(57)【要約】【課題】  高耐圧の部品を必要とせずに、しかも小型化を図ることができるとともに安価な高電圧電源装置を提供する。【解決手段】  第１トランス２１の二次側の交流電圧を直流高電圧に変換するコッククロフト回路１２を有する高電圧回路ユニット１１と、第２トランス４１の二次側の交流電圧を整流して直流低電圧に変換する整流回路４２を有する低電圧回路ユニット４０とを備え、高電圧回路ユニット１１と低電圧回路ユニット４０とを直列接続した。【選択図】  図１
2006304506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１トランスの二次側の交流電圧を直流高電圧に変換するコッククロフト回路を有する高電圧回路ユニットと、第２トランスの二次側の交流電圧を整流して直流低電圧に変換する整流回路を有する低電圧回路ユニットとを備えた高電圧電源装置であって、
前記高電圧回路ユニットと低電圧回路ユニットとを直列接続したことを特徴とする高電圧電源装置。
【請求項２】
前記コッククロフト回路は、対称形コッククロフト回路であることを特徴とする請求項１に記載の高電圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばイオン注入装置などに使用される高電圧電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コッククロフト回路を備えた高電圧電源装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この高電圧電源装置は、複数個のコンデンサを直列接続して形成された一対のコンデンサアームおよび各コンデンサが一方向に充電されるように両コンデンサアーム間に接続された複数個のダイオードからなるコッククロフト回路を有しており、交流電圧から直流の高電圧を得ることができる。
【０００４】
この高電圧電源装置では、パルス幅変調（ＰＭＷ）された高周波電圧をトランスの一次側に印加し、このパルス幅を変化させることにより所要の出力電圧を得るが、出力電圧範囲が広くなればパルス幅の変化量を大きくする必要がある。特に、イオン注入装置に使用される高電圧電源では、多様なイオン注入に対応できるように広い出力電圧範囲（例えば、最高出力電圧と最低出力電圧の比が４００：１）が要求される。
【０００５】
すなわち、最小パルス幅が例えば最大パルス幅の１／４００以下にする必要がある。しかし、スイッチング素子などの能力上このような短時間のパルスを出すことは困難であり、単一の回路では間欠発振となり出力電圧が不安定となる。
【０００６】
このため、イオン注入装置に使用される高電圧電源装置では、図４に示すようにローユニット回路１とハイユニット回路２の二つの高電圧回路を個々に構成し、その出力端子１ａ,２ａを接続して、１つの出力端子３から出力電圧を出力するようしている。そして、ローモードのときローユニット回路１から出力電圧を出力させ、ハイモードのときハイユニット回路２から出力電圧を出力させることにより、１つの出力端子３から出力電圧を広い出力電圧範囲に亘って出力させている。
【特許文献１】特開平１１−２６０５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような高電圧電源装置では、ハイモードのときにローユニット回路１に高電圧が印加されるのを防止するため、高電圧阻止用ダイオードＤａ１〜Ｄａ８が必要となる。これらダイオードＤａ１〜Ｄａ８はハイユニット回路２内で使用しているものと同程度の耐圧が必要であり、高価であるとともに大きさも大きなものになってしまう。
【０００８】
また、このようなダイオードＤａ１〜Ｄａ８を使用しない場合、ローユニット回路１内のダイオードやコンデンサや抵抗を高耐圧のものを使用しなければないらない。さらに、抵抗ＲＬ１（無負荷時の動作を安定させるために微少電流を流すためのブリーダ抵抗）には、ハイモード時に最高電圧が印加されたときに発生する電力損失に耐えるものが必要になり、同時に効率の低下を引き起こすことになる。
【０００９】
このように、従来の高電圧電源装置では、高耐圧の部品が必要となり、高価になってしまうとともに大型化してしまうという問題があった。
【００１０】
この発明の目的は、高耐圧の部品を必要とせずに、しかも小型化を図ることができるとともに安価な高電圧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】
【００１１】
請求項１の発明は、第１トランスの二次側の交流電圧を直流高電圧に変換するコッククロフト回路を有する高電圧回路ユニットと、第２トランスの二次側の交流電圧を整流して直流低電圧に変換する整流回路を有する低電圧回路ユニットとを備えた高電圧電源装置であって、
第１トランスの二次側端子に接続されるコッククロフト回路の入力端子を前記整流回路の出力端子に接続したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、前記コッククロフト回路は、対称形コッククロフト回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、高耐圧の部品が不要となり、小型化を図ることができるとともに安価な高電圧電源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明に係る高電圧電源装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は高電圧電源装置１０の構成を示した回路図であり、この高電圧電源装置１０は、所定の電圧範囲に亘って高電圧を出力する高電圧回路ユニット１１と、所定の電圧範囲に亘って低電圧を出力する低電圧回路ユニット４０とを備えている。
【００１６】
高電圧回路ユニット１１は、直流の高電圧を生成するためのコッククロフト回路（対称形コッククロフト回路）１２と、このコッククロフト回路１２を動作させるドライブ回路２０とを有している。
【００１７】
コッククロフト回路１２は、コンデンサＣ１〜Ｃ４からなる第１コンデンサアームＣ１Ｈと、コンデンサＣ５〜Ｃ８からなる第２コンデンサアームＣ２Ｈと、コンデンサＣ９〜Ｃ１２からなる第３コンデンサアームＣ３Ｈと、各コンデンサＣ１〜Ｃ４,Ｃ５〜Ｃ８,Ｃ９〜Ｃ１２を一方向に充電する複数個のダイオードＤ１〜Ｄ１６とから構成されている。
【００１８】
そして、コッククロフト回路１２の出力部１２ａはチョークコイルＬ２を介して出力端子１５に接続されている。この出力端子１５には、図示しないイオン注入装置が接続さている。
【００１９】
ドライブ回路２０は、トランス（第１トランス）２１を備えており、トランスの二次巻線２２のセンター端子２２ａがコッククロフト回路１２のダイオードＤ１,Ｄ２のアノード（低電圧出力側端子）１２ｂに接続され、二次巻線２２の一方の端子２２ｂがコッククロフト回路１２のコンデンサＣ５の端子に接続され、二次巻線２２の他方の端子２２ｃがコッククロフト回路１２のコンデンサＣ９の端子に接続されている。
【００２０】
トランス２１の一次巻線２３にはパルス幅変調（ＰＭＷ）された高周波電圧が印加されるようになっている。
【００２１】
低電圧回路ユニット４０は、トランス４１と、このトランス（第２トランス）４１の二次巻線４１Ａから出力される交流電圧を全波整流する全波整流回路（整流回路）４２と、全波整流回路４２から出力される整流された整流電圧を直流電圧にするリプルフィルタＣＬ２と、ブリーダ抵抗ＲＬ２とから構成されている。そして、低電圧回路ユニット４０の出力端子４３から直流電圧が出力される。全波整流回路４２は４つのダイオードＤＬ１〜ＤＬ４から構成されている。
【００２２】
出力端子４３は高電圧回路ユニット１１のコッククロフト回路１２の低電圧出力側端子１２ｂに接続され、全波整流回路４２のダイオードＤＬ１,ＤＬ２のアノードは接地されており、高電圧回路ユニット１１と低電圧回路ユニット４０とが直列接続されている。
【００２３】
トランス４１の一次巻線４１Ｂにはパルス幅変調（ＰＭＷ）された高周波電圧が印加されるようになっている。４１Ａはトランス４１の二次巻線である。
【００２４】
Ｌ２,Ｃａ１は出力部１２ａの高圧の整流電圧を平滑するチョークコイルとコンデンサであり、Ｒａ１はブリーダ抵抗である。
［動  作］
次に、上記のように構成される高電圧電源装置１０の動作について説明する。
【００２５】
ハイモードが設定されると、高電圧回路ユニット１１のトランス２１の一次巻線２３にパルス幅変調された高周波電圧が印加されて、トランス２１の二次巻線２２から高周波の交流電圧が出力される。この交流電圧がコッククロフト回路１２によって直流の高電圧にされてコッククロフト回路１２の出力部１２ａから出力される。この高電圧はチョークコイルＬ２を介して出力端子１５からイオン注入装置に入力される。
【００２６】
イオン注入装置に入力された電流は大地電位の導体を経由し、低電圧回路ユニット４０のダイオードＤＬ１〜ＤＬ４を介して高電圧回路ユニット１１へ帰還する。このとき、ダイオードＤＬ１〜ＤＬ４に順方向の電圧降下が発生し、高電圧回路ユニット１１の低電圧出力側端子１２ｂは大地に対して若干マイナス側に振れる。しかし、この電圧は高電圧回路ユニット１１が出力する高電圧に比して非常に低いため高電圧電源装置１０の動作には殆ど影響することがなく、無視できるものである。
【００２７】
ローモードが設定されると、低電圧回路ユニット４０のトランス４１の一次巻線４１Ｂにパルス幅変調された高周波電圧が印加され、トランス４１の二次巻線４１Ａから高周波の交流電圧が出力され、この交流電圧が全波整流回路４２により全波整流される。この全波整流された整流電圧がリプルフィルタＣＬ２により直流電圧にされて出力端子４３から直流電圧が出力される。
【００２８】
この直流電圧が高電圧回路ユニット１１のダイオードＤ１〜Ｄ１６およびチョークコイルＬ２を介して出力端子１５へ出力される。すなわち、出力端子１５から低電圧回路ユニット４０の出力電圧が出力される。
【００２９】
ところで、この高電圧電源装置１０によれば、高電圧回路ユニット１１と低電圧回路ユニット４０とを直列接続したものであるから、従来の高電圧阻止用ダイオードＤａ１〜Ｄａ８（図２参照）が不要である。しかも、低電圧回路ユニット４０の出力端子４３を高電圧回路ユニット１１の低電圧出力側端子１２ｂに接続しているので、低電圧回路ユニット４０のダイオードＤＬ１〜ＤＬ４やコンデンサＣＬ２や抵抗ＲＬ２は高耐圧性である必要がない。
【００３０】
このように、高電圧阻止用ダイオードが不要であり、しかも低電圧回路ユニット４０のダイオードＤＬ１〜ＤＬ４やコンデンサＣＬ２や抵抗ＲＬ２は高耐圧性である必要がないことにより、小型化を図ることができるとともに安価な高電圧電源装置１０を提供することができる。
【００３１】
上記実施例では、高電圧回路ユニット１１のコッククロフト回路１２は対称形コッククロフト回路であるが、これに限らず基本形コッククロフト回路であってもよい。また、低電圧回路ユニット４０を高電圧回路ユニット１１と同様にコッククロフト回路を使用してもよい。さらに、図２および図３に示すように半波整流回路やセンタータップ整流回路の場合でも、帰還電流用のダイオードＤｊを一個追加するだけで同一の機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明に係る高電圧電源装置の構成を示した回路図である。
【図２】別な例の低電圧回路ユニットの構成を示した回路図である。
【図３】他の別な例の低電圧回路ユニットの構成を示した回路図である。
【図４】従来の高電圧電源装置の構成を示した回路図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１        高電圧回路ユニット
１２        コッククロフト回路
２１        トランス（第１トランス）
４０        低電圧回路ユニット
４２        全波整流回路（整流回路）
【図１】
2006304506.tif 000003
【図２】
2006304506.tif 000004
【図３】
2006304506.tif 000005
【図４】
2006304506.tif 000006