(57)【要約】【課題】クライストロンのフォーカスコイルでは、電源電流を平滑した後に残存するリップルによって電流が変動しフォーカスコイルの定常状態（ホット時）において発生する磁場の強度が異なるため、このリップルの影響を低減し、フォーカスコイルのホット時における発生磁場の安定化を図る。【解決手段】フォーカスコイルに電流を供給する電源回路において、定電流回路を付加することで、ホット時のフォーカスコイルの発生する磁場の安定化を図るものであって、さらにクランプ回路を付加することで、起動時のフォーカスコイルの予熱時間を長くすることがない。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換する整流回路と、
この整流回路に接続され、整流後の電圧のリップルを低減しフォーカスコイルに供給する平滑回路と、
前記フォーカスコイルと直列に接続され電流を一定に制限する定電流回路と、
この定電流回路と並列に接続され、前記定電流回路に所定値以上の電圧が印加された場合に印加電圧を上記所定値に制限するクランプ回路とを備えたことを特徴とするフォーカスコイル用電源回路。
【請求項２】
前記平滑回路は、前記整流回路と前記フォーカスコイルの間に接続されたインダクタンスと、前記フォーカスコイルと並列に接続されたコンデンサを備えたことを特徴とする請求項１記載のフォーカスコイル用電源回路。
【請求項３】
前記定電流回路は、
前記フォーカスコイルとドレインで接続された第１の電界効果トランジスタ、
この第１の電界効果トランジスタのソースと接続された電流検出用抵抗、
この電流検出用抵抗にかかる電圧と参照用電圧との差に応じて所定の電圧を前記第１の電界効果トランジスタのゲートに出力する差動増幅回路、を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のフォーカスコイル用電源回路。
【請求項４】
前記クランプ回路は、
前記フォーカスコイルとドレインで接続された第２の電界効果トランジスタ、
この第２の電界効果トランジスタと並列に接続されたツェナーダイオード、
このツェナーダイオードと接続され、前記第２の電界効果トランジスタのゲート−ソース間に電圧を生ずる抵抗、
を備えたことを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載のフォーカスコイル用電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クライストロンのフォーカスコイル用電源回路であって、温度による特性変動の大きい負荷に対する電源回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
クライストロンにおいて、電子銃（例えば、特許文献１の図１）から放出される電子ビームを焦点に収束させる磁場を発生するフォーカスコイルでは、安定した磁場を発生するためには一定の電流を供給する必要がある。
【０００３】
ここで、このフォーカスコイルは電流が流れることで発熱し、発熱に伴ってフォーカスコイルが有する抵抗値が変化するため、装置起動直後（コールド時）一定時間（１時間程度）が経過して発熱が定常状態に達した後（ホット時）で装置を運用する。このような装置においては、従来では交流電源を整流し、平滑回路によりリップルを平滑しただけで用いていた。しかし、平滑が十分でない場合、電圧のリップルによってフォーカスコイルに流れる電流に変動が起こるため、フォーカスコイルがホット時において安定した磁場を発生することができなかった。一方、リップルを無視できるまで平滑するためには、例えば、平滑回路がＬＣ回路である場合、ＬおよびＣの容量を大きくする必要があり、これにより装置が大型化してしまうといった問題が生じる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−０９４２７１号公報（第３頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、フォーカスコイルに電流を供給する電源回路において、定電流回路を付加することで、ホット時のフォーカスコイルの発生する磁場の安定化を図るものであって、さらにクランプ回路を付加することで、起動時のフォーカスコイルの予熱時間を長くすることがないものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るフォーカスコイル用電源回路は、交流を直流に変換する整流回路と、この整流回路に接続され、整流後の電圧のリップルを低減しフォーカスコイルに供給する平滑回路と、前記フォーカスコイルと直列に接続され電流を一定に制限する定電流回路と、この定電流回路と並列に接続され、前記定電流回路に所定値以上の電圧が印加された場合に印加電圧を上記所定値に制限するクランプ回路とを備えたものである。
【０００７】
また、前記平滑回路は、前記整流回路と前記フォーカスコイルの間に接続されたインダクタンスと、前記フォーカスコイルと並列に接続されたコンデンサを備えたものである。
【０００８】
また、前記定電流回路は、前記フォーカスコイルとドレインで接続された第１の電界効果トランジスタ、この第１の電界効果トランジスタのソースと接続された電流検出用抵抗、この電流検出用抵抗にかかる電圧と参照用電圧との差に応じて所定の電圧を前記第１の電界効果トランジスタのゲートに出力するオペアンプ、を備えるものである。
【０００９】
前記クランプ回路は、前記フォーカスコイルとドレインで接続された第２の電界効果トランジスタ、この第２の電界効果トランジスタと並列に接続されたツェナーダイオード、このツェナーダイオードと接続され、前記第２の電界効果トランジスタのゲート−ソース間に電圧を生ずる抵抗、を備えるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１に係るフォーカスコイル用電源回路の構成を表す図である。本発明の実施の形態１は、フォーカスコイル用電源回路に定電流回路６およびクランプ回路１２を付加することで、フォーカスコイルの予熱時間を長くすることなく、フォーカスコイルの発生する磁場の安定化を図るものである。１は交流電源であり、商用の６０Ｈｚ又は５０Ｈｚの電源である。４は整流回路、５はインダクタンスであってコンデンサ８とともに平滑回路を構成し、電源６０Ｈｚのリップルを減少させるものである。
【００１１】
交流電源３からの交流電圧は整流回路４によって全波整流されて出力され、インダクタンス５とコンデンサ８からなる平滑回路によってリップルが減少して出力される。これによって平均値約８０Ｖの電源出力を得る。
【００１２】
図２（ａ）に従来の全波整流後の電流波形を示す。従来では平滑回路を設けたことでクライストロン９に供給する電流のリップルは図２（ｂ）のように減少させていたが、その影響が無視できる程度にまで除去するには平滑回路を構成するインダクタンス５やコンデンサ８に大型のものを使用する必要があるため装置の大型化を招く。そこで、本発明の実施の形態１ではこの平滑回路とともに、以下の通り、定電流回路を設けることで図２（ｃ）に示すようにホット時においてフォーカスコイル９に一定の電流を供給することができ、磁場の安定化を図ることができる。
【００１３】
フォーカスコイル９はコールド時の抵抗が２Ω、ホット時の抵抗が４Ωであるとする。電源が投入されると、コールド時のフォーカスコイル９に電流が流れ、また、電流検出抵抗１８に電圧が発生する。
【００１４】
定電流回路６はオペアンプ１６、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ）７、参照電源１７、電流検出用抵抗１８により構成されるもので、電流検出抵抗１８で発生する電圧と参照電源１７の電圧を比較し、その差に応じた電圧をＦＥＴ７のゲートに印加する。
【００１５】
ＦＥＴ７は、図３のようにゲート−ソース間に印加された電圧に応じて抵抗値を変化させ、ドレイン電流を変化させるものである。図３のＶｔｈはドレイン電流が流れ始めるゲート・ソース電圧の閾値である。ＦＥＴ７の、この性質を利用して、参照電源１７の電圧よりも抵抗１８にかかる電圧が高い場合にはオペアンプ１６の出力を小さくして抵抗値を高くしドレイン電流が流れないようにし、逆に参照電源１７と抵抗１８にかかる電圧の差が小さい場合には、オペアンプ１６の出力を大きくして、ゲート−ソース間の電圧を上げることでＦＥＴ７の抵抗値を低くしドレイン電流が流れるようにして常に一定の電流を流すように動作させる。定電流回路６は、フォーカスコイル９に流れる電流を安定させ、発生する磁界も安定させようとするものである。
【００１６】
定電流回路６が２０Ａの定電流を供給するものである場合、電源投入直後はフォーカスコイル９には、２Ω×２０Ａ＝４０Ｖがかかり、他方、点ＢＥ間の定電流回路６には供給電圧８０Ｖからフォーカスコイル９の４０Ｖを引いた４０Ｖがかかることになる。するとこの時、クランプ回路１２にも同様に４０Ｖがかかる。ここで、ツェナーダイオード１１のツェナー電圧を例えばＶｚ＝２０Ｖとすると、４０Ｖはツェナー電圧を超えているのでツェナーダイオードは電流を流す。すると、抵抗１４（例えば、２．２ｋΩ等の大きな抵抗）に４０−２０＝２０Ｖがかかることで、ＦＥＴ１０のゲート−ソース間に電圧がかかる（実際は２０Ｖかかる前にＦＥＴ１０がオンして電圧は直ちにツェナー電圧と同じくらいになる）。これによりＦＥＴ１０がオンして点ＢＧＦＥの経路に電流が流れる。ＦＥＴ１０は図３に示したように、ゲート−ソース間の電圧に応じてその抵抗値を変化させ、ドレイン電流が変化するものである。ゲート−ソース間の電圧が大きいほどＦＥＴ１０の抵抗値は小さくなり、ＦＥＴ１０には大電流が流れるはずであるが、実際にはＦＥＴ１０の抵抗値は、ツェナーダイオード１１と抵抗１４にかかる電圧の和と釣り合うような抵抗値を示す。
【００１７】
このようにクランプ回路１２が動作することでフォーカスコイル９には定電流回路６が供給する定電流２０Ａ以上の電流が一時的に流れることになるため、予熱時間を長くなることを抑えることができる。また、クランプ回路１２のツェナーダイオード１１により点ＢＥ間の電圧はツェナー電圧である２０Ｖ程度に抑えられるため、定電流回路６の発熱量も２０Ａ×約２０Ｖ＝約４００Ｗとなる。これにより後述するように、クランプ回路１２無しの場合２０Ａ×４０Ｖ＝８００Ｗであるのと比べて電源投入から定常状態に達するまでの間の過渡状態におけるＦＥＴ７の発熱量を抑えることができる。クランプ回路１２に流れる電流はツェナーダイオード１１のツェナー電圧の大きさによる。上記では２０Ｖとしたが、システムの仕様に応じて調整するものである。
【００１８】
フォーカスコイル９に電流が流れることで、その抵抗値は２Ωから徐々に高くなる。そして、フォーカスコイル９の抵抗値が３Ω以上になるとフォーカスコイルにかかる電圧は３Ω×２０Ａ＝６０Ｖ以上となって、点ＢＥ間にかかる電圧は８０Ｖ−６０Ｖ＝２０Ｖ以下となり、ツェナーダイオード１１のツェナー電圧を下回るため、それ以降はクランプ回路１２は動作せず、定電流回路６のみが動作し、一定の電流２０Ａをフォーカスコイル９に供給し続ける。
【００１９】
それ以降、フォーカスコイル９の発熱量が定常状態に達するまでツェナーダイオード１１のツェナー電圧Ｖｚ＝２０Ｖよりも低く、上記と同様にクランプ回路１２は動作しないで、定電流回路６のみが動作し、定電流２０Ａをフォーカスコイル９に供給し続ける。
【００２０】
図４に定電流回路６に流れる電流と、クランプ回路１２に流れる電流の時間による推移を示す。横軸が時間、縦軸が電流値を示す。定電流回路６の電流を実線、クランプ回路１２の電流を破線で示す。図に示した通り、定電流回路６に流れる電流は一定だが、クランプ回路１２に流れる電流は時間の推移にしたがって減少していき、最終的に定常状態に達する。
【００２１】
以上が、本実施の形態１のフォーカスコイルの電源回路の動作であるが、ここで、クランプ回路１２が付加されず定電流回路６のみが付加された場合について考える。ここで、定電流回路６によって常に２０Ａしか流れないため、クランプ回路１２が付加された場合と比べてフォーカスコイル９に流れる電流は少ないためフォーカスコイル９が温まるまでに時間がかかる。例えば、電源投入直後はフォーカスコイル９の抵抗は２Ωしかなく、定電流回路６により２０Ａしか流れないため、フォーカスコイル９にかかる電圧は４０Ｖである。入力電圧は８０Ｖであるので、定電流回路６に残りの４０Ｖの電圧がかかる。
【００２２】
すると過渡状態におけるＦＥＴ７の発熱量は２０Ａ×４０Ｖ＝８００Ｗとなる。一方、上記のようにクランプ回路１２付きの場合ならＦＥＴ７にかかる電圧は、起動直後はクランプ回路１２のツェナーダイオード１１のツェナー電圧約２０Ｖ程度であり、その後もそれ以上は上がらない。そして、流れる電流は２０Ａで一定なので過渡状態における発熱量は約４００Ｗ程度であり、クランプ回路１２無しの場合と比べてＦＥＴ７の発熱量を半分程度にまで落すことができる。そのため、回路を構成する各素子の選択が容易である。
【００２３】
以上のように、定電流回路６によりフォーカスコイル９の発熱が定常状態に達した後は供給される電圧のリップルに関係なく一定の電流が供給されるためフォーカスコイル９で発生する磁場が安定化する。さらに、クランプ回路１２が付加されたことで、装置の起動直後は、フォーカスコイル９に、定電流回路６のみの場合より多くの電流が流れるのでその分フォーカスコイル９の予熱時間を長くすることなく、かつ定電流回路６の回路構成が容易なフォーカスコイル用電源回路を得る。
【００２４】
以上の例では、ＦＥＴとしてＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いる例を示したが、当然のことながらＮチャネルＭＯＳＦＥＴの代わりにＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いることとしてもよい。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いた場合の実施例を図４に示す。図５の場合、図１とは電流の向きが逆になる。また、点Ｂにおける電圧が０Ｖ、インダクタンス５にかかる平均電圧は−８０Ｖである。そのため、ツェナーダイオード１１、参照電源１７の向きが逆になり、ＦＥＴ７およびＦＥＴ１０のソースからドレインに向けて電流が流れることとなる。定電流回路６とクランプ回路１２の作用は図１の場合と同じである。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、クライストロン送信機のフォーカスコイル用電源回路において、定電流回路を付加したため、フォーカスコイルの発熱が定常状態に達した後の動作の安定化を図ることができ、クランプ回路を付加したことで起動時のフォーカスコイルの予熱時間を長くすることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るクライストロン送信機のフォーカスコイル用電源回路の回路構成図である。
【図２】（ａ）従来の全波整流後の電流波形である。（ｂ）従来の整流後の電流を平滑した後の電流波形である。（ｃ）ホット時のフォーカスコイル９に流れる電流波形である。
【図３】ＦＥＴ７およびＦＥＴ１０のゲート・ソース電圧とドレイン電流の関係を示す図である。
【図４】定電流回路６およびクランプ回路１２に流れる電流の時間変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るクライストロン送信機のフォーカスコイル用電源回路の別の回路構成例である。
【符号の説明】
１  商用電源、    ４  整流回路、    ５  インダクタンス、
６  定電流回路、    ７  ＦＥＴ、    ８  コンデンサ、
９  フォーカスコイル、    １０  ＦＥＴ、    １１  ツェナーダイオード、
１２  クランプ回路、    １３  ダイオード、    １４  抵抗、
１５  抵抗、    １６  オペアンプ、    １７  参照電源、    １８  抵抗。
【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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