(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＣ共振形インバータの交流出力を整流し、この整流出力端にコネクタを介して接続される電力用コンデンサを該整流出力で充電し、この充電電圧が設定値に達したとき又は過電圧検出レベルを越えたときに制御回路が前記インバータの運転を停止するコンデンサの充電装置において、
前記制御回路は、前記インバータの起動時には過電圧検出レベルを低くしておき、時間の経過と共に最終の過電圧検出レベルまで上昇させることにより、前記コネクタの非接続または断線で起きる無負荷状態による過電圧を早期に検出する過電圧保護回路を備えたことを特徴とするコンデンサの充電装置。
【請求項２】
ＬＣ共振形インバータの交流出力を整流し、この整流出力端にコネクタを介して接続される電力用コンデンサを該整流出力で充電し、この充電電圧が設定値に達したとき又は過電圧検出レベルを越えたときに制御回路が前記インバータの運転を停止するコンデンサの充電装置において、
前記制御回路は、前記インバータを短時間だけ試験運転し、この試験運転での充電電圧の異常から、前記コネクタの非接続または断線で起きる無負荷状態による過電圧を検出する過電圧保護回路を備えたことを特徴とするコンデンサの充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス電源などに備える電力用コンデンサを設定電圧まで周期的に充電するコンデンサの充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルスレーザ励起やパルスプラズマ発生、パルス脱硝装置等のパルス電源には、半導体スイッチと磁気スイッチになる可飽和トランスや可飽和リアクトルを組み合わせたものがある。
【０００３】
このパルス電源は、例えば、図４に示す構成にされる。高圧充電装置ＨＤＣによってコンデンサＣ0を初期充電しておき、半導体スイッチＳＷのオンによってコンデンサＣ0から可飽和トランスＳＴの一次側に放電電流を供給し、この可飽和トランスＳＴによって昇圧さらに磁気スイッチ動作でパルス圧縮し、ＬＣ反転による倍電圧発生回路ＬＣによって昇圧し、さらに可飽和リアクトルＳＩ1のパルス圧縮によってピーキング・コンデンサＣPとレーザ発振器ＬＨへ超短パルスを発生させる。
【０００４】
ここで、コンデンサＣ0の初期充電のための高圧充電装置ＨＤＣは、レーザ発振器ＬＨへの高い繰り返し（例えば６００パルス／秒）のパルス電流供給に合わせて高い繰り返しでコンデンサＣ0を充電する必要がある。また、コンデンサＣ0の電圧が出力に直接影響することから、充電電圧に高い精度のものが要求される。
【０００５】
このための従来の高圧充電装置には、図５に示す構成のものがある。交流電源から直流を得る整流器等にされる直流電源１は、電圧形にされるインバータ２、３の直流電源を構成する。
【０００６】
インバータ２、３は、パワートランジスタやＩＧＢＴ、ＧＴＯなどの半導体素子をスイッチＳ１〜Ｓ４としてブリッジ接続した構成にされ、パルス幅制御（又はパルス幅変調）した交流電力を共振用コンデンサＣと共振用リアクトルＬにより定まる共振周波数を持って出力する。
【０００７】
出力トランス４、５は、それぞれインバータ２、３からの交流出力を一定比で取り出す。整流回路６、７は、ダイオードブリッジ接続で構成され、トランス４、５の出力をそれぞれ交流入力とし、その全波整流を行い、整流出力を並列接続してコンデンサＣ0の充電出力を得る。
【０００８】
インバータ２はコンデンサＣ0の初期充電用であり、インバータ３は充電電圧微調整用である。これらインバータ２、３は、図６に示すように、コンデンサＣ0の初期充電には共に運転されてコンデンサＣ0を設定電圧近くまで充電し、この後は微調整用インバータ３のみにより設定電圧まで徐々に精度良く充電して行く。そして、コンデンサＣ0の充電電圧が設定電圧に達したときにインバータ３の運転も停止させる。
【０００９】
このため、微調整用インバータ３は、初期充電用インバータ２に比べ、スイッチング周波数を高くし、１回当たりの充電電圧が低くなるように設計される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成において、コンデンサＣ0を設定電圧まで充電するのに、コンデンサＣ0の電圧を抵抗分圧等の電圧検出器８で検出し、これを制御回路９に取り込んで設定電圧と比較し、この一致で制御回路９がインバータ３の運転停止制御を行う。
【００１１】
充電装置ＨＤＣとコンデンサＣ0とはコネクタ１０で接続されており、装置の保守・点検等にコネクタ１０を外したままにしてしまった場合や断線が発生したとき、その状態で運転を開始すると、インバータ２、３は無負荷状態で運転を開始してしまう。
【００１２】
このとき、充電装置ＨＤＣの出力電圧は大きい傾斜（ｄｖ／ｄｔ）で急速に上昇してしまう。この電圧急上昇に対して、電圧検出器８及び制御回路９に検出遅れがあるし、過電圧検出によるインバータの運転停止制御までの遅れがある。
【００１３】
このため、充電装置ＨＤＣを無負荷状態で起動すると、電圧の検出遅れ及びインバータの運転停止制御の遅れで、充電装置の出力電圧の急上昇が充電設定電圧よりも高い過電圧設定電圧レベルをも越えてしまい、整流回路６、７やインバータ２、３の回路素子を過電圧破壊させてしまう恐れがある。
【００１４】
本発明の目的は、無負荷状態で起動した場合にも過電圧から回路を確実に保護できる充電装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、充電装置を無負荷状態で起動したときの電圧急上昇に対して過電圧検出レベルを初期には低くすることで無負荷状態を早期に検出すること、又はインバータの試験運転での出力電圧の異常で無負荷状態を検出することにより、回路を過電圧から確実に保護するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１６】
（第１の発明）
ＬＣ共振形インバータの交流出力を整流し、この整流出力端にコネクタを介して接続される電力用コンデンサを該整流出力で充電し、この充電電圧が設定値に達したとき又は過電圧検出レベルを越えたときに制御回路が前記インバータの運転を停止するコンデンサの充電装置において、
前記制御回路は、前記インバータの起動時には過電圧検出レベルを低くしておき、時間の経過と共に最終の過電圧検出レベルまで上昇させることにより、前記コネクタの非接続または断線で起きる無負荷状態による過電圧を早期に検出する過電圧保護回路を備えたことを特徴とする。
【００１７】
（第２の発明）
ＬＣ共振形インバータの交流出力を整流し、この整流出力端にコネクタを介して接続される電力用コンデンサを該整流出力で充電し、この充電電圧が設定値に達したとき又は過電圧検出レベルを越えたときに制御回路が前記インバータの運転を停止するコンデンサの充電装置において、
前記制御回路は、前記インバータを短時間だけ試験運転し、この試験運転での充電電圧の異常から、前記コネクタの非接続または断線で起きる無負荷状態による過電圧を検出する過電圧保護回路を備えたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示す装置構成図である。同図が図５と異なる部分は、制御回路９Ａにある。制御回路９Ａは、電圧検出器８からの検出電圧を２つのコンパレータＣＭＰ１とＣＭＰ２に比較入力電圧として取り込む。
【００１９】
コンパレータＣＭＰ１は、コンデンサＣ0の充電設定電圧に相当する比較基準電圧が電圧設定器ＶＲから与えられ、コンデンサＣ0の充電電圧が設定電圧に達したことを検出する。
【００２０】
コンパレータＣＭＰ２は、過電圧設定値に相当する比較基準電圧が過電圧パターン発生器ＰＧから与えられ、充電装置の出力電圧が過電圧設定値を越えたことを検出する。
【００２１】
起動・停止制御部ＣＯＮは、起動指令でインバータ２、３の起動制御を行い、コンデンサＣ0が比較基準電圧まで充電されたことをコンパレータＣＭＰ１が検出したときにインバータ３の運転停止制御を行う。また、コンパレータＣＭＰ２が過電圧を検出したときにインバータ２、３の運転停止制御を行う。
【００２２】
過電圧パターン発生器ＰＧは、起動・停止制御部ＣＯＮがインバータ２、３を起動するときに起動されて過電圧パターンを発生し、コンパレータＣＭＰ２と起動・停止制御部ＣＯＮと共に過電圧保護回路を構成する。
【００２３】
この過電圧パターンは、図２の（ａ）に示すように、過電圧検出設定値がインバータ２、３の起動時点から時間と共に上昇し、最終設定値に達したときにその値に保持するようにする。この過電圧パターンは、例えば、図示のように、コンデンサＣ0の初期充電時の充電特性より一定幅だけ高いレベルで上昇するパターンにされる。また、過電圧パターンは、指数関数的に上昇するものでも良い。
【００２４】
なお、過電圧パターン発生器ＰＧは、ＣＲ時定数回路等を使ったアナログ回路又はカウンタ等を使用したディジタル回路で実現できる。
【００２５】
本実施形態によれば、過電圧検出レベルが初期には低くしておき、時間に応じて正規の過電圧検出レベルまで上昇させる。これにより、充電装置ＨＤＣとコンデンサＣ0との間のコネクタ１０の外れや断線があって無負荷状態でインバータ２、３が起動されたとき、その出力の急上昇に対して過電圧検出遅れを小さくしてインバータ２、３の停止制御を得ることができる。
【００２６】
これらの関係は、図３に示すようになり、インバータ２、３を無負荷状態で起動して出力電圧が特性Ａのように急上昇すると、早期の時刻ｔ1で過電圧検出レベルを越え、この状態は検出遅れやインバータの停止制御遅れがあっても一定時間ＴDだけ遅れた特性Ｂでインバータを停止制御できる。この時刻ｔ2では、実際の出力電圧（特性Ａ）が過電圧の最大値以下の状態でインバータ２、３を停止でき、充電装置ＨＤＣの回路を過電圧から保護できる。
【００２７】
図２の（ｂ）は、本発明の他の実施形態を説明するための過電圧検出パターンを示す。インバータ２、３の起動の前に、微調整用インバータ３のみを短時間だけ試験運転し、その後に従来と同様にインバータ２、３の並列運転とインバータ３の単独運転を行う。
【００２８】
この運転パターンにおいて、過電圧パターン発生器ＰＧは、微調整用インバータ３の試験運転には該インバータ３の出力電圧に合わせて低い過電圧レベルを発生するようにしておく。
【００２９】
これにより、微調整用インバータ３の試験運転時に無負荷状態にあると、出力電圧が異常に上昇し、この出力電圧の上昇を過電圧として検出できる。
【００３０】
すなわち、本実施形態では、インバータ２、３の起動前に微調整用インバータを試験的に運転し、この運転で出力電圧が異常に高くなるときに無負荷状態として検出する。このときの異常電圧は回路の過電圧レベルを越えることはなく、その検出でその後のインバータ２、３の再起動を停止することで回路を保護することができる。
【００３１】
なお、以上までの実施形態では、インバータ２、３により、コンデンサＣ0を初期充電と微調整充電を行う装置に適用した場合を示すが、１台のインバータによりコンデンサを充電する装置に適用して同等の作用効果を奏する。
【００３２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、無負荷状態で起動したときの電圧急上昇に対して過電圧検出レベルを初期には低くすることで無負荷状態を早期に検出すること、又はインバータの試験運転での出力電圧の異常で無負荷状態を検出するようにしたため、コネクタの接続忘れや断線等にも回路を過電圧から確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す装置構成図。
【図２】実施形態における過電圧検出パターン。
【図３】実施形態における過電圧検出の時間関係。
【図４】パルス電源例。
【図５】従来の回路例。
【図６】コンデンサＣ0の充電特性。
【符号の説明】
２…初期充電用インバータ
３…微調整用インバータ
６、７…整流器
８…電圧検出器
９、９Ａ…制御回路
ＣＭＰ１、ＣＭＰ２…コンパレータ
ＰＧ…過電圧パターン発生器
ＣＯＮ…起動・停止制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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