(57)【要約】【課題】出力電流を安定して制御することができる電源装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る電源装置は、第１信号値と第２信号値との間を遷移する基準電流信号に応じて出力電流を電磁石に供給する。この電源装置は、出力電流の遷移期間である第１期間に第１電圧を出力し、前記第１期間以外の期間では第２電圧を出力する第１電力変換器と、出力で前記第１電力変換器に直列に接続された第２電力変換器と、前記出力電流を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記基準電流信号と前記出力電流を表す出力電流信号との偏差に応じた制御量を生成して出力する制御量生成手段と、前記制御量生成手段の出力を、あらかじめ設定された制限値以内に制限する制御量制限手段と、を含む。前記制御量生成手段は、前記第１期間に前記制限値よりも小さい制御量を出力する。【選択図】図１
2020137243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号値と前記第１信号値と異なる第２信号値との間を遷移する基準電流信号に応じて出力電流を電磁石に供給する電源装置であって、
前記第１信号値に対応する第１出力電流値から前記第２信号値に対応する第２出力電流値への遷移期間である第１期間に第１電圧を出力し、前記第１期間以外の期間では、前記第１電圧よりも低い電圧を有する第２電圧を出力する第１電力変換器と、
前記第１電力変換器の出力に直列に接続された出力を有する第２電力変換器と、
前記第２電力変換器が出力する前記出力電流を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記基準電流信号と前記出力電流を表す出力電流信号との偏差に応じた制御量を生成して出力する制御量生成手段と、
前記制御量生成手段の出力を、あらかじめ設定された制限値以内に制限する制御量制限手段と、
を含み、
前記制御量生成手段は、前記第１期間に前記制御量制限手段の制限値よりも小さい制御量を出力する電源装置。
【請求項２】
前記制御量生成手段は、前記第１期間に０を出力する請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記基準電流信号の大きさおよび前記出力電流信号の大きさにもとづいて前記第１期間を検出する請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記基準電流信号の大きさと前記出力電流信号の大きさとを比較して前記第１期間を検出する停止信号発生手段を含む請求項３記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電磁石を駆動する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速された荷電粒子ビームを利用するさまざまな応用装置が開発されている。このような応用装置では、荷電粒子ビームを偏向走査して対象領域に照射する必要がある。荷電粒子が電磁石を通過するときに、電磁石に流す電流を制御することによって、荷電粒子ビームを走査することができる。
【０００３】
電磁石に流す電流を正確に制御する電源装置がある。このような電源装置は、荷電粒子ビームの走査範囲および照射位置を正確にするために、高精度に電流値を制御する必要がある。近年では、上述の要求のほか、走査時間の短縮も強く求められるようになってきており、電源装置は、高速に切り替えられる設定電流値（基準電流値）に安定して追従することが要求されている。
【０００４】
電磁石は、誘導性インピーダンスを有するため、基準電流値をステップ状に遷移させても、電磁石に流れる電流は、ステップ状に変化することができない。基準電流値の遷移時には、基準電流値に対する出力電流の乖離が大きくなり、制御量のリンギングにより出力電流が不安定となることがある。
【０００５】
高精度な電流値の設定を可能にするとともに、基準電流値の遷移時にも安定して動作する電源装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５８０２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実施形態は、出力電流を安定して制御することができる電源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係る電源装置は、第１信号値と前記第１信号値と異なる第２信号値との間を遷移する基準電流信号に応じて出力電流を電磁石に供給する。この電源装置は、前記第１信号値に対応する第１出力電流値から前記第２信号値に対応する第２出力電流値への遷移期間である第１期間に第１電圧を出力し、前記第１期間以外の期間では、前記第１電圧よりも低い電圧を有する第２電圧を出力する第１電力変換器と、前記第１電力変換器の出力に直列に接続された出力を有する第２電力変換器と、前記第２電力変換器が出力する前記出力電流を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記基準電流信号と前記出力電流を表す出力電流信号との偏差に応じた制御量を生成して出力する制御量生成手段と、前記制御量生成手段の出力を、あらかじめ設定された制限値以内に制限する制御量制限手段と、を含む。前記制御量生成手段は、前記第１期間に前記制御量制限手段の制限値よりも小さい制御量を出力する。
【発明の効果】
【０００９】
本実施形態では、出力電流を安定して制御することができる電源装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る電源装置を例示するブロック図である。
【図２】実施形態の電源装置の一部を例示するブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、実施形態の電源装置の動作を表す動作波形の例である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ部の拡大図である。
【図４】実施形態の電源装置の各部の動作波形の例である。
【図５】比較例の電源装置の一部を例示するブロック図である。
【図６】比較例の電源装置の動作波形の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１２】
図１は、実施形態に係る電源装置を例示するブロック図である。
図１に示すように、実施形態の電源装置１０は、電源１に接続される。電源１は、交流電源である。交流電源は、好ましくは三相交流である。電源装置１０は、出力端子２ａ，２ｂを含む。出力端子２ａ，２ｂ間には、負荷である電磁石４が接続される。電磁石４は、加速器等から射出される荷電粒子ビームを偏向して、設定された照射領域を走査する。電源装置１０は、図示しない上位制御システムから基準電流信号Ｉｒｅｆを受け取る。電源装置１０は、電源１によって動作し、基準電流信号Ｉｒｅｆに応じて設定された出力電流を電磁石４に供給する。
【００１３】
電源装置１０は、２つのチョッパユニット１４，２４と、制御装置３０と、を備える。チョッパユニット１４，２４の出力には、電流検出器２８が設けられている。電流検出器２８は、電磁石４に供給している出力電流を検出して出力電流信号Ｉｏｕｔとして制御装置３０に供給する。制御装置３０は、上位制御システムから基準電流信号Ｉｒｅｆおよび電流検出器２８から出力電流信号Ｉｏｕｔをそれぞれ入力して、チョッパユニット１４，２４のスイッチング素子を駆動するためのゲート信号を生成し、チョッパユニット１４，２４に供給する。
【００１４】
チョッパユニット１４，２４は、いずれも入出力非絶縁のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を含む。この例では、チョッパユニット１４，２４は、負荷の電磁石に正負両方向の出力電流を供給するために、正負の出力電流を供給できるフルブリッジ形式の回路構成を有する。電磁石に供給する出力電流の方向が単一方向である場合には、たとえば降圧チョッパ方式等の回路構成であってもよく、入出力の条件等に応じて適切な回路形式とすることができる。
【００１５】
チョッパユニット（第１電力変換器）１４は、入力端子１５ａ，１５ｂと出力端子１６ａ，１６ｂとを含む。電源１は、変圧器１１を介して整流器１２の入力に接続される。整流器１２の出力は、フィルタ１３を介して、チョッパユニット１４の入力端子１５ａ，１５ｂに接続される。
【００１６】
チョッパユニット１４では、入力端子１５ａ，１５ｂを介してフルブリッジ回路に入力された整流器１２の出力電圧に応じた電圧を出力端子１６ａ，１６ｂに供給する場合と、出力端子１６ａ，１６ｂをバイパスする場合とを切り替える。フルブリッジ回路に入力された整流器１２の出力電圧に応じた電圧を出力端子１６ａ，１６ｂに供給する場合には、フルブリッジ回路の一方のレグのハイサイド側のスイッチング素子をオンさせるとともに、他方のレグのローサイド側のスイッチング素子をオンさせる。出力端子１６ａ，１６ｂをバイパスする場合には、たとえば、フルブリッジ回路のハイサイド側のスイッチング素子をオンからオフに切り替えて、フルブリッジ回路を還流動作させる。
【００１７】
チョッパユニット（第２電力変換器）２４は、入力端子２５ａ，２５ｂと出力端子２６ａ，２６ｂとを含む。電源１は、変圧器２１を介して整流器２２の入力に接続される。整流器２２の出力は、フィルタ２３を介して、チョッパユニット２４の入力端子２５ａ，２５ｂに接続される。
【００１８】
チョッパユニット２４では、入力端子２５ａ，２５ｂを介してフルブリッジ回路に入力された整流器２２の出力電圧に応じた電圧を出力端子２６ａ，２６ｂから出力する。
【００１９】
チョッパユニット１４の一方の出力端子１６ａには、電源装置１０の出力端子２ａを介して、電磁石４の一方の端子に接続される。チョッパユニット１４の他方の出力端子１６ｂには、チョッパユニット２４の一方の出力端子２６ａが接続されている。チョッパユニット２４の他方の出力端子２６ｂには、電源装置１０の出力端子２ｂを介して、電磁石４の他方の端子に接続される。
【００２０】
制御装置３０は、チョッパユニット１４が出力する電圧の値を切り替えて出力するように、チョッパユニット１４を制御する。基準電流信号Ｉｒｅｆは、１つの基準電流値（第１信号値）から次の基準電流値（第２信号値）に遷移する。このとき、出力電流信号Ｉｏｕｔは、１つの基準電流値に応じた値から、次の基準電流値に応じた値に遷移する期間（第１期間）を有する。この遷移期間には、チョッパユニット１４ではフルブリッジ回路に入力された直流電圧に応じた電圧が出力端子１６ａ，１６ｂに出力される。
【００２１】
出力電流信号Ｉｏｕｔの遷移期間以外の期間では、チョッパユニット１４は、フルブリッジ回路を還流動作させて出力端子１６ａ，１６ｂをバイパスし、出力端子１６ａ，１６ｂ間に０Ｖを出力する。なお、チョッパユニット１４は、出力電流信号Ｉｏｕｔの遷移期間以外の期間では、０Ｖに限らず、十分低い電圧を出力すればよい。十分低い電圧は、たとえば、この期間にチョッパユニット２４が出力している電圧よりも低い電圧値である。
【００２２】
制御装置３０は、チョッパユニット２４のスイッチング素子を適切に駆動するゲート信号を生成し、チョッパユニット２４が出力する出力電流の値を、基準電流信号Ｉｒｅｆに追従するように制御する。
【００２３】
整流器１２，２２には、変圧器１１，２１によって絶縁された交流電圧が供給され、整流器１２，２２およびフィルタ１３，２３でそれぞれ整流平滑された直流電圧に変換される。つまり、チョッパユニット１４，２４には、電気的に絶縁された直流電圧がそれぞれ入力され、出力側で直列に接続されて電磁石４に電力を供給する。変圧器１１，２１の巻き数比は、変圧器２１の巻き数比に比べて変圧器１１の巻き数は、十分大きい。つまり、チョッパユニット１４の入力電圧は、チョッパユニット２４の入力電圧よりも十分高く、チョッパユニット１４は、チョッパユニット２４よりも十分高い電圧を出力することができる。
【００２４】
図２は、実施形態の電源装置の一部を例示するブロック図である。
図２に示すように、制御装置３０は、ＰＩ制御器３２と、リミッタ３３と、停止信号発生回路３８と、を含む。図２の構成要素は、チョッパユニット２４を制御するために用いられる。チョッパユニット１４の制御のための具体的な要素については、本実施形態の構成や動作等と直接関係ないので、詳細な説明を省略する。
【００２５】
加減算器３１は、基準電流信号Ｉｒｅｆおよび出力電流信号Ｉｏｕｔを入力して電流偏差をＰＩ制御器３２に供給する。ＰＩ制御器（制御量生成手段）３２は、入力された電流偏差を比例積分し、制御量として出力する。
【００２６】
リミッタ（制御量制限手段）３３は、入力される制御量の大きさが上限値ＵＬまたは下限値ＬＬを超過する場合に、制御量の大きさを上限値ＵＬまたは下限値ＬＬに制限する。上限値ＵＬおよび下限値ＬＬはあらかじめ設定されている。
【００２７】
停止信号発生回路（停止信号発生手段）３８は、基準電流信号Ｉｒｅｆおよび出力電流信号Ｉｏｕｔを入力して、停止信号ＲＳＴを生成する。停止信号発生回路３８の出力は、ＰＩ制御器３２のたとえばリセット入力に接続されている。停止信号発生回路３８は、停止信号ＲＳＴをＰＩ制御器３２に供給する。
【００２８】
停止信号発生回路３８は、たとえばコンパレータを含んでおり、基準電流信号Ｉｒｅｆの大きさと出力電流信号Ｉｏｕｔの大きさとを比較する。停止信号発生回路３８は、基準電流信号Ｉｒｅｆの大きさが出力電流信号Ｉｏｕｔの大きさ以上の場合に、Ｈレベルの停止信号ＲＳＴを出力する。停止信号発生回路３８は、基準電流信号Ｉｒｅｆの大きさが出力電流信号Ｉｏｕｔの大きさよりも小さい場合には、Ｌレベルの停止信号ＲＳＴを出力する。
【００２９】
なお、実施形態の例では、電磁石に流す電流は、正負両方向なので、停止信号発生回路３８は、基準電流信号Ｉｒｅｆの絶対値の大きさと、出力電流信号Ｉｏｕｔの絶対値の大きさとを比較して、停止信号ＲＳＴを生成する。
【００３０】
ＰＩ制御器３２は、停止信号発生回路３８からＬレベルの停止信号ＲＳＴが入力された場合に、電流偏差のＰＩ制御を実行し、電流偏差に応じた制御量を出力する。ＰＩ制御器３２は、停止信号発生回路３８からＨレベルの停止信号ＲＳＴが入力された場合には、ＰＩ制御の実行を停止し、入力される電流偏差にかかわらず０を出力する。
【００３１】
リミッタ３３から出力された制御量は、加算器３４を介してコンパレータ３５に入力される。制御量は、コンパレータ３５でキャリア信号発生回路３６が生成したキャリア信号と比較される。キャリア信号は、たとえば三角波である。コンパレータ３５は、制御量およびキャリア信号の比較結果にもとづいて、ＰＷＭ信号であるゲート信号Ｖｇを生成して出力する。なお、図示しないが、生成されたゲート信号は、ゲート駆動回路等を介して、チョッパユニット２４の４つのスイッチング素子をそれぞれ適切に駆動するゲート駆動信号に変換されてチョッパユニット２４に供給される。
【００３２】
加算器３４には、あらかじめ設定されたゲインを有する係数器３７の出力が接続されている。係数器３７には、基準電流信号Ｉｒｅｆが入力される。係数器３７は、電磁石４に供給する電流値が目標値に早期に到達するように、ＰＩ制御器３２から出力される制御量に加算器３４によって、電圧フィードフォワードを追加する。
【００３３】
なお、停止信号ＲＳＴが入力された場合のＰＩ制御器３２の出力の大きさは０の場合にもっとも良好な結果が得られるが、出力は０に限らず、十分小さい値であればよい。たとえば、その値は、リミッタ３３の上下限値よりも十分小さい。
【００３４】
また、停止信号ＲＳＴは、基準電流信号Ｉｒｅｆが１つの期間の値から次の期間の値に遷移する期間に生成されればよく、基準電流信号Ｉｒｅｆおよび出力電流信号Ｉｏｕｔの大小関係によらずに生成されてもよい。たとえば、電磁石４に流れる出力電流の変化率にもとづいて、あらかじめ設定される等してもよい。
【００３５】
実施形態の電源装置１０の動作について説明する。
まず、電源装置１０のチョッパユニット１４，２４を含む全体の動作について説明する。
図３（ａ）は、実施形態の電源装置の動作を表す動作波形の例である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ部の拡大図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）には、横軸に時間ｔ、縦軸に基準電流信号Ｉｒｅｆおよび出力電流信号Ｉｏｕｔをとり、基準電流信号Ｉｒｅｆおよび出力電流信号Ｉｏｕｔの時間変化が同一グラフ中に示されている。図中、実線が出力電流信号Ｉｏｕｔを表し、一点鎖線が基準電流信号Ｉｒｅｆを表している。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、基準電流信号Ｉｒｅｆは、荷電粒子ビームの走査状況に応じて、異なる目標電流値の間を遷移する。図においてほぼ一定の電流値がそれぞれの目標電流値である。それぞれの目標電流値について、一定値となる期間は、上位制御システム等において設定されている。出力電流信号Ｉｏｕｔは、基準電流信号Ｉｒｅｆに応じて、あるいは基準電流信号Ｉｒｅｆに追従するように遷移する。
【００３７】
図３（ｂ）に示すように、期間Ｔ１では、基準電流信号が現在の基準電流値から次の基準電流値に遷移し、出力電流信号Ｉｏｕｔは基準電流信号Ｉｒｅｆに応じて上昇する。出力電流信号Ｉｏｕｔは、電磁石４のインダクタンスによって、電流の変化率が抑制される。電磁石４に流れる出力電流の変化率とインダクタンスとの積が電磁石４の両端に印加される電圧である。したがって、電源装置１０が出力する電圧値を十分高くすることによって、出力電流信号Ｉｏｕｔの目標電流値間の遷移期間である期間Ｔ１を短くすることができる。
【００３８】
チョッパユニット１４は、期間Ｔ１では、高い電圧を出力し、その他の期間では、フルブリッジ回路を還流動作させて出力をバイパスする。
【００３９】
期間Ｔ２、つまり全期間にわたって、チョッパユニット２４は、基準電流信号Ｉｒｅｆに追従するように、ＰＷＭ制御された出力電流信号Ｉｏｕｔを出力する。
【００４０】
電源装置１０は、高い電圧を出力することが可能なチョッパユニット１４およびチョッパユニット１４よりも低い電圧を出力するチョッパユニット２４のそれぞれの出力が直列に接続されている。そのため、期間Ｔ１において、十分高い電圧を電磁石４に印加することができる。
【００４１】
図４は、実施形態の電源装置の各部の動作波形の例である。
図４の最上段の図は、基準電流信号Ｉｒｅｆおよび出力電流信号Ｉｏｕｔの時間変化を同一グラフ上に描いたものである。基準電流信号Ｉｒｅｆは一点鎖線で示されており、出力電流信号Ｉｏｕｔは実線で示されている。
図４の上から２段目の図は、ＰＩ制御器３２に入力される電流偏差の時間変化を表している。
図４の上から３段目の図は、リミッタ３３から出力される制御量の時間変化を表している。
図４の最下段の図は、停止信号発生回路３８が出力する停止信号ＲＳＴの時間変化を表している。
図４の４つの図は、時間軸を共通にして描かれている。
【００４２】
図４に示すように、時刻ｔ１まででは、基準電流信号Ｉｒｅｆは、前の期間の基準電流レベルとなっており、時刻ｔ１において新しい基準電流レベルに遷移する。この例では、時刻ｔ１よりも前の期間の基準電流レベルよりも、時刻ｔ１以降の基準電流レベルの方が大きい値に設定されている。
【００４３】
時刻ｔ１において、出力電流信号Ｉｏｕｔは、基準電流信号Ｉｒｅｆに応じて上昇を開始する。しかし、電源装置１０の出力電流は、電磁石４のインダクタンスを介して流れるので、基準電流信号Ｉｒｅｆがステップ状に遷移しても、出力電流信号Ｉｏｕｔは、基準電流信号Ｉｒｅｆに追従して上昇することはできない。出力電流の変化率ｄｉ／ｄｔは、電磁石４のインダクタンス値Ｌおよび電磁石４の両端に印加される電圧Ｖによって決定される（Ｖ／Ｌ）。
【００４４】
停止信号発生回路３８は、基準電流信号Ｉｒｅｆと出力電流信号Ｉｏｕｔとを比較しており、時刻ｔ１において、Ｉｒｅｆ≧Ｉｏｕｔを検出するので、Ｈレベルの停止信号ＲＳＴを出力する。
【００４５】
電流偏差は、基準電流信号Ｉｒｅｆと出力電流信号Ｉｏｕｔとの差であり、時刻ｔ１において最大となっている。しかし、時刻ｔ１では、Ｈレベルの停止信号ＲＳＴが入力されるので、ＰＩ制御器３２は、電流偏差の値にかかわらずほぼ０を出力する。
【００４６】
Ｉｒｅｆ≧Ｉｏｕｔの状態は、時刻ｔ２まで継続されるので、ＰＩ制御器３２は、電流偏差の大きさにかかわらずほぼ０を出力する。
【００４７】
時刻ｔ２において、出力電流信号Ｉｏｕｔの大きさが基準電流信号Ｉｒｅｆよりも大きくなる。停止信号発生回路３８は、Ｌレベルの停止信号ＲＳＴを出力する。そのため、ＰＩ制御器３２は、通常の動作を実行し、電流偏差に応じた信号を出力する。
【００４８】
時刻ｔ２〜時刻ｔ３では、出力電流信号Ｉｏｕｔに若干のリンギングが生じるが、十分小さいレベルに抑制される。
【００４９】
実施形態の電源装置１０の効果について、比較例の電源装置の動作と比較しつつ説明する。
図５は、比較例の電源装置の一部を例示するブロック図である。
図５に示すように、比較例の電源装置の制御装置１３０は、停止信号発生回路３８を含まない点で、実施形態の場合と相違する。他の点では、制御装置１３０は、実施形態の場合と同じである。
【００５０】
図６は、比較例の電源装置の動作波形の例である。
図６の最上段の図は、基準電流信号Ｉｒｅｆおよび出力電流信号Ｉｏｕｔの時間変化を同一グラフ上に描いたものである。基準電流信号Ｉｒｅｆは一点鎖線で示されており、出力電流信号Ｉｏｕｔは実線で示されている。
図６の２段目の図は、ＰＩ制御器３２に入力される電流偏差の時間変化を表している。
図６の最下段の図は、リミッタ３３が出力する制御量の時間変化を表している。
図６の３つの図は、時間軸を共通にして描かれている。
【００５１】
図６に示すように、時刻ｔ１１まででは、基準電流信号Ｉｒｅｆは、前の期間の基準電流レベルとなっており、時刻ｔ１１において新しい基準電流レベルに遷移する。この例では、実施形態の場合と同様に、時刻ｔ１１よりも前の期間の基準電流レベルよりも、時刻ｔ１１以降の基準電流レベルの方が大きい値に設定されている。
【００５２】
時刻ｔ１１において、出力電流信号Ｉｏｕｔは、基準電流信号Ｉｒｅｆに応じて上昇を開始する。出力電流信号Ｉｏｕｔは、電磁石４のインダクタンスおよび電磁石４の両端に印加される電圧によって決定される出力電流の変化率（ｄｉ／ｄｔ＝Ｖ／Ｌ）で上昇する。この変化率は、基準電流信号Ｉｒｅｆの変化率よりも小さいので、電流偏差の大きさは、時刻ｔ１１において、もっとも大きくなる。
【００５３】
電流偏差の大きさは、時刻ｔ１１以降、出力電流信号Ｉｏｕｔの上昇に応じて、次第に小さくなる。電流偏差の大きさは、出力電流信号Ｉｏｕｔの大きさが基準電流信号Ｉｒｅｆの大きさに等しくなる時刻ｔ１２において、０となる。
【００５４】
時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の期間内では、ＰＩ制御器３２は電流偏差の大きさに応じた信号を出力する。図の破線は、ＰＩ制御器３２が出力する制御量であり、この信号がリミッタ３３に入力される。リミッタ３３は、上限値ＵＬを超える信号については、上限値ＵＬに制限する。リミッタ３３は、上限値ＵＬ以下に制限した制御量を出力する。
【００５５】
時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３では、上限値ＵＬ分に相当するエネルギが余剰となるので、余剰エネルギに応じて大きなリンギングが生じる。
【００５６】
このように、比較例の電源装置では、出力電流の変化率ｄｉ／ｄｔが基準電流信号Ｉｒｅｆの変化率よりも小さいことによって、ＰＩ制御器３２に大きな電流偏差が入力される。ＰＩ制御器３２は、入力された電流偏差に応じた大きさを有する信号を出力するので、リミッタ３３によって、上限値ＵＬで抑制される。
【００５７】
制御量は、リミッタ３３によって制限されるとはいえ、有限の値が出力される。その有限の値は、本来制御量として出力される必要はないため、余剰のエネルギを放出するまで、制御量はリンギングを生じる。リンギングを生じている期間が長くなると目標値に到達するまでに時間を要し、荷電粒子ビームの照射期間を適切に設定することが困難となる。
【００５８】
また、制御量のリンギングは、ＰＷＭ制御を行う際に、不安定な動作となる原因となることがある。たとえば、制御装置１３０が生成するゲート信号は、本来のパルス幅とは異なり、狭いパルス幅であったり、広いパルス幅であったりするため、チョッパユニット２４がハンチング動作等の不安定動作をするおそれがある。
【００５９】
実施形態の電源装置１０では、制御装置３０が停止信号発生回路３８を有している。停止信号発生回路３８は、基準電流信号Ｉｒｅｆの大きさが出力電流信号Ｉｏｕｔの大きさ以上のときに、ＰＩ制御器３２はほぼ０を出力する。したがって、基準電流信号Ｉｒｅｆの大きさが出力電流信号Ｉｏｕｔの大きさ以上の期間において余剰のエネルギは、ほとんど蓄積されないので、ＰＩ制御が開始されるタイミングで余剰エネルギにもとづくリンギングの発生を抑制することができる。そのため、以降のＰＷＭ制御を安定して継続することができる。
【００６０】
荷電粒子ビームの照射装置を医療用等に用いるには、治療時間を最小限とするために、高速での荷電粒子ビームを走査することが求められる。また、患部へピンポイントで照射する必要から、走査範囲および照射位置を正確に設定する必要がある。
【００６１】
そこで、走査速度を向上するために、電磁石４に高い電圧を印加して、電磁石４に流れる電流の変化率ｄｉ／ｄｔを大きくする必要がある。そして、正確な照射位置を実現するために、電磁石４に流れる出力電流を高精度に制御することが求められる。
【００６２】
実施形態の電源装置１０では、チョッパユニット１４によって電磁石４に高い電圧を印加する期間に、チョッパユニット２４によるＰＷＭ制御動作を回避して、不要な制御による制御量のリンギングを低減して、高精度な出力電流の設定と高速な目標値の遷移とを両立させることができる。
【００６３】
以上説明した実施形態によれば、設定電流値が高速に遷移しても、出力電流を安定して制御することができる電源装置を実現することができる。
【００６４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  電源、４  電磁石、１０  電源装置、１１，２１  変圧器、１２，２２  整流器、１３，２３  フィルタ、１４，２４  チョッパユニット、２８  電流検出器、３０  制御装置、３１  加減算器、３２  ＰＩ制御器、３３  リミッタ、３４  加算器、３５  コンパレータ、３６  キャリア信号発生回路、３７  係数器、３８  停止信号発生回路
【図１】
2020137243.tif 000003
【図２】
2020137243.tif 000004
【図３】
2020137243.tif 000005
【図４】
2020137243.tif 000006
【図５】
2020137243.tif 000007
【図６】
2020137243.tif 000008