JPH0782401B2 - 直流高圧電源装置 - Google Patents

直流高圧電源装置

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JPH0782401B2
JPH0782401B2 JP62302067A JP30206787A JPH0782401B2 JP H0782401 B2 JPH0782401 B2 JP H0782401B2 JP 62302067 A JP62302067 A JP 62302067A JP 30206787 A JP30206787 A JP 30206787A JP H0782401 B2 JPH0782401 B2 JP H0782401B2
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健三 戸田
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は、直流高圧電源装置に係り、特に、細胞融合
装置あるいは遺伝子導入装置において、細胞懸濁液に高
電圧パルスを印加する際に必要な直流高電圧を供給する
電源装置に関する。
B.従来技術 近年、バイオテクノロジーの分野において、細胞懸濁液
に高電圧パルスを印加して、細胞融合あるいは遺伝子導
入を行う技術が研究・開発されている。
このような細胞融合は、例えば次のように行われてい
る。2種類の細胞を懸濁した細胞懸濁液に交流電圧を印
加して細胞どうしを近接させ、その後、高電圧パルスを
印加して2種類の細胞を融合させている。遺伝子導入
は、1種類の細胞と遺伝子(DNA)を懸濁した細胞懸濁
液を使用し、上述した細胞融合と同様の手順で遺伝子を
導入している。
このような細胞融合あるいは遺伝子導入を行う装置に
は、高電圧パルスを発生するために必要な直流高圧電源
装置が備えられている。
以下、この直流高圧電源装置の概略を第4図を参照して
説明する。
同図において、符号40は直流高圧電源装置を、50は細胞
懸濁液が収容されている電極槽をそれぞれ示している。
直流高圧電源装置40は、直流高圧電源Eと、これに直列
に接続された抵抗R,充電コンデンサCおよび前記充電コ
ンデンサCの充電/放電を切り換える切り換えスイッチ
SWなどから構成されている。このような直流高圧電源装
置40の出力端子は、細胞懸濁液を収容する電極槽50の正
電極51および負電極52にそれぞれに接続されている。
第5図は、電極槽50の一例を示した外観斜視図である。
この電極槽50は、軸中心にある棒状の正電極51と、この
正電極51と同心状に配設された円筒形の負電極52とから
構成されている。そして、正電極51と負電極電51との間
に、細胞懸濁液60が収容されている。
以下に、高電圧パルスを出力させるための動作を説明す
る。
まず、スイッチSWが接点T1に接続される。これにより、
直流高圧電源Eから抵抗Rを介して充電コンデンサCに
充電される。充電コンデンサCの充電電圧の変化を第6
図(a)に示す。充電コンデンサCへの充電が完了する
と、スイッチSWを接点T2側に切り換えられる。そうする
と、充電コンデンサCに蓄積された電荷が電極槽50に向
けて放電され、第6図(b)に示すような高電圧パルス
が電極槽50内の細胞懸濁液60に印加される。
ところで、高電圧パルスを印加して細胞融合あるいは遺
伝子導入を行うにあたって、例えば10kV程度の非常に高
圧レベルの単発パルスを印加する手段の他に、それより
も低い電圧(例えば、1000V以下)レベルのパルスを連
続的に印加しても細胞融合などを行なえることが知られ
ている。
あまり高い電圧を発生させる電源装置を用いると、装置
の絶縁を十分とる必要があるなど、種々の安全対策が必
要となるので、従来、比較的に低い電圧パルスを複数個
印加するという手段が用いられることが多い。
C.発明が解決しようとする問題点 しかし、上述した従来装置によれば、直流高圧電源Eに
よって充電コンデンサCの充電を行っているため、充電
期間の初期では比較的に大きな電流が流れるが、充電コ
ンデンサCの充電電圧が上昇するにつれて、しだいに充
電電流が減少していき、所定の電圧レベル(この場合、
直流高圧電源Eの電圧値)に達するまでの充電時間が長
くなるという問題点がある。そのため、従来装置によれ
ば、連続パルスを印加するのに長時間かかるという問題
点がある。
一方、直流高圧電源装置40に備えられているスイッチSW
を連続的に切り換えて、パルス周期の短いパルスを連続
的に発生させることも考えられる。しかし、従来装置は
放電時間に比較して充電時間が長いから、第6図(c)
に示すように連続パルスの電圧レベルが次第に低下して
いくという問題点が生じる。
そこで、充電時間を短くするために、大電流を流すこと
ができる電源装置を用いると、装置が大型化するという
問題点を生じる。
さらに、将来、異なる電圧レベルのパルスを細胞懸濁液
にそれぞれ加えて、細胞融合や遺伝子導入のメカニズム
を研究することも考えられる。しかし、従来装置によれ
ば、その構成上、電圧レベルの変更は困難である。ま
た、たとえ可変電圧電源を使用して電圧レベルを変更す
るようにしたとしても、充電時間が長いから、所定の電
圧レベルに変更するまでに長時間に要し、作業性が悪い
という問題点がある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、充電時間が比較的に短く、しかも、充電電圧の変
更を速やかに行うことができる小型の直流高圧電源装置
を提供することを目的としている。
D.問題点を解決するための手段 第1図は、この発明に係る直流高圧電源装置の構成を示
したブロック図である。
この発明に係る直流高圧電源装置は、非安定電圧を与え
られる制御素子1と、前記制御素子1の出力を与えられ
る充電コンデンサCと、前記充電コンデンサCの充電電
圧を設定する電圧設定手段2と、前記電圧設定手段2に
よって設定された電圧(設定電圧)と前記充電電圧とを
比較することに基づき、前記充電電圧が前記設定電圧よ
りも低い場合は、前記制御素子1を直流定電圧動作さ
せ、前記充電電圧が前記設定電圧の近くに達した場合
は、前記充電電圧が前記設定電圧に等しくなるように、
前記制御素子1を直流定電圧動作させる動作切り換え手
段3と、前記充電コンデンサCを放電させる放電手段4
と、前記設定電圧が前記充電電圧よりも低く設定された
場合に、前記放電手段4を駆動させる放電制御手段5と
を備えたことを特徴としている。
E.作 用 充電コンデンサCの充電電圧が設定電圧よりも低い場合
は、制御素子1が直流定電流動作するため、充電コンデ
ンサCは定電流によって速やかに充電される。充電電圧
が設定電圧の近くにまで達すると、制御素子1が直流定
電圧動作に切り換えられて、充電電圧が設定電圧に維持
される。
一方、設定電圧が充電コンデンサCの充電電圧よりも低
く設定された場合は、放電手段が駆動され、充電コンデ
ンサCに蓄えられた電荷が放電される。充電電圧が新た
な設定電圧以下になると、上述した直流定電流動作およ
び直流定電圧動作が行われて、充電電圧が新たな設定電
圧に維持される。
F.実施例 第2図は、この発明の一実施例に係る直流高圧電源装置
の構成の概略を示したブロック図である。
同図において、符号10は本実施例に係る直流高圧電源装
置を、30は直流高圧電源装置10から出力された直流高圧
電圧をスイッチングして連続パルスを発生させるパルス
発生回路である。
以下、直流高圧電源装置10の構成を説明する。
交流電圧ACは、整流回路11および平滑回路12によって、
非安定の直流電圧に変換されて、制御トランジスタTrの
コレクタに与えられる。制御トランジスタTrのエミッタ
出力は、電流検出抵抗R1、逆流防止ダイオードDiを介し
て充電コンデンサCに与えられる。制御トランジスタTr
のコレクタ・ベース間に抵抗R2が接続されている。ま
た、制御トランジスタTrのベースは、差動増幅器13およ
び14の各出力端子に接続されている。
差動増幅器13は、電流検出抵抗R1の電圧降下値と基準電
圧VREFとの誤差を増幅するように構成されている。一
方、差動増幅器14は、抵抗R3,R4で分圧された充電コン
デンサCの充電電圧V0と、充電電圧設定器15で設定され
た設定電圧VSETとの誤差を増幅するように構成されてい
る。
充電電圧設定器15は、マイクロコンピュータあるいはデ
ジタルスイッチなどで構成されるもので、充電コンデン
サCの充電電圧をデジタル値として設定する。充電電圧
設定器15の設定出力は、フォトカップラなどのアイソレ
ーション16を介してデジタル−アナログ変換器(D/A変
換器)17に与えられる。D/A変換器17によってアナログ
信号に変換された設定電圧VSETは、上述したように差動
増幅器14の一方入力として与えられる。また、充電電圧
設定器15の出力は、アイソレーション18を介してD/A変
換器19に与えられる。D/A変換器19から出力された設定
電圧VSETは、比較器20の一方入力として与えられる。
比較器20は、抵抗R5およびスイッチング回路21とで構成
される放電回路の動作を制御するもので、その他方入力
として抵抗R6,R7で分圧された充電電圧が与えられる。
なお、スイッチング回路21は、スイッチング素子あるい
はリレーなどによって構成される。
次に、上述した構成を備えた実施例の動作を説明する。
(I)定電流動作 まず、オペレータが充電電圧設定器15を操作することに
より、充電コンデンサCの充電電圧が設定される。この
設定値をL1とする。設定値L1が設定されることにより、
差動増幅器14に設定値L1に対応した設定電圧VSET1が与
えられる。
電源装置10が始動すると、抵抗R2を介して制御トランジ
スタTrのベースにベース電流が供給される。これによ
り、制御トランジスタTrのコレクタから出力電流I0が流
れて、電流検出抵抗R1に電圧降下を生じる。このとき電
流検出抵抗R1による電圧降下(V1−V0=I0・R1)は、基
準電圧VREFよりも大きくなり、差動増幅器13は制御トラ
ンジスタTrに供給されるベース電流の一部を引き込む。
そうして、差動増幅器13は、電流検出抵抗R1における電
圧降下I0・R1と基準電圧VREFとが等しくなるように定電
流動作(I0=VREF/R1)することにより、第3図(a)
に示すように、充電コンデンサCの充電電圧がほぼ直線
的に増加して、設定値L1に近づいていく。
一方、抵抗R3およびR4で分圧された充電電圧V0のレベル
は、充電電圧設定器15で設定されて差動増幅器14の一方
入力して与えられている設定電圧VSET1よりも低いの
で、差動増幅器14は制御トランジスタTrにベース電流を
供給して充電電圧V0を上げようとする。しかし、前述し
たように差動増幅器13が引き込み動作をしているので、
差動増幅器14から出力された電流は、差動増幅器13に吸
い込まれる。換言すれば制御トランジスタTr1が定電流
動作をしている間、差動増幅器14による定電圧動作が禁
止される。
(II)定電圧動作 充電コンデンサCの充電電圧V0が設定値L1に近づいてく
ると、出力電流I0が減少するとともに、差動増幅器13の
吸い込みが減少して、出力電流I0は次第に零になり、以
後、差動増幅器14による定電圧動作によって、充電電圧
V0が設定値L1に維持される。
(III)放電動作 次に、オペレータが充電電圧設定器15を操作することに
より、現在の設定値L1よりも低いレベルの設定値L2を設
定したとする。そうすると、抵抗R6およびR7によって分
圧された充電電圧のレベルは比較器20の一方入力として
与えられている設定電圧VSET2よりも高くなるため、比
較器20の出力が反転する。その結果、スイッチ回路21が
ON状態となり、充電コンデンサCに蓄積された電荷が抵
抗R5およびスイッチ回路21を介して放電され、第3図
(a)に示すように充電コンデンサCの充電電圧が次第
に減少する。
充電電圧が設定値L2よりも低くなると、前述したように
制御トランジスタTrが定電流動作し、充電電圧を設定値
L2に近づけようとする。充電電圧が設定値L2に達する
と、制御トランジスタTrの定電圧動作によって、その電
圧値が維持される。
以上のようにして直流高圧電源装置10から出力された高
圧直流電圧は、パルス発生回路30に与えられる。パルス
発生回路30は図示しないマイクロコンピュータなどから
のパルス周期コントロール信号に基づき、スイッチング
することにより、第3図(b)に示すように、所定周期
の高電圧パルスを出力する。高電圧パルス出力により、
充電電圧に変動があると、上述した制御トランジスタTr
の定電流動作および定電圧動作によって、前記充電電圧
が速やかに設定電圧に維持される。
なお、上述の実施例では、交流電圧ACを整流・平滑して
制御トランジスタTrに供給するように構成したが、平滑
回路12は必ずしも必要とされない。即ち、整流回路11か
ら出力された脈流電圧を制御トランジスタTrに直接供給
するように構成してもよい。この場合、充電コンデンサ
Cへの充電時間が若干長くなるが、装置を簡易形に構成
することができる。
また、充電電圧設定器15としてマイクロコンピュータを
用いた場合、プログラムによって充電電圧を順次変更す
ることができるので、電圧レベルの異なる高電圧パルス
を細胞懸濁液に連続的に加えて、細胞融合や遺伝子導入
のメカニズムを研究する上で好都合である。
G.発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る直流高
圧電源装置は、充電コンデンサへの充電期間にあっては
制御素子を定電流動作させ、充電電圧が設定値に達した
後は制御素子を定電圧動作させることによって充電電圧
を設定値に維持するように構成したので、電圧源によっ
て充電している従来装置に比較して充電時間が短くな
る。したがって、この発明に係る直流高圧電源装置は、
高圧パルスを連続的に加えて細胞融合などを行う場合
に、高圧パルスを出力させるための電源としてたいへん
適している。
また、電圧源によって充電時間を短くしようとすると、
大電流を流す必要があるために、電源が大型化するが、
この発明によれば、定電流で充電するから、比較的に小
型の電源装置であっても充電時間を短くすることができ
る。
さらに、この発明に係る装置は、充電電圧の設定値を現
在の充電電圧よりも低い値に設定した場合に、放電手段
を駆動させて充電コンデンサの放電を行い、充電電圧が
新たな設定値よりも低くなったときは、定電流動作で充
電電圧を持ち上げ、以後、定電圧動作によって充電電圧
をその設定値に維持するから、充電電圧の設定値の変更
を速やかに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る直流高圧電源装置の構成を示し
たブロック図、第2図はこの発明の一実施例の構成を示
したブロック図、第3図は前記実施例の動作波形図、第
4図は従来の電源装置の構成の概略を示した回路図、第
5図は細胞懸濁液が収容される電極槽の一例の斜視図、
第6図は従来装置の動作波形図である。 1……制御素子 2……充電電圧設定手段 3……動作切り換え手段 4……放電手段 5……放電制御手段 C……充電コンデンサ 10……直流高圧電源装置 13、14……差動増幅器 15……充電電圧設定器 20……比較器 21……スイッチ回路 Tr……制御トランジスタ R1……電流検出抵抗 30……パルス発生回路 50……電極槽 60……細胞懸濁液

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非安定電圧を与えられる制御素子と、前記
    制御素子の出力を与えられる充電コンデンサと、前記充
    電コンデンサの充電電圧を設定する電圧設定手段と、前
    記電圧設定手段によって設定された電圧(設定電圧)と
    前記充電電圧とを比較することに基づき、前記充電電圧
    が前記設定電圧よりも低い場合は、前記制御素子を直流
    定電流動作させ、前記充電電圧が前記設定電圧の近くに
    達した場合は、前記充電電圧が前記設定電圧に等しくな
    るように、前記制御素子を直流定電圧動作させる動作切
    り換え手段と、前記充電コンデンサを放電させる放電手
    段と、前記設定電圧が前記充電電圧よりも低く設定され
    た場合に、前記放電手段を駆動させる放電制御手段とを
    備えたことを特徴とする直流高圧電源装置。
JP62302067A 1987-11-30 1987-11-30 直流高圧電源装置 Expired - Lifetime JPH0782401B2 (ja)

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JP4449377B2 (ja) * 2003-09-11 2010-04-14 株式会社明電舎 コンデンサの充電器および充電方式
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