(57)【要約】【課題】直流電源の平滑コンデンサを放電させる放電回路（抵抗とスイッチ）を不要にして放電できる。【解決手段】直流電源１から直流電源スイッチ３０を介して平滑コンデンサ３１を充電する直流電源回路と、この回路を直流電源として負荷コンデンサ６を目標充電電圧近くまで急速充電する急速充電回路２〜５と、負荷コンデンサを目標充電電圧まで定電流で微調整充電する微調整充電回路２１〜２５を備えたコンデンサ充電装置において、  装置運転の停止に際して直流電源スイッチをオフさせた後、微調整充電回路の運転を継続し、平滑コンデンサの電荷を微調整充電回路内の循環電流で放電させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から直流電源スイッチを介して平滑コンデンサを充電する直流電源回路と、前記直流電源回路を直流電源として負荷コンデンサを目標充電電圧近くまで急速充電する急速充電回路と、前記直流電源回路を直流電源として前記負荷コンデンサを目標充電電圧まで定電流で微調整充電する微調整充電回路を備えたコンデンサ充電装置において、
装置運転の停止に際して前記直流電源スイッチをオフさせた後、前記微調整充電回路の運転を継続し、前記平滑コンデンサの電荷を該微調整充電回路内の循環電流で放電させる制御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、電力用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において、コンデンサを設定電圧まで高い精度で繰り返し充電するコンデンサ充電装置に係り、特に直流電源回路の平滑コンデンサの放電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のパルス電源の使用用途としては、エキシマレーザーやオソナイザなどがあり、充電電圧の設定値に対する充電精度が特に高精度を要求される（例えば０．１％以下の精度）。充電装置は、決められた時間内で負荷コンデンサを充電電圧指令値によって与えられる電圧に充電する。この動作は例えば１秒間に４０００回繰り返される。
【０００３】
図３は従来の充電装置の回路構成例であり、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負荷コンデンサを指令値より数％低い電圧（目標電圧）まで急速に充電し、次に微調整期間で電圧指令値Ｖ＊まで追加充電する。この追加充電は、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、急速充電回路で負荷コンデンサを僅かに低く充電し、微調整回路の追加充電によって高精度充電を実現している（例えば、特許文献１参照）。この回路構成と動作を以下に説明する（波形は図４参照）。
【０００４】
＜急速充電期間の動作＞
直流電源１を電源とし、インバータ２の半導体スイッチＳ１をオンすると、回路には矢印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、インバータ２の半導体スイッチＳ１をオフすると、回路には矢印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へ移行してコンデンサ６が更に充電される。
【０００５】
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、直流電圧ＶDCの値を昇圧トランス３の昇圧比で換算した（ｎ１／ｎ２）×Ｅ、リアクトル５に流れる電流をｉ、コンデンサ６の電圧をｖ、コンデンサ６の目標充電電圧（指令値より数％低い電圧）をＶ（以下、粗充電電圧と呼ぶ）とすると、充電器が粗充電電圧値Ｖまで充電するには常に電流ｉ、電圧ｖを検出すると同時にリアルタイムで以下の演算を行い、
【０００６】
【数１】
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【０００７】
式（１）の成立時にインバータ２のスイッチＳ１をオフする。
【０００８】
＜微調整期間の動作＞
スイッチ２６は通常オンしておき、定電流制御回路２９によるインバータ２１の制御によってリアクトル２４には定電流指令２８によって設定された（一定の直流）電流を流しておく。この電流は矢印Ｃ，Ｄの循環電流経路になる。
【０００９】
スイッチ２６をオフすると回路には矢印Ｅの経路で電流が流れ、コンデンサ６を追加充電する。微調整期間では、指令値とコンデンサ６の電圧を（コンパレータなどで）常に比較し、コンデンサ６の電圧が設定値Ｖ＊と一致するまでスイッチ２６をオフする。
【００１０】
なお、急速充電回路方式として、ＬＣ振動電流として供給するＬＣ共振型とする場合もある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−０８６９７０号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図３の構成において、装置の直流電源回路は、直流電源１から直流電源スイッチ３０を介して平滑コンデンサ３１を充電する構成にされる。このうち、平滑コンデンサ３１は、直流電源１の平滑、及び瞬低時の補償、インバータ２、及びインバータ２１のスイッチのスイッチング時におけるサージ低減などの目的で設けられる。
【００１２】
この構成になる直流電源回路では、直流電源スイッチ３０で装置から直流電源１を切り離した後も平滑コンデンサ３１には電荷が残る。このため、メンテナンス等で装置内部に触れる場合は、安全のため直流電源スイッチ３０をオフした後、スイッチ３２と抵抗３３からなる放電回路で平滑コンデンサ３１の電荷を放電している。
【００１３】
しかし、平滑コンデンサ３１の容量が大きいとスイッチ３２及び、抵抗３３の容量も大きくなるという問題があった。現在は、直流電源スイッチ３０がオンしている時のみゲート２７は動作可能としておき、直流電源スイッチ３０のオフと同時にゲート２７を停止、同時にスイッチ３２をオンし、平滑コンデンサ３１の電荷が放電されるまでスイッチ３２をオンし続けると言うロジックになっている（図５参照）。
【００１４】
本発明の目的は、直流電源の平滑コンデンサを放電させる放電回路を不要にして放電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】
【００１５】
本発明は、前記の課題を解決するため、微調整充電回路が低い値に電流制限した定電流制御機能をもち、かつ微調整電流を回路内で循環させる機能をもつことを利用し、装置運転の停止後も微調整充電回路の運転を継続することで平滑コンデンサの電荷を微調整充電回路内の循環電流で放電させるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１６】
（１）直流電源から直流電源スイッチを介して平滑コンデンサを充電する直流電源回路と、前記直流電源回路を直流電源として負荷コンデンサを目標充電電圧近くまで急速充電する急速充電回路と、前記直流電源回路を直流電源として前記負荷コンデンサを目標充電電圧まで定電流で微調整充電する微調整充電回路を備えたコンデンサ充電装置において、
装置運転の停止に際して前記直流電源スイッチをオフさせた後、前記微調整充電回路の運転を継続し、前記平滑コンデンサの電荷を該微調整充電回路内の循環電流で放電させる制御手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のとおり、本発明によれば、装置運転の停止後も微調整充電回路の運転を継続することで平滑コンデンサの電荷を微調整充電回路内の循環電流で放電させるようにしたため、直流電源の平滑コンデンサを放電させる従来の放電回路を不要にして放電でき、装置構成の小型化、コストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態を示す要部構成図である。同図が図３と異なる部分は、スイッチ３２と抵抗３３の放電回路を省き、平滑コンデンサ３１の充電電荷を微調整充電回路の運転で放電させる制御手段を備えた点にある。
【００１９】
図１の構成において、コンデンサ６の急速充電には、直流電源１を電源とし、直流電源スイッチ３０をオンした後、インバータ２の運転で昇圧トランス３と整流回路４を通してリアクトル５にエネルギーを蓄積しつつコンデンサ６を充電し、その後にリアクトル５に蓄えられたエネルギーをコンデンサ６へ移行してコンデンサ６を目標充電電圧（指令値より数％低い電圧）まで粗充電する。
【００２０】
次に、コンデンサ６の微調整充電には、スイッチ２６はオンした状態で、定電流制御回路２９によるインバータ２１の制御によってリアクトル２４には定電流指令２８によって設定された（一定の直流）電流を流しておき、粗充電完了後にスイッチ２６をオフし、コンデンサ６を微調整充電する。微調整期間では、充電電圧指令値Ｖ＊とコンデンサ６の電圧をコンパレータ１９で比較し、コンデンサ６の電圧が設定値Ｖ＊と一致したときにスイッチ２６をオフする。
【００２１】
ここで、本実施形態では、装置の運転停止に際して、直流電源スイッチ３０をオフした後も平滑コンデンサ３１の電荷が放電されるまでの間、微調整充電回路の運転を継続させる。すなわち、インバータ２１の動作を継続すると共に、スイッチ２６のオン制御を継続させることで、平滑コンデンサ３１の残留電荷をインバータ２１→昇圧トランス２２→整流回路２３→リアクトル２４→スイッチ２６の経路で微調整電流に制限して放電させ、この放電経路での回路損失により残留電荷を消費電力として吸収させる。
【００２２】
図２は、本実施形態における要部の電流、電圧波形を示し、装置運転の停止で、直流電源スイッチ３０をオン状態からオフ状態に切り替えたとき（時刻ｔ１）、インバータ２１の運転を継続およびスイッチ２６のオン制御を継続し、この運転によって平滑コンデンサ３１の電圧が徐々に低下していき、ほぼ零電圧まで放電されるのに必要な時間後、または平滑コンデンサ３１の零電圧検出後にインバータ２１の運転を停止させる（時刻ｔ２）。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態を示す要部構成図。
【図２】実施形態における要部の電流、電圧波形。
【図３】従来の充電装置の回路構成例。
【図４】従来の充電電流、電圧波形。
【図５】従来の要部の電流、電圧波形。
【符号の説明】
【００２４】
１  直流電源
２、２１  インバータ
３、２２  トランス
４、２３  整流回路
５，２４  リアクトル
２６  スイッチ
３０  直流電源スイッチ
３１  平滑コンデンサ
【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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