(57)【要約】【課題】  給電パルスレートを向上させると共にコンデンサを充電するための充電器の受電容量を低容量化する。【解決手段】  負荷に対してパルス状に電力を供給するパルス電源装置において、電荷を蓄積する複数のコンデンサを備え、あるコンデンサを放電させて負荷に電力を供給している間にあるコンデンサを除く他のコンデンサを充電する一方、当該他のコンデンサを放電させて負荷に電力を供給している間に前記あるコンデンサを充電する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対してパルス状に電力を供給するパルス電源装置であって、
電荷を蓄積する複数の蓄電機器を備え、ある蓄電機器を放電させて負荷に電力を供給している間にある蓄電機器を除く他の蓄電機器を充電する一方、当該他の蓄電機器を放電させて負荷に電力を供給している間に前記ある蓄電機器を充電することを特徴とするパルス電源装置。
【請求項２】
蓄電機器の個数は２つであることを特徴とする請求項1記載のパルス電源装置。
【請求項３】
負荷は電磁石であることを特徴とする請求項1または２記載のパルス電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス電源装置は、負荷が要求する瞬時的で比較的大きな電力需要に対応可能な電源装置であり、例えばアーク溶接機の電源あるいは瞬間的な電力遮断を補償する電力補償装置として用いられている。このようなパルス電源装置は、コンデンサ（蓄電機器）に充電した電荷を電力として負荷に供給するものが一般的であり、充電状態のコンデンサを放電させることによって負荷に瞬間的な電力を供給する。このような電源装置については、例えば以下の公知文献に公開されている。
【特許文献１】特開平０６−０７８５６５号公報
【特許文献２】特開平０６−２３８４４３号公報
【特許文献３】特開２００３−２７４６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記パルス電源装置は、コンデンサに充電した電荷を電力として負荷に供給するものなので、瞬時的に大きな電力を負荷に供給できるものの、負荷に対する給電間隔が短い場合つまり給電パルスレートが大きい場合には、コンデンサの再充電に十分な時間を充てることができないので負荷に十分な電力を供給することができない。また、上記給電パルスレートが大きくなると、コンデンサの再充電に充てられる時間が短くなるので、大きな受電容量の充電器が必要となるという問題点もある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）給電パルスレートを向上させる。
（２）蓄電機器を充電するための充電器の受電容量を低容量化する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、負荷に対してパルス状に電力を供給するパルス電源装置において、電荷を蓄積する複数の蓄電機器を備え、ある蓄電機器を放電させて負荷に電力を供給している間にある蓄電機器を除く他の蓄電機器を充電する一方、当該他の蓄電機器を放電させて負荷に電力を供給している間に前記ある蓄電機器を充電する、という解決手段を採用する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、複数の蓄電機器のうち、ある蓄電機器と他の蓄電機器とを交互に充放電することによって電力の蓄積と負荷への電力供給を交互に行うので、１つの蓄電機器に対する充電時間を長く取ることが可能であり、よって給電パルスレートを向上させることができると共に充電器の受電容量を低容量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るパルス電源装置の機能構成を示すブロック図である。この図において、符号Ｃ1，Ｃ2はコンデンサ（蓄電機器）、ＳＷ1〜ＳＷ3はスイッチ、ＣＨは充電器、Ｔはチョッパ回路、Ｌは負荷である。本パルス電源装置は、コンデンサＣ1，Ｃ2、スイッチＳＷ1〜ＳＷ3及び充電器ＣＨから構成されており、チョッパ回路Ｔを介して負荷Ｌに電力を供給するものである。また、チョッパ回路Ｔは、スイッチングトランジスタＴr1，Ｔr2及びダイオードＤ1，Ｄ2から構成されている。
【０００８】
コンデンサＣ1の一端はスイッチＳＷ１の一方の接点及びスイッチＳＷ3の一方の選択接点ａに接続されている。コンデンサＣ2の一端はスイッチＳＷ2の一方の接点及びスイッチＳＷ3の他方の選択接点ｂに接続されている。コンデンサＣ1の他端及びコンデンサＣ2の他端は、スイッチングトランジスタＴr2のエミッタ端子及びダイオードＤ1のアノード端子に接続されている。
【０００９】
スイッチＳＷ1の他方の接点及びスイッチＳＷ2の他方の接点は、スイッチングトランジスタＴr1のコレクタ端子及びダイオードＤ2のカソード端子に接続されている。スイッチＳＷ3の共通接点は充電器ＣＨの出力端に接続されている。この充電器ＣＨは、スイッチＳＷ3を介してコンデンサＣ1，Ｃ2を充電するものである。
【００１０】
上記スイッチングトランジスタＴr1，Ｔr2及びダイオードＤ1，Ｄ2から構成されたチョッパ回路Ｔは、図示するように例えば周知の電圧型二象限チョッパ回路であり、本パルス電源装置から供給された電力の負荷Ｌへの供給を制御するためのものである。このチョッパ回路Ｔは、スイッチングトランジスタＴr1のエミッタ端子とダイオードＤ1のカソード端子との接点が負荷Ｌの一端に接続される一方、スイッチングトランジスタＴr2のコレクタ端子とダイオードＤ2のアノード端子との接点が負荷Ｌの他端に接続されている。負荷Ｌは、例えば加速器用の電磁石である。
【００１１】
ここで、この図１では、スイッチＳＷ1〜ＳＷ3及びスイッチングトランジスタＴr1，Ｔr2を制御する制御回路を省略している。この制御回路は、以下の説明するようにスイッチＳＷ1〜ＳＷ3を制御することによりパルス電源装置からチョッパ回路Ｔに間欠的に電力を供給させると共に、スイッチングトランジスタＴr1，Ｔr2を例えばＰＷＭ制御することによりチョッパ回路Ｔから負荷Ｌに供給されるパルス電力を調整させる。
【００１２】
次に、本パルス電源装置の動作について、図２に示す回路図及び図３に示す波形図をも参照して説明する。なお、以下の説明では、本パルス電源装置と負荷Ｌとの間に介装されたチョッパ回路Ｔの動作については、周知の電力制御動作なので説明を省略する。
【００１３】
最初に、上述した図１では、スイッチＳＷ3の共通接点は一方の選択接点ａに接続され、またスイッチＳＷ1は開状態かつスイッチＳＷ2は閉状態に設定されている。この状態（状態Ａ）では、充電器ＣＨの出力端がスイッチＳＷ3を介してコンデンサＣ1の一端に接続されるので、当該コンデンサＣ1は充電器ＣＨによって充電される一方、先に充電されたコンデンサＣ2の一端がスイッチＳＷ2を介してチョッパ回路Ｔに接続されるので、コンデンサＣ2の電荷が電力としてチョッパ回路Ｔに供給される。
【００１４】
一方、図２は、このような状態Ａとは逆の状態（状態Ｂ）を示している。すなわち、この状態Ｂでは、スイッチＳＷ3の共通接点は他方の選択接点ｂに接続され、またスイッチＳＷ1は閉状態かつスイッチＳＷ2は開状態に設定されている。この状態では、充電器ＣＨの出力端がスイッチＳＷ3を介してコンデンサＣ2の一端に接続されるので、当該コンデンサＣ2は充電器ＣＨによって充電される一方、先に充電されたコンデンサＣ1の一端がスイッチＳＷ1を介してチョッパ回路Ｔに接続されるので、コンデンサＣ1の電荷が電力としてチョッパ回路Ｔに供給される。
【００１５】
図３は、このような状態Ａ及び状態Ｂにおける各部電流及び電圧を示す波形図である。上段は、本パルス電源装置からチョッパ回路Ｔに供給される電源電流Ｉpsの上記スイッチＳＷ1〜ＳＷ3の切り替え動作に対応する変化を示し、中段はコンデンサＣ1の一端の端子電圧Ｖc1のスイッチＳＷ1〜ＳＷ3の切り替え動作に対応する変化を示し、下段はコンデンサＣ2の一端のスイッチＳＷ1〜ＳＷ3の切り替え動作に対応する端子電圧Ｖc2の変化を示している。なお、この図３において、期間Ｔ1は状態Ａと状態Ｂとの切替えに要する期間つまりスイッチＳＷ1〜ＳＷ3の切り替えに要する時間であり、期間Ｔ2は充電期間（＝放電期間）である。
【００１６】
すなわち、この図３において、最初及び第３番目に該当するパルス状の電源電流ＩpsはコンデンサＣ1の放電に基づくもの、つまり本パルス電源装置が状態Ｂに設定された場合にチョッパ回路Ｔに供給される電流である。この場合、コンデンサＣ1は電荷を放電するので、その端子電圧Ｖc1は徐々に低下する一方、コンデンサＣ2は充電器ＣＨによって充電されるので、その端子電圧Ｖc2は徐々に上昇する。
【００１７】
これに対して、第２番目及び第４番目に該当するパルス状の電源電流ＩpsはコンデンサＣ2の放電に基づくもの、つまり本パルス電源装置が状態Ａに設定された場合にチョッパ回路Ｔに供給される電流である。この場合、コンデンサＣ2は電荷を放電するので、その端子電圧Ｖc2は徐々に低下する一方、コンデンサＣ1は充電器ＣＨによって充電されるので、その端子電圧Ｖc1は徐々に上昇する。
【００１８】
このように本実施形態では、スイッチＳＷ1〜ＳＷ3を切り替えることによって２つのコンデンサＣ1，Ｃ2を交互に充放電させ、以ってチョッパ回路Ｔにパルス状の電源電流Ｉpsを順次供給するが、従来のように１つのコンデンサを用いて同一の給電パルスレートかつ電源電流Ｉpsと同等の電流値をチョッパ回路Ｔに供給するためには単一のコンデンサをさらに短時間で充電する必要があり、そのためには受電容量のより大きな充電器を必要とする。
【００１９】
しかしながら、本実施形態によれば、一方のコンデンサ（Ｃ1あるいはＣ2）が放電してチョッパ回路Ｔに電源電流Ｉpsを供給する間に他方のコンデンサ（Ｃ2あるいはＣ1）を充電しておくので、１つのコンデンサを用いた場合よりも充電時間を長く設定することが可能であり、よって充電器の受電容量を下げることができる。
【００２０】
換言すると、給電パルスレートを上げる要求に対して、１つのコンデンサを用いた場合は充電時間が短くなるので充電器の受電容量を上げる必要があるが、本実施形態の場合には、１つのコンデンサを用いた場合よりも充電時間を長く設定できるので充電器の受電容量を上げることなく要求に応じることができる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、２つのコンデンサＣ1，Ｃ2を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上のコンデンサを用いる構成を採用しても良い。
（２）上記実施形態は、負荷Ｌとしての加速管用の電磁石に電源を供給するものであるが、負荷Ｌはこのような電磁石に限定されるものではない。
（３）上記実施形態では、チョッパ回路Ｔとして電圧型二象限チョッパ回路を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の方式のチョッパ回路を用いても良い。
（４）上記実施形態では、蓄電機器としてコンデンサＣ1，Ｃ2を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。蓄電機器は、電気を介してエネルギを蓄える機器であり、コンデンサの他にフライホイール、電気二重層キャパシタ、バッテリ等、あるいはコンデンサ、インダクタンス及び抵抗器で構成されるパルスフォーミングネットワークやパルスフォーミングライであっても良い。
（５）上記実施形態では、スイッチングトランジスタＴr1，Ｔr2及びダイオードＤ1，Ｄ2から構成されたチョッパ回路Ｔを用いたが、スイッチングトランジスタＴr1，Ｔr2の詳細としては一般的なトランジスタ、ＩＧＢＴあるいはＭＯＳＦＥＴ等が考えられる。また、スイッチングトランジスタＴr1，Ｔr2に代えて、ギャップスイッチや機械式接点等を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係わるパルス電源装置の機能構成を示す第１の回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わるパルス電源装置の機能構成を示す第２の回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わるパルス電源装置の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｃ1，Ｃ2…コンデンサ、ＳＷ1〜ＳＷ3…スイッチ、ＣＨ…充電器、Ｔ…チョッパ回路、Ｌ…負荷
【図１】
2005184917.tif 000003
【図２】
2005184917.tif 000004
【図３】
2005184917.tif 000005