(57)【要約】【課題】パルス電源の長時間負荷試験にも電力エネルギーの無駄な消費を無くす。【解決手段】パルス電源からの放電パルスで充電されるピーキングコンデンサＣｐの充電電圧を可飽和リアクトルＬX1の飽和動作で模擬負荷用コンデンサＣX1，ＣX2へ転送し、この転送終了後にコンデンサＣX1の充電電力をリアクトルＬ3と整流器ＳＯＳで反転充電し、この後にコンデンサＣX1，ＣX2の充電電力をリアクトルＬ4，Ｌ2を介して電力蓄積用コンデンサＣLに転送し、このコンデンサの直流電力をインバータで交流に変換して交流電源側に回生する。【選択図】図１
2008102050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス電源が発生する高電圧大電流で極めて狭幅のパルスを高い繰り返しで負荷に供給するパルス電源の負荷試験装置であって、
前記負荷は、
パルス電源からの放電パルスで充電されるピーキングコンデンサＣｐの充電電圧を可飽和リアクトルＬX1の飽和動作で模擬負荷用コンデンサＣX1，ＣX2へ転送する模擬負荷回路と、
前記転送終了後に前記模擬負荷用コンデンサＣX1，ＣX2の充電電力をリアクトルとのＬＣ振動で発生する電流で電力蓄積用コンデンサＣLに転送する電力転送回路と、
前記電力蓄積用コンデンサＣLを直流電力を交流に変換して交流電源側に回生する回生型電力変換装置とを備えたことを特徴とするパルス電源の負荷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザヘッドなどの負荷に高電圧・狭幅のパルス電流を高い繰り返しで供給するパルス電源に係り、特にパルス電源の負荷試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６にパルス電源と負荷装置の回路例を示す。パルス電源は充電器ＨＤＣと半導体スイッチＳＷとコンデンサＣ0，Ｃ1と可飽和リアクトルＬS1，ＬS2で構成される。充電器ＨＤＣはコンデンサＣ0を高圧で初期充電する装置である。
【０００３】
充電器ＨＤＣによりコンデンサＣ0に蓄えられた電圧ＶC0は半導体スイッチＳＷがＯＮすることで放電され、コンデンサＣ1で閉じられる回路ループで可飽和リアクトルＬS1に電圧が印加される。可飽和リアクトルＬS1はＣ0に蓄えられたエネルギー量ＪC0（＝１／２×Ｃ0×ＶC0）を磁束量としてΦ＝ｋ∫ｅｄｔの形で鉄心に蓄える動作をする。この蓄えられる磁束量は可飽和リアクトルの鉄心体積で決まり、それ以上のエネルギー量が加わった場合は鉄心が飽和して透磁率が極端に低下し、インダクタンス値も比例して低下する。このインダクタンスの変化に応じて次式で示されるごく短いパルス幅τ0に変調された放電電流ｉ0によりエネルギー量ＪC0がコンデンサＣ1へ転送される。
【０００４】
電流ｉ0の幅τ0＝π×ＳＱＲ｛ＬS1（飽和時）×（Ｃ0//Ｃ1）｝
電流ｉ0ピーク＝ＶC0×ＳＱＲ｛（Ｃ0//Ｃ1）／ＬS1（飽和時）｝
Ｃ1電圧ＶC1＝１／Ｃ1・∫ｉ0ｄｔ
転送されたエネルギー量ＪC1（＝１／２×Ｃ1×ＶC1）
エネルギー転送されたコンデンサＣ1の充電電流は、可飽和リアクトルＬS2の飽和動作により磁気パルス圧縮されて負荷装置のピーキングコンデンサＣPに転送されてそれを急速充電する。このコンデンサＣPの充電電圧により、レーザヘッドなどの負荷ＬＨに放電を起こし、パルスエネルギーとして供給される。
【０００５】
なお、図６のパルス電源は基本構成を示すもので、各種のパルス電源回路に適宜設計変更されるものである。例えば、中間回路に可飽和トランスやパルストランスを介在させる構成のものがある。
【０００６】
このような構成になるパルス電源の負荷試験には、負荷装置として実際のレーザヘッド等の負荷を使用するのに代えて、この負荷を等価的に模擬した抵抗やギャップ等を組み合わせたものを使用している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１６６９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記のように、パルス電源の負荷試験には、電源の出力エネルギーを抵抗等で消費させるが、これでは単に電源出力を熱エネルギーや光として放出しているだけであり、長時間試験では大きな電力エネルギーを無駄に消費してしまう。
【０００８】
上記の問題は負荷装置側でエネルギー回生を行うことが考えられるが、パルス電源の出力は「高電圧大電流で極めて狭幅のパルスを高い繰り返しで負荷に供給する」という特徴があるため、一般に普及している回生電力をインバータ等を使用して電源側に回生する手法は使えない。
【０００９】
本発明の目的は、パルス電源の長時間負荷試験にも電力エネルギーの無駄な消費を無くして、負荷試験における電力エネルギーの回生ができるパルス電源の負荷試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するため、パルス電源からの放電パルスで充電されるピーキングコンデンサの充電電圧を可飽和リアクトルの飽和動作で模擬負荷用コンデンサへ転送し、この転送終了後に模擬負荷用コンデンサの充電電力を電力蓄積用コンデンサに転送し、この電力蓄積用コンデンサの直流電力をインバータなどの回生型電力変換装置で交流に変換して交流電源側に回生するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１１】
（１）パルス電源が発生する高電圧大電流で極めて狭幅のパルスを高い繰り返しで負荷に供給するパルス電源の負荷試験装置であって、
前記負荷は、
パルス電源からの放電パルスで充電されるピーキングコンデンサＣｐの充電電圧を可飽和リアクトルＬX1の飽和動作で模擬負荷用コンデンサＣX1，ＣX2へ転送する模擬負荷回路と、
前記転送終了後に前記模擬負荷用コンデンサＣX1，ＣX2の充電電力をリアクトルとのＬＣ振動で発生する電流で電力蓄積用コンデンサＣLに転送する電力転送回路と、
前記電力蓄積用コンデンサＣLを直流電力を交流に変換して交流電源側に回生する回生型電力変換装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のとおり、本発明によれば、ピーキングコンデンサの充電電圧を模擬負荷用コンデンサへ転送し、この転送終了後に模擬負荷用コンデンサの充電電力を電力蓄積用コンデンサに転送し、この電力蓄積用コンデンサの直流電力をインバータなどの回生型電力変換装置で交流に変換して交流電源側に回生するようにしたため、以下の効果がある。
【００１３】
（１）従来のように電源の出力エネルギーを抵抗等で消費させることがなく、長時間試験にも大きな電力エネルギーを無駄に消費することがない。
【００１４】
（２）高電圧大電流で極めて狭幅のパルスを高い繰り返しで負荷に供給するパルス電源の負荷試験が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態を示す負荷装置の回路構成図であり、この回路構成は、模擬負荷回路と、電力転送回路と、電力回生用インバータ（回生型電力変換装置）とで構成される。
【００１６】
模擬負荷回路は、ピーキングコンデンサＣｐに並列に、可飽和リアクトルＬX1と模擬負荷用のコンデンサＣX1とＣX2の直列回路を接続し、可飽和リアクトルＬX1の飽和動作によりピーキングコンデンサＣｐからコンデンサＣX1，ＣX2の直列回路への放電を得る。
【００１７】
電力転送回路は、可飽和リアクトルＬX1とコンデンサＣX1，ＣX2の直列回路との接続点に並列接続したリアクトルＬ4と、コンデンサＣX1に並列接続したリアクトルＬ3と整流器ＳＯＳの直列回路と、このリアクトルＬ3と整流器ＳＯＳの直列回路に並列接続したリアクトルＬ2と電力蓄積用コンデンサＣLの直列回路とによって構成され、模擬負荷回路への放電により蓄積されたコンデンサＣX1、ＣX2の蓄積エネルギーをリアクトルとのＬＣ振動で発生する電流でコンデンサＣLの充電電力として転送する。
【００１８】
電力回生用インバータは、コンデンサＣＬを直流電源として、電力系統の周波数・電圧に制御した交流電流に変換して交流電源側に電力回生を行う。
【００１９】
本実施形態による負荷装置の動作を図２〜図５を参照して、以下に詳細に説明する。なお、各コンデンサの容量は、Ｃｐ＞ＣX1＞ＣＬ，ＣX1＝ＣX2とする。また、各リアクトルのインダクタンスは、Ｌ4＞Ｌ2＞Ｌ3とする。
【００２０】
（動作モード１：図２）
パルス電源のからピーキングコンデンサＣｐにパルス電源出力電圧Ｖｃｐを発生させると、可飽和リアクトルＬX1の飽和時にコンデンサＣX1とＣX2で構成される回路ループに流れる電流ｉCX1によりコンデンサＣX1とＣX2の直列回路にエネルギーＪｃｐ（＝１／２×Ｃｐ×ＶCP）を転送する。このときの電流ｉCX1の幅およびピーク値は以下のようになる。なお、このとき、リアクトルＬ2、Ｌ3、Ｌ4は電流ｉCX1に対し高インピーダンスとなる。
【００２１】
電流ｉCX1の幅τiCX1＝π×ＳＱＲ｛ＬX1（飽和時）×（ＣX）｝
電流ｉCX1のピーク値ｉ0＝ＶＣｏ×ＳＱＲ｛（ＣX）／ＬX1（飽和時）｝
ＣX＝１／｛（１／Ｃｐ）十（１／ＣX1）十（１／ＣX2）｝
（動作モード２：図３）
動作モード１の動作終了後、コンデンサＣX1の電圧ＶCX1はリアクトルＬ３と整流器ＳＯＳの直列回路を介して放電し、充電極性が反転される。
【００２２】
（動作モード３：図４）
動作モード２の動作終了後、コンデンサＣX1に転送されたエネルギーがリアクトルＬ2とのＬＣ振動で発生する電流でコンデンサＣLへ転送され、コンデンサＣX2に蓄積されたエネルギーがリアクトルＬ4とＬ2とのＬＣ振動で発生する電流でコンデンサＣLへ緩やかに転送される。
【００２３】
（動作モード４：図５）
動作モード３の動作終了後、コンデンサＣLに蓄えられたエネルギーはインバータで交流電源側に回生する。
【００２４】
以上までの回生動作は、パルス電源の負荷試験中に、その動作タイミングで繰り返し行われ、負荷回路に放電された電力を回生する。
【００２５】
なお、実施形態における各部は適宜設計変更できる。例えば、リアクトルＬ2に直列に整流器を設けた構成とすることができる。また、リアクトルＬ４に可飽和リアクトルを介挿した構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態を示す負荷装置の回路構成図。
【図２】実施形態の動作説明図（その１）。
【図３】実施形態の動作説明図（その２）。
【図４】実施形態の動作説明図（その３）。
【図５】実施形態の動作説明図（その４）。
【図６】パルス電源と負荷装置の例。
【符号の説明】
【００２７】
ＳＷ  半導体スイッチ
ＨＤＣ  充電器
ＬＨ  負荷
ＬS1，ＬS2，ＬX1  可飽和リアクトル
Ｃ0，Ｃ1，ＣX1，ＣX2  コンデンサ
Ｃｐ  ピーキングコンデンサ
ＣL  電力蓄積用コンデンサ
Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4  リアクトル
ＳＯＳ  整流器
【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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