(57)【要約】【課題】本発明の課題は、コンデンサ負荷の設定電圧到達後に、余分な電力が２次側へ伝送されることを防ぎ、コンデンサ負荷の設定電圧に対する出力電圧の安定度を向上させる定電流電源を提供することにある。【解決手段】本発明は、トランス２５の１次側にＬＣ直列共振回路及びフルブリッジ回路を介して直流電源１１が接続され、前記トランス２５の２次側に整流器２６を介してコンデンサ負荷２９が接続される定電流電源において、前記トランス２５の１次側に接続され、前記コンデンサ負荷２９が設定電圧になると前記トランス２５の１次側を短絡するシャント回路を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
2007068289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの１次側にＬＣ直列共振回路及びフルブリッジ回路を介して直流電源が接続され、前記トランスの２次側に整流器を介してコンデンサ負荷が接続される定電流電源において、
前記トランスの１次側に接続され、前記コンデンサ負荷が設定電圧になると前記トランスの１次側を短絡するシャント回路を設けたことを特徴とする定電流電源。
【請求項２】
トランスの１次側にＬＣ直列共振回路及びフルブリッジ回路を介して直流電源が接続され、前記トランスの２次側に整流器を介してコンデンサ負荷が接続される定電流電源において、
前記トランスの３次側に接続され、前記コンデンサ負荷が設定電圧になると前記トランスの３次側を短絡するシャント回路を設けたことを特徴とする定電流電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種レーダ装置及び線形加速器等の高電圧コンデンサ充電電源の充電用として使用される定電流電源に係り、特に出力電圧安定度を向上させる場合に利用可能である定電流電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一定周期で急速放電を行うコンデンサ負荷に安定的に充電するための定電流電源として、トランスの１次側にＬＣ直列共振回路及びフルブリッジ回路を介して直流電源が接続され、前記トランスの２次側に整流器を介してコンデンサ負荷が接続されるコンバータがある。前記コンバータでは、コンデンサ負荷が設定電圧に到達したらコンバータをオフする方式が一般的である。
【０００３】
図４は従来の定電流電源の動作を説明するためのタイミングチャートである。すなわち、図４に示すように、ドライブ信号Ａ，Ｂでフルブリッジ回路を駆動し、ＬＣ直列共振回路で発生したＬＣ共振電流をトランスの１次側に流すと、トランスの２次側には整流出力の２次側電流が流れてコンデンサ負荷を充電する。前記コンデンサ負荷が設定電圧に到達すると、設定電圧到達信号が抽出されてコンバータをオフする。この場合、コンデンサ負荷の出力電圧が設定電圧に到達してから、コンバータの動作が停止するまでの時間は、出力を出し続けることとなり出力電圧を押し上げて余剰分（誤差分）となる。この余剰分（誤差分）は設定電圧到達タイミングによって異なり、最大で共振動作１回分が余分な電力として２次側へと伝送される。その伝送された電力が設定電圧に対して誤差となり、出力電圧安定度を向上させる上で障害となっていた。
【特許文献１】特開２００２−１０４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、トランスの１次側巻線もしくは３次側巻線をコンデンサ負荷の設定電圧到達後に即応性を持たせたシャント回路により短絡し、余分な電力が２次側へ伝送されることを防ぎ、コンデンサ負荷の設定電圧に対する出力電圧の安定度を向上させる定電流電源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】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は、トランスの１次側にＬＣ直列共振回路及びフルブリッジ回路を介して直流電源が接続され、前記トランスの２次側に整流器を介してコンデンサ負荷が接続される定電流電源において、前記トランスの１次側に接続され、前記コンデンサ負荷が設定電圧になると前記トランスの１次側を短絡するシャント回路を設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
また本発明は、トランスの１次側にＬＣ直列共振回路及びフルブリッジ回路を介して直流電源が接続され、前記トランスの２次側に整流器を介してコンデンサ負荷が接続される定電流電源において、前記トランスの３次側に接続され、前記コンデンサ負荷が設定電圧になると前記トランスの３次側を短絡するシャント回路を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の定電流電源は、トランスの１次側巻線もしくは３次側巻線をコンデンサ負荷の設定電圧到達後に即応性を持たせたシャント回路（高速シャント回路）により短絡し、余分な電力が２次側へ伝送されることを防ぎ、コンデンサ負荷の設定電圧に対する出力電圧の安定度を向上させる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施形態に係る定電流電源の一例を示す回路図である。図１において、直流電源１１が接続される入力端子１２，１３間にはコンデンサ１４が接続される。前記入力端子１２にはダイオード１５，１６のそれぞれカソードが接続され、前記ダイオード１５，１６のそれぞれアノードにはダイオード１７，１８のカソードがそれぞれ対応して接続される。前記ダイオード１７，１８のそれぞれアノードは入力端子１３に接続される。前記ダイオード１５，１６，１７，１８のそれぞれ対応したカソードとアノード間には例えばスイッチングトランジスタ等よりなるスイッチ１９，２０，２１，２２がそれぞれ対応して接続される。前記ダイオード１５，１６，１７，１８及びスイッチ１９，２０，２１，２２はフルブリッジ回路を構成する。前記ダイオード１５のアノードにはインダクタンス２３及びコンデンサ２４よりなるＬＣ直列共振回路を介してトランス２５の１次側巻線の一端が接続され、前記トランス２５の１次側巻線の他端は前記ダイオード１６のアノードに接続される。前記トランス２５の２次側巻線には整流器２６を介して出力端子２７，２８が接続され、前記出力端子２７，２８には一定周期で急速放電を行うコンデンサ負荷２９が接続される。前記トランス２５の１次側巻線の一端にはダイオード３０のアノードが接続されると共にダイオード３１のカソードが接続される。前記ダイオード３０のカソードはダイオード３２のカソードに接続され、前記ダイオード３２のアノードはダイオード３３のカソードに接続される。前記ダイオード３３のアノードは前記ダイオード３１のアノードに接続される。前記ダイオード３２のカソードと前記ダイオード３３のアノード間には例えばスイッチングトランジスタ等よりなるスイッチ３４が接続される。前記ダイオード３０，３１，３２，３３及びスイッチ３４は高速シャント回路を構成する。
【００１０】
図３は図１の定電流電源の動作を説明するためのタイミングチャートである。すなわち、スイッチ１９，２２を図３（ａ）に示すようなドライブ信号Ａで駆動すると共にスイッチ２０，２１を図３（ｂ）に示すようなドライブ信号Ｂで駆動すると、インダクタンス２３及びコンデンサ２４よりなるＬＣ直列共振回路によりトランス２５の１次側巻線には図３（ｄ）に示すようなＬＣ共振電流が流れる。トランス２５の１次側巻線に図３（ｄ）に示すようなＬＣ共振電流が流れると、トランス２５の２次側巻線には電流が誘起され、整流器２６で整流されて図３（ｅ）に示すような２次側電流（整流出力）が出力端子２７，２８を介してコンデンサ負荷２９に供給されて充電される。而して、コンデンサ負荷２９が例えば５０ｋＶ等の所定の設定電圧に到達すると、図３（ｃ）に示すような設定電圧到達信号がスイッチ３４に印加されてダイオード３０，３１，３２，３３及びスイッチ３４よりなる高速シャント回路がオン（ＯＮ）するため、図３（ｅ）に示すように余剰分（誤差分）のうち回路の動作遅れを除いた部分につてはトランス２５の２次側に伝送されない。このように、コンデンサ負荷２９の設定電圧到達タイミングにて高速シャント回路を動作させトランス２５の１次側巻線の両端を短絡することで、コンデンサ負荷２９の設定電圧到達から共振動作が停止するまでの間にトランス２５を経由し２次側へと伝送されてしまう電力をバイパスし１次側へ回生する。その結果、出力端子２７，２８での設定電圧に対する出力電圧の誤差が低減し、出力電圧安定度が改善されることになる。
【００１１】
次に、図１の定電流電源に期待される効果の具体例について説明する。
【００１２】
動作条件を下記と仮定する。
【００１３】
・設定電圧                        ：５０ｋＶ
・設定電圧に到達するまでの時間    ：１５ｍｓ
・共振電流の周期（休止時間含む）  ：２５μｓ（休止区間５μｓ）
この条件にてコンデンサ負荷への充電動作を考えると、設定電圧に到達するまでのステップ数（共振動作の回数）は、
１５ｍｓ／２５μｓ＝６００ｓｔｅｐ
共振動作１回で上昇する充電電圧の平均値は、
５０ｋＶ／６００ｓｔｅｐ≒８３Ｖ
設定電圧到達後の最大誤差は共振動作開始と同時に設定電圧に到達した場合であるため、最大誤差は共振動作１回分の８３Ｖとなる。
【００１４】
このタイミングで高速シャント回路が動作した場合、回路の動作遅れをｔ＝５μｓとするとその間の電圧上昇は、
８３Ｖ／４＝２０．７５Ｖ
これらから高速シャント回路が動作することで改善される電圧上昇分は、
８３Ｖ−２０．７５Ｖ＝６２．２５Ｖ
その電圧を出力電圧安定度に換算すると、
（６２．２５Ｖ／５０ｋＶ）×１００≒０．１３％ｐ−ｐ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）
よって、高速シャント回路の追加により改善される出力電圧安定度は最大で、
０．１３％ｐ−ｐ
となる。
【００１５】
以上のように、ＬＣ直列共振回路の共振動作を途中で停止させることができない以上、一度出力された電力をトランスの２次側へ伝送するのではなく１次側へ回生し、出力安定度を向上させる必要があるとの観点から開発したものである。ＬＣ直列共振回路後のトランスの１次側巻線の両端へ、設定電圧到達タイミングに対し即応性を持ったシャント回路を追加し、そのタイミングでトランスの１次側を短絡し２次側へ伝送される余分な電力を回生することで、出力電圧安定度を向上させることができる。
【００１６】
図２は本発明の実施形態に係る定電流電源の他の例を示す回路図である。図２中、図１と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、トランス２５に３次側巻線４１を設け、前記３次側巻線４１にダイオード３０，３１，３２，３３及びスイッチ３４よりなる高速シャント回路を接続したものであり、ダイオード３０，３１，３２，３３及びスイッチ３４よりなる高速シャント回路はトランス２５の１次側巻線から切り離される。
【００１７】
すなわち、コンデンサ負荷２９が例えば５０ｋＶ等の所定の設定電圧に到達すると、設定電圧到達信号がスイッチ３４に印加されてダイオード３０，３１，３２，３３及びスイッチ３４よりなる高速シャント回路がオン（ＯＮ）し、トランス２５の３次側巻線が短絡されるため、トランス２５の１次側巻線により誘起される電流が２次側巻線と３次側巻線に分散される。そのため、２次側巻線に誘起される電流が減少する。このように、コンデンサ負荷２９の設定電圧到達タイミングにて高速シャント回路を動作させトランス２５の３次側巻線の両端を短絡することで、コンデンサ負荷２９の設定電圧到達から共振動作が停止するまでの間にトランス２５を経由し２次側へと伝送されてしまう電力を減少する。その結果、出力端子２７，２８での設定電圧に対する出力電圧の誤差が低減し、出力電圧安定度が改善されることになる。
【００１８】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る定電流電源の一例を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定電流電源の他の例を示す回路図である。
【図３】図１の定電流電源の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】従来の定電流電源の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２０】
１１…直流電源、１２，１３…入力端子、１４…コンデンサ、１５，１６，１７，１８…ダイオード、１９，２０，２１，２２…スイッチ、２３…インダクタンス、２４…コンデンサ、２５…トランス、２６…整流器、２７，２８…出力端子、２９…コンデンサ負荷、３０，３１，３２，３３…ダイオード、３４…スイッチ。
【図１】
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【図２】
2007068289.tif 000004
【図３】
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【図４】
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