(57)【要約】 【課題】  負荷への直流高電圧の全周波数帯域の変動分を除去する。【解決手段】  共振トランス６，７、共振トランス６，７の二次側に誘起された高周波電圧を昇圧・整流するコッククロフト・ウォルトン回路８、コッククロフト・ウォルトン回路８からの直流高電圧に含まれるリップルを除去するためのフィルタ回路９、フィルタ回路９からの直流高電圧が基準直流電圧に等しくなる様な直流高電圧を共振トランス６，７の一次側に供給する帰還回路１３、フィルタ回路９からの直流高電圧の変動分を検出する変動分検出回路１４、変動分検出回路が検出した変動分の信号の内、所定周波数帯域の信号を通過させる帯域フィルタ１５、帯域フィルタ１５を通過した信号の極性を反転し、共振トランス６，７の二次側に供給する反転増幅器１６を備えている。【選択図】 図２
2008125325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側に交流電流が流れることにより、二次側に高周波電圧を誘起するトランス、該トランスの二次側に誘起された高周波電圧を昇圧・整流するコッククロフト・ウォルトン回路、該コッククロフト・ウォルトン回路からの直流高電圧に含まれるリップルを除去するためのリップル除去回路、該リップル除去回路からの直流高電圧が基準直流電圧に等しくなる様な直流高電圧を前記トランスの一次側に供給することにより前記リップル除去回路からの直流高電圧の基準直流電圧に対する変動分を除去する様に成した帰還回路を備えた高電圧発生装置において、前記リップル除去回路からの直流高電圧の変動分を検出する変動分検出回路、該変動分検出回路が検出した変動分の信号の内、所定周波数帯域の信号を通過させる帯域フィルタ、該帯域フィルタを通過した信号の極性を反転し、前記励振トランスの二次側に供給する反転増幅器を設けたことを特徴とする直流高電圧発生装置。
【請求項２】
前記変動分検出回路は、前記リップル除去回路からの直流高電圧に含まれる交流分を通過させるコンデンサを備えている請求項１記載の直流高電圧発生装置。    
【請求項３】
前記帯域フィルタは、前記リップル除去回路が除去するリップルの高周波数帯域と、前記帰還回路が除去する変動分の低周波帯域との中間の周波数帯域の信号を通過させるように成した請求項１記載の直流高電圧発生装置。
【請求項４】
前記帰還回路は、前記リップル除去回路からの直流高電圧と基準直流電圧が入力される誤差増幅器と、該誤差増幅器の出力を増幅して前記トランスの一次側に供給する電力増幅器から成る請求項１記載の直流高電圧発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コッククロフト・ウォルトン回路を備えた直流高電圧発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧電子顕微鏡や、原子をイオン化させ、それを取り出してビームとし、このイオンビームを物質に照射して物質の形や性質を変えようとする様な集束イオンビーム装置等の直流高電圧発生装置の昇圧整流回路としては、高安定が要求されることから、一般的に、コッククロフト・ウォルトン回路（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、略してＣＷＣ）が使用されている。  
図１はバランス型コッククロフト・ウォルトン回路を使用した直流高電圧発生装置の概略を示している。
【０００３】
図中１は電力増幅器で、該電力増幅器からの直流電圧は、発振器２から出力されるパルスにより相補的にオンオフするスイッチング素子３，４によりスイッチングされる。尚、５は極性反転器（インバータ）である。
【０００４】
該スイッチングにより、共振トランス（自分自身とコッククロフト・ウォルトン回路のインピーダンスで決まる共振周波数で励振するトランス）６，７の一次側に一定周期でその極性が反転する電流、即ち、交流電流が流れ、その為、該トランス６，７の二次側に高周波電圧が誘起される。
【０００５】
該高周波電圧は２組のコンデンサとダイオードのペア（複数段のコンデンサＣ１とダイオードＤ１のペアから成る第１カラムと、複数段のコンデンサＣ２とダイオードＤ２のペアから成る第２カラム）からなるコッククロフト・ウォルトン回路８により昇圧・整流される。尚、前記コッククロフト・ウォルトン回路８はバランス型コッククロフト・ウォルトン回路を成しており、その頂部には、バランス抵抗Ｒ１，Ｒ２が設けられている。
【０００６】
これらのバランス抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続中点からの高電圧は、フィルタ抵抗ＲｆとフィルタコンデンサＣｆから成るフィルタ回路（リップル除去回路）９によってそのリップル分（変動分）が除去される。
【０００７】
この様にして生成された直流電圧は前記フィルタ回路９からの直流高電圧は負荷１０に供給される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−０２３９１３号公報
【特許文献２】特開平０９−１９１６４９号公報
【特許文献３】特開平０８−１１６６７３号公報
【特許文献４】特開平０９−１４９６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
さて、この様な構成の直流高電圧発生装置においては、前記負荷１０に供給される直流高電圧が、部品の温度ドリフト等の影響を受けてしまう。そこで、この様な温度ドリフト等の影響に基づく変動を除去するために、誤差増幅器１１を設け、前記負荷７への直流高電圧Ｖｏを抵抗Ｒａを介して、基準電源１２からの基準直流電圧Ｖｒｅｆを抵抗Ｒｂを介して、それぞれ前記誤差増幅器１１に入力し、前記負荷１０への直流高電圧が前記基準直流電圧に等しくなる様な直流高電圧が電力増幅器１から前記各共振トランス６，７の一次側に供給される様に成した帰還回路１３を設けている。
【００１０】
所で、前記誤差増幅器１１の利得が全ての周波数帯域で十分大きければ、前記帰還回路１３は全ての周波数帯域で高い安定性を確保することが出来る。しかし、実際には、前記誤差増幅器８は高い周波数帯域では位相が遅れて発振を引き起こし、高い周波数帯域では利得を大きくすることが出来ないので、前記帰還回路１３が高い安定性を十分に確保出来るのは低周波数帯域である。
【００１１】
一方、前記フィルタ回路９は前記コッククロフト・ウォルトン回路８からの直流高電圧のリップル（変動）を除去するが、低周波数帯域のリップル（変動）について十分に除去出来ないので、十分に除去可能なのは高周波数帯域のリップル（変動）である。
【００１２】
従って、この様な直流高電圧発生装置においては、前記フィルタ回路９が十分働く（変動分の除去）高周波数帯域と前記帰還回路１３が十分に働く（変動分の除去）低周波数帯域の中間の周波数帯域にあるノイズ（変動）については十分に除去出来ず、この中間周波数帯域での安定性が良くなかった。
【００１３】
本発明はこの様に問題を解決するために成されたもので、新規な直流高電圧発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の直流高電圧発生装置は、一次側に交流電流が流れることにより、二次側に高周波電圧を誘起するトランス、該トランスの二次側に誘起された高周波電圧を昇圧・整流するコッククロフト・ウォルトン回路、該コッククロフト・ウォルトン回路からの直流高電圧に含まれるリップルを除去するためのリップル除去回路、該リップル除去回路からの直流高電圧が基準直流電圧に等しくなる様な直流高電圧を前記トランスの一次側に供給することにより前記リップル除去回路からの直流高電圧の基準直流電圧に対する変動分を除去する様に成した帰還回路を備えた高電圧発生装置において、前記リップル除去回路からの直流高電圧の変動分を検出する変動分検出回路、該変動分検出回路が検出した変動分の信号の内、所定周波数帯域の信号を通過させる帯域フィルタ、該帯域フィルタを通過した信号の極性を反転し、前記励振トランスの二次側に供給する反転増幅器を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、負荷への直流高電圧の全周波数帯域の変動分を除去することが出来るので、全周波数帯域で安定した直流高電圧を負荷に供給することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図２は本発明に基づく直流高電圧発生装置の１概略例を表したものである。図中、前記図１にて使用された記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【００１８】
図２に示す直流高電圧発生装置が図１に示す直流高電圧発生装置と構成上で異なるところは以下の通りである。
【００１９】
図２の直流高電圧発生装置においては、負荷１０に供給される直流高電圧の変動成分のみ検出する為に、検出コンデンサＣｄと検出抵抗Ｒｄとの直列回路から成る検出回路１４を帰還回路１３と負荷１０の間に設け、更に、該検出回路と、共振トランス６の二次側と７の二次側の中間点との間に、除去したい周波数帯域の変動信号のみ通過させる帯域フィルタ１５と、該帯域フィルタを通過した変動信号の極性を反転・増幅する反転増幅器１６を挿入した。
【００２０】
この様な構成の直流高電圧発生装置において、電力増幅器１１からの直流電圧は、発振器２から出力されるパルスにより相補的にオンオフするスイッチング素子３，４によりスイッチングされる。
【００２１】
該スイッチングにより、共振トランス６，７の一次側に交流電流が流れることにより、該トランス６，７の二次側に高周波電圧が誘起される。
【００２２】
該高周波電圧はコッククロフト・ウォルトン回路８により昇圧・整流され、該コッククロフト・ウォルトン回路の２つのバランス抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点に直流高電圧が得られる。この直流高電圧に含まれる高周波リップル分は、フィルタ回路９により低減され、負荷１０の方へ供給される。
【００２３】
この直流高電圧は、基準電源１２から抵抗Ｒｂを介して基準直流電圧が供給されている誤差増幅器１１へ抵抗Ｒａを介して送られる。該誤差増幅器は、抵抗Ｒａを介した直流高電圧Ｖｏ／Ｒａが抵抗Ｒｂを介した基準電源１２からの基準電圧Ｖｒｅｆ／Ｒｂに等しくなる様な直流電圧が電力増幅器１から前記各共振トランス６，７の一次側に供給されるように作動する。この結果、前記負荷１０の方へに送られる直流高電圧の基準直流電圧に対する低周波変動分が除去される。
【００２４】
更に、この直流高電圧の変動分が、検出回路１４により検出され、帯域フィルタ１５に送られる。
【００２５】
該帯域フィルタは、前記直流高電圧の変動分の内、除去したい周波数帯域の変動分信号、即ち、前記低周波数帯域と高周波数帯域帯の中間周波数帯域の変動分信号のみ通過させ、反転増幅器１６に送る。
【００２６】
該反転増幅器は、中間周波数帯域の直流高電圧変動分信号の極性を反転・増幅して、前記共振トランス６の二次側と７の二次側の中間点に供給し、前記コッククロフト・ウォルトン回路８の二次側基準電位を変化させる。この結果、前記負荷１０に送られる直流高電圧の中間周波数帯域の変動分が除去される。
【００２７】
以上の結果、フィルタ回路９，帰還回路１３及び検出回路１４を経て負荷１０に供給されるコッククロフト・ウォルトン回路８からの直流高電圧は、全周波数帯域の変動分が除去されものとなる。  
尚、前記例では、本発明を、コッククロフト・ウォルトン回路としてバランス型コッククロフト・ウォルトン回路を使用した直流高電圧発生装置に応用した例を示したが、当然のことながら、本発明は、他の型のコッククロフト・ウォルトン回路を使用した直流高電圧発生装置にも応用可能であることは言うまでもない。  
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の直流高電圧発生装置の一概略例を示したものである。
【図２】本発明の直流高電圧発生装置の一概略例を示したものである。
【符号の説明】
【００２９】
１…電力増幅器
２…発振器
３，４…スイッチング素子
５…極性反転器
６，７…共振トランス
８…コッククロフト・ウォルトン回路
９…フィルタ回路
Ｒｆ…フィルタ抵抗
Ｃｆ…フィルタコンデンサ  
１０…負荷
１１…誤差増幅器
１２…基準電源
１３…帰還回路
１４…検出回路
１５…帯域フィルタ
【図１】
2008125325.tif 000003
【図２】
2008125325.tif 000004