特許 6464054 電源回路および荷電粒子放出装置

(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】6464054

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年2月6日

(54)【発明の名称】電源回路および荷電粒子放出装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20190128BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 P

   H02M3/28 J

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-161864(P2015-161864)

(22)【出願日】2015年8月19日

(65)【公開番号】特開2017-41962(P2017-41962A)

(43)【公開日】2017年2月23日

【審査請求日】2018年2月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】有光 正浩

【審査官】 小林 秀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１７７７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４２３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０７４９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１５４０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１７９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１００３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５５８４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／２８

Ｇ０５Ｆ １／５６

Ｈ０１Ｊ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トランスと、
前記トランスの１次側に接続されているスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を制御する制御回路と、
前記トランスの２次側に接続されている平滑回路と、
前記平滑回路と電源被供給回路との間に接続されるトランジスターを含む定電流回路と、
前記トランジスターの両端電圧が基準値を上回ったか否かを検出する電圧検出回路と、
前記電源被供給回路の状態を検出して検出信号を生成する状態検出回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記トランジスターの両端電圧が基準値以下である場合には、
前記検出信号に基づいて前記スイッチング回路を制御し、
前記トランジスターの両端電圧が基準値を上回った場合には、
前記電源被供給回路への出力を、前記検出信号に基づく出力よりも低下させるように前記スイッチング回路を制御する、電源回路。

【請求項2】

請求項１に記載の電源回路において、
前記電源被供給回路は、フィラメントであり、
前記電源被供給回路の状態は、前記フィラメントのエミッション電流である、電源回路。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電源回路を含む、荷電粒子放出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源回路および荷電粒子放出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電源回路や、電源回路から電源が供給される電源被供給回路を、過電流から保護するための過電流保護機能を有する電源回路がある。

【0003】

例えば、特許文献１には、トランスの２次側に設けられた過電流検出回路からの信号に基づいて、トランスの１次側のスイッチング素子の動作を制限するスイッチング電源装置が開示されている。スイッチング方式の電源回路は、例えばリニアアンプ用いたリニア方式の電源回路に比べて発熱が少ないので、小型化に適している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５−１５３７７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

スイッチング方式の電源回路において、スイッチングのデューティサイクルを小さくすることは、出力電圧を低下させる作用として働き、本質的には出力電流を抑えることはできない。そのため、出力電流の制限は、スイッチングサイクルごとに、スイッチング素子を流れる電流を検出し、設定値を超える電流を検出した際に、そのサイクル中でスイッチをＯＦＦにすることで実現される。そのため、出力電流が乱れやすい。

【0006】

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、出力電流が乱れにくく、小型化に適している電源回路および荷電粒子放出装置を提供することができる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。

【0008】

［適用例１］
本適用例に係る電源回路は、
トランスと、
前記トランスの１次側に接続されているスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を制御する制御回路と、
前記トランスの２次側に接続されている平滑回路と、
前記平滑回路と電源被供給回路との間に接続されるトランジスターを含む定電流回路と、
前記トランジスターの両端電圧が基準値を上回ったか否かを検出する電圧検出回路と、
前記電源被供給回路の状態を検出して検出信号を生成する状態検出回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記トランジスターの両端電圧が基準値以下である場合には、
前記検出信号に基づいて前記スイッチング回路を制御し、
前記トランジスターの両端電圧が基準値を上回った場合には、
前記電源被供給回路への出力を、前記検出信号に基づく出力よりも低下させるように前記スイッチング回路を制御する、電源回路である。

【0009】

本適用例によれば、平滑回路と電源被供給回路との間に接続されるトランジスターを含む定電流回路を有しているので、電源被供給回路への出力電流が乱れにくい電源回路を実現できる。また、本適用例によれば、トランジスターの両端電圧が基準値を上回った場合には、電源被供給回路への出力を、検出信号に基づく出力よりも低下させるようにスイッチング回路を制御するので、トランジスターでの発熱が少なく、小型化に適している電源回路を実現できる。

【0010】

［適用例２］
上述の電源回路において、
前記電源被供給回路は、フィラメントであり、
前記電源被供給回路の状態は、前記フィラメントのエミッション電流であってもよい。

【0011】

フィラメントを定エミッション電流で制御しようとすると、フィラメントが温まるまではエミッション電流が小さいので、フィラメントに出力される電流が過剰に大きくなりがちである。本適用例によれば、定電流回路によって出力電流が制限されるので、フィラメントに過負荷を与えにくい電源回路を実現できる。

【0012】

［適用例３］
本適用例に係る荷電粒子放出装置は、
上述のいずれかの電源回路を含む、荷電粒子放出装置である。

【0013】

本適用例によれば、出力電流が乱れにくく、小型化に適している電源回路を含んでいるので、出力電流が乱れにくく、小型化に適している荷電粒子放出装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る荷電粒子放出装置の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0016】

図１は、本実施形態に係る荷電粒子放出装置１００の回路図である。

【0017】

本実施形態に係る荷電粒子放出装置１００は、電源回路１と、電源被供給回路９０と、を含んで構成されている。

【0018】

荷電粒子放出装置１００は、電子やイオンなどの荷電粒子を放出する装置である。このような装置としては、例えば、電子銃、イオン銃、蒸着装置に用いられる電子銃などが挙げられる。本実施形態においては、荷電粒子放出装置１００が電子銃である場合を例に取り説明する。

【0019】

電源回路１は、トランス１０と、スイッチング回路２０と、制御回路３０と、平滑回路４０と、定電流回路５０と、電圧検出回路６０と、状態検出回路７０と、を備えている。

【0020】

トランス１０は、１次巻線１１と、２次巻線１２と、を含んで構成されている。

【0021】

スイッチング回路２０は、トランス１０の１次側に接続されている。より具体的には、スイッチング回路２０は、１次巻線１１に接続されている。

【0022】

本実施形態においては、スイッチング回路２０は、トランジスターＭ２１〜Ｍ２４を含むフルブリッジ回路として構成されている。なお、スイッチング回路２０としてはこれに限らず、例えば、ハーフブリッジ回路などを採用してもよい。スイッチング回路２０には、接地電位と、電源ＰＳ１で生成される電源電位と、が供給される。

【0023】

トランジスターＭ２１とトランジスターＭ２２とは、電源電位から接地電位までの間に直列に接続されている。トランジスターＭ２１とトランジスターＭ２２との接続点は、１次巻線１１の一端に接続されている。トランジスターＭ２１とトランジスターＭ２２のゲート端子は、制御回路３０に接続されている。

【0024】

トランジスターＭ２３とトランジスターＭ２４とは、電源電位から接地電位までの間に直列に接続されている。トランジスターＭ２３とトランジスターＭ２４との接続点は、１次巻線１１の他端に接続されている。トランジスターＭ２３とトランジスターＭ２４のゲート端子は、制御回路３０に接続されている。

【0025】

制御回路３０は、スイッチング回路２０を制御する。より具体的には、制御回路３０は、トランジスターＭ２１とトランジスターＭ２４とをＯＮにし、トランジスターＭ２２とトランジスターＭ２３とをＯＦＦにする第１制御と、トランジスターＭ２１とトランジスターＭ２４とをＯＦＦにし、トランジスターＭ２２とトランジスターＭ２３とをＯＮにする第２制御と、を行う。制御回路３０が第１制御と第２制御とを行うことで、例えば、パルス幅変調などを用いて、スイッチング回路２０がトランス１０に所望の電圧を出力することができる。

【0026】

平滑回路４０は、トランス１０の２次側に接続されている。より具体的には、平滑回路４０は、２次巻線１２に接続されている。本実施形態においては、平滑回路４０は、整流回路４１と、ローパスフィルター４２と、を含んで構成されている。

【0027】

整流回路４１は、トランス１０の出力電流を整流する。本実施形態においては、整流回路４１は、ダイオードＤ１〜Ｄ２を含んで構成されている。ダイオードＤ１のアノードは、２次巻線１２の一端に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、２次巻線１２の他端に接続されている。ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のカソードとは互いに接続されている。

【0028】

ローパスフィルター４２は、整流回路４１の出力電流から高周波成分を除去する。本実施形態においては、ローパスフィルター４２は、コイルＬ１と、コンデンサーＣ１と、を含んで構成されている。コイルＬ１の一端は、ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のカソードとの接続点に接続されている。コイルＬ１の他端は、コンデンサーＣ１の一端に接続されている。コンデンサーＣ１の他端は、２次巻線１２の他端およびダイオードＤ２のアノードと接続されている。

【0029】

定電流回路５０は、平滑回路４０と電源被供給回路９０との間に接続されるトランジスターＭ５１を含んで構成されている。本実施形態においては、定電流回路５０は、さらに、フォトカプラＰ１と、抵抗Ｒ５１〜Ｒ５３と、トランジスターＱ５１と、を含んで構成されている。

【0030】

フォトカプラＰ１の一方（入力側）のアノードは、電源電位に接続されている。フォト
カプラＰ１の一方のカソードは、抵抗Ｒ５１を介して接地電位に接続されている。フォトカプラＰ１の他方（出力側）のアノードは、トランジスターＭ５１のゲート端子に接続されている。フォトカプラＰ１の他方のカソードは、電源被供給回路９０に接続されている。

【0031】

フォトカプラＰ１と、抵抗Ｒ５２と、トランジスターＱ５１とは、トランジスターＭ５１のゲート端子と電源被供給回路９０との間に並列に接続されている。トランジスターＱ５１のベース端子は、トランジスターＭ５１のソース端子に接続されているとともに、抵抗Ｒ５３を介して電源被供給回路９０に接続されている。

【0032】

Ｍ５１に流れる電流が基準値以下である場合には、フォトカプラＰ１で生成される電流によって、抵抗Ｒ５２で生成される電圧がＭ５１をＯＮさせ続ける。Ｍ５１に流れる電流が基準値よりも大きくなると、抵抗Ｒ５３で生成される電圧がトランジスターＱ５１をＯＮさせるので、トランジスターＭ５１はＯＦＦになる。これらの動作がバランスすることによって、定電流回路５０は、入力される電流が基準値よりも小さい場合には入力される電流にほぼ比例した電流を電源被供給回路９０に出力し、入力される電流が基準値よりも大きい場合にはほぼ基準値となる一定の電流を電源被供給回路９０に出力する。

【0033】

電圧検出回路６０は、トランジスターＭ５１の両端電圧が基準値を上回ったか否かを検出する。本実施形態においては、電圧検出回路６０は、トランジスターＱ６１と、抵抗Ｒ６１〜Ｒ６２と、フォトカプラＰ２と、ツェナーダイオードＺ１と、を含んで構成されている。

【0034】

トランジスターＱ６１のコレクター端子は、トランジスターＭ５１のドレイン端子に接続されている。トランジスターＱ６１のエミッター端子は、抵抗Ｒ６１を介してフォトカプラＰ２の入力側のアノードに接続されている。フォトカプラＰ２の入力側のカソードは、トランジスターＭ５１のソース端子に接続されている。トランジスターＱ６１のベース端子は、抵抗Ｒ６２を介してトランジスターＭ５１のドレイン端子に接続されている。トランジスターベース端子は、ツェナーダイオードＺ１のカソードに接続されている。ツェナーダイオードＺ１のアノードは、トランジスターＭ５１のソース端子に接続されている。フォトカプラＰ２の出力側のコレクター端子は、電源電位に接続されている。フォトカプラＰ２の出力側のエミッター端子は、制御回路３０に接続されている。

【0035】

定電流回路５０が入力される電流にほぼ比例した電流を電源被供給回路９０に出力している場合には、トランジスターＭ５１の両端電圧（ドレイン端子とソース端子との間の電圧）は小さくなり、定電流回路５０がほぼ基準値となる一定の電流を電源被供給回路９０に出力には、トランジスターＭ５１の両端電圧は大きくなる。

【0036】

本実施形態においては、トランジスターＭ５１の両端電圧が基準値以下である場合には、トランジスターＱ６１がＯＦＦになるので、フォトカプラＰ２の入力側には電流が入力されない。したがって、フォトカプラＰ２は、制御回路３０に電流を出力しない。また、トランジスターＭ５１の両端電圧が基準値を上回った場合には、トランジスターＱ６１がＯＮになるので、フォトカプラＰ２の入力側に電流が入力される。したがって、フォトカプラＰ２は、制御回路３０に電流を出力する。これらの動作によって、電圧検出回路６０は、トランジスターＭ５１の両端電圧が基準値を上回った否かを検出して、制御回路３０に情報を伝達することができる。

【0037】

状態検出回路７０は、電源被供給回路９０の状態を検出して検出信号を生成する。本実施形態においては、電源被供給回路９０は、フィラメントであり、状態検出回路７０は、電源被供給回路９０の状態として、フィラメントのエミッション電流を検出する。本実施
形態においては、状態検出回路７０は、アノード電極７１と、電源ＰＳ２と、を含んで構成されている。

【0038】

電源被供給回路９０の一端は、定電流回路５０の抵抗Ｒ５３の他端に接続されている。電源被供給回路９０の他端は、平滑回路４０のコンデンサーＣ１の他端に接続されている。電源ＰＳ２の低電位側は、電源被供給回路９０の他端に接続されている。電源ＰＳ２の高電位側は、アノード電極７１に接続されている。アノード電極７１は、制御回路３０に接続されている。

【0039】

アノード電極７１は、メッシュ状に構成され、電源被供給回路９０としてのフィラメントと対向するように配置されている。電源被供給回路９０としてのフィラメントは、熱電子をアノード電極７１に向けて放出する。放出された熱電子の一部はアノード電極７１に吸収され、検出信号となる電流が制御回路３０に出力される。放出された熱電子の他の一部は、電子銃としての荷電粒子放出装置１００の電子の出力となる。

【0040】

制御回路３０は、トランジスターＭ５１の両端電圧が基準値以下である場合には、検出信号に基づいてスイッチング回路２０を制御し、トランジスターＭ５１の両端電圧が基準値を上回った場合には、電源被供給回路９０への出力を、検出信号に基づく出力よりも低下させるようにスイッチング回路２０を制御する。例えば、制御回路３０は、トランジスターＭ５１の両端電圧が基準値以下である場合には、検出信号に基づいて、エミッション電流が所定値となるようにスイッチング回路２０を制御し、トランジスターＭ５１の両端電圧が基準値を上回った場合には、エミッション電流が検出信号に基づくエミッション電流よりも小さな電流値となるように、スイッチング回路２０を制御する。

【0041】

本実施形態によれば、平滑回路４０と電源被供給回路９０との間に接続されるトランジスターＭ５１を含む定電流回路５０を有しているので、電源被供給回路９０への出力電流が乱れにくい電源回路１を実現できる。また、本実施形態によれば、トランジスターＭ５１の両端電圧が基準値を上回った場合には、電源被供給回路９０への出力を、検出信号に基づく出力よりも低下させるようにスイッチング回路２０を制御するので、トランジスターＭ５１での発熱が少なく、小型化に適している電源回路１を実現できる。

【0042】

上述したように、本実施形態においては、電源被供給回路９０は、フィラメントであり、電源被供給回路９０の状態は、電源被供給回路９０としてのフィラメントのエミッション電流である。

【0043】

フィラメントを定エミッション電流で制御しようとすると、フィラメントが温まるまではエミッション電流が小さいので、フィラメントに出力される電流が過剰に大きくなりがちである。本実施形態によれば、定電流回路５０によって出力電流が制限されるので、フィラメントに過負荷を与えにくい電源回路１を実現できる。

【0044】

本実施形態の荷電粒子放出装置１００によれば、出力電流が乱れにくく、小型化に適している電源回路１を含んでいるので、出力電流が乱れにくく、小型化に適している荷電粒子放出装置を実現できる。

【0045】

本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

【0046】

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

【0047】

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0048】

１…電源回路、１０…トランス、１１…１次巻線、１２…２次巻線、２０…スイッチング回路、３０…制御回路、４０…平滑回路、４１…整流回路、４２…ローパスフィルター、５０…定電流回路、６０…電圧検出回路、７０…状態検出回路、７１…アノード電極、９０…電源被供給回路、１００…荷電粒子放出装置、Ｃ１…コンデンサー、Ｄ１〜Ｄ２…ダイオード、Ｌ１…コイル、Ｍ２１〜Ｍ２４…トランジスター、Ｍ５１…トランジスター、Ｑ５１…トランジスター、Ｑ６１…トランジスター、Ｐ１〜Ｐ２…フォトカプラ、ＰＳ１〜ＰＳ２…電源、Ｒ５１〜Ｒ５３…抵抗、Ｒ６１〜Ｒ６２…抵抗、Ｚ１…ツェナーダイオード

【図1】