JP2003111400A - 高圧電源制御手法 - Google Patents

高圧電源制御手法

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JP2003111400A
JP2003111400A JP2001300549A JP2001300549A JP2003111400A JP 2003111400 A JP2003111400 A JP 2003111400A JP 2001300549 A JP2001300549 A JP 2001300549A JP 2001300549 A JP2001300549 A JP 2001300549A JP 2003111400 A JP2003111400 A JP 2003111400A
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Shigeru Kasahara
繁 笠原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サブPWM方式で制御される高圧電源出力が
異常である時に保護動作を行い、自動復帰時にはソフト
リカバリーを実現する。 【解決手段】 パルス幅制御(PWM)のスイッチング
によって高圧を出力する電源において、高圧トランス
と、それを駆動するトランジスタと、高圧トランスの二
次側出力整流平滑回路と、高圧出力電圧検知手段と、出
力異常検知手段とを備え、高圧出力電圧検知手段による
検知電圧と基準電圧生成用D/A変換器によって作られ
た電圧とを比較して、出力を定電圧制御するサブPWM
回路とを備え、出力異常検知手段が出力異常を検知する
とメイン高圧トランス駆動用トランジスタに供給するパ
ルスを発振器の周波数を下げることで狭めて出力を押さ
えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高圧電源の制御方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】パルス幅制御でマルチ出力の高圧電源の
代表的な回路例を図4に示す。短周期で出力電圧をモニ
ターして入力側のスイッチングを制御することで目標の
出力を精度良く出力できるメインPWMの系と、メイン
PWMで生成されたスイッチングパルスを使用して入力
側のスイッチングトランジスタをスイッチングし、出力
電圧を検出した結果と目標となる基準電圧とをメインP
WMよりも遅い周期で比較して、その結果に応じて出力
側に接続されたトランジスタをスイッチして出力電圧を
ラフに制御するサブPWMの系を備え、通常部品点数削
減等の理由から、高精度を要求される出力に対するひと
つのメインPWMと、その他の出力の為の複数のサブP
WMとを備えた構成をとっている。
【0003】回路動作を説明すると、トランジスタQ1
を断続的にスイッチングすることで高圧トランスT1を
ドライブし、出力側にあらわれた高圧パルスを整流(D
1)、平滑(C1)することで高圧DC出力を生成す
る。高圧出力を検出抵抗によって検出し、抵抗分圧され
た値と、設計の目標値Vref1とを比較器CP1で比
較する。基準値Vref1に対して出力電圧が高いのか
低いのかをCP1の出力値によって判断し、出力が高い
場合にはアップダウンカウンタUD/Cは出力値を前回
の出力値から一つダウンし、逆に低い場合には一つアッ
プさせる。図5に波形を示す。UD/Cからの出力値は
図中n1、n2、n3…で示される。発振器OSCの出
力はダウンカウンタD/Cに接続され、D/CはOSC
からの出力の周期時間sごとにUD/Cからの出力値を
ひとつずつ減らしてゆく。このカウンタからの出力値は
比較器CP2に入力され、CPUからのオフ幅決定用の
基準値mと比較される。カウンタ出力に対してオフ幅決
定用基準値が小さい場合にはパルスはオン、逆の場合は
オフとすることで、オフ幅が常に一定、オン幅可変のP
WM出力が実現される。図中下部の方形波がCP2の出
力を示している。
【0004】次にサブPWMを説明すると、比較器の基
準電圧はメインPWMの数周期に一度出力の状態によっ
て決定され、この基準電圧と出力電圧の検出値との比較
によって、トランス二次側に接続されたトランジスタの
ON、OFFを行い出力電圧の微調整を行う。トランス
ドライブの為の駆動パルスは回路簡略化の為メインPW
Mの出力パルスを共通で使用する。
【0005】出力をモニターして過電圧、過電流等の異
常を検出した場合には従来UD/Cの出力値を操作して
出力を低下させている。一旦出力が低下すると異常検知
から外れるため、次回のUD/Cの出力時には規定値を
出力しようとしてハードな立ち上がりとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】高圧電源の出力が異常
となった場合、電圧が高いこともあり、最悪にはオペレ
ーターの感電や火災の危険などもはらんでいる。従来の
回路では異常検知後、自動復帰する際にハードな立ち上
がりとなり、サージ電圧や突入電流が問題となるケース
も考えられる。また、UD/Cの出力値を徐々に増やし
てゆくソフトスタートも考えられるが、この場合でも発
振器の発振周期に依存した段々のスタートであり、緩や
かなソフトスタートを細かく設定する事ができない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では上記の課題を
解決するため出力の異常を検知するとUD/Cの出力値
ではなく、発振器の発振周波数とPWMのオフ幅設定用
基準値を変化させることで出力を低下させ、自動復帰で
は二つのパラメーターを変化させる事でソフトに復帰す
ることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】(実施形態1)図1は本発明の第
一の実施形態を示す回路ブロック図、図2は保護動作時
の各部波形を示している。
【0009】過電圧や過電流等の出力異常を異常検知回
路が検出すると、情報はCPUに送られる。CPUは出
力が異常であると判断し、OSCの発振周波数を規定値
まで下げ、PWM出力のオフ幅は一定値を保つようにO
SCの発振周波数に応じた値まで上昇させる。この動作
によりUD/Cの出力値nが一定であるとすると、sが
短くなることで三角波の下りの勾配が大きくなり、mが
上昇することでToffは一定に保たれるので、デュー
ティーDが狭まり、出力が低減される。
【0010】出力が低減されると、異常状態から外れる
ので、CPUは正常状態に復帰しようとして以下のよう
に動作する。
【0011】一旦規定値まで下げられたOSCの発振周
波数は正常状態に復帰した時点で即正常時と同様の周波
数に復帰させるのではなく、正常状態に復帰させるまで
一定の時間を設けてリニアに増加させてゆく。また、こ
の時オフ幅を決定する為の基準値mはオフ幅を一定とす
べく、OSCの発振周波数の増加と同期して値を減少さ
せる。
【0012】この動作によってパルス幅は徐々に増加し
てゆくので、ソフトに出力を復帰させることができる。
また、周波数の増加の度合いと正常状態までの復帰時間
をソフトウエアで設定できることからきめ細かくソフト
リカバリーの設定をすることが可能である。
【0013】(実施形態2)図3に実施形態2の回路ブ
ロック図を示す。
【0014】異常を検知して保護動作で一旦出力が低下
し、実施形態1のようにソフトリカバリーで復帰して
も、一時的な異常であればそのまま復帰して問題ない
が、部品の故障等の理由で恒久的な不具合が発生した場
合には実施形態1の形態では異常を検知して出力が低下
し、その後復帰しようとするが、出力が出始めるとまた
異常を検知して出力が低下し、といった間欠動作を繰り
返すこととなる。
【0015】そこで、本実施形態では、カウンタをひと
つ設けて異常を検知して出力を低下させた回数をカウン
トする方式をとることとする。
【0016】回路の動作としては出力に異常が発生して
検知されるとOSCの発振周波数が下がり、Toff決
定用基準値が上昇してデューティーが狭まり出力が低下
する。規定値まで低下した後、異常状態から外れる為に
正常状態に復帰しようとする。この時OSCの発振周波
数とオフ幅決定用の基準値を徐々に変化させてソフトリ
カバリーを実施する。ここで装置の異常状態が継続した
場合には、出力が復帰しても再び異常を検知してOSC
の発振周波数を低下させて保護動作に入る。追加したカ
ウンタは異常状態を検知してCPUへ異常であることが
知らされた段階でカウントを行い、これが規定回数続く
とOSCの発振を停止する。
【0017】このカウンタでのカウントは出力電圧を検
出して規定値まで電圧が下がると行ってもよいし、CP
UからOSCに周波数を下げる命令が出るときに行って
もよい。
【0018】また、規定回数カウントされてOSCの出
力を停止する時、装置の操作部等にエラー信号やメッセ
ージを表示してオペレーターに異常を知らせることも可
能である。
【0019】
【発明の効果】保護回路動作時に発振器出力を変化させ
ることで保護動作をする事が可能であり、自動復帰時に
はきめ細かいソフトリカバリーの設定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の回路図。
【図2】実施形態1の保護動作を示す波形。
【図3】実施形態2の回路図。
【図4】従来例の回路図。
【図5】従来例の動作を示す波形。
【符号の説明】
C1 メインPWM回路内の出力側平滑コンデンサ D1 メインPWM回路内の出力側整流ダイオード D/A デジタル/アナログ変換機 D/C ダウンカウンタ OSC 発振器 Q1 メインPWM回路内のスイッチングトランジスタ T1 メインPWM回路内の高圧トランス UD/C アップダウンカウンタ Vref1 出力電圧制御基準電圧

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルス幅制御(PWM)のスイッチング
    によって高圧を出力する電源において、 第一の高圧トランスと、前記第一の高圧トランスを駆動
    する第一のトランジスタと、前記第一の高圧トランスの
    二次側出力を整流平滑する第一の整流平滑回路と、第一
    の高圧出力電圧検知手段と、出力の異常状態を検知する
    為の第一の出力異常検知手段とを備え、前記高圧出力電
    圧検知手段によって検知された出力電圧と制御基準電圧
    とを第一の比較手段で比較し、その比較結果を元にPW
    M制御を 行うメインPWM回路と、第二の高圧トランスと、前記
    第二の高圧トランスを駆動する第二のトランジスタと、
    前記第二の高圧トランスの二次側出力を整流平滑する第
    二の整流平滑回路と、第二の高圧出力電圧検知手段と、
    出力の異常状態を検知する為の第二の出力異常検知手段
    とを備え、前期第二の高圧出力電圧検知手段によって検
    知された出力電圧と基準電圧生成用D/A変換器によっ
    て作られた電圧とを比較して、出力を定電圧制御するサ
    ブPWM回路とを備え、前記第一又は第二の出力異常検
    知手段が出力異常を検知すると前記第一の高圧トランス
    駆動用トランジスタに供給するパルスを発振器の周波数
    を下げることで狭めて出力を押さえることを特徴とす
    る。
  2. 【請求項2】 請求項1の高圧電源において出力異常を
    検知して発振器の周波数を下げて出力を一旦押さえる
    と、発振器の周波数を徐々に上げてゆくことでソフトに
    復帰する事を特徴とする。
  3. 【請求項3】 請求項1の高圧電源において出力異常を
    検知して発振器の周波数を下げて出力を一旦押さえる
    と、発振器の周波数を徐々に上げてゆくことでソフトに
    復帰し、出力復帰時に異常が続いていた場合、再び同様
    の動作を行い、これを規定回数繰り返すと発振器出力を
    停止する事で電源を停止する事を特徴とする。
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