特許 5754570 パルス電源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5754570

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】パルス電源

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/04 20060101AFI20150709BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20150709BHJP

   H02J 1/10 20060101ALI20150709BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20150709BHJP

   H02H 9/02 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/04 F

   H02J7/34 A

   H02J1/10

   H02J1/00 309R

   H02H9/02 H

【請求項の数】1

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2012-34827(P2012-34827)

(22)【出願日】2012年2月21日

(65)【公開番号】特開2013-172545(P2013-172545A)

(43)【公開日】2013年9月2日

【審査請求日】2014年8月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089196

【弁理士】

【氏名又は名称】梶 良之

(74)【代理人】

【識別番号】100104226

【弁理士】

【氏名又は名称】須原 誠

(72)【発明者】

【氏名】山本 博三

(72)【発明者】

【氏名】森 均

【審査官】 石川 晃

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０７９４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９５７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１２７８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１７８９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２２３７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０２９２５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／０４

Ｈ０２Ｊ ７／３４

Ｈ０２Ｊ １／１０

Ｈ０２Ｊ １／００

Ｈ０２Ｈ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主電源と前記主電源とは別個に設けられた補助充電用電源とによりコンデンサを所定の充電電圧で充電するパルス電源において、
前記補助充電用電源に接続され、前記補助充電用電源から出力された電圧をスイッチングするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と前記コンデンサとの間に介装された、リアクトルと抵抗とを並列接続した並列回路と、
前記補助充電用電源から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行う制御ユニットと、
を備えたことを特徴とする、パルス電源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主電源と補助充電用電源とを備えたパルス電源に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、バッテリ２５と、コンデンサＣ１と、その両者を接続する給電／充電用スイッチング回路２００と、１チップコンピュータからなる制御装置２１とを備えた装置２０が開示されている（図３参照）。
制御装置２１は、コンデンサＣ１の端子電圧について設定した閾値と、周囲温度について設定した閾値に基づき、前記端子電圧が第一の閾値より高いときは充電を行わず、第一の閾値と第二の閾値の間にあるときは、周辺温度が閾値を超えたときのみ充電し、第二の閾値よりも下がったときは、周辺温度に無関係に充電するよう給電／充電用スイッチング回路２００を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−７９４６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、バッテリ（主電源）からコンデンサへの充電方式が提案されており、装置２０は、充電用電源として主電源のみを備えている。
ここで、本願発明者等は、特許文献１のように充電用電源として主電源のみを備えた構成では充電電圧を高精度に制御することは困難であることに着眼し、充電電圧の高精度な制御を可能にすべく、主電源およびコンデンサのみならず、補助充電用電源をさらに備えたパルス電源を考案した。しかしながら、かかるパルス電源には、次のような問題があった。

【0005】

主電源およびコンデンサのみならず、補助充電用電源をさらに備えたパルス電源においては、コンデンサの電圧を分圧器にてモニタしてドロッパ制御することが考えられる。
しかしながら、この場合、負荷側からの伝導ノイズが補助充電用電源に直接侵入することとなる。また、コンデンサの充電電圧の精度が分圧器およびドロッパ制御の精度に左右されてしまう。

【0006】

本発明の目的は、補助充電用電源に侵入するノイズを低減し、かつ、コンデンサの充電電圧の精度を安定化させることができる、パルス電源を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明によると、主電源と前記主電源とは別個に設けられた補助充電用電源とによりコンデンサを所定の充電電圧で充電するパルス電源において、前記補助充電用電源に接続され、前記補助充電用電源から出力された電圧をスイッチングするスイッチング素子と、前記スイッチング素子と前記コンデンサとの間に介装された、リアクトルと抵抗とを並列接続した並列回路と、前記補助充電用電源から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行う制御ユニットと、を備えたことを特徴とする、パルス電源が提供される。

【0008】

上記構成によると、主電源と補助充電用電源とを備えた構成において、制御ユニットが、補助充電用電源から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、スイッチング素子のオン／オフ制御を行う。これにより、負荷側からの伝導ノイズが補助充電用電源に直接侵入することが防止され、補助充電用電源に侵入するノイズを低減することができる。
また、上記構成によると、スイッチング素子とコンデンサとの間に、リアクトルと抵抗とを並列接続した並列回路が介装されているため、負荷側からの伝導ノイズが、補助充電用電源に到達する前に、リアクトルおよび抵抗のフィルタ効果によって減衰されることになる。したがって、補助充電用電源に侵入するノイズをより低減することができる。
さらに、上記構成により、コンデンサ側のドロッパ制御が不要となり、コンデンサの充電電圧の精度が分圧器およびドロッパ制御の精度に左右されてしまうという問題が解消される。したがって、コンデンサの充電電圧の精度を安定化させることができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によると、主電源と補助充電用電源とを備えた構成において、制御ユニットが補助充電用電源から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、スイッチング素子のオン／オフ制御を行うことで、補助充電用電源に侵入するノイズを低減し、かつ、コンデンサの充電電圧の精度を安定化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係るパルス電源の回路図である。

【図2】本発明の比較例に係るパルス電源の回路図である。

【図3】従来技術に係るパルス電源の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0012】

先ず、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るパルス電源１の回路構成および各部の機能等について説明する。

【0013】

パルス電源１は、主電源１０、コンデンサ１１、補助充電用電源１２、スイッチング素子１３、リアクトル１４、抵抗１５、および、制御ユニット２０から構成されている。

【0014】

主電源１０および補助充電用電源１２は、ともに、パルス電流を発生させる電源であり、コンデンサ１１を介して負荷１６と接続される。負荷１６は、例えば放電管等であり、ノイズ源ともなる。

【0015】

コンデンサ１１は、大まかな制御を行う主電源１０、および、細密な制御を行う補助充電用電源１２の双方と接続されている。コンデンサ１１は、主電源１０からの電荷を蓄積するとともに、スイッチング素子１３がオンのときに補助充電用電源１２からの電荷を蓄積する。当該蓄積された電荷は、負荷１６に供給される。

【0016】

スイッチング素子１３は、補助充電用電源１２とコンデンサ１１との間に設けられている。スイッチング素子１３は、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、ＧＴＯ、サイリスタ、その他任意のスイッチング素子であってよい。

【0017】

リアクトル１４と抵抗１５とが、互いに並列接続された状態で、スイッチング素子１３とコンデンサ１１との間に設けられている。スイッチング素子１３は、オンの場合、補助充電用電源１２と、リアクトル１４と抵抗１５との並列回路とを接続し、オフの場合、補助充電用電源１２と、リアクトル１４と抵抗１５との並列回路との接続を遮断する。

【0018】

制御ユニット２０は、補助充電用電源１２およびスイッチング素子１３の双方に接続されている。制御ユニット２０は、補助充電用電源１２から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行う（即ち、補助充電用電源１２に対して直接制御信号を送って補助充電用電源１２を直接制御する）とともに、スイッチング素子１３のオン／オフ制御を行う。

【0019】

ここで、抵抗１５のみをスイッチング素子１３とコンデンサ１１との間に設けた場合、補助充電用電源１２の電圧とコンデンサ１１の電圧とに電位差が生じ得る。
本実施形態では、抵抗１５にリアクトル１４を並列接続したものを、スイッチング素子１３とコンデンサ１１との間に設けたことで、上記電位差の発生が抑制される。また、抵抗１５の存在により、リアクトル１４とコンデンサ１１との共振が防止される。

【0020】

上述したように、本実施形態のパルス電源１によると、主電源１０と補助充電用電源１２とを備えた構成において、制御ユニット２０が、補助充電用電源１２から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、スイッチング素子１３のオン／オフ制御を行う。これにより、負荷１６側からの伝導ノイズが補助充電用電源１２に直接侵入することが防止され、補助充電用電源１２に侵入するノイズを低減することができる。
また、本実施形態によると、スイッチング素子１３とコンデンサ１１との間に、リアクトル１４と抵抗１５とを並列接続した並列回路が介装しているため、負荷１６側からの伝導ノイズが、補助充電用電源１２に到達する前に、リアクトル１４および抵抗１５のフィルタ効果によって減衰されることになる。したがって、補助充電用電源１２に侵入するノイズをより低減することができる。
さらに、本実施形態の構成の場合、コンデンサ１１側のドロッパ制御が不要となり、コンデンサ１１の充電電圧の精度が分圧器およびドロッパ制御の精度に左右されてしまうという問題が解消される。したがって、コンデンサ１１の充電電圧の精度を安定化させることができる。

【0021】

次いで、図２を参照し、本発明の比較例に係るパルス電源１００の回路構成および各部の機能等について説明する。

【0022】

パルス電源１００は、主電源１０、コンデンサ１１、補助充電用電源１２、スイッチング素子１３、および、制御ユニット２０から構成されている。即ち、本比較例に係るパルス電源１００は、上述の実施形態のパルス電源１から、リアクトル１４と抵抗１５との並列回路を除いたものに相当する。ここで、上述の実施形態と同じ構成要素については、同じ参照番号を付して説明を省略する。

【0023】

本比較例のパルス電源１００によると、制御ユニット２０が、補助充電用電源１２から一定の電圧が出力されるようにローカル制御を行うとともに、スイッチング素子１３のオン／オフ制御を行うことはできるが、リアクトル１４と抵抗１５との並列回路によるフィルタ効果を得ることはできない。そのため、本比較例では、上述の実施形態と同様の効果（補助充電用電源１２に侵入するノイズを低減し、かつ、コンデンサ１１の充電電圧の精度を安定化させるという効果）を十分に得ることができない。

【0024】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更が可能なものである。

【0025】

なお、本発明は、電子ビームや陽子ビームを扱う加速器などに給電するためのパルス電源の他、パルス電流を発生させる任意のパルス電源に適用可能である。

【符号の説明】

【0026】

１ パルス電源
１０ 主電源
１１ コンデンサ
１２ 補助充電用電源
１３ スイッチング素子
１４ リアクトル
１５ 抵抗
１６ 負荷
２０ 制御ユニット

【図1】

【図2】

【図3】