of the auxiliary switching element 18a and the switching elements 3A and 4A connected in series (or the series resistance value with the resistance when a protective resistance or the like is connected in series therewith) flows . Therefore, the charging of the capacitance of the flight tube 5 is performed quickly, and hence the time (stabilizing time) until the stable DC voltage is obtained at the time of polarity switching is also faster than when the auxiliary power supply unit 10 is not provided. .
  • the plurality of switching elements 3A connected in series are shared by the positive side main switch circuit 3 and the positive side first auxiliary switch circuit 17. Therefore, the total number of switching elements is increased compared to the case where a plurality (usually a large number) of switching elements are independently connected in series between positive-side main switch circuit 3 and positive-side first auxiliary switch circuit 17 respectively. It can be reduced. As a result, not only the cost of the switching element can be reduced, but also the area of the circuit board on which the switching element is mounted can be reduced, which is advantageous for reducing the size and weight of the device.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of the high voltage power supply according to the second embodiment
  • FIG. 4 is a timing chart of control signals at the time of polarity switching of the output voltage in the high voltage power supply according to the second embodiment
  • FIG. FIG. 6 is an operation explanatory view at the time of polarity switching of the output voltage in the high voltage power supply device of FIG.
  • the same or corresponding components as or to those of the high voltage power supply device of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • 5 (a) to 5 (f) correspond to FIGS. 2 (a) to 2 (f), respectively.
  • the two auxiliary switch circuits 15 and 16 in the high voltage power supply of the first embodiment are replaced by resistors 105 and 106, respectively.
  • the resistors 105 and 106 have large resistance values of several hundreds k ⁇ to several M ⁇ . That is, in the high voltage power supply device of the second embodiment, the auxiliary positive voltage generator 11 and the first capacitor 13 are always connected through the resistor 105, and the auxiliary negative voltage generator 12 and the second capacitor 14 are resistor 106. Always connected through.
  • the negative main switch circuit 4 (all of the negative main switching element 4a and the switching element 4A connected in series) is in the ON state, and the positive main switching circuit 3 (positive main switching element). 3a and all the switching elements 3A connected in series are in the off state, and both the charge / discharge auxiliary switching elements 17a and 18a are also in the off state, and the potential of the voltage application side 5a of the flight tube 5 is stable at -H [V] During this time, the voltage across the first capacitor 13 connected to the auxiliary positive voltage generator 11 via the resistor 105 is charged to + (H + ⁇ ) [V].
  • the control unit 20 controls the negative main switch circuit 4 (all of the negative main switching element 4a and the switching elements 4A connected in series). Turn off. Further, the control unit 20 gives the control signal shown in FIG. 4A to the positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a, and gives the control signal shown in FIG. 4C to the switching element 3A connected in series. Thereby, the first capacitor 13 and the flight tube 5 are connected for a short time (1 ms in this example) via the positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a and the switching element 3A connected in series, and stored in the first capacitor 13 The current due to the charged charge flows to the flight tube 5 (see FIG. 5 (b)). The capacitance of the flight tube 5 has been charged so that the voltage application side end 5a has a negative polarity until just before that, but it is rapidly charged to a positive polarity by the flow of the current.
  • the auxiliary positive voltage generation unit 11 and the flight tube 5 are also connected via the resistor 105, but the resistance value of the resistor 105 is large Therefore, the time for turning on the positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a is sufficiently shorter than the on time of the positive side main switching circuit 3 (the positive side main switching element 3a and the switching element 3A connected in series) described later.
  • the current flowing from the auxiliary positive voltage generation unit 11 to the flight tube 5 can be suppressed to a negligible level.
  • the control unit 20 After the capacitance of the flight tube 5 is charged by the current supplied from the first capacitor 13, the control unit 20 turns off the positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a while keeping the switching element 3A connected in series on.
  • the control signal shown in FIG. 4 (b) is applied to the positive side main switching element 3a to turn it on.
  • This on-time (the time when the control signal in FIG. 4B is at the “H” level) is 24 ms in this example, and as described above, the on-time of the positive side charge / discharge auxiliary switching element 17a (FIG. 4A) Is long enough compared to the time when the control signal of the signal is at the "H” level.
  • a stable DC voltage having a voltage value of H [V] is applied to the flight tube 5 (see FIG. 5C).
  • the first capacitor 13 is charged after the discharge since the first capacitor 13 and the auxiliary positive voltage generator 11 are connected via the resistor 105. Start and is charged until the voltage across it becomes + (H + ⁇ ) [V]. The measurement is performed in a state where a stable DC voltage is applied from the positive voltage generation unit 1 to the flight tube 5 (see FIG. 5D).
  • the negative side charge / discharge auxiliary switching element 18a is turned off, the voltage across the second capacitor 14 is charged to-(H + ⁇ ) [V] by the auxiliary negative voltage generation unit 12.
  • the control unit 20 controls the positive side main switching circuit 3 (the positive side main switching element 3a and all the switching elements 3A connected in series to switch the voltage applied to the flight tube 5 from positive to negative. 4f is turned off, the control signal shown in FIG. 4 (f) is given to the negative side series connected switching element 4A to turn it on and the control signal shown in FIG. 4 (d) to the negative side charge / discharge auxiliary switching element 18a.
  • the second capacitor 14 and the flight tube 5 are connected via the negative-side charge / discharge auxiliary switching device 18 a and the switching device 4 A connected in series, and the charge stored in the second capacitor 14 A current flows in the two capacitors 14 (see FIG. 5 (e)).
  • the capacitance of the flight tube 5 has been charged so that the voltage application side end 5a has a positive polarity until just before that, but it is rapidly charged to the negative polarity by the flow of the current.
  • the control unit 20 turns off the negative side charge / discharge auxiliary switching element 18a, and switches the switching element 4A connected in series. While the switch is on, the negative main switching element 4a is turned on. As a result, since the negative voltage generation unit 2 is connected to the flight tube 5, a stable negative DC voltage is applied to the flight tube 5 (see FIG. 5 (f)). On the other hand, the charge voltage is lowered by the discharge of the second capacitor 14, but when the negative side charge / discharge auxiliary switching element 18a is turned off, the voltage of the second capacitor 14 is lowered again to-(H + ⁇ ) [V]. Be charged. The measurement is performed in a state where a stable DC voltage is applied from the negative voltage generating unit 2 to the flight tube 5 (see FIG. 5A).
  • the on / off of the charge / discharge auxiliary switching elements 17a and 18a is compared with the on time of the main switch circuits 3 and 4 (that is, the on time of the main switching elements 3a and 4a). By keeping the time sufficiently short, almost the same operation as in the first embodiment can be achieved.
  • the auxiliary power supply unit 10 is used to switch the polarity of the voltage applied to the flight tube 5. However, even when a positive or negative high voltage starts being applied from the state where no voltage is applied. It goes without saying that the use of the auxiliary power supply 10 can speed up the rise of the voltage.
  • the configuration of the high-voltage power supply described above is only an example of the present invention, and it is natural that any modification, addition, or modification may be made within the scope of the claims of the present invention. It is.
  • the high voltage power supply according to the present invention can not only be used for applying high voltage to the flight tube of TOFMS, but also various applications where high voltage of about ⁇ several [kV] needs to be switched at high speed It is obvious that it can be used for the device.

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Abstract

ＳＷ素子（４ａ～４ｎ）をオン、他のＳＷ素子（３ａ～３ｎ、１７ａ、１８ａ）をオフして負電圧発生部（２）からフライトチューブ（５）に負の直流電圧を印加し測定を実施する間に、ＳＷ回路（１５）をオンし補助正電圧発生部（１１）によりコンデンサ（１３）を充電する。印加電圧の極性を負から正に切り替える際に、ＳＷ素子（４ａ～４ｎ、１５）をオフする一方ＳＷ素子（１７ａ、３ｂ～３ｎ）をオンし、コンデンサ（１３）からフライトチューブ（５）に大電流を供給してその静電容量を迅速に正電位に充電する。そのあと、ＳＷ素子（１７ａ）をオフ、ＳＷ素子（３ａ）をオンすることで正電圧発生部（１）から安定した正の直流電圧をフライトチューブ（５）に印加する。正負極性の切替え時にフライトチューブ（５）の静電容量を迅速に充放電することで、電圧発生部（１、２）の最大出力電流に制約があっても、電圧の立上り時間を短縮することができる。また、ＳＷ素子（３ｂ～３ｎ、４ｂ～４ｎ）は主電圧と補助電圧との切り替えのために共用されているので、使用する素子数を抑えることができる。

Description

高電圧電源装置
　本発明は高電圧電源装置に関し、さらに詳しくは、飛行時間型質量分析装置のフライトチューブなど、比較的静電容量が大きな容量性負荷に直流高電圧を印加するのに好適な高電圧電源装置に関する。
　飛行時間型質量分析装置（以下、慣用に従って「ＴＯＦＭＳ」と称す）では、試料由来の各種イオンをイオン射出部から射出し、該イオンがフライトチューブ内に形成された飛行空間中を飛行するのに要する飛行時間を計測する。飛行するイオンはその質量電荷比m/zに応じた速度を有するため、上記飛行時間はそのイオンの質量電荷比に応じたものとなり、各イオンの飛行時間から質量電荷比を求めることができる。
　例えば特許文献１に開示されているように、ＴＯＦＭＳにおいてフライトチューブには、正負両極性の直流高電圧を切り替え出力可能である高電圧電源装置から、分析対象であるイオンの極性に応じて極性の異なる数kV～十数kV程度の直流高電圧が印加される。分析実行中にフライトチューブの電位が変動するとイオンの飛行距離が変動してしまい、質量精度や質量分解能を低下させるおそれがある。また、リフレクトロン型のＴＯＦＭＳでは、フライトチューブの電位がイオンを反射させる反射電場を形成するためのリフレクトロンの基準電位となっている場合もあり、そうした場合、分析実行中のフライトチューブの電位変動が質量精度に与える影響は一層大きい。
　そのため、上記高電圧電源装置には、電圧変動が数ppm程度以下である高い安定性を保ちつつ数kV～十kV程度の直流高電圧を出力可能であることが求められる。また、正イオンの測定と負イオンの測定とを交互に繰り返し実施することが可能なＴＯＦＭＳでは、高電圧電源装置の出力電圧の極性の切替えを短い周期で行う必要があるため、出力電圧の極性切替え時に電圧が安定するまでの時間をできるだけ短縮することも求められる。
　図６は従来一般的であるフライトチューブ用高電圧電源装置の概略構成及びその動作説明図である。
　図６（ａ）に示すように、この高電圧電源装置は、電圧値がＨ[Ｖ]である正極性の直流高電圧を出力する正電圧発生部１と、電圧値が－Ｈ[Ｖ]である負極性の直流高電圧を出力する負電圧発生部２と、正電圧発生部１と負荷であるフライトチューブ５とを電気的に接続する線路に設けられた正側主スイッチ回路３と、負電圧発生部２とフライトチューブ５とを電気的に接続する線路に設けられた負側主スイッチ回路４と、を備える。一般に、主スイッチ回路３、４はそれぞれ半導体スイッチング素子として１又は複数のＭＯＳＦＥＴを含む。また、正電圧発生部１及び負電圧発生部２としては、コッククロフト・ウォルトン回路（Cockcroft-Walton circuit）などの、倍電圧整流回路を多段接続した昇圧回路が利用されることが多い。直流高電圧の電圧値±Ｈは一般に±５～±１０[kV]程度である。フライトチューブ５は長さが１～２[ｍ]程度の金属製の略円筒管であり、Ｃａ[Ｆ]の静電容量を有する容量性負荷である。
　ＴＯＦＭＳにおいて正イオンの測定と負イオンの測定とを交互に行うべくフライトチューブ５に印加する高電圧の正負を交互に切り替える際には、正側主スイッチ回路３と負側主スイッチ回路４とを交互にオン・オフさせる。但し、両主スイッチ回路３、４が同時にオン状態にならないように、一方のスイッチ回路（例えば正側主スイッチ回路３）をオン状態からオフ状態に切り替えたあとに他方のスイッチ回路（例えば負側主スイッチ回路４）をオフ状態からオン状態に切り替えるように、それら主スイッチ回路３、４を制御するのが一般的である。
　いま、両主スイッチ回路３、４が共にオフした状態から正側主スイッチ回路３がオンされると、該正側主スイッチ回路３を通して正電圧発生部１からフライトチューブ５に電流ｉ1が流れ、フライトチューブ５の静電容量が充電される（図６（ａ）参照）。静電容量が完全に充電されるとフライトチューブ５の電圧印加側端部５ａの電位は＋Ｈ[Ｖ]に安定し、その状態で測定が実施される（図６（ｂ）参照）。測定終了後にフライトチューブ５へ負の高電圧を印加するように切り替えるには、まず正側主スイッチ回路３をオフし続いて負側主スイッチ回路４をオンする。すると、先にフライトチューブ５の静電容量に蓄えられていた電荷による電流ｉ2が負側主スイッチ回路４を通してフライトチューブ５から負電圧発生部２に流れる。そして、該静電容量は逆極性に充電される（図６（ｃ）参照）。静電容量が逆極性に完全に充電されるとフライトチューブ５の電圧印加側端部５ａの電位は－Ｈ[Ｖ]に安定し、その状態で測定が実施される（図６（ｄ）参照）。
　フライトチューブ５の静電容量はその大きさ等に依存するが、通常、数百pF～数nF程度である。主スイッチ回路３、４がそれぞれオン状態に切り替えられた時点からフライトチューブ５の電圧印加側端部５ａの電位が正方向又は負方向に徐々に上昇し、その電位が安定するまでに要する安定化時間ｔsは、電圧発生部１、２の電流供給能力と負荷変動に対する応答性に依存する。電流供給能力を上げれば（つまりは電流ｉ1、ｉ2を大きくすれば）安定化時間ｔsは短くなるものの、電流供給能力を上げるほど電圧発生部１、２に掛かるコストは高くなる。また、電圧発生部１、２において負荷変動に対する応答性を高くすると安定化時間ｔsは短くなるものの、直流電圧の安定性が低下するおそれがある。こうした制約から、電圧発生部１、２の電流供給能力や負荷変動に対する応答性を上げるには限界がある。そのため、フライトチューブ５の静電容量が数nF程度である場合、従来の高電圧電源装置における安定化時間ｔsは数百ms程度であり、この時間の長さがフライトチューブ５への印加電圧の極性切替えの時間を短縮する、つまりは正イオン測定と負イオン測定とを交互に実施する際における測定周期を短縮するうえで、大きな制約となっていた。
　また、こうした問題は出力電圧の正負極性の切替え時のみならず、電圧印加を停止している状態から電圧印加を開始する際、つまりは印加電圧をゼロから＋Ｈ[Ｖ]又は－Ｈ[Ｖ]に立ち上げる際においても同様である。
　また、フライトチューブ５に高電圧を印加する高電圧電源装置のみならず、静電容量が比較的大きな負荷（容量性負荷）に対して安定した直流高電圧を印加する高電圧電源装置において同様の問題がある。
特開２００６－８００３１号公報
　本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、容量性の負荷に対し安定した高電圧を印加する高電圧電源装置において、装置コストの増加を抑えながら、電圧印加停止状態から電圧印加を開始する際や印加電圧の極性を切り替える際に、その電圧の立上りを高速化することを主たる目的としている。
　上記課題を解決するために成された本発明は、負荷に直流高電圧を印加する高電圧電源装置であって、
　a)所定の直流高電圧を発生する主電圧発生部と、
　b)前記主電圧発生部の電圧出力端と前記負荷とを接続する線路を開閉するものであって、複数のスイッチング素子が直列に接続されてなる主スイッチ部と、
　c)前記主電圧発生部により供給可能な電流よりも大きな電流を前記負荷に供給可能である補助電源部と、
　d)前記補助電源部の電圧出力端と前記負荷とを接続する線路を開閉するものであって、前記主スイッチ部における複数のスイッチング素子のうちの該負荷側から所定個数のスイッチング素子と、その所定個数のスイッチング素子と前記補助電源部の電圧出力端との間に直列に接続された別の１又は複数のスイッチング素子とを含む補助スイッチ部と、
　e)前記主スイッチ部を開成状態から閉成することで前記主電圧発生部による直流高電圧を前記負荷に印加し始めるに際し、該主スイッチ部を閉成する前又は閉成した直後に前記補助スイッチ部を閉成し前記補助電源部から前記負荷に対し電流を供給して該負荷の静電容量を充電するべく、前記主スイッチ部及び前記補助スイッチ部の各スイッチング素子を駆動する制御部と、
　を備えることを特徴としている。
　本発明に係る高電圧電源装置において、制御部が開成状態にある主スイッチ部を閉成すると、該主スイッチ部を介して主電圧発生部と負荷とが接続され、主電圧発生部による直流高電圧が負荷に印加される。このとき制御部は、主スイッチ部を閉成する直前に又は該主スイッチ部を閉成した直後に、補助スイッチ部を短時間だけ閉成する。これにより、補助電源部は主電圧発生部により供給可能な電流よりも大きな電流を短時間、負荷に供給する。負荷に印加される直流高電圧が正である場合には、補助電源部は負荷に正の電流を供給し（つまりは負荷に電流を流し込む）、負荷に印加される直流高電圧が負である場合には、補助電源部は負荷に負の電流を供給（つまりは負荷から電流を引き抜く）すればよい。この補助電源部により供給される電流によって負荷の静電容量は急速に充電されるため、主電圧発生部から負荷への電流供給による静電容量の充電は不要になり又は軽減され、主スイッチ部が閉成されたあとに負荷の電位は短時間で所望の値に静定する。
　本発明に係る高電圧電源装置による電圧印加対象の負荷が例えば上述したＴＯＦＭＳのフライトチューブである場合、電圧は最大で１０kV又はそれ以上になる。その場合、主電圧発生部の電圧出力端と負荷との間に設けられた主スイッチ部の両端、及び、補助電源部の電圧出力端と負荷との間に設けられた補助スイッチ部の両端にはそれぞれ、１０kV又はそれ以上の電圧が掛かることになるが、主スイッチ部及び補助スイッチ部は共に複数のスイッチング素子が直列に接続されたものであるため、各スイッチング素子の両端に掛かる電圧はその素子の個数に応じて分割された電圧で済む。そのため、直列に接続されるスイッチング素子の個数を増やすほど、１個のスイッチング素子の耐圧は小さくてよい。ただし、スイッチング素子の個数を増やすとコストが増加するし、素子を配置する回路基板の面積も大きくなる。
　これに対し本発明に係る高電圧電源装置では、主スイッチ部におけるＮ個のスイッチング素子のうちの負荷側から所定個数（最大でＮ－１個）のスイッチング素子と、補助スイッチ部におけるＭ個のスイッチング素子のうちの負荷側から所定個数のスイッチング素子とを共用している。したがって、主スイッチ部と補助スイッチ部とで共用しているスイッチング素子の個数がＮ－１個（当然のことながら、この場合にはＭ＞Ｎ－１）であれば、主スイッチ部及び補助スイッチ部に必要なスイッチング素子の総数は、Ｎ＋Ｍ－（Ｎ－１）となる。即ち、スイッチング素子を部分的に共用しない場合にスイッチング素子の総数がＮ＋Ｍになるのに対し、その個数を減らすことができる。
　本発明に係る高電圧電源装置では、直列に接続されるスイッチング素子の個数を或る程度増やしても１個のスイッチング素子としてかなり大きな耐圧のものが必要である。そこで、前記スイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴを用いるとよい。
　なお、本発明に係る高電圧電源装置では、主スイッチ部及び補助スイッチ部は共用のスイッチング素子を含めて複数のスイッチング素子が直列に接続された構成であるため、スイッチ部の「閉成」とはそのスイッチ部に含まれる全てのスイッチング素子が閉成（オン）した状態をいい、スイッチ部の「開成」とはそのスイッチ部に含まれる少なくとも１個のスイッチング素子が開成（オフ）した状態をいう。したがって、主スイッチ部又は補助スイッチ部のいずれか一方が閉成した状態であるとき、主スイッチ部と補助スイッチ部とで共用されているスイッチング素子は全て閉成した状態である。
　また、変動の少ない安定した直流高電圧を負荷に印加しようとする場合、上述したように、主電圧発生部の電流供給能力はコスト要因等のために制約を受ける。これに対し、補助電源部は印加電圧の立上り時に負荷の静電容量を充電するのが主たる目的であるため、短時間だけ大電流を供給できればよい。
　そこで、本発明に係る高電圧電源装置において、前記補助電源部は、コンデンサと、該コンデンサを充電する充電用電源部と、を含む構成とすることができる。
　この構成では、主スイッチ部を開成状態から閉成状態に切り替えて主電圧発生部による直流高電圧を負荷に印加し始めるよりも前に、充電用電源部によりコンデンサを予め充電しておく。そして、例えば主スイッチ部を開成状態から閉成状態に切り替る際にその直前に、補助スイッチ部を短時間閉成することにより、コンデンサに蓄えられていた電荷による電流を該補助スイッチ部を通して負荷に供給し該負荷の静電容量を充電する。補助スイッチ部を再び開成してコンデンサと負荷とを切り離したあとに主スイッチ部を閉成し、主電圧発生部による直流高電圧を負荷に印加する。補助スイッチ部を閉成することで、コンデンサに蓄積されていた電荷が放電され、一時的ではあるが大きな電流を負荷に供給することができる。それによって、負荷の電位を短時間で上昇させ、主電圧発生部が負荷に接続された後に迅速に、その主電圧発生部による直流高電圧に安定させることができる。
　上記構成における第１の態様では、前記補助電源部は、前記充電用電源部と前記コンデンサとを接続する線路を開閉する第２補助スイッチ部をさらに含み、
　前記制御部は、前記補助スイッチ部が開成している期間中に前記第２補助スイッチを閉成し、該補助スイッチ部が閉成する際には該第２補助スイッチ部を開成させる構成とすることができる。
　この第１の態様では、補助スイッチ部が閉成しているときに第２補助スイッチ部を開成して充電用電源部とコンデンサとを切り離し、その直前までコンデンサに蓄積されていた電荷による大きな電流を負荷に供給することができる。
　また上記構成における第２の態様では、前記補助電源部は、前記充電用電源部と前記コンデンサとを接続する線路に設けられ、前記補助スイッチ部が閉成する際に前記充電用電源部から該補助スイッチ部を通して流れる電流を制限する抵抗部を含む構成とすることができる。
　この第２の態様では、上記第１の態様における第２補助スイッチ部を抵抗部に置き換える。この構成では、補助スイッチ部を閉成したときに抵抗部を通してコンデンサと充電用電源部とが接続された状態である。但し、抵抗部の抵抗値を或る程度大きくしておけば、該抵抗部を通して充電用電源部から負荷へ流れる電流は殆ど無視できる。これにより、補助スイッチ部を閉成したときに、コンデンサに蓄積されていた電荷による大電流を負荷に供給することができる。
　本発明に係る高電圧電源装置は、正又は負のいずれか一方の極性の直流高電圧を負荷に印加する単極性型の電源装置でもよいが、正極性の直流高電圧と負極性の直流高電圧とを選択的に負荷に印加可能である極性切替え型の電源装置に本発明を適用することもできる。
　即ち、本発明に係る高電圧電源装置において、
　前記主電圧発生部は、正極性の直流高電圧を発生する正側主電圧発生部と、負極性の直流高電圧を発生する負側主電圧発生部と、を含み、
　前記主スイッチ部は、前記正側主電圧発生部の電圧出力端と前記負荷とを接続する線路を開閉する正側主スイッチ部と、前記負側主電圧発生部の電圧出力端と前記負荷とを接続する線路を開閉する負側主スイッチ部と、を含み、
　前記補助電源部は、前記正側主電圧発生部により供給可能な電流よりも大きな電流を前記負荷に対し供給可能である正側補助電源部と、前記負側主電圧発生部により供給可能な電流よりも大きな電流を前記負荷に対し供給可能である負側補助電源部と、を含み、
　前記制御部は、前記正側主スイッチ部を開成状態から閉成することで前記正側主電圧発生部による直流高電圧を前記負荷に印加し始めるに際し、該正側主スイッチ部を閉成する前又は閉成した直後に前記正側補助スイッチ部を閉成し前記正側補助電源部から前記負荷に対し電流を供給して該負荷の静電容量を充電し、前記負側主スイッチ部を開成状態から閉成することで前記負側主電圧発生部による直流高電圧を前記負荷に印加し始めるに際し、該負側主スイッチ部を閉成する前又は閉成した直後に前記負側補助スイッチ部を閉成し前記負側補助電源部から前記負荷に対し電流を供給して該負荷の静電容量を充電するべく、前記正側主スイッチ部、前記負側主スイッチ部、前記正側補助スイッチ部、及び前記正側補助スイッチ部の各スイッチング素子を駆動する構成とすることができる。
　この構成によれば、負荷に電圧を印加していない状態から正又は負の電圧を印加し始める際のみならず、負荷に印加している直流高電圧の極性を正から負へ又はその逆に切り替える際に、負荷の静電容量をその直前とは逆の極性に迅速に充電することができる。それによって、極性切替え後の電圧を迅速に安定させることができる。
　例えばＴＯＦＭＳでは、分析対象であるイオンの極性に応じて正負電圧の極性が切り替えられるフライトチューブの電位が十分に安定したあとに測定を実施する必要があるが、本発明に係る高電圧電源装置を電源装置として用いることで、フライトチューブの電位の切替えが迅速に行われるので、正イオン測定と負イオン測定とを交互に実行する測定周期を短くすることができる。
　本発明に係る高電圧電源装置では、負荷への電圧印加停止状態から電圧印加を開始する際や印加電圧の極性を切り替える際に、出力電圧の安定性が高い主電圧発生部とは別の専用の補助電源部により負荷の静電容量を迅速に充電している。そのため、主電圧発生部の出力電流に制約があっても、負荷の電位を迅速に所望の安定した値に静定させることができる。これにより、高い電圧安定性を要する主電圧発生部の出力電流を抑えることができるので、装置コストの増加を抑えることができる。また、負荷変動に対する応答性を必要以上に高くする必要がないので、安定した直流高電圧を負荷に印加することができる。
　また本発明に係る高電圧電源装置では、主スイッチ部と補助スイッチ部とでスイッチング素子を共用しない場合に比べて、それらスイッチ部に使用するスイッチング素子の個数を減らすことができる。それにより、主スイッチ部及び補助スイッチ部のコストを引き下げることができるとともに、それら素子が配置される回路基板の面積を小さくすることができる。それにより、装置の小形化や軽量化にも有利である。
本発明の第１実施例による高電圧電源装置の概略構成図。 第１実施例の高電圧電源装置における出力電圧の極性切替え時の動作説明図。 本発明の第２実施例による高電圧電源装置の概略構成図。 第２実施例の高電圧電源装置における出力電圧の極性切替え時の制御信号のタイミング図。 第２実施例の高電圧電源装置における出力電圧の極性切替え時の動作説明図。 従来の高電圧電源装置の概略構成及びその動作説明図。
　　［第１実施例］
　以下、本発明に係る高電圧電源装置の第１実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は第１実施例による高電圧電源装置の概略構成図、図２は第１実施例の高電圧電源装置における出力電圧の極性切替え時の動作説明図である。図１において、図６に示した従来の高電圧電源装置と同一の又は相当する構成要素には同一の符号を付してある。
　図１に示した本実施例の高電圧電源装置において、正電圧発生部１、負電圧発生部２、（本発明における主電圧発生部に相当）及び負荷であるフライトチューブ５は、図６に示した従来の高電圧電源装置と同じである。また、従来の高電圧電源装置における正側主スイッチ回路３及び負側主スイッチ回路４（本発明における主スイッチ部に相当）はそれぞれ、図１では、直列に接続された複数のスイッチング素子３ａ、３ｂ、…、３ｎ、及び直列に接続された複数のスイッチング素子４ａ、４ｂ、…、４ｎで示している。スイッチング素子は一般的にはパワーＭＯＳＦＥＴであるが、それに限るものではない。また、スイッチング素子を直列に接続した構成としているのは、１個のスイッチング素子の両端に掛かる電圧を下げるためであり、直列に接続されるスイッチング素子の個数はその耐圧とフライトチューブ５への印加電圧とに応じて適宜に定めることができる。なお、説明の都合上、複数のスイッチング素子３ｂ、…、３ｎを符号３Ａで表し、複数のスイッチング素子４ｂ、…、４ｎを符号４Ａで表す。
　本実施例の高電圧電源装置は、上述した構成要素に加え、補助電源部１０（本発明における補助電源部に相当）を備える。補助電源部１０は、電圧値が＋（Ｈ＋α）[Ｖ]である正極性の直流高電圧を出力する補助正電圧発生部１１と、電圧値が－（Ｈ＋α）[Ｖ]である負極性の直流高電圧を出力する補助負電圧発生部１２と、一端が接地された第１コンデンサ１３と、同じく一端が接地された第２コンデンサ１４と、補助正電圧発生部１１と第１コンデンサ１３の他端とを電気的に接続する線路に設けられた正側第２補助スイッチ回路１５と、補助負電圧発生部１２と第２コンデンサ１４の他端とを電気的に接続する線路に設けられた負側第２補助スイッチ回路１６と、を含む。さらに補助電源部１０は、上記正側主スイッチ回路３に含まれる複数のスイッチング素子３ｂ、…、３ｎ（３Ａ）とともに正側第１補助スイッチ回路１７を構成する正側充放電補助スイッチング素子１７ａと、上記負側主スイッチ回路４に含まれる複数のスイッチング素子４ｂ、…、４ｎ（４Ａ）とともに負側第１補助スイッチ回路１８を構成する負側充放電補助スイッチング素子１８ａと、を含む。正側充放電補助スイッチング素子１７ａ及び負側充放電補助スイッチング素子１８ａは本発明における補助スイッチ部に相当する。
　即ち　直列接続された複数のスイッチング素子３Ａは、正側主スイッチ回路３と正側第１補助スイッチ回路１７とで共用されており、正側主スイッチング素子３ａは正側主スイッチ回路３のみに含まれ、正側充放電補助スイッチング素子１７ａは正側第１補助スイッチ回路１７のみに含まれる。負極性側においても同様に、直列接続された複数のスイッチング素子４Ａは、負側主スイッチ回路４と負側第１補助スイッチ回路１８とで共用されており、スイッチング素子４ａは負側主スイッチ回路４のみに含まれ、負側充放電補助スイッチング素子１８ａは負側第１補助スイッチ回路１８のみに含まれる。
　なお、スイッチング素子３ａ、１７ａ、４ａ、１８ａもそれぞれ、１個のパワーＭＯＳＦＥＴではなく複数個のパワーＭＯＳＦＥＴを直列に接続したものであってもよい。また、補助電源部１０中の正側第２補助スイッチ回路１５、負側第２補助スイッチ回路１６もそれぞれ複数のパワーＭＯＳＦＥＴを直列に接続したものとすることができる。
　制御部２０は、正側主スイッチ回路３を構成する正側主スイッチング素子３ａ、直列接続されたスイッチング素子３Ａ、正側充放電補助スイッチング素子１７ａ、負側主スイッチ回路４を構成するスイッチング素子４ａ、直列接続されたスイッチング素子４Ａ、負側充放電補助スイッチング素子１８ａ、正側第２補助スイッチ回路１５、及び、負側第２補助スイッチ回路１６それぞれのオン（閉成）・オフ（開成）の動作を制御するものであり、通常、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータを中心に構成される。
　補助正電圧発生部１１の出力である直流高電圧の電圧値（Ｈ＋α）[Ｖ]は、正電圧発生部１の出力である直流高電圧の電圧値Ｈ[Ｖ]よりもα[Ｖ]だけ高い。同様に、補助負電圧発生部１２の出力である直流高電圧の電圧値－（Ｈ＋α）[Ｖ]は、負電圧発生部２の出力である直流高電圧の電圧値－Ｈ[Ｖ]よりもその絶対値がα[Ｖ]だけ高い。後述するように、α[Ｖ]は第１、第２コンデンサ１３、１４の容量、フライトチューブ５の静電容量の容量値Ｃａなどに応じて適宜決められる。
　図２を参照して、この高電圧電源装置におけるフライトチューブ５への印加電圧の極性切替え時の動作を説明する。
　いま、負側主スイッチ回路４（負側主スイッチング素子４ａ及び直列接続されたスイッチング素子４Ａの全て）がオン状態、正側主スイッチ回路３（正側主スイッチング素子３ａ及び直列接続されたスイッチング素子３Ａの全て）はオフ状態、充放電補助スイッチング素子１７ａ、１８ａも共にオフ状態で、フライトチューブ５の電圧印加側端部５ａの電圧は－Ｈ[Ｖ]に安定しているものとする。このとき、正側第２補助スイッチ回路１５はオン状態とされ、第１コンデンサ１３は補助正電圧発生部１１の出力電圧＋（Ｈ＋α）[Ｖ]により充電される（図２（ａ）参照）。完全に充電されると、第１コンデンサ１３の両端電圧は＋（Ｈ＋α）[Ｖ]となる。
　フライトチューブ５への印加電圧を負極性から正極性に切り替える際には、まず負側主スイッチ回路４（負側主スイッチング素子４ａ及び直列接続されたスイッチング素子４Ａの全て）、正側第２補助スイッチ回路１５をオフ状態にし、正側充放電補助スイッチング素子１７ａ及び直列接続されたスイッチング素子３Ａ（つまりは正側第１補助スイッチ回路１７）をオンする。すると、正側充放電補助スイッチング素子１７ａ及び直列接続されたスイッチング素子３Ａを介して第１コンデンサ１３とフライトチューブ５とが接続され、第１コンデンサ１３に蓄えられていた電荷による電流がフライトチューブ５に流れる（図２（ｂ）参照）。その直前までフライトチューブ５の静電容量は電圧印加側端部５ａが負極性であるように充電されているが、上記電流の流れ込みによって急速に正極性に充電される。
　このとき、電圧印加側端部５ａの電圧Ｈ’[Ｖ]と、第１コンデンサ１３の容量Ｃｂ[Ｆ]、フライトチューブ５の静電容量の容量値Ｃａ[Ｆ]、及びα[Ｖ]は次の関係となる。
　　α＝（Ｃａ／Ｃｂ）・（Ｈ－Ｈ’）[Ｖ]
電圧印加側端部５ａの電圧Ｈ’＝－Ｈである場合、上式は次の式になる。
　　α＝２・（Ｃａ／Ｃｂ）・Ｈ’[Ｖ]
したがって、Ｃａ、Ｃｂが既知であれば、上記式より、Ｈ’[Ｖ]をＨ[Ｖ]と等しくするためのα[Ｖ]が求まる。例えばＣａ＝１[nF]、Ｃｂ＝７[nF]、Ｈ[Ｖ]＝±７[kV]であれば、α＝（２／７）×７＝２[kV]である。即ち、補助正電圧発生部１１の出力電圧は９[kV]であればよい。
　第１コンデンサ１３から供給される電流によってフライトチューブ５の静電容量が充電されたあと、直列接続されたスイッチング素子３Ａをオンしたまま正側充放電補助スイッチング素子１７ａをオフし、正側主スイッチング素子３ａ、正側第２補助スイッチ回路１５をオンする。これにより、正電圧発生部１がフライトチューブ５に接続されるため、電圧値がＨ[Ｖ]である安定した直流電圧がフライトチューブ５に印加されることになる（図２（ｃ）参照）。一方、上記第１コンデンサ１３の放電によってその充電電圧は下がるが、正側第２補助スイッチ回路１５がオンされることで第１コンデンサ１３と補助正電圧発生部１１とが再び接続され、第１コンデンサ１３はその両端電圧が＋（Ｈ＋α）[Ｖ]になるまで充電される。正電圧発生部１からフライトチューブ５に安定した直流電圧が印加されている状態で測定が実施される（図２（ｄ）参照）。測定の実行時、負側第２補助スイッチ回路１６はオン状態とされるため、第２コンデンサ１４は補助負電圧発生部１２の出力電圧－（Ｈ＋α）[Ｖ]により充電され、第２コンデンサ１４の両端電圧は－（Ｈ＋α）[Ｖ]となる。
　測定が終了すると、フライトチューブ５への印加電圧を正極性から負極性に切り替えるために、制御部２０は正側主スイッチ回路３（正側主スイッチング素子３ａと直列接続されたスイッチング素子３Ａの全て）及び負側第２補助スイッチ回路１６をオフ状態にし、直列接続されたスイッチング素子４Ａをオンしたまま負側充放電補助スイッチング素子１８ａをオンする。すると、負側充放電補助スイッチング素子１８ａ及び直列接続されたスイッチング素子４Ａ（つまりは負側第１補助スイッチ回路１８）を介して第２コンデンサ１４とフライトチューブ５とが接続され、第２コンデンサ１４に蓄えられていた電荷によりフライトチューブ５から第２コンデンサ１４に電流が流れる（図２（ｅ）参照）。その直前までフライトチューブ５の静電容量は電圧印加側端部５ａが正極性であるように充電されているが、上記電流の流出によって急速に負極性に充電される。
　制御部２０は、第２コンデンサ１４による電流の引き抜きによってフライトチューブ５の静電容量が負極性に充電されたあと、直列接続されたスイッチング素子４Ａをオンしたまま負側充放電補助スイッチング素子１８ａをオフし、負側主スイッチング素子４ａ及び負側第２補助スイッチ回路１６をオンする。これにより、負電圧発生部２がフライトチューブ５に接続されるため、安定な負の直流電圧がフライトチューブ５に印加されることになる（図２（ｆ）参照）。一方、上記第２コンデンサ１４の放電によってその充電電圧は下がるが、負側第２補助スイッチ回路１６がオンされることで第２コンデンサ１４と補助負電圧発生部１２とが再び接続され、第２コンデンサ１４はその両端電圧が－（Ｈ＋α）[Ｖ]になるまで充電される。負電圧発生部２からフライトチューブ５に安定な直流電圧が印加されている状態で測定は実施される（図２（ａ）参照）。
　以上のように第１実施例の高電圧電源装置では、フライトチューブ５に印加する電圧を正極性から負極性へ又はその逆に切り替える際に、補助電源部１０において第１コンデンサ１３、第２コンデンサ１４に予め蓄えておいた電荷に基づく電流をフライトチューブ５に供給し、フライトチューブ５の静電容量を切り替えようとしている極性の直流高電圧付近の値まで充電する。第１コンデンサ１３及び第２コンデンサ１４から供給される電流は電圧発生部１、２から供給される電流のような制約はなく、基本的に、正側充放電補助スイッチング素子１７ａ、負側充放電補助スイッチング素子１８ａ及び直列接続されたスイッチング素子３Ａ、４Ａの内部抵抗の抵抗値（或いはそれに直列に保護抵抗等が接続されている場合にはその抵抗との直列抵抗値）で決まる大きな電流が流れる。そのため、フライトチューブ５の静電容量の充電は迅速に行われ、それ故に、極性切替え時に安定した直流電圧になるまでの時間（安定化時間）も補助電源部１０がない場合に比べて速くなる。
　また、第１実施例の高電圧電源装置では、上述したように、直列接続された複数のスイッチング素子３Ａが正側主スイッチ回路３と正側第１補助スイッチ回路１７とで共用されている。そのため、正側主スイッチ回路３と正側第１補助スイッチ回路１７とでそれぞれ独立に複数の（通常は多数の）スイッチング素子を直列に接続した構成を採る場合に比べて、スイッチング素子の総数を減らすことができる。それによって、スイッチング素子のコストを削減することができるのみならず、スイッチング素子を搭載する回路基板の面積を小さくすることができ、装置の小形化・軽量化を図るのに有利である。
　　［第２実施例］
　本発明に係る高電圧電源装置の第２実施例について、図３～図５を参照して説明する。図３は第２実施例による高電圧電源装置の概略構成図、図４は第２実施例の高電圧電源装置における出力電圧の極性切替え時の制御信号のタイミング図、図５は第２実施例の高電圧電源装置における出力電圧の極性切替え時の動作説明図である。
　図３において、図１に示した第１実施例の高電圧電源装置と同一の又は相当する構成要素には同一の符号を付してある。また、図５（ａ）～（ｆ）は図２（ａ）～（ｆ）にそれぞれ対応している。
　第２実施例の高電圧電源装置では、第１実施例の高電圧電源装置における二つの補助スイッチ回路１５、１６をそれぞれ抵抗器１０５、１０６に置き換えている。この抵抗器１０５、１０６は数百kΩ～数ＭΩ程度の大きな抵抗値を有するものである。即ち、第２実施例の高電圧電源装置では、補助正電圧発生部１１と第１コンデンサ１３とは抵抗器１０５を通して常に接続され、　補助負電圧発生部１２と第２コンデンサ１４とは抵抗器１０６を通して常に接続されている。
　図５（ａ）に示すように、負側主スイッチ回路４（負側主スイッチング素子４ａ及び直列接続されたスイッチング素子４Ａの全て）がオン状態、正側主スイッチ回路３（正側主スイッチング素子３ａ及び直列接続されたスイッチング素子３Ａの全て）はオフ状態、充放電補助スイッチング素子１７ａ、１８ａも共にオフ状態で、フライトチューブ５の電圧印加側端部５ａの電位が－Ｈ[Ｖ]に安定しているとき、抵抗器１０５を介して補助正電圧発生部１１を接続されている第１コンデンサ１３の両端電圧は＋（Ｈ＋α）[Ｖ]に充電される。
　そのあと、フライトチューブ５への印加電圧を負極性から正極性に切り替える際に、制御部２０は、負側主スイッチ回路４（負側主スイッチング素子４ａ及び直列接続されたスイッチング素子４Ａの全て）をオフ状態にする。また、制御部２０は正側充放電補助スイッチング素子１７ａに図４（ａ）に示す制御信号を与えるとともに、直列接続されたスイッチング素子３Ａに図４（ｃ）に示す制御信号を与える。これにより、正側充放電補助スイッチング素子１７ａ及び直列接続されたスイッチング素子３Ａを介して第１コンデンサ１３とフライトチューブ５とが短時間（本例では１ms）だけ接続され、第１コンデンサ１３に蓄えられていた電荷による電流がフライトチューブ５に流れる（図５（ｂ）参照）。その直前までフライトチューブ５の静電容量は電圧印加側端部５ａが負極性であるように充電されているが、上記電流の流れ込みによって急速に正極性に充電される。
　正側充放電補助スイッチング素子１７ａ及び直列接続されたスイッチング素子３Ａをオンすると、抵抗器１０５を介して補助正電圧発生部１１とフライトチューブ５とも接続されるが、抵抗器１０５の抵抗値は大きいので、正側充放電補助スイッチング素子１７ａをオンする時間を後述する正側主スイッチ回路３（正側主スイッチング素子３ａ及び直列接続されたスイッチング素子３Ａ）のオン時間に比べて十分に短くしておくことによって、補助正電圧発生部１１からフライトチューブ５へ流れる電流を殆ど無視できる程度に抑えることができる。
　第１コンデンサ１３から供給される電流によってフライトチューブ５の静電容量が充電されたあと、制御部２０は直列接続されたスイッチング素子３Ａをオンしたまま正側充放電補助スイッチング素子１７ａをオフし、図４（ｂ）に示す制御信号を正側主スイッチング素子３ａに与えることでオンする。このオン時間（図４（ｂ）の制御信号が「Ｈ」レベルである時間）は本例では２４msであり、上述したように正側充放電補助スイッチング素子１７ａのオン時間（図４（ａ）の制御信号が「Ｈ」レベルである時間）に比べて十分に長い。これにより、正電圧発生部１がフライトチューブ５に接続されるため、電圧値がＨ[Ｖ]である安定した直流電圧がフライトチューブ５に印加される（図５（ｃ）参照）。
　一方、上記第１コンデンサ１３の放電によってその充電電圧は下がるが、第１コンデンサ１３と補助正電圧発生部１１とは抵抗器１０５を介して接続されているので、放電後に第１コンデンサ１３は充電され始め、その両端電圧が＋（Ｈ＋α）[Ｖ]になるまで充電される。正電圧発生部１からフライトチューブ５に安定した直流電圧が印加されている状態で測定が実施される（図５（ｄ）参照）。一方、負側充放電補助スイッチング素子１８ａがオフしている状態では、第２コンデンサ１４の両端電圧は補助負電圧発生部１２により－（Ｈ＋α）[Ｖ]に充電される。
　測定が終了すると、フライトチューブ５への印加電圧を正極性から負極性に切り替えるために、制御部２０は正側主スイッチ回路３（正側主スイッチング素子３ａ及び直列接続されたスイッチング素子３Ａの全て）をオフ状態にし、負側の直列接続されたスイッチング素子４Ａに図４（ｆ）に示す制御信号を与えてオンするとともに負側充放電補助スイッチング素子１８ａに図４（ｄ）に示す制御信号を与えて短時間（この例では１ms）だけオンする。すると、負側充放電補助スイッチング素子１８ａ及び直列接続されたスイッチング素子４Ａを介して第２コンデンサ１４とフライトチューブ５とが接続され、第２コンデンサ１４に蓄えられていた電荷によりフライトチューブ５から第２コンデンサ１４に電流が流れる（図５（ｅ）参照）。その直前までフライトチューブ５の静電容量は電圧印加側端部５ａが正極性であるように充電されているが、上記電流の流出によって急速に負極性に充電される。
　制御部２０は、第２コンデンサ１４による電流の引き抜きによってフライトチューブ５の静電容量が負極性に充電されたあと、負側充放電補助スイッチング素子１８ａをオフし、直列接続されたスイッチング素子４Ａをオンしたまま負側主スイッチング素子４ａをオンする。これにより、負電圧発生部２がフライトチューブ５に接続されるため、安定な負の直流電圧がフライトチューブ５に印加されることになる（図５（ｆ）参照）。一方、上記第２コンデンサ１４の放電によってその充電電圧は下がるが、負側充放電補助スイッチング素子１８ａがオフされると第２コンデンサ１４はその両端電圧が－（Ｈ＋α）[Ｖ]になるまで再び充電される。負電圧発生部２からフライトチューブ５に安定な直流電圧が印加されている状態で測定は実施される（図５（ａ）参照）。
　以上のように第２実施例の高電圧電源装置では、主スイッチ回路３、４のオン時間（つまりは主スイッチング素子３ａ、４ａのオン時間）に比べて充放電補助スイッチング素子１７ａ、１８ａのオン時間を十分に短くしておくことで、第１実施例とほぼ同じ動作が達成される。
　なお、上記説明では、フライトチューブ５に印加する電圧の極性の切替え時に補助電源部１０を利用していたが、電圧を印加していない状態から正又は負の高電圧を印加し始めるときにも補助電源部１０を利用することで電圧の立上りを高速化できることは言うまでもない。
　また、上記記載の高電圧電源装置の構成は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜に変形、追加、修正を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。
　また、本発明に係る高電圧電源装置はＴＯＦＭＳのフライトチューブに高電圧を印加する用途に用いることができるだけでなく、±数[kV]程度の高電圧を高速に切り替える必要がある様々な用途や装置に利用できることは明白である。
１…正電圧発生部
２…負電圧発生部
３…正側主スイッチ回路
３ａ…正側主スイッチング素子
３ｂ～３ｎ…スイッチング素子
３Ａ…直列接続されたスイッチング素子
４…負側主スイッチ回路
４ａ…負側主スイッチング素子
４ｂ～４ｎ…スイッチング素子
４Ａ…直列接続されたスイッチング素子
５…フライトチューブ
５ａ…電圧印加側端部
１０…補助電源部
１１…補助正電圧発生部
１２…補助負電圧発生部
１３…第１コンデンサ
１４…第２コンデンサ
１５…正側第２補助スイッチ回路
１６…負側第２補助スイッチ回路
１７…正側第１補助スイッチ回路
１７ａ…正側充放電補助スイッチング素子
１８…負側第１補助スイッチ回路
１８ａ…負側充放電補助スイッチング素子
２０…制御部
１０５、１０６…抵抗器

Claims (7)

  1. 　負荷に直流高電圧を印加する高電圧電源装置であって、
    　a)所定の直流高電圧を発生する主電圧発生部と、
    　b)前記主電圧発生部の電圧出力端と前記負荷とを接続する線路を開閉するものであって、複数のスイッチング素子が直列に接続されてなる主スイッチ部と、
    　c)前記主電圧発生部により供給可能な電流よりも大きな電流を前記負荷に供給可能である補助電源部と、
    　d)前記補助電源部の電圧出力端と前記負荷とを接続する線路を開閉するものであって、前記主スイッチ部における複数のスイッチング素子のうちの該負荷側から所定個数のスイッチング素子と、その所定個数のスイッチング素子と前記補助電源部の電圧出力端との間に直列に接続された別の１又は複数のスイッチング素子とを含む補助スイッチ部と、
    　e)前記主スイッチ部を開成状態から閉成することで前記主電圧発生部による直流高電圧を前記負荷に印加し始めるに際し、該主スイッチ部を閉成する前又は閉成した直後に前記補助スイッチ部を閉成し前記補助電源部から前記負荷に対し電流を供給して該負荷の静電容量を充電するべく、前記主スイッチ部及び前記補助スイッチ部の各スイッチング素子を駆動する制御部と、
    　を備えることを特徴とする高電圧電源装置。
  2. 　請求項１に記載の高電圧電源装置であって、
    　前記補助電源部は、コンデンサと、該コンデンサを充電する充電用電源部と、を含むことを特徴とする高電圧電源装置。
  3. 　請求項２に記載の高電圧電源装置であって、
    　前記補助電源部は、前記充電用電源部と前記コンデンサとを接続する線路を開閉する第２補助スイッチ部をさらに含み、
    　前記制御部は、前記補助スイッチ部が開成している期間中に前記第２補助スイッチを閉成し、該補助スイッチ部が閉成する際には該第２補助スイッチ部を開成させることを特徴とする高電圧電源装置。
  4. 　請求項２に記載の高電圧電源装置であって、
    　前記補助電源部は、前記充電用電源部と前記コンデンサとを接続する線路に設けられ、前記補助スイッチ部が閉成する際に前記充電用電源部から該補助スイッチ部を通して流れる電流を制限する抵抗部を含むことを特徴とする高電圧電源装置。
  5. 　請求項１に記載の高電圧電源装置であって、
    　前記主電圧発生部は、正極性の直流高電圧を発生する正側主電圧発生部と、負極性の直流高電圧を発生する負側主電圧発生部と、を含み、
    　前記主スイッチ部は、前記正側主電圧発生部の電圧出力端と前記負荷とを接続する線路を開閉する正側主スイッチ部と、前記負側主電圧発生部の電圧出力端と前記負荷とを接続する線路を開閉する負側主スイッチ部と、を含み、
    　前記補助電源部は、前記正側主電圧発生部により供給可能な電流よりも大きな電流を前記負荷に対し供給可能である正側補助電源部と、前記負側主電圧発生部により供給可能な電流よりも大きな電流を前記負荷に対し供給可能である負側補助電源部と、を含み、
    　前記制御部は、前記正側主スイッチ部を開成状態から閉成することで前記正側主電圧発生部による直流高電圧を前記負荷に印加し始めるに際し、該正側主スイッチ部を閉成する前又は閉成した直後に前記正側補助スイッチ部を閉成し前記正側補助電源部から前記負荷に対し電流を供給して該負荷の静電容量を充電し、前記負側主スイッチ部を開成状態から閉成することで前記負側主電圧発生部による直流高電圧を前記負荷に印加し始めるに際し、該負側主スイッチ部を閉成する前又は閉成した直後に前記負側補助スイッチ部を閉成し前記負側補助電源部から前記負荷に対し電流を供給して該負荷の静電容量を充電するべく、前記正側主スイッチ部、前記負側主スイッチ部、前記正側補助スイッチ部、及び前記正側補助スイッチ部の各スイッチング素子を駆動することを特徴とする高電圧電源装置。
  6. 　請求項１に記載の高電圧電源装置であって、
    　前記スイッチング素子はパワーＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする高電圧電源装置。
  7. 　請求項５に記載の高電圧電源装置であって、
    　前記スイッチング素子はパワーＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする高電圧電源装置。
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