(57)【要約】【課題】  冷却機構を省略することにより装置全体の小型化を実現容易にする。【解決手段】  ダイオード１２およびコンデンサ１３で回路構成されたコッククロフト回路１１により交流を直流に変換する直流電源装置において、前記ダイオード１２をワイドギャップ半導体からなるＳｉＣダイオードとする。【選択図】    図１
2006129674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードおよびコンデンサで回路構成された変換回路により交流を直流に変換する直流電源装置において、前記ダイオードをワイドギャップ半導体からなるダイオードとしたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記ワイドギャップ半導体からなるダイオードがＳｉＣダイオードである請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
前記ワイドギャップ半導体からなるダイオードがＳｉＣショットキーバリアダイオードである請求項１又は２に記載の直流電源装置。
【請求項４】
前記ワイドギャップ半導体からなるダイオードがＳｉＣｐｎ接合ダイオードあるいはＳｉＣｐｉｎ接合ダイオードである請求項１又は２に記載の直流電源装置。
【請求項５】
前記変換回路がコッククロフト回路である請求項１〜４のいずれか一項に記載の直流電源装置。
【請求項６】
電子線照射装置の高電圧用電源として用いられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源装置に関し、詳しくは、例えば電子線照射装置、Ｘ線発生装置やイオンビーム発生装置などの高電圧用直流電源として使用され、ダイオードおよびコンデンサで回路構成された変換回路により交流を直流に変換する直流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電子線照射装置に組み込まれた高電圧用直流電源には、従来からコッククロフト回路方式を採用したものが一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は従来の直流電源装置に組み込まれたコッククロフト回路１を示し、図５および図６は従来の直流電源装置の構成例を示す。
【０００４】
コッククロフト回路１は、図４に示すようにダイオード２、コンデンサ３および変圧器４などの回路部品から構成され、交流を直流に変換して昇圧することにより直流高電圧を発生するものである。この種のコッククロフト回路１を採用した直流電源装置は、図５および図６に示すようにダイオード２、コンデンサ３および変圧器４などの回路部品を構成ユニット５としてタンク６内に収容した構造を具備する。また、この直流電源装置では、冷却器７で冷却されたガスが、送ガスポンプ８により配管９を介して送ガスされてタンク６内を循環し、そのタンク６内の回路部品を冷却するようになっている。
【特許文献１】特開平９−８４２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した従来の直流電源装置では、コッククロフト回路１を構成するダイオード２にＳｉダイオードを使用することが一般的である。このＳｉダイオードは、発熱による特性変化を生じやすい点から、Ｓｉダイオードを含む回路部品を冷却するため、前述したように直流電源装置は冷却機構を具備している。このように従来の直流電源装置では、コッククロフト回路１の構成回路を冷却するための冷却機構を必要とすることから、直流電源装置を小型化することが非常に困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、冷却機構を省略することにより装置全体の小型化を実現容易にした直流電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、ダイオードおよびコンデンサで回路構成された変換回路により交流を直流に変換する直流電源装置において、前記ダイオードをワイドギャップ半導体からなるダイオードとしたことを特徴とする。このワイドギャップ半導体からなるダイオードとしてはＳｉＣダイオードがある。
【０００８】
本発明に係る直流電源装置では、例えばＳｉＣダイオード等のワイドギャップ半導体からなるダイオードを採用したことにより、従来の直流電源装置で付設していた冷却機構を省略することができる。つまり、ワイドギャップ半導体からなるダイオードは、高耐圧、低損失および高温動作可能で消費電力が少ない特性を有するスイッチング素子であることから、ダイオードからの発熱を抑制することができ、その結果、従来の直流電源装置では必要であった冷却機構を省略することが可能となる。
【０００９】
前述の構成におけるワイドギャップ半導体からなるダイオードとして、ＳｉＣショットキーバリアダイオードを使用することが望ましい。このようにＳｉＣショットキーバリアダイオードを使用すれば、ダイオードおよびコンデンサで回路構成された変換回路の高周波化が容易になり、その結果、コンデンサの容量を小さくすることができて装置全体の小型化を実現できる。
【００１０】
また、前述の構成におけるワイドギャップ半導体からなるダイオードとして、ＳｉＣｐｎ接合ダイオードあるいはＳｉＣｐｉｎ接合ダイオードを使用することが望ましい。ダイオードおよびコンデンサで回路構成された変換回路では、素子数を増加させることにより耐圧の向上を図っていることから、ＳｉＣｐｎ接合ダイオードあるいはＳｉＣｐｉｎ接合ダイオードを使用すれば、ＳｉＣｐｎ接合ダイオードあるいはＳｉＣｐｉｎ接合ダイオードが高耐圧特性を有することから、変換回路を構成するダイオードの数を低減することができるので、装置全体の小型化に寄与できる。
【００１１】
なお、前述の直流電源装置の変換回路としてはコッククロフト回路を採用することが望ましい。また、本発明の直流電源装置は、電子線照射装置の高電圧用電源として適用することが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、例えばＳｉＣダイオード等のワイドギャップ半導体からなるダイオードを採用したことにより、そのワイドギャップ半導体からなるダイオードが、高耐圧、低損失および高温動作可能で消費電力が少ない特性を有する素子であることから、ダイオードからの発熱を抑制することができ、その結果、従来の直流電源装置では必要であった冷却機構を省略することが可能となり、装置全体の小型化を容易に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の実施形態で、直流電源装置に組み込まれたコッククロフト回路を示し、図２および図３はその実施形態における直流電源装置の構成例を示す。
【００１４】
この実施形態の直流電源装置は、図１に示すようにダイオード１２、コンデンサ１３および変圧器１４などの回路部品から構成され、交流を直流に変換して昇圧することにより直流高電圧を発生するコッククロフト回路１１を有する。このコッククロフト回路１１を構成するダイオード１２にワイドギャップ半導体からなるＳｉＣダイオードを採用する。
【００１５】
このＳｉＣは、エネルギーギャップがＳｉの３倍、絶縁破壊電界強度が約１０倍、飽和電子速度が約２倍、熱伝導度が約３倍という優れた物性値を持つものである。これら物性値のため、電力変換時の熱損失をＳｉの１／１００程度まで低減することが可能である。
【００１６】
例えば、同一構造で同じ耐圧の素子を使用した場合は、熱損失が１／１００となるため、ＳｉダイオードをＳｉＣダイオードに変更することで回路部品を冷却する必要がなくなる。また、Ｓｉでは１５０℃程度とされる動作上限温度が、ＳｉＣでは３００〜４００℃でも動作可能であることからも従来装置のような冷却機構は不要となる。
【００１７】
従って、このようなコッククロフト回路１１を採用した実施形態の直流電源装置では、図２および図３に示すようにダイオード１２、コンデンサ１３および変圧器１４などの回路部品を構成ユニット１５としてタンク１６内に収容した構造を具備するが、従来の直流電源装置で必要とされていた冷却機構を省略することができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００１８】
また、例えば電子線照射装置などに組み込まれた高電圧用直流電源では、高耐圧素子が使用されている。その高耐圧素子には、一般的にＳｉｐｎ接合ダイオードが使用されるが、そのＳｉｐｎ接合ダイオードでは、スイッチング時の損失が大きく高周波動作には不適である。一方、ショットキーバリアダイオードはリカバリー損失がなく、スイッチング特性が良好であるが、数百Ｖ程度の耐圧を有する素子が市販されているに過ぎず、高耐圧素子として好適なものは存在しないのが現状である。
【００１９】
これに対して、ＳｉＣはその材料特性から数ｋＶのショットキーバリアダイオードを製作することが可能であり、高耐圧素子として好適である。従来のＳｉダイオードではスイッチング時の熱損失のため、数ｋＨｚから数十ｋＨｚでしか稼動できなかったが、ＳｉＣショットキーバリアダイオードを使用することで数百ｋＨｚでも正常動作可能な直流電源装置を製作することが可能である。このようにＳｉＣショットキーバリアダイオードを使用することにより、直流電源装置の高周波を実現することができ、その結果、変換回路の構成部品であるコンデンサの容量を小さくすることができるため、タンクの容量を小さくすることが可能となる。
【００２０】
また、ＳｉＣは、前述したようにＳｉと比較して絶縁破壊電界が約１０倍大きいため、ＳｉＣｐｎ接合ダイオードあるいはＳｉＣｐｉｎ接合ダイオードを使用することにより、１チップの高耐圧素子を提供することができるので、コッククロフト回路を構成するダイオードの数を低減することができ、直流電源装置の小型化を容易に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態で、直流電源装置に組み込まれたコッククロフト回路を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態における直流電源装置の構成例を示す正面図である。
【図３】本発明の実施形態における直流電源装置の構成例を示す側面図である。
【図４】従来の直流電源装置に組み込まれたコッククロフト回路を示す回路図である。
【図５】従来の直流電源装置の構成例を示す正面図である。
【図６】従来の直流電源装置の構成例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１  コッククロフト回路
１２  ダイオード
１３  コンデンサ
【図１】
2006129674.tif 000003
【図２】
2006129674.tif 000004
【図３】
2006129674.tif 000005
【図４】
2006129674.tif 000006
【図５】
2006129674.tif 000007
【図６】
2006129674.tif 000008