JPH01100897A

JPH01100897A - 電磁石電源装置

Info

Publication number: JPH01100897A
Application number: JP25616987A
Authority: JP
Inventors: Noriko Kawakami; 紀子川上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-10-13
Filing date: 1987-10-13
Publication date: 1989-04-19
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH0787117B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は電子あるいは陽子などと高エネルギーに加速す
るた゛め加速器用電磁石等に使用する電磁石電源に関す
るものである。

（従来の技術）超ＬＳＩの微細加工用光源としてシンクロトロン放射光
を得るためや素粒子物理学の研究のために、電子あるは
陽子などを高エネルギーに加速する加速器が用いられる
様になってきた。加速器では各電磁石コイルに接続した
定電流電源の出力電流を制御して、所望の磁場を発生さ
せ、電子あるいは陽子等の軌道を制御する。この様な加
速器で使用される電磁石電源には広範囲の電流値で高精
度の制御を要求される０例えば定格の２％〜１００％の
範囲で±ｌＸｌ０−’の精度を要求されるシステムもあ
る。この様な要求を満たす回路の１つとして第４図に示
すものがある。

第４図において、１は交流母線、２は整流器用変圧器、
３は交流を所望の直流に変換する制御整流器、４はリア
クトル、５はコンデンサ、６はリアクトル４及びコンデ
ンサ５によって平滑された制御整流器３の直流出力電圧
を電子レベルの電圧に変換する分圧器、７は制御整流器
３の直流出力電圧を高速に入／切し、負荷電流を高速・
高糖９度に制御するチョッパ回路、８はチョツノ（がオ
フした時に発生する過電圧防止用コンデンサ、９番士チ
ョッパ回路７がオフ時に負荷電流を環流させるダイオー
ド、１０は負荷である電磁石コイル、１１はコイル電流
を検出する直流電流検出器、１２は制御整流器３の出力
電圧の基準設定器、１３は基準設定器１２の出力と分圧
器６で検出された直流電圧との差を入力し、その差がゼ
ロとなる様に制御する定電圧制御回路、１４は定電圧制
御回路１３からの制御信号に応じて制御整流器３の点弧
角を決定する点弧制御回路、１５は点弧制御回路からの
パルスに応じて制御整流器にパルスを供給するパルスア
ンプ回路、１６はコイル電流の基準設定器、１７は基準
設定器１６の出力と直流電流検出器１１によって検出さ
れたコイル電流との差を入力してその差がゼロになる様
に制御する定電流制御回路、１８は定電流制御回路１７
からの制御信号に応じてチョッパ回路７の通電幅を決定
するパルス幅変調回路、１９はパルス幅変調回路１８の
オンオフ指令に基づくチョッパをドライブするドライバ
回路、２０は振動防止用の抵抗である。

第４図に示す回路は次の様に運転される。まず電圧基準
設定器にて制御整流器出力電圧を設定し。

制御整流器３を運転する。直流電圧が充分確立した時点
で定電流制御系を運転し、パルス幅制御にて高速の電流
制御を行なう。

（発明が解決しようとする問題点）大容量の電源ではチョッパ７は高速スイッチング素子を
多数並列して構成する。スイッチング素子の過電圧防止
用コンデンサ８も素子の並列数に比例して大きくなる。

素子並列数が増しコンデンサ８の容量が大きくなると、
出力電流の小さな領域では、チョッパ７をオフした時の
コンデンサ８の充電時間が長くなり、負荷に必要以上の
電圧が印加される現象が発生する。

例えばチョッパ７が１００ＯＡ定格で１００ＫＨｚで変
調する場合を考える。スイッチング素子がＩＯＡ定格と
すると最低１００並列以上となる。スイッチング素子１
コに対して過電圧防止用コンデンサを０．０１μＦ取り
付けると、１００並列では１μＦとなる。整流器出力電
圧が１５０ｖ、出力電流が定格の２％、つまり、２０Ａ
のときのチョッパ各部の動作波形を第５図に示す、チョ
ッパゲート信号は第５５１（ａ）１０ＩＪｓ毎に１ｔ１
ｓのオン信号を出力している。チョッパゲート信号がオ
フしてから、チョツノ（両端のコンデンサが整流器出力
電圧の１５０ｖ　まで充電する時間ｔは以下の式で求め
られる。

従って、コンデンサ両端電圧は第５図（ｂ）に示す様に
、チョッパのゲート信号がオフしてから７．５ｐ後に整
流器出力電圧１５０（ｖ）に達する波形となり、負荷電
圧は第５図（ｃ）に示す波形となる。第５図（ｃ）に示
す波形は、第５図（ｄ）に示す出力電流が１００ＯＡの
時の波形に比べ、ハツチング部分だけ多い波形となって
いる。第５図（ｃ）の電圧波形は平均電圧にすると約７
０Ｖとなる。チョッパのゲート信号は、素子のスイッチ
ング能力の関係で１ｔｌｓ以下とすることは困難なため
、出力電流が２％の領域では、負荷電圧の可変範囲は７
００〜１５０ｖと狭くなり、電流制御が不可能となって
しまう。

前述のように、電流の小さい領域では、スイッチング素
子両端の過電圧防止用コンデンサの充電時間のために、
不要な電圧が負荷にかかり、電流が制御できなくなる。

本発明の目的は前述した不具合を解消し電流の小さい領
域での制御が可能な電磁石電源を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、前記問題点を解決するために交流電圧を直流
電圧に変換する整流器と該整流器によって変換された直
流電圧をパルス幅制御して負荷コイルに流れる電流を制
御する定電流制御系を備えたチョッパ回路から成る電磁
石電源装置において、チョッパ回路の出力パルス幅指令
値が一定値以下の場合はパルスを出力しないことを特徴
とするものである。

（作用）前述のように、チョッパのパルス幅指令値が−定値以下
の場合はパルスを出力しないことにより、チョッパ回路
の出力電圧を低下させることが出来、電流の低い領域で
も電源制御が可能となる。

（実施例）本発明の一実施例を第１図に示す、第１図において第４
図と同一の要素は同一の符号とし説明を省略する。２１
は定電流制御回路１７から出力されるチョッパパルス幅
指令値５１とチョッパのスイッチング能力の限界から設
定される最小パルス幅設定値２２とを比較する比較器、
５２は比較器２１の出力でチョッパパルス幅指令値５１
が最小パルス幅設定値２１より大きい時に“１”、小さ
い時に“ＯＮとなる信号、２３はパルス幅変調回路１８
の出力と比較信号５２の論理積回路である。

次に第１図、第２図、第３図を用いて本発明の作用につ
いて説明する。

前述した如く、電流の小さい領域で過電圧防止用コンデ
ンサ８への充電のために不要電圧が負荷に印加された場
合、負荷電流は電流基準を超えて流れてしまう（Ｔユの
期間）、すると定電流制御回路１７は出力電圧を小さく
する様に出力パルス幅指令値を小さくする。従来回路に
おいては出力パルス幅指令値が素子のスイッチング能力
の限界まで小さくなっても、出力電流が２ＯＡのときは
約７０（ｖ）もの電圧が印加され制御不能となっていた
。しかし１本発明では第２図に示す様に、出力パルス幅
指令値が、最小パルス幅設定を超えて小さくなった場合
（Ｔｌの期間）は、比較器２１の出力信号が“０”とな
り、チョッパ７がオフ状態となり負荷に電圧が印加され
なくなる。基準が上昇、又は負荷電流が減少し、再び電
圧か必要になると（Ｔｌの期間）、定電流制御回路１７
からの出力パルス幅指令値が上昇し、比較器２１の出力
が１”となりチョッパ７にオンパルスが加わり負荷に電
圧が印加される。

必要負荷電圧が３０（Ｖ）の場合、出力電流値が２０Ａ
の時は第３図（ａ）に示す様に２０Ｉｊｓ毎に１ｔｌｓ
のオンパルスを出力す葛と、過電圧防止用コンデンサ８
へ充電のために印加される電圧も含めて、平均電圧が約
３５（ｖ）となる、一方、出力電流値が１００ＯＡで過
電圧防止用コンデンサへの充電時間が問題とならない場
合には第３図（ｂ）に示す様に１０Ｉｔｓ毎に２．３μ
ｓのオンパルスを出力すると平均電圧が約３５（ｖ）と
なる。

本発明によれば、前述した如く第３図（ａ）　、　（ｂ
）に示す様な、出力電流値によって、チョッパ７の出力
パルスを間引く動作を、定電流制御回路１７の出力パル
ス幅指令値と、最小パルス幅設定値とを比較しチョッパ
のオン・オフを行なうことによって実現できる。

〔発明の効果〕

交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、該整流器によ
って変換された直流電圧をパルス幅制御して負荷コイル
に流れる電流を制御する定電流制御系を備えたチョッパ
回路から成る電磁石電源装置において、チョッパ回路の
出力パルス幅指令値が一定値以下の場合はパルスを出力
しないことにより、出力電流の小さい領域で、過電圧防
止用コンデンサの充電による不要電圧が発生しても、電
流制御ができる電磁石電源装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図。第２図、第３図は本発明の動作の一例を示す動作説明図
、第４図は従来の電磁石電源装置を示す回路構成図、第
５図は従来の電磁石電源の動作波形の一例を示す図であ
る。１・・・交流母線　　　　　２・・・電流器用変圧器３
・・・制御整流器　　　　４・・・リアクトル５・・・
コンデンサ　　　　６・・・分圧器７・・・チョッパ回
路８・・・過電圧防止用コンデンサ９・・・ダイオード　　　　１ｏ・・・負荷コイル１１
・・・直流電流検出器　　１２・・・電圧基準設定値１
３・・・定電圧制御回路　　１４・・・点弧制御回路１
５・・・パルスアンプ回路　１６・・・電流基準設定器
１７・・・定電流制御回路　　１８・・・パルス幅変調
回路１９・・・ドライバ回路　　　２ｏ・・・抵抗２１
・・・比較器２２・・・最小パルス幅設定器２３・・・論理積回路　　　　５１・・・パルスＩＭ指
令値５２・・・比較信号代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健第１図第２図第　　３　図０ＡＳ

Claims

【特許請求の範囲】

　交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、該整流器に
よって変換された直流電圧をパルス幅制御して負荷コイ
ルに流れる電流を制御する定電流制御系を備えたチョッ
パ回路から成る電磁石電源装置において、前記チョッパ
回路の出力パルス幅指令値が所定値以下であるか否かを
判別する手段と、当該手段によってチョッパ回路の出力
パルス幅指令値が所定値以下であると判断されたとき前
記チョッパ回路へオンパルス指令を出さないようにする
手段とを具備したことを特徴とする電磁石電源装置。