JPH01248967A - コッククロフト高圧整流器の電圧制御回路 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、コツククロフト高圧整流器の直流出力電圧
の検出を昇圧トランス−次回路側の電比電流を検出して
行う電圧制御回路に関する。

〔従来の技術〕

第３図は従来のコツククロフト高圧整流器および気圧制
御回路の概略構成図であり、コツククロフト高圧整流器
１はインバータ２．昇圧トランス３、およびコツククロ
フト整流回路４で構成される。インバータ２け例えば商
用周波数電源からの交流電圧を整流回路で直流電圧に変
換し、さらにインバータ回路によシ所望の周波数の交流
電圧。

電流に変換して昇圧トランス３に供給する方式が一般に
用いられ、その出力電圧、電流の制御は、整流回路で位
相制御を行う方式、あるいはインバータ回路でパルス幅
変調を行う方式などが用いられる。また昇圧トランス３
では、インバータ２の出力電圧Ｅｌ　、を流工！は変圧
比ａなる昇圧トランス３によってコツククロフト整流回
路４の入力電圧Ｅｚｔ電流工２に変換され、ｎ段のコン
デンサおよびダイオード等からなるコツククロフト整波
回路４によって直流出力電圧ｖＯ９電流１ｏに変換され
、負荷５に供給でれる。

一方、直流出力電圧■ｏは４Ａ、４Ｂ二つの抵抗器から
なる分圧抵抗６４により検出され、出力電圧検出部６に
より制御信号６Ｃに変換され、出力設定器７の出力設定
信号７Ｃと出力電圧調節部８において比較され、出力電
圧調節部８が誤差増幅した制御信号８Ｃをインバータ２
に向けて出力することＫより、インバータ２の整流回路
の位相制御、あるいはインバータ回路のパルス幅制御が
行われ、直流出力電圧、電流Ｖ。および工。を設定値レ
ベルに保持することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように構成された従来装置において、参照符号６
，７．８で示す電圧制御回路は分圧抵抗器４の低圧側抵
抗器４Ｂに接続されるので、電圧制御回路およびコツク
クロフト整流回路は共通の接地端子Ｇを介して接地され
大地電位に保持される。ところが、直流高電圧ｖ０が印
加される負荷５を含む出力回路においては絶縁材の表面
汚損などに起因する負荷短絡が発生することがまれでは
なく、その際高圧直流充電されたコンデンサや核遊キャ
パシタンスの充電エネルギーが一挙に放電するために急
しゅんな波形の短絡電流が発生すム接地端子Ｇが大地に
対して接地抵抗を有するとともに、接地端子Ｇに至る接
地側配線もインピーダンスを有するので、短絡電流の発
生によって装置の接地側電位は瞬間的に上昇し、その除
虫ずるサージ電圧が電圧制御回路にコモンモードノイズ
として侵入し、電子部品で構成される電圧制御回路の絶
縁をおびやかし、著しい場合には電圧制御回路を損傷す
るという事態が発生する。

この発明の目的は、急しゅんな波形の短絡電流によるコ
モンモードノイズを回避でき、かつ出力電圧検出精度お
よび信頼性の高い電圧制御回路を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、インバ
ータの出力電圧を昇圧トランスを介して受け高圧直流電
圧に変換して出力するコツククロフト高圧整流器におい
て、前記昇圧トランスの一次電圧を検出し所定の算式に
基づいて無負荷出力電圧を算出する開放電圧演算部、お
よび前記インバータの入口側または出口側電流を検出し
所定の近似式に基づいてコツククロフト整流回路の電圧
降下を算出する電圧降下演算部と、前記両演算部の出力
信号を受け両川力信号の差を直流出力電圧実際値として
出力する出力電圧演算部と、この直流出力電圧実際値と
設定値との差を誤差増幅して得られる領ｊ御信号を前記
インバータに向けて出力する出力電圧調節部とを備える
ものとする。

〔作用〕

上記手段において、昇圧トランス−次側の電圧を例えば
電圧変成器で検出し開放電圧演算部で無負荷出力電圧を
求め、インバータの入力側または出力側の電流を例えば
電流変成器で検出し電圧降下演算部でコツククロフト整
流回路の電圧降下を求め、出力電圧演算部で無負荷出力
電圧から電圧降下を差し引いた出力電圧Ｖ。を求め、こ
れを電圧調節部の入力信号実際値とするよう構成したこ
とによシ、電圧制御回路はコツククロフト整流回路およ
びその接地端子から切離され、負荷短絡によるコモンモ
ードノイズの影響が排除されるとともに、直流出力電圧
を昇圧トランス−次側で求めることによって問題となる
コツククロフト整流回路の電圧降下を昇圧トランス−次
側の電流を検出して補正できるので、出力電圧検出精度
の高い電圧制御回路が得られる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例装置を示す構成図であシ、従
来装置と同じ部分には同一参照符号を用いることにより
詳細な説明を省略する。図において、インバータ２．昇
圧トランス３．コツククロフト整流回路４からなるコツ
ククロフト高圧整流器１には、昇圧トランス２の一次電
圧Ｅ１を検出する電圧変成器１１および一次電流工１を
検出する１！流変成器１２が設けられ、変成器１１およ
び１２の二次側はそれぞれ開放電圧演算部１３および電
圧降下演算部１４に接続される。また、開放電圧演算部
１３および電圧降下演算部１４の出力側は出力電圧演算
部１５に接続され、その出力側に直流出力電圧ｖｏの実
＃Ａ値に比例した信号１５Ｃが出力され、出力電圧設定
信号７Ｃとともに出力電圧調節部８に入力される。

上述のように構成された実施例装置において、コツクク
ロフト整流回路４０入力電圧Ｅ２と出力電圧ｖ０．出力
電流工０との間には次式で示す関係があることが知られ
ている。

Ｖｏ＝２．ｎ−Ｅ２−工ｏ−９（ｎ）／ｆ　−ｃ　−・
・・（１）ただし、ｎはコツククロフト整流回路４のコ
ンデンサ段数、Ｃ・・・各段のコンデンサ容−１ｉ、ｆ
・・・駆動周波数であり、またｇ（ｎ）はコンデンサ段
数によって決まる多項式であり、第１図に示す標準形の
コツククロフト回路の場合次式で与えられる。

９（ｎ）＝２ｎＪ／３＋ｎ’　／２＋ｎ／３・・・・・
・（２）また、インバータ２の出力電圧を波高値Ｅ１の
方形波、出力電流の整流平均値を工１．昇圧トランス６
の変圧比をａとし、トランス６および整流回路４の内部
損失を無視すると、次式の関係が成立つ。

Ｅ＝　　ａｎｌ１　　　　　　°・°・・・・・・・・
・・・・・・・（３）■！・Ｅ１＝、、、ＩＯ，ＶＯ・
・・・・・・・・・・・・・・・（４）したがって（１
）式は次式のように書きかえられる。

７ｏ＝　２ａ　＠ｎ　＠Ｅ１−９（ｎ）　Ｅｌ・工、７
ｒ　−ｃ−Ｖｏ　・（５）＊ａ＠ｎ＠１１＋ａ＊ｎｅＥ
１−＝７−・−・・（６）ただしａｚｌｌ　９（ｎ）／
ａ　ｎ　　Ｅ、　ｆ　Ｃ−・−・−・・（７）上式から
、出力電圧ｖ０は２ａｎＥ１　を無負荷出力電圧とし、
αの増大とともに電圧降下分が増して最低ａｎＥｌにま
で低下する。

第２図は出力電圧ｖｏ　とαとの関係を示す特性線図で
あり、縦軸には開放電圧２ａｎＥ１　　を１として規準
化した出力電圧ｖ０を、横軸にはα値をと！！１１、（
６）式に基づく計算値を図中実線曲線１０１で示した。

図の曲線１０１において直流出力電圧ｖＯは、α＝０．
すなわち電流工！が零（したがって出力電流工。が零）
では開放電圧２ａｎＥ１を示し、αの増大とともに低下
してα＝１ではａｎｌ、　　にまで低下する特性を示す
。

実施例装置においては、曲線１がα値が零から０．７５
ａ度の比較的広い実用範囲においてＬＩＬＩＩＩに近い
傾向を示すことＩＣ溜目して次式に示す近似計算を行う
ことにより、演算部の構成を簡素化するよう構成される
。

したがって、実施例装置においては、電圧変成器１１で
Ｅｌ　を検出して開放電圧演算部１３で開放電圧２・ａ
・ｎ　＊　Ｅ、　　を求め、電流変成器１２で工１　を
検出して電圧降下演算部１４で電圧降下分の近似値とし
ての（８）式右辺第２項を求め、出力電圧演算部１５に
おいて開放電圧から電圧降下分の近似値を差し引く演算
を行うととＫより、第２図に破線曲線１００で示す出力
電圧ｖｏＫ比例した実際値信号１５Ｃを出力電圧調節部
８に向けて出力する。したがって、出力電圧調節部８が
信号１５Ｃと設定信号７Ｃとを比較して誤差増幅を行い
、制御信号８Ｃをインバータ２に向けて出力することに
より、直流出力電圧ｖｏを設定器７による設定レベルに
制御することができる。

上述の実施例装置においては、電−圧制御回路の演算部
１３，１４．および１５が昇圧トランス３の一次側低電
圧部に電圧変成器１１および電流変成器１２によシ絶縁
された状態で結合され、高圧直流回路の接地端子Ｇと切
離されるので、負荷短絡によって生じたサージ電圧が電
圧制御回路にコモンモードノイズとして侵入することを
阻止できるとともに、昇圧トランス３の一次、二次巻線
間に電磁シールド３Ａを設けることによって昇圧トラン
ス３および変成器１１．１２を介して電圧制御回路に侵
入するサージ電圧をも効果的に阻止できるので、負荷短
絡に対する信頼性が著しく向上する。また、直流出力電
圧ｖｏの演算を近似計算とすることＫよって演算部１３
，１４．１５をアナログ演算回路とすることが可能とな
り、演算部の構成を簡素化できるとともに、近似式を（
８）式のように決めたことＫよシ、電圧降下分が開放電
圧の２５％以下の実用負荷領域で直流出力電圧■Ｏの値
を２％以下の誤差範囲で制御することができる。

なお、演算部にマイクロプロセッサなどを用いてディジ
タル演鼻を行うよう構成することも可能であり、かつ電
流変成器１２をインバータ２のインバータ回路入力端に
設けるよう構成することも′Ｏ］能である。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように１昇圧トランスの一次電圧から
無負荷直流出力電圧を求める開放電圧演算部と、インバ
ータの出口側または入口側電流からコツククロフト整流
回路の電圧降下の近似値を求める電圧降下演算部と、両
演算部の出力信号に基づいて直流出力電圧の実際値を求
め出力電圧調節部に向けて出力する出力電圧演算部とを
設けるよう構成したことによシ、上記出力電圧制御回路
をコツククロフト整流回路の接地系から切離すことが可
能となり、直流出力電圧を抵抗分圧器で分圧して出力電
圧の実際値を得る従来装置で問題となった負荷短絡時に
生ずるサージ電圧が接地回路を介して出力電圧制御回路
にコモンモー′ドノイズとして侵入し、電子部品からな
る出力電圧制御回路を損傷するという問題点が排除され
、負荷短絡に４丁する信頼性の高いコツククロフト高圧
整流器の電圧制御回路を提供することができる。また１
昇圧トランス−次側の電圧、電流から直流出力電圧を求
めるよう構成した給米、コツククロフト整流回路の電圧
降下の補正が問題になるが、この補正を直線近似式に基
づいて電圧降下演算部で行うことによシ、直流出力電圧
の演算をアナログ回路を用いて行うことが口Ｊ能となシ
、演算回路を簡素化できるとともに、電圧降下２５％以
下の実用範囲で直流出力電圧を２％以下の誤差範囲で制
御できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例装置を示す構成図、第２図は
実施例装置における演算方法を示す特性線図、第３図は
従来装置を示す構成図である。 １・・・コツククロフト高圧贋流器、２・・・インバー
タ、３・・・昇圧トランス、４・・・コツククロフト整
流回路、５・・・負荷、１１・・・電圧変成器、１２・
・・電流変成器、１３・・・開放電圧演算部、１４・・
・電圧降下演算部４部、１５・・・出力電圧演算部、７
・・・出力電圧設定器、８・・・出力電圧Ａ節部、Ｇ・
・・接地端子、ｖ。 ・・・直流出力電圧、Ｉｏ　　・・・出力＠流、湾、工
１・・・昇圧トランス−次側の電圧および電流ｓ　Ｅ２
　ｓ　工２・・・昇圧トランス二次側の電圧および電流
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）インバータの出力電圧を昇圧トランスを介して受け
   高圧直流電圧に変換して出力するコッククロフト高圧整
   流器において、前記昇圧トランスの一次電圧を検出し所
   定の算式に基づいて無負荷出力電圧を算出する開放電圧
   演算部、および前記インバータの入口側または出口側電
   流を検出し所定の近似式に基づいてコッククロフト整流
   回路の電圧降下を算出する電圧降下演算部と、前記両演
   算部の出力信号を受け両出力信号の差を直流出力電圧実
   際値として出力する出力電圧演算部と、この直流出力電
   圧実際値と設定値との差を誤差増幅して得られる制御信
   号を前記インバータに向けて出力する出力電圧調節部と
   を備えたことを特徴とするコッククロフト高圧整流器の
   電圧制御回路。