(57)【要約】【課題】充電対象となるコンデンサとその電圧検出回路の間に配線インダクタンスが介在する場合にも、高精度の充電電圧制御ができる。【解決手段】スイッチ２，３のオン後のオフ制御でコンデンサ６を充電電圧指令値Ｖ*より数％高い電圧まで急速に充電し、この後にスイッチ１０のオン制御でコンデンサの充電電圧検出値ｖが指令値に達するまで放電するコンデンサ充電装置において、コンデンサの放電電流ｉｂを微分器２１で微分し、コンデンサに直列に介在する配線インダクタンス７による電圧降下分を求め、加算器２２で電圧降下分をコンデンサの充電電圧検出値に加算補正する。  リアクトルとコンデンサとの間に半周期の振動電流を発生させ、この振動電流でコンデンサを充電する場合、振動電流の微分によって配線インダクタンスによる電圧降下分を求め、この電圧降下分でコンデンサの充電電圧検出値を補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
急速充電期間で充電対象とするコンデンサを充電電圧指令値より数％高い電圧まで急速に充電し、この後に微調整期間でコンデンサの充電電圧検出値がその充電電圧指令値に達するまで放電するコンデンサ充電装置において、
前記微調整期間におけるコンデンサの放電電流の微分によって、コンデンサに直列に介在する配線インダクタンスによる電圧降下分を求め、この電圧降下分でコンデンサの充電電圧検出値を補正する回路手段を備えたことを特徴とするコンデンサ充電装置。
【請求項２】
リアクトルと充電対象とするコンデンサとの間に半周期の振動電流を発生させ、この振動電流でコンデンサの充電電圧検出値がその充電電圧指令値に達するまで充電するコンデンサ充電装置において、
前記振動電流の微分によって、コンデンサに直列に介在する配線インダクタンスによる電圧降下分を求め、この電圧降下分でコンデンサの充電電圧検出値を補正する回路手段を備えたことを特徴とするコンデンサ充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサを直流電源として高電圧・大電流のパルスを発生させるパルス電源で、コンデンサを設定電圧まで高い繰り返しで充電するコンデンサ充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エキシマレーザーやオゾナイザ等の電源として利用されるパルス電源は、例えば、図３に示す構成にされる。コンデンサ充電装置ＨＤＣによってコンデンサＣ0を初期充電しておき、半導体スイッチＳＷのオンによってコンデンサＣ0の電圧を可飽和リアクトルＳＩ0を通してパルストランスＰＴの一次側に印加し、可飽和リアクトルＳＩ0の飽和動作（磁気スイッチ動作）によりパルス圧縮した放電電流をトランスＰＴに一次電流を供給し、トランスＰＴの二次側に昇圧したパルス電流を発生させる。このパルス電流でコンデンサＣ1を充電し、可飽和リアクトルＳＩ1の飽和動作によりパルス圧縮した放電電流で次段のコンデンサＣ2を充電し、さらに可飽和リアクトルＳＩ2の飽和動作でパルス圧縮し、これらパルス圧縮の繰り返しで最終段のコンデンサＣn（ピーキングコンデンサ）が高圧充電され、最終段の可飽和リアクトルＳＩnの飽和動作により負荷となるレーザ発振器等の負荷ＬＨへ超短パルスを発生させる。
【０００３】
上記のパルス発生は、コンデンサＣ0の繰り返し充電と放電でパルス電流を発生し、このパルス電流を磁気パルス圧縮して負荷に繰り返し（例えば１秒間に４０００回）供給する。このためのコンデンサＣ0の充電装置ＨＤＣは、コンデンサを決められた時間内で充電電圧指令値の電圧まで急速充電する。
【０００４】
図４は、従来のコンデンサ充電装置の回路構成例を示す。この充電装置では、充電電圧指令値に対し、高速で高精度な充電精度を得るため、１回の充電期間に急速充電期間と微調整期間を設け、先ず急速充電期間でコンデンサを指令値より数％高い電圧まで急速に充電し、この後に微調整期間で充電電圧指令値まで放電する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
すなわち、急速充電回路のみでは指令値に対する高精度充電が困難なため、急速充電回路でコンデンサを僅かに高く充電し、微調整回路の放電によって高精度充電を実現している。
【０００６】
＜急速充電期間の動作＞
図５に各部の波形図を示すように、スイッチ２とスイッチ３を同時にオンすると、回路にはＡの経路で電流が流れ、リアクトル５にエネルギーを蓄積する。次に、スイッチ２とスイッチ３を同時にオフすると回路にはＢの経路で電流が流れ、リアクトル５に蓄えられたエネルギーはコンデンサ６へすべて移行し、コンデンサ６が充電される。
【０００７】
リアクトル５のリアクトル値をＬ、コンデンサ６のコンデンサ容量をＣ、スイッチ２及びスイッチ３をオフさせた時点に経路Ａを流れていた電流をＩ、この電流Ｉが経路Ｂで流れ終わった時点のコンデンサ６の電圧をｇＶ*（ｇは係数、Ｖ*は充電電圧指令値、ｇＶ*は粗充電電圧と呼ぶ）とすると、エネルギー保存の法則より、
【０００８】
【数１】
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【０００９】
が成り立つ。充電装置は上式を利用し、コンデンサ６を目標電圧（充電電圧指令値より数％高い電圧）ｇＶ*まで充電する。つまり、常に電流ｉを検出し、
【００１０】
【数２】
2009254175.tif 000004
【００１１】
の成立時にスイッチ２及びスイッチ３をオフする。この粗充電制御には、定数乗算器１１と比較回路（コンパレータ）１２によって行う。
【００１２】
＜微調整期間の動作＞
粗充電の完了後、スイッチ１０をオンすると、回路にはＣの経路で電流が流れ、コンデンサ６に充電されたエネルギーは抵抗９で消費される。
【００１３】
この微調整期間では、図５において、指令値とコンデンサ６の電圧を比較回路（コンパレータ）１３で常に比較し、コンデンサ６の電圧が充電電圧指令値Ｖ*と一致するまでスイッチ１０をオンする。
【００１４】
図６は、他の従来のコンデンサ充電装置の回路構成例を示し、各部波形を図７に示す（例えば、特許文献２参照）。この充電装置では、リアクトルと充電対象とするコンデンサとの間に半周期の振動電流を発生させ、この振動電流でコンデンサの充電電圧検出値がその充電電圧指令値に達するまで充電する。
【００１５】
すなわち、スイッチ２をオンすると、回路にはＡの経路で電流が流れ、リアクトル５にエネルギーを蓄積しつつコンデンサ６を充電する。次に、スイッチ２をオフすると回路にはＢの経路で電流が流れ、リアクトル５に蓄えられたエネルギーはコンデンサ６へ移行し、コンデンサ６が更に充電される。
【００１６】
リアクトル５のリアクトル値をＬ、コンデンサ６のコンデンサ容量をＣ、スイッチ２をオフした時点のリアクトル５の電流をｉ、コンデンサ６の電圧をｖ、Ｂの経路の電流が流れ終わった時点のコンデンサ６の電圧をＶとするとエネルギー保存の法則より、
【００１７】
【数３】
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【００１８】
が成り立ち、
【００１９】
【数４】
2009254175.tif 000006
【００２０】
と変形できる。
【００２１】
制御回路は、式４のＶを指令値とし、常に電流ｉ、電圧ｖを検出すると同時にリアルタイムで式４の右項の演算を行い、Ｖ検出の検出値が式４成立時にスイッチ２をオフすることでコンデンサ６を指令値Ｖまで正確に充電している。式４の右項の演算は、２乗演算器１４，１５と定数乗算器１６および平方根演算器１７によって行い、この演算結果を比較回路（コンパレータ）１８で検出電圧ｖと比較する。
【特許文献１】特開２００７−３７２０４号公報
【特許文献２】特開２００５−１１７７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
パルス電源において、図４に示す充電装置でのコンデンサ６（図３のコンデンサＣ0）が別ユニット内に収められている等、コンデンサ６と充電装置のコンデンサ電圧ｖの検出回路の間が離れている場合、その間に介在する配線のインダクタンス７（図４参照）の影響で微調整期間の電圧検出波形に歪が生じる。つまり、インダクタンス７の値をＬ’、経路Ｃでの放電電流をｉｂとすると、インダクタンス７間には次式に示す電圧ｖＬが発生する。
【００２３】
【数５】
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【００２４】
この場合、コンデンサ電圧ｖの検出波形は、図８中に示すように、コンデンサ６電圧にｖＬが重畳された波形になる。
【００２５】
この状態で微調整期間の放電制御を行うと、コンデンサ６の放電結果は指令値Ｖ*とずれてしまい、高精度な充電（例えば、精度が０．１％以下）が出来なくなってしまうという問題がある。
【００２６】
同様に、図６に示す充電装置でのコンデンサ６（図３のコンデンサＣ0）が別ユニット内に収められている等、コンデンサ６と充電装置のコンデンサ電圧ｖの検出回路の間が離れている場合、その間に介在する配線のインダクタンス７（図６参照）の影響で充電期間の電圧検出波形に歪が生じ、コンデンサ６の充電結果は指令値Ｖ*とずれてしまう（波形は図９参照）。
【００２７】
本発明の目的は、充電対象となるコンデンサとその電圧検出回路の間に配線インダクタンスが介在する場合にも、高精度の充電電圧制御ができるコンデンサ充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、前記の課題を解決するため、コンデンサの充電時または放電時に、配線インダクタンスに流れる電流によって発生する電圧降下分を求め、この電圧降下分でコンデンサの充電電圧検出値を補正するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００２９】
（１）急速充電期間で充電対象とするコンデンサを充電電圧指令値より数％高い電圧まで急速に充電し、この後に微調整期間でコンデンサの充電電圧検出値がその充電電圧指令値に達するまで放電するコンデンサ充電装置において、
前記微調整期間におけるコンデンサの放電電流の微分によって、コンデンサに直列に介在する配線インダクタンスによる電圧降下分を求め、この電圧降下分でコンデンサの充電電圧検出値を補正する回路手段を備えたことを特徴とする。
【００３０】
（２）リアクトルと充電対象とするコンデンサとの間に半周期の振動電流を発生させ、この振動電流でコンデンサの充電電圧検出値がその充電電圧指令値に達するまで充電するコンデンサ充電装置において、
前記振動電流の微分によって、コンデンサに直列に介在する配線インダクタンスによる電圧降下分を求め、この電圧降下分でコンデンサの充電電圧検出値を補正する回路手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
以上のとおり、本発明によれば、コンデンサの充電時または放電時に、配線インダクタンスに流れる電流によって発生する電圧降下分を求め、この電圧降下分でコンデンサの充電電圧検出値を補正するようにしたため、充電対象となるコンデンサとその電圧検出回路の間に配線インダクタンスが介在する場合にも、高精度の充電電圧制御ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（実施形態１）
図１は、本実施形態を示すコンデンサ充電装置の回路構成図である。同図が図４と異なる部分は、回路要素２０〜２２を増設した点にある。
【００３３】
電流検出器２０は、例えばホール素子で構成され、配線インダクタンス７に流れる電流を検出する。この検出は、少なくともスイッチ１０による放電時の電流ｉｂを検出できるよう、電流経路Ｃ上で配線インダクタンス７に流れる電流を検出する。
【００３４】
微分器２１は、電流検出器２０の検出電流ｉの微分値に、配線インダクタンス７のリアクトル値Ｌ’を掛けることにより、配線インダクタンス７に発生する電圧ｖＬ（前記の式５）を算出する。
【００３５】
加算器２２は、配線インダクタンス７を介した位置で検出する充電電圧ｖに微分器２１で検出する電圧ｖＬを加算することで、スイッチ１０による放電時のコンデンサ６の充電電圧検出値に対して配線インダクタンス７による電圧降下分を補正した値を得、この出力を比較回路１８の比較入力とする。
【００３６】
したがって、本実施形態によれば、コンデンサ６とその電圧検出器との間に介在する配線インダクタンス７の影響で生じた検出波形の歪を補正でき、コンデンサ６を指令値Ｖ*に高精度に充電することができる。
【００３７】
（実施形態２）
図２は、本実施形態を示すコンデンサ充電装置の回路構成図である。同図が図６と異なる部分は、定数を変更した定数乗算器１６Ａと、回路要素２３，２４を増設した点にある。
【００３８】
定数乗算器１６Ａは、乗算器１６の定数Ｌ／Ｃから、リアクトルＬに配線インダクタンス７のリアクトル値Ｌ’を加えた（Ｌ＋Ｌ’）／Ｃに変更する。
【００３９】
微分器２３は、コンデンサ６の充電電流ｉの微分値に、配線インダクタンス７のリアクトル値Ｌ’を掛けることにより、配線インダクタンス７に発生する電圧ｖＬ（前記の式５）を算出する。
【００４０】
減算器２４は、配線インダクタンス７を介した位置で検出する充電電圧ｖに微分器２３で検出する電圧ｖＬを減算することで、コンデンサ６の充電電圧検出値に対して配線インダクタンス７による電圧降下分を補正した値を得、この出力を比較回路１８の比較入力とする。
【００４１】
したがって、本実施形態によれば、コンデンサ６とその充電電流検出器との間に介在する配線インダクタンス７の影響で生じた検出波形の歪を補正でき、コンデンサ６を指令値Ｖ*に高精度に充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態１を示すコンデンサ充電装置の回路構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示すコンデンサ充電装置の回路構成図。
【図３】パルス電源の構成例。
【図４】従来のコンデンサ充電装置の回路構成例。
【図５】図４の各部の波形図。
【図６】従来のコンデンサ充電装置の回路構成例。
【図７】図６の各部の波形図。
【図８】配線インダクタンス分による誤差分。
【図９】配線インダクタンス分による誤差分。
【符号の説明】
【００４３】
２，３，１０  スイッチ
５  リアクトル
６  充電対象とするコンデンサ
７  配線インダクタンス
１２，１３、１８  比較回路（コンパレータ）
２０  電流検出器
２１、２３  微分器
２２  加算器
２４  減算器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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