JP2002064944A - Method and apparatus for charging capacitor - Google Patents
Method and apparatus for charging capacitorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】 この発明は、インバータ回路と
インダクタンス手段とを用いたコンデンサ充電方法及び
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for charging a capacitor using an inverter circuit and inductance means.
【0002】[0002]
【従来の技術】 エキシマレーザなどのパルスレーザに
おいては、数kVから数10kV程度の高電圧に充電さ
れたコンデンサの電荷を磁気圧縮回路などを通してレー
ザ管に高速で放電し、レーザ光を励起する。パルスレー
ザの応用装置ではレーザ光の励起回数が高いほど、すな
わちコンデンサの充放電繰り返し回数が高いほど、レー
ザ装置としての性能が向上し、近年は数kHzの高繰り
返しが課題となってきた。このため、負荷コンデンサの
充電装置も数100μs 以下で充電完了する高速充電動
作を繰り返しできる性能が必要である。また、エキシマ
レーザでは毎回のレーザ光の出力変動を検出して、次の
サイクルのレーザ光出力を制御するので、充電電圧を毎
サイクル制御する必要があり、高速制御性も重要であ
る。2. Description of the Related Art In a pulse laser such as an excimer laser, the charge of a capacitor charged to a high voltage of several kV to several tens of kV is discharged to a laser tube at high speed through a magnetic compression circuit or the like to excite laser light. In a pulse laser application device, as the number of times of excitation of laser light, that is, the number of times of repetition of charge / discharge of a capacitor is higher, the performance as a laser device is improved, and in recent years, high repetition of several kHz has become an issue. For this reason, the charging device for the load capacitor also needs to be capable of repeating the high-speed charging operation in which the charging is completed in a few hundred μs or less. Further, in the excimer laser, the output fluctuation of the laser light is detected every time, and the laser light output in the next cycle is controlled. Therefore, it is necessary to control the charging voltage every cycle, and high-speed controllability is also important.
【0003】 図6は従来の共振充電型のコンデンサ充
電装置の例を示す。1は商用の交流電圧を整流する整流
器などの直流電源である。直流電源1の出力は電圧型の
ブリッジインバータ回路2に供給される。インバータ回
路2は、帰還用ダイオード3A、3B、3C、3Dがそ
れぞれ逆並列に接続された4個のIGBT4A、4B、
4C、4Dからなる。インバータ回路2の交流側出力は
インダクタンス手段5を介して高電圧変圧器6の1次巻
線6Aに接続されており、その2次巻線6Bで所定の値
に昇圧された交流高電圧になり、高電圧整流器7により
直流高電圧に変換されて負荷コンデンサ8に供給され
る。1次巻線6Aと2次巻線6Bに付された黒点は巻線
の極性を示す。高電圧整流器7は4個のダイオード7
A、7B、7C、7Dからなるブリッジ整流器である。
インダクタンス手段5は高電圧変圧器6の漏れインダク
タンスも含む。FIG. 6 shows an example of a conventional resonance charging type capacitor charging device. Reference numeral 1 denotes a DC power supply such as a rectifier for rectifying a commercial AC voltage. The output of the DC power supply 1 is supplied to a voltage type bridge inverter circuit 2. The inverter circuit 2 comprises four IGBTs 4A, 4B, 4A, 4B, in which feedback diodes 3A, 3B, 3C, 3D are connected in anti-parallel, respectively.
4C and 4D. The AC side output of the inverter circuit 2 is connected to the primary winding 6A of the high-voltage transformer 6 via the inductance means 5, and becomes an AC high voltage boosted to a predetermined value by the secondary winding 6B. Is converted into a DC high voltage by the high voltage rectifier 7 and supplied to the load capacitor 8. The black dots on the primary winding 6A and the secondary winding 6B indicate the polarity of the winding. The high voltage rectifier 7 has four diodes 7
A bridge rectifier comprising A, 7B, 7C and 7D.
The inductance means 5 also includes the leakage inductance of the high voltage transformer 6.
【0004】 9、10は充電電圧検出用分圧抵抗であ
り、負荷コンデンサ8の充電電圧Vcを数Vの検出電圧
Vdに変換し、その検出電圧Vdは電圧比較回路11に
入力される。12は充電電圧設定用の基準電圧源であ
り、基準電圧Vrを有する。電圧比較回路11は検出電
圧Vdと基準電圧Vrを比較し、検出電圧Vdが基準電
圧Vrに達するまでHレベルの比較信号Vhを出力し、
基準電圧VrになるとLレベルの比較信号Vh信号を出
力する。電圧比較回路11は出力信号Vhの切り替わり
点で振動しないように、充電電圧の0.1%程度のヒス
テリシスが設けられる。13はインバータ制御回路であ
り、A相、B相二つの逆相信号はANDゲート14と1
5を通して、一方はIGBT4Aと4Dの一対、他方は
IGBT4Bと4Cの一対を交互にオンさせる。図6で
は信号の経路を示すため一対のIGBTのゲート信号系
統を共通にしているが、実際にはIGBTの各ゲート信
号系統は絶縁分離される。[0004] Reference numerals 9 and 10 denote charging voltage detecting voltage dividing resistors, which convert the charging voltage Vc of the load capacitor 8 into a detection voltage Vd of several volts, and the detected voltage Vd is input to a voltage comparison circuit 11. Reference numeral 12 denotes a reference voltage source for setting a charging voltage, and has a reference voltage Vr. The voltage comparison circuit 11 compares the detection voltage Vd with the reference voltage Vr, and outputs an H-level comparison signal Vh until the detection voltage Vd reaches the reference voltage Vr.
When the reference voltage Vr is reached, an L-level comparison signal Vh signal is output. The voltage comparison circuit 11 is provided with a hysteresis of about 0.1% of the charging voltage so as not to oscillate at the switching point of the output signal Vh. Reference numeral 13 denotes an inverter control circuit, which outputs signals of two opposite phases, A-phase and B-phase, to AND gates 14 and 1
5, one turns on a pair of IGBTs 4A and 4D, and the other turns on a pair of IGBTs 4B and 4C alternately. In FIG. 6, a gate signal system of a pair of IGBTs is shared to show a signal path. However, in practice, each gate signal system of the IGBT is insulated and separated.
【0005】 高電圧変圧器6の漏れインダクタンスを
含むインダクタンス手段5と高電圧整流回路7と負荷コ
ンデンサ8は半波の直列共振回路を構成している。ここ
で、インダクタンス手段5は通常、高電圧変圧器6の漏
れインダクタンスと適当なインダクタンスを有するイン
ダクタとからなるが、高電圧変圧器6の漏れインダクタ
ンスだけで直列共振に必要なインダクタンスが得られれ
ば、高電圧変圧器6だけでも良い。インバータ回路2の
一対のIGBTをこの共振半周期でオンさせると、負荷
コンデンサ8は、直流電源電圧に高電圧変圧器6の変圧
比を乗じた値のほぼ2倍の電圧に向けて共振充電され
る。[0005] The inductance means 5 including the leakage inductance of the high-voltage transformer 6, the high-voltage rectifier circuit 7, and the load capacitor 8 constitute a half-wave series resonance circuit. Here, the inductance means 5 usually includes a leakage inductance of the high-voltage transformer 6 and an inductor having an appropriate inductance. The high voltage transformer 6 alone may be used. When a pair of IGBTs of the inverter circuit 2 are turned on in this resonance half cycle, the load capacitor 8 is charged resonantly toward a voltage that is approximately twice the value obtained by multiplying the DC power supply voltage by the transformation ratio of the high-voltage transformer 6. You.
【0006】 次に、図7を参照して動作を説明する。
図7の(1) はインダクタンス手段5の電流ILであり、
電流ILはIGBT4A〜4Dと逆並列ダイオード3A
〜3Dの電流の合成電流と等しく、逆並列ダイオード3
A〜3Dの電流を斜線で示す。(2) は負荷コンデンサ8
の充電電圧Vc、(3) はIGBT4A又は4Dのゲート
信号VgAと、IGBT4B又は4Cのゲート信号Vg
Bを示す。今、時刻t0で負荷コンデンサ8が放電され
ていると、検出電圧Vdは基準電圧Vrより低く、電圧
比較回路11はH信号を出力し、制御回路13のA相側
の信号がAND回路14を通過して、インバータ回路2
の対角線上の1対のIGBT4Aと4Dをオンさせる。
このオンにより、共振回路に直流電源電圧が印加されて
共振電流ILがインダクタンス手段5を流れ、負荷コン
デンサ8の充電電圧Vcは図のように上昇する。時刻t
1で負荷コンデンサの充電電圧Vcが設定電圧値10k
Vに達したとき、電圧比較回路11はLレベルの比較信
号Vhを出力し、AND回路14がゲート信号を阻止し
て一対のIGBT4Aと4Dをオフさせる。しかし、回
路内をそれまで流れていた電流ILによる電磁エネルギ
ーがインダクタンス手段5に蓄積されており、この電磁
エネルギーによる慣性電流、つまり帰還電流は図7の斜
線部分で示す。Next, the operation will be described with reference to FIG.
FIG. 7A shows the current IL of the inductance means 5,
The current IL is composed of the IGBTs 4A to 4D and the anti-parallel diode 3A.
3D equal to the combined current of the
The currents of A to 3D are indicated by oblique lines. (2) is the load capacitor 8
Is the gate signal VgA of the IGBT 4A or 4D and the gate signal Vg of the IGBT 4B or 4C.
B is shown. If the load capacitor 8 is discharged at time t0, the detection voltage Vd is lower than the reference voltage Vr, the voltage comparison circuit 11 outputs an H signal, and the signal on the A-phase side of the control circuit 13 Pass through, inverter circuit 2
A pair of IGBTs 4A and 4D on the diagonal line are turned on.
By this turning on, the DC power supply voltage is applied to the resonance circuit, the resonance current IL flows through the inductance means 5, and the charging voltage Vc of the load capacitor 8 rises as shown in the figure. Time t
When 1, the charging voltage Vc of the load capacitor is set to 10 k.
When the voltage reaches V, the voltage comparison circuit 11 outputs an L-level comparison signal Vh, and the AND circuit 14 blocks the gate signal to turn off the pair of IGBTs 4A and 4D. However, the electromagnetic energy due to the current IL that has been flowing in the circuit up to that point is stored in the inductance means 5, and the inertial current due to this electromagnetic energy, that is, the feedback current, is indicated by the hatched portion in FIG.
【0007】 この帰還電流は、インダクタンス手段5
の右端子→高電圧変圧器6の1次巻線6Aの黒点端子→
高電圧変圧器6の2次巻線6Bの黒点端子→ダイオード
7A→負荷コンデンサ8→ダイオード7D→高電圧変圧
器6の2次巻線6Bの非黒点端子→高電圧変圧器6の1
次巻線6Aの非黒点端子→帰還用ダイオード3A→直流
電源1の正極から負極→帰還用ダイオード3D→インダ
クタンス手段5の左端子の経路で負荷コンデンサ8を充
電しながら直流電源1に帰還する。この慣性電流によっ
て負荷コンデンサ8が充電され、充電電圧Vcは設定電
圧である10kVを超え、図7に示すように、ΔVだけ
過充電される。This feedback current is supplied to the inductance unit 5
Right terminal → black point terminal of primary winding 6A of high voltage transformer 6 →
Black point terminal of secondary winding 6B of high voltage transformer 6 → diode 7A → load capacitor 8 → diode 7D → non-spot terminal of secondary winding 6B of high voltage transformer 6 → 1 of high voltage transformer 6
The non-spot terminal of the next winding 6A → the feedback diode 3A → from the positive electrode to the negative electrode of the DC power supply 1 → the feedback diode 3D → returns to the DC power supply 1 while charging the load capacitor 8 through the path of the left terminal of the inductance means 5. The load capacitor 8 is charged by the inertial current, and the charging voltage Vc exceeds the set voltage of 10 kV, and is overcharged by ΔV as shown in FIG.
【0008】 時刻t2で負荷コンデンサ8が図示しな
い負荷に放電された後、今度はインバータ制御回路13
がB相の信号を発生し、ANDゲート15を通して反対
の対角線上のIGBT3B、3Cがオンして、インダク
タンス手段8と変圧器6には逆方向に電流ILが流れ
る。変圧器6の2次巻線6Bの電流は整流されて、再び
負荷コンデンサ8を充電する。インバータ回路2が1サ
イクルオンすることにより、負荷コンデンサ8は2回充
電される。このブリッジインバータ形式の共振充電の利
点は、IGBTのスイッチング周波数が負荷コンデンサ
8の充電周波数の1/2でよく、例えばエキシマレーザ
などの4kHz繰り返しに対して、2kHzのスイッチ
ング周波数で済み、スイッチング損失を少なくできるこ
とである。After the load capacitor 8 is discharged to a load (not shown) at time t2, the inverter control circuit 13
Generates a B-phase signal, the IGBTs 3B and 3C on the opposite diagonal lines are turned on through the AND gate 15, and a current IL flows through the inductance means 8 and the transformer 6 in the opposite direction. The current of the secondary winding 6B of the transformer 6 is rectified and charges the load capacitor 8 again. When the inverter circuit 2 is turned on for one cycle, the load capacitor 8 is charged twice. The advantage of this bridge inverter type resonant charging is that the switching frequency of the IGBT may be 1 / of the charging frequency of the load capacitor 8, and the switching frequency of 2 kHz is sufficient for 4 kHz repetition of, for example, an excimer laser. You can do less.
【0009】 しかし問題点もあり、従来装置の欠点と
しては、IGBTがオフしてもその時点でインダクタン
ス手段5に流れていた電流による磁気エネルギーが慣性
電流となって負荷コンデンサ8を充電しながら、IGB
Tなどに逆並列接続された帰還用ダイオード3A〜3D
を通して直流電源1に帰還するため、負荷コンデンサ8
が過充電されることである。またここでは図示しない
が、インダクタンス手段と直列に共振用コンデンサを接
続し、この共振周波数に関連した周波数でIGBTを駆
動する直列共振インバータにおいても、充電電圧が設定
値でIGBTをオフさせたとき、インダクタンス手段の
残留電磁エネルギーによる慣性電流で負荷コンデンサ8
の過充電が発生する。すなわち、交流側にインダクタン
ス手段を使用する電圧型インバータを用いるコンデンサ
充電装置は、インバータ回路のIGBTをオフさせて
も、慣性電流で充電が継続して負荷コンデンサ8を過充
電する問題がある。図8はこの例を示しており、電圧比
較回路11の比較信号VhがLになってインバータ回路
2がオフしたにもかかわらず、インダクタンス手段5の
慣性電流で負荷コンデンサ8の充電電圧VcがΔVだけ
過充電しているのが分かる。However, there is a problem, and a drawback of the conventional device is that even if the IGBT is turned off, the magnetic energy due to the current flowing through the inductance means 5 at that time becomes an inertial current and the load capacitor 8 is charged. IGB
Feedback diodes 3A to 3D connected in anti-parallel to T
Through the load capacitor 8
Is overcharged. Although not shown here, a resonance capacitor is connected in series with the inductance means, and even in a series resonance inverter that drives the IGBT at a frequency related to the resonance frequency, when the IGBT is turned off at a set value of the charging voltage, Load capacitor 8 by inertia current due to residual electromagnetic energy of inductance means
Overcharge occurs. That is, the capacitor charging device using the voltage type inverter using the inductance means on the AC side has a problem that the charging is continued by the inertial current and the load capacitor 8 is overcharged even if the IGBT of the inverter circuit is turned off. FIG. 8 shows this example. Even though the comparison signal Vh of the voltage comparison circuit 11 becomes L and the inverter circuit 2 is turned off, the charging voltage Vc of the load capacitor 8 becomes ΔV due to the inertial current of the inductance means 5. You can see that only overcharging is done.
【0010】 このような従来の問題を解決すため、本
発明者は特願2000−193063号の出願におい
て、負荷コンデンサが設定電圧まで充電されたときオン
して、前記インダクタンス手段による慣性電流を負荷コ
ンデンサからバイパスして充電するのを防止するスイッ
チ手段を変圧器の2次側に設け、これにより負荷コンデ
ンサが過充電になるのを防止することを提案した。In order to solve such a conventional problem, the present inventor disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-193630 that, when the load capacitor was charged to a set voltage, it turned on to load the inertial current by the inductance means. It has been proposed that switch means be provided on the secondary side of the transformer to prevent charging by bypassing the capacitor, thereby preventing the load capacitor from being overcharged.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】 しかし、特願200
0−193063号の出願にかかる発明であっても、実
際上は前記スイッチ手段及びその駆動回路が理想的なも
のではなく、負荷コンデンサの充電電圧と基準電圧とを
比較する比較回路の動作遅れ時間、スイッチ手段のそれ
自身の動作遅れと駆動回路の遅れ時間があり、これらの
総和が数100ns程度あるので、この動作遅れ時間に
おいて継続して充電電流が前記負荷コンデンサに流れて
しまい、微小ではあるが過充電される。エキシマレーザ
などの充電器では0.1%程度の電圧安定度が要求さ
れ、この微少な過充電が問題となる。この過充電量が一
定であれば、制御回路はその分を見込んで制御すればよ
いが、前記遅れ時間の過充電量は、次のような原因によ
り一定でない。[Problems to be Solved by the Invention]
Even in the invention according to the application of Japanese Patent Application No. 0-193630, the switch means and its driving circuit are not ideal in practice, and the operation delay time of the comparison circuit for comparing the charging voltage of the load capacitor with the reference voltage. There is a delay in the operation of the switch means itself and a delay time in the drive circuit. Since the total of these is about several hundred ns, the charging current continues to flow through the load capacitor during this operation delay time, and is very small. Is overcharged. In a charger such as an excimer laser, a voltage stability of about 0.1% is required, and this minute overcharging poses a problem. If the overcharge amount is constant, the control circuit may perform control in anticipation thereof, but the overcharge amount during the delay time is not constant due to the following reasons.
【0012】 (1)電源電圧の変動;仮に遅れ時間が
一定であっても、電源電圧の変動により充電電圧の上昇
速度が変化し、過充電量が変化する。(2)負荷コンデ
ンサの残留電圧とその変動;負荷コンデンサがエキシマ
レーザ負荷などに放電した後には、負荷側からの帰還電
流があり、負荷コンデンサは低い電圧に充電され、次の
充電サイクルの残留電圧となる。共振充電の場合は特
に、電源電圧と負荷コンデンサの初期電圧の差で共振電
流の大きさが変化する。このため、前記動作遅れ時間を
見込んでも負荷コンデンサの残留電圧で電圧精度が低下
する。(3)その他、高電圧変圧器巻線の温度による抵
抗値変化;充電器の運転開始時と数時間運転後では、高
電圧変圧器などの温度が上昇し、巻線抵抗が変化する。
共振回路内の抵抗変化は充電電圧上昇率を変化させるの
で、動作遅れ時間を見込んでも電圧安定度が低下する。(1) Fluctuation of power supply voltage: Even if the delay time is constant, the fluctuation rate of the power supply voltage changes the rising speed of the charging voltage, and the overcharge amount changes. (2) Residual voltage of load capacitor and its fluctuation; after the load capacitor discharges to an excimer laser load, etc., there is a feedback current from the load side, the load capacitor is charged to a low voltage, and the residual voltage of the next charging cycle Becomes Particularly in the case of resonance charging, the magnitude of the resonance current changes depending on the difference between the power supply voltage and the initial voltage of the load capacitor. Therefore, even if the operation delay time is anticipated, the voltage accuracy is reduced due to the residual voltage of the load capacitor. (3) Other changes in the resistance value due to the temperature of the high-voltage transformer winding; at the start of operation of the charger and after several hours of operation, the temperature of the high-voltage transformer and the like rises, and the winding resistance changes.
Since the change in resistance in the resonance circuit changes the rate of rise of the charging voltage, the voltage stability is reduced even when the operation delay time is considered.
【0013】 この解決手段として、インバータ回路が
オフした後の過充電量、電源電圧の変動、負荷コンデン
サの残留電圧などのデータを予めCPUに取り込み、最
終充電電圧を予測制御する方法も考えられるが、高速性
を要求されることと、データ数が多いため、複雑となり
安定度が出難い。前記の提案済の発明によれば、インバ
ータ回路のオフ後における負荷コンデンサの過充電量を
最小にできるので、安定度は大幅に向上するが、バイパ
ススイッチ及びその駆動回路の遅れ時間により完全では
ない。As a solution to this problem, a method is also conceivable in which data such as the amount of overcharge after the inverter circuit is turned off, the fluctuation of the power supply voltage, the residual voltage of the load capacitor, and the like are previously taken into the CPU, and the final charge voltage is predicted and controlled. Since high speed is required and the number of data is large, it is complicated and the stability is hardly obtained. According to the above-mentioned proposed invention, the amount of overcharge of the load capacitor after the inverter circuit is turned off can be minimized, so that the stability is greatly improved, but not completely due to the delay time of the bypass switch and its drive circuit. .
【0014】 したがって、本発明では前記バイパス用
のスイッチ手段自身の動作遅れとその駆動回路の動作遅
れを考慮し、エキシマレーザを負荷とする場合にも十分
に満足し得るコンデンサ充電精度を有する充電方法及び
装置を提供することを課題とする。Therefore, the present invention takes into account the operation delay of the bypass switch means itself and the operation delay of its drive circuit, and provides a charging method having a capacitor charging accuracy that can be sufficiently satisfied even when an excimer laser is used as a load. And an apparatus.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】 この発明の請求項1は
前記課題を解決するため、直流入力端子と、この直流入
力端子に接続されるインバータ回路と、このインバータ
回路の交流側に接続される変圧器と、その変圧器の1次
巻線又は2次巻線に直列であって前記変圧器の漏れイン
ダクタンスを含むインダクタンス手段と、前記変圧器の
2次側に接続されて負荷となる負荷コンデンサに充電電
力を供給する整流器と、前記変圧器の2次側に備えら
れ、充電停止指令によりオンして前記インダクタンス手
段の出力側を短絡して該インダクタンス手段の磁気エネ
ルギーによる慣性電流が前記負荷コンデンサに流れるの
を防止するスイッチ手段とを備えて負荷コンデンサを設
定電圧に充電する方法であって、前記充電停止指令の発
生から実際の充電停止までの前記スイッチ手段に関連す
る動作遅れ時間tdにおける前記負荷コンデンサの充電
電圧上昇分vcを演算して予測し、それを見込んで前記
充電停止指令を発生することを特徴とするコンデンサ充
電方法を提供する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a DC input terminal, an inverter circuit connected to the DC input terminal, and an AC circuit connected to the AC side of the inverter circuit. A transformer, inductance means in series with the primary or secondary winding of the transformer and including a leakage inductance of the transformer, and a load capacitor connected to a secondary side of the transformer and serving as a load A rectifier for supplying charging power to the transformer, and a rectifier provided on the secondary side of the transformer, which is turned on by a charge stop command to short-circuit the output side of the inductance means, and inertial current due to magnetic energy of the inductance means is supplied to the load capacitor. A switch means for preventing the current from flowing to the load capacitor, and charging the load capacitor to a set voltage. And calculating and estimating the charge voltage rise vc of the load capacitor during the operation delay time td associated with the switch means, and generating the charge stop command in anticipation thereof. I do.
【0016】 この発明の請求項2は前記課題を解決す
るため、請求項1において、前記負荷コンデンサの充電
電圧検出信号Vdと基準電圧Vrと動作遅れ時間tdを
式(Vd+td・dVd/dt=Vr)で演算処理し、
この式が成立するときに充電停止指令を発して前記スイ
ッチ手段をオンさせることを特徴とするコンデンサ充電
方法を提供する。According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, in the first aspect, the charging voltage detection signal Vd of the load capacitor, the reference voltage Vr, and the operation delay time td are expressed by an equation (Vd + td · dVd / dt = Vr) ), And
A capacitor charging method is provided wherein a charge stop command is issued to turn on the switch means when this equation is satisfied.
【0017】 この発明の請求項3は前記課題を解決す
るため、直流入力端子と、この直流入力端子に接続され
るインバータ回路と、そのインバータ回路の交流側に接
続される変圧器と、該変圧器の1次巻線又は2次巻線に
直列であって前記変圧器の漏れインダクタンスを含むイ
ンダクタンス手段と、前記変圧器の2次側に接続されて
負荷となる負荷コンデンサに充電電力をを供給する整流
器と、前記変圧器の2次側に備えられ、オンするとき前
記インダクタンス手段の出力側を短絡して該インダクタ
ンス手段の磁気エネルギーによる慣性電流が前記負荷コ
ンデンサに流れるのを防止するスイッチ手段とを備え、
パルス発生回路からのオン信号の発生から前記スイッチ
手段のオンによる充電停止までの遅れ時間における前記
負荷コンデンサの充電電圧上昇分vcを演算し、その充
電電圧上昇分vcを見込んで充電停止指令信号を前記パ
ルス発生回路に送出する演算回路を備えたことを特徴と
するコンデンサ充電装置を提供する。According to another aspect of the present invention, a DC input terminal, an inverter circuit connected to the DC input terminal, a transformer connected to an AC side of the inverter circuit, Supplying charging power to inductance means including a leakage inductance of the transformer in series with a primary winding or a secondary winding of a transformer, and a load capacitor connected to a secondary side of the transformer and serving as a load. Rectifier, and switch means provided on the secondary side of the transformer, and when turned on, short-circuits the output side of the inductance means to prevent an inertial current due to magnetic energy of the inductance means from flowing to the load capacitor. With
Calculate the charge voltage rise vc of the load capacitor in the delay time from the generation of the ON signal from the pulse generation circuit to the stop of charging due to the turning on of the switch means, and calculate the charge stop command signal in anticipation of the charge voltage rise vc. There is provided a capacitor charging device comprising an arithmetic circuit for sending the pulse to the pulse generation circuit.
【0018】 この発明の請求項4は前記課題を解決す
るため、直流入力端子と、この直流入力端子に接続され
るインバータ回路と、そのインバータ回路の交流側に接
続される変圧器と、この変圧器の1次巻線又は2次巻線
に直列であって前記変圧器の漏れインダクタンスを含む
インダクタンス手段と、前記変圧器の2次側に接続され
て負荷となる負荷コンデンサに充電電力をを供給する整
流器と、前記変圧器の2次側に備えられ、オンするとき
前記インダクタンス手段の出力側を短絡して該インダク
タンス手段の磁気エネルギーによる慣性電流が前記負荷
コンデンサに流れるのを防止するスイッチ手段とを備
え、前記負荷コンデンサの充電電圧検出信号Vdと設定
電圧信号Vrと動作遅れ時間tdを式(Vd+td・d
Vd/dt=Vr)に従って演算処理し、前記式が成立
したとき前記パルス発生回路に充電停止指令信号を与え
るアナログ又はディジタルの演算回路を備えたことを特
徴とするコンデンサ充電装置を提供する。According to a fourth aspect of the present invention, a DC input terminal, an inverter circuit connected to the DC input terminal, a transformer connected to the AC side of the inverter circuit, Supplying charging power to inductance means including a leakage inductance of the transformer in series with a primary winding or a secondary winding of a transformer, and a load capacitor connected to a secondary side of the transformer and serving as a load. Rectifier, and switch means provided on the secondary side of the transformer, and when turned on, short-circuits the output side of the inductance means to prevent an inertial current due to magnetic energy of the inductance means from flowing to the load capacitor. The charge voltage detection signal Vd of the load capacitor, the set voltage signal Vr, and the operation delay time td are calculated by the equation (Vd + td · d).
Vd / dt = Vr), and a capacitor charging device comprising: an analog or digital arithmetic circuit that supplies a charge stop command signal to the pulse generation circuit when the above equation is satisfied.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態及び実施例】 本発明の一実施例で
ある共振充電型のコンデンサ充電装置について図1によ
り説明する。図中の記号で図6と同じ記号は相当する部
材を示す。この実施例では、コンデンサ充電装置の高電
圧変圧器6の2次巻線に跨って2個のダイオード16,
17のカソードを突き合わせて直列接続し、この直列点
と高電圧整流器7の負直流端子間に跨って短絡用のスイ
ッチ手段18を接続する。充電電圧検出信号Vdは電圧
上昇率dVd/dtを計算する微分回路19に分岐さ
れ、微分回路19の出力である微分信号(dVd/d
t)は乗算器20に加えられる。乗算器20は微分信号
(dVd/dt)とスイッチ手段18関連の動作遅れ時
間tdとを乗算して、出力信号(td×dVd/dt)
を加算器21に入力する。Embodiments and Examples of the Invention A resonance charging type capacitor charging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6, the same symbols as those in FIG. 6 indicate corresponding members. In this embodiment, two diodes 16, across the secondary winding of the high-voltage transformer 6 of the capacitor charging device,
The cathodes of the high voltage rectifier 7 are connected in series with each other, and the short-circuiting switch means 18 is connected between the series point and the negative DC terminal of the high voltage rectifier 7. The charging voltage detection signal Vd is branched to a differentiating circuit 19 for calculating a voltage rise rate dVd / dt, and a differential signal (dVd / d) which is an output of the differentiating circuit 19 is obtained.
t) is applied to multiplier 20. The multiplier 20 multiplies the differential signal (dVd / dt) by the operation delay time td related to the switch means 18 and outputs an output signal (td × dVd / dt).
Is input to the adder 21.
【0020】 ここで、(td×dVd/dt)はスイ
ッチ手段18関連の動作遅れ時間tdにおける負荷コン
デンサ8の充電電圧Vcの電圧上昇分vcを示し、乗算
器20はその電圧上昇分vcに抵抗9、10の分圧比を
乗じて得られる信号vdを出力する。この信号vdは、
加算器21で充電電圧検出信号Vdと加算され、加算器
21は予測充電電圧信号Vd’=(Vd+vd)を出力
する。予測充電電圧信号Vd’は、スイッチ手段18関
連の動作遅れ時間td後に予測される充電電圧である。
この予測充電電圧信号Vd’は電圧比較回路11で基準
電圧源12の基準電圧Vrと比較され、Vd’>Vrの
場合には電圧比較回路11は低レベルLの比較信号Vh
を出力する。また、Vd’<Vrの場合には、電圧比較
回路11は高レベルHの比較信号Vhを出力し、インバ
ータ回路2をオンさせ、スイッチ手段18をオフさせ
る。Here, (td × dVd / dt) indicates a voltage increase vc of the charging voltage Vc of the load capacitor 8 at the operation delay time td associated with the switch means 18, and the multiplier 20 adds a resistance to the voltage increase vc. A signal vd obtained by multiplying the division ratios of 9 and 10 is output. This signal vd is
The adder 21 adds the charge voltage detection signal Vd to the charge voltage detection signal Vd, and the adder 21 outputs a predicted charge voltage signal Vd ′ = (Vd + vd). The predicted charging voltage signal Vd ′ is a charging voltage predicted after an operation delay time td related to the switch unit 18.
This predicted charging voltage signal Vd 'is compared with the reference voltage Vr of the reference voltage source 12 by the voltage comparison circuit 11, and when Vd'> Vr, the voltage comparison circuit 11 outputs the low level L comparison signal Vh.
Is output. When Vd ′ <Vr, the voltage comparison circuit 11 outputs a high-level H comparison signal Vh to turn on the inverter circuit 2 and turn off the switch means 18.
【0021】 電圧比較回路11の出力にパルス発生回
路22を接続し、比較信号VhがLになったとき、パル
ス発生回路22は所定幅のパルスをスイッチ手段18の
制御電極に供給する。このスイッチ手段18としては、
FET、IGBT、IEGT、サイリスタなどの種々の
半導体スイッチが使用でき、特に、シリコン制御整流器
(SCR)のような積極的なターンオフ機能がない半導
体素子も後で説明する理由から使用できる。また、充電
電圧が数kVと高くて、通常の半導体素子の耐圧を超え
る場合には、スイッチ手段18は必要個数直列接続した
ものからなる。この直列接続の回路、駆動方法について
は本発明の要旨ではなく、慣用技術であるので深く説明
しない。パルス発生回路22のパルス幅は、スイッチ手
段18の次のオンまで継続してもよい。A pulse generation circuit 22 is connected to the output of the voltage comparison circuit 11, and when the comparison signal Vh becomes L, the pulse generation circuit 22 supplies a pulse of a predetermined width to the control electrode of the switch means 18. As the switch means 18,
Various semiconductor switches such as FETs, IGBTs, IEGTs, thyristors and the like can be used, and in particular, semiconductor devices without a positive turn-off function such as a silicon controlled rectifier (SCR) can be used for the reasons described later. When the charging voltage is as high as several kV and exceeds the withstand voltage of a normal semiconductor device, the required number of switch means 18 are connected in series. The circuit and the driving method of the series connection are not the gist of the present invention and are conventional techniques, and therefore will not be described in detail. The pulse width of the pulse generation circuit 22 may be continued until the switch unit 18 is turned on next time.
【0022】 次に、図2、図3を用いてこの実施例の
動作を更に説明する。図2は充電1周期全体を示し、図
3は充電の最終期間を拡大して示す。図2、図3の
(1)は電圧比較回路11の比較信号Vh、(2)は負
荷コンデンサ8の充電電流ic とスイッチ手段18の電
流Is、(3)は負荷コンデンサ8の充電電圧Vc、
(4)は充電電圧検出電圧Vdと、予測充電電圧信号V
d’を示す。Next, the operation of this embodiment will be further described with reference to FIGS. FIG. 2 shows an entire charging cycle, and FIG. 3 shows an enlarged final period of charging. 2 and 3, (1) is the comparison signal Vh of the voltage comparison circuit 11, (2) is the charging current ic of the load capacitor 8 and the current Is of the switch means 18, (3) is the charging voltage Vc of the load capacitor 8,
(4) shows the charging voltage detection voltage Vd and the predicted charging voltage signal V
d ′.
【0023】 今、図2の時刻t0で負荷コンデンサ8
が充電開始するものとする。充電電圧検出電圧Vdと負
荷コンデンサ8の充電電圧Vcの電圧上昇分vcに対応
する電圧vdとの和の予測充電電圧信号Vd’が基準電
圧Vrよりも低いとき、電圧比較回路11はHの比較信
号Vhを出力し、インバータ制御回路13のA相側の信
号がAND回路14を通過して、インバータ回路2の対
角線上の一対のIGBT4Aと4Dをオンさせる。この
オンにより前記共振回路に直流電源電圧が印加されて共
振による電流が流れ、負荷コンデンサ8の充電電圧Vc
は図2(3)のように目標電圧10kVに向けて上昇す
る。このとき比較信号VhはHなので、パルス発生回路
22はオン信号を出力せず、スイッチ手段18はオフで
ある。また、充電電圧検出信号Vdと、予測充電電圧信
号Vd’は図2(4)のように電圧vdだけの差で上昇
していく。Now, at time t0 in FIG.
Shall start charging. When the predicted charging voltage signal Vd ′, which is the sum of the charging voltage detection voltage Vd and the voltage vd corresponding to the voltage rise vc of the charging voltage Vc of the load capacitor 8, is lower than the reference voltage Vr, the voltage comparison circuit 11 compares H. A signal Vh is output, and a signal on the A-phase side of the inverter control circuit 13 passes through the AND circuit 14 to turn on a pair of IGBTs 4A and 4D on the diagonal line of the inverter circuit 2. With this on, a DC power supply voltage is applied to the resonance circuit, and a current due to resonance flows, and the charging voltage Vc of the load capacitor 8 is increased.
Rise toward the target voltage of 10 kV as shown in FIG. At this time, since the comparison signal Vh is H, the pulse generation circuit 22 does not output an ON signal, and the switch means 18 is OFF. In addition, the charging voltage detection signal Vd and the predicted charging voltage signal Vd ′ increase by the difference of the voltage vd as shown in FIG.
【0024】 図3において、時刻t1で負荷コンデン
サ8の充電電圧Vcが目標値、10kVの直前で、充電
電圧検出電圧Vdよりも電圧vdだけ高い予測充電電圧
信号Vd’が基準電圧Vrを超えると、電圧比較回路1
1の比較信号VhはLになり、AND回路14はゲート
信号が一対のIGBT4Aと4Dに送られるのを阻止し
てをオフさせる。同時に、比較信号VhがHからLに変
化することでパルス発生回路22がトリガーされ、スイ
ッチ手段18の制御電極にパルスを与えてこれをオンさ
せることにより、高電圧変圧器6の2次巻線側を短絡す
る。時刻t1から完全に高電圧変圧器6の2次側を短絡
する時刻t2までの動作遅れ時間tdで負荷コンデンサ
8の充電電圧Vcは上昇していく。ここで、時刻t1か
らt2までの時間はスイチ手段18自身の動作遅れとそ
の駆動回路の動作遅れ時間に相当する時間を示す。ま
た、その充電電圧Vcの上昇分vcはあらかじめ演算さ
れているので、最終充電電圧は目標電圧10kV に極め
て近接する。この動作は毎回の充電サイクルで、電源電
圧変動、残留電圧変動、巻線抵抗の変化などがあって
も、電圧上昇率を逐次演算しているので、高い電圧安定
度が得られる。つまり、充電停止指令の発生から実際の
充電停止までの動作遅れ時間tdにおける負荷コンデン
サ8の充電電圧上昇分vcを演算して予測し、それを見
込んで前記充電停止指令を発生するので、負荷コンデン
サを非常に高い精度で充電することができる。In FIG. 3, when the charging voltage Vc of the load capacitor 8 is just before the target value of 10 kV at time t1 and the predicted charging voltage signal Vd ′ that is higher than the charging voltage detection voltage Vd by the voltage vd exceeds the reference voltage Vr. , Voltage comparison circuit 1
The comparison signal Vh of 1 becomes L, and the AND circuit 14 blocks the gate signal from being sent to the pair of IGBTs 4A and 4D and turns off. At the same time, when the comparison signal Vh changes from H to L, the pulse generation circuit 22 is triggered, and a pulse is given to the control electrode of the switch means 18 to turn it on, whereby the secondary winding of the high-voltage transformer 6 is turned on. Short the sides. The charging voltage Vc of the load capacitor 8 increases during the operation delay time td from time t1 to time t2 when the secondary side of the high-voltage transformer 6 is completely short-circuited. Here, the time from the time t1 to the time t2 indicates a time corresponding to the operation delay of the switch means 18 itself and the operation delay time of the drive circuit. Further, since the increase vc of the charging voltage Vc is calculated in advance, the final charging voltage is very close to the target voltage 10 kV. In this operation, high voltage stability can be obtained because the voltage rise rate is sequentially calculated even if there is a power supply voltage fluctuation, a residual voltage fluctuation, a change in winding resistance, etc. in each charging cycle. In other words, the charge voltage increase vc of the load capacitor 8 during the operation delay time td from the generation of the charge stop command to the actual stop of the charge is calculated and predicted, and the charge stop command is generated in anticipation of this. Can be charged with very high accuracy.
【0025】 図4はアナログ回路で演算回路を構成し
た実施例を示す。この回路は、負荷コンデンサ8の充電
電圧検出電圧Vdから電圧上昇率を計算して予測充電電
圧信号Vd’を演算する。すなわち、Vd’=Vd+t
d×(dVd/dt)を演算するアナログ回路を実現す
る。充電電圧検出電圧Vdは演算増幅器23の非反転端
子の点aに入力される。演算増幅器23の出力点bは抵
抗24を通してコンデンサ24に接続されている。抵抗
24とコンデンサ25の接続点cは演算増幅器23の反
転端子に接続される。演算増幅器23の出力点bは電圧
比較回路11にも接続され、基準電圧Vrと比較され
る。FIG. 4 shows an embodiment in which an arithmetic circuit is constituted by an analog circuit. This circuit calculates a voltage rise rate from the charge voltage detection voltage Vd of the load capacitor 8 to calculate a predicted charge voltage signal Vd ′. That is, Vd '= Vd + t
An analog circuit that calculates d × (dVd / dt) is realized. The charging voltage detection voltage Vd is input to a point a of the non-inverting terminal of the operational amplifier 23. The output point b of the operational amplifier 23 is connected to the capacitor 24 through the resistor 24. A connection point c between the resistor 24 and the capacitor 25 is connected to the inverting terminal of the operational amplifier 23. The output point b of the operational amplifier 23 is also connected to the voltage comparison circuit 11 and is compared with the reference voltage Vr.
【0026】 次にこの回路の動作を説明する。充電電
圧検出電圧Vdは演算増幅器23の非反転端子に入力さ
れ、抵抗24とコンデンサ25の接続点cが反転端子に
接続されて帰還されるようになっているので、a点から
見て、c点の電圧は単なるバッファとして働き、コンデ
ンサ25を充電電圧検出電圧Vdに等しく保つよう充電
する。このため、抵抗値Rの抵抗24にはコンデンサ2
5の充電電流iが流れる。したがって、b点の電圧Vb
はc点の充電電圧検出電圧Vdより抵抗24の電圧降下
分だけ高く、Vb=Vd+ic×Rとなる。ここで、コ
ンデンサ25の容量をCdとすれば、i=Cd×(dV
d/dt)であるから、Vb=Vd+Cd×R×(dV
d/dt)となる。ここで、Cd×R=tdに選定すれ
ば、Vb=Vd+td×(dVd/dt)となる。すな
わち、Vb=Vd’=Vd+td×(dVd/dt)が
演算される。Next, the operation of this circuit will be described. The charging voltage detection voltage Vd is input to the non-inverting terminal of the operational amplifier 23, and the connection point c between the resistor 24 and the capacitor 25 is connected to the inverting terminal and is fed back. The voltage at the point acts as a simple buffer and charges the capacitor 25 to keep it equal to the charging voltage detection voltage Vd. Therefore, the capacitor 2 is connected to the resistor 24 having the resistance value R.
5, a charging current i flows. Therefore, the voltage Vb at point b
Is higher than the charging voltage detection voltage Vd at the point c by the voltage drop of the resistor 24, and Vb = Vd + ic × R. Here, assuming that the capacitance of the capacitor 25 is Cd, i = Cd × (dV
d / dt), Vb = Vd + Cd × R × (dV
d / dt). Here, if Cd × R = td, Vb = Vd + td × (dVd / dt). That is, Vb = Vd ′ = Vd + td × (dVd / dt) is calculated.
【0027】 次に、具体的な設計例について説明す
る。コンデンサ25の容量Cdは、前記式からCd=i
/(dVd/dt)で表され、演算増幅器23の出力電
流iを演算増幅器23の電流能力から10mAとし、充
電時間を100μs、負荷コンデンサ8の設定充電電圧
10kVに対応する充電電圧検出電圧Vdを10Vとす
ると、dVd/dtは100kV/sになる。したがっ
て、コンデンサ25の容量Cdは100nFとなる。す
なわち、Cd=100nFである。また、抵抗24の抵
抗値Rは、Cd×R=tdより、動作遅れ時間tdを計
算の簡単のために1μsとすれば、10オームになる。
これらの数値により、予測充電電圧信号Vd’が演算さ
れる。この予測充電電圧信号Vd’が電圧比較回路11
に加えられ、基準電圧Vrと比較される。Next, a specific design example will be described. From the above equation, the capacitance Cd of the capacitor 25 is Cd = i
/ (DVd / dt), the output current i of the operational amplifier 23 is set to 10 mA based on the current capability of the operational amplifier 23, the charging time is 100 μs, and the charging voltage detection voltage Vd corresponding to the set charging voltage 10 kV of the load capacitor 8 is calculated. Assuming 10 V, dVd / dt becomes 100 kV / s. Therefore, the capacitance Cd of the capacitor 25 is 100 nF. That is, Cd = 100 nF. Further, the resistance value R of the resistor 24 is 10 ohms from Cd × R = td if the operation delay time td is set to 1 μs for easy calculation.
From these numerical values, the predicted charging voltage signal Vd 'is calculated. This predicted charging voltage signal Vd ′ is
And compared with the reference voltage Vr.
【0028】 図5は、負荷コンデンサ8の充電電圧V
cの電圧上昇率を次の式で検出演算する別の実施例であ
る。負荷コンデンサ8の充電電圧Vcの時間遅れtd後
の充電電圧Vc’は、Vc’=Vc+td(dVc/d
t)=Vc+td(i/C)になり、負荷コンデンサ8
の充電電流icを検出し、負荷コンデンサの容量Cで除
すれば、電圧上昇率が求められる。25は負荷コンデン
サ8の充電電圧検出電圧Vdを非反転端子に受けるバッ
ファ演算増幅器である。演算増幅器26の出力は抵抗2
7を通して電圧比較回路11に入力される。なお、28
は充電電流icを検出する変流器である。変流器28の
1次巻線は1ターンであり、2次巻線はmターンとす
る。黒点は巻線の極性を示す。検出された電流は抵抗2
7に加えられ、図示極性の電圧(ic×R/m)に変換
される。この回路で、上式を満足する条件を説明する。
充電電圧検出抵抗9(抵抗値R1)と10(抵抗値R
2)の分圧比〔R2/(R1+R2)〕を1/nとする
と、充電電圧Vcを1/nで検出するので、上式の両辺
をnで割って、Vc’/n=Vc/n+td(ic/
C)/nになる。充電電圧Vcの検出電圧はVdである
から、時間遅れtd後の検出電圧Vd’は、Vd’=V
d+td(ic/C)/nとなる。ここで、ic×R/
m=td(ic/C)/nとすれば、抵抗27の抵抗値
Rは、R=(td×m)/(C×n)となる。この式を
満足すれば、図5のように、この変換電圧(ic×R/
m)は充電電圧検出電圧Vdに加算され、電圧比較回路
11の入力に予測充電電圧信号Vd’が加えられる。FIG. 5 shows the charging voltage V of the load capacitor 8.
This is another embodiment in which the voltage rise rate of c is detected and calculated by the following equation. The charging voltage Vc ′ after the time delay td of the charging voltage Vc of the load capacitor 8 is Vc ′ = Vc + td (dVc / d
t) = Vc + td (i / C), and the load capacitor 8
Is detected and divided by the capacitance C of the load capacitor, the rate of voltage rise is determined. Reference numeral 25 denotes a buffer operational amplifier that receives the charge voltage detection voltage Vd of the load capacitor 8 at a non-inverting terminal. The output of the operational amplifier 26 is a resistor 2
7 and is input to the voltage comparison circuit 11. Note that 28
Is a current transformer for detecting the charging current ic. The primary winding of the current transformer 28 has one turn, and the secondary winding has m turns. The black dots indicate the polarity of the winding. The detected current is resistance 2
7 and converted into a voltage (ic × R / m) of the indicated polarity. The condition that satisfies the above equation in this circuit will be described.
Charge voltage detection resistors 9 (resistance value R1) and 10 (resistance value R
If the voltage division ratio [R2 / (R1 + R2)] of 2) is 1 / n, the charging voltage Vc is detected as 1 / n. Therefore, both sides of the above equation are divided by n, and Vc '/ n = Vc / n + td ( ic /
C) / n. Since the detection voltage of the charging voltage Vc is Vd, the detection voltage Vd ′ after the time delay td is Vd ′ = V
d + td (ic / C) / n. Where ic × R /
If m = td (ic / C) / n, the resistance value R of the resistor 27 is R = (td × m) / (C × n). If this equation is satisfied, this conversion voltage (ic × R /
m) is added to the charging voltage detection voltage Vd, and the predicted charging voltage signal Vd ′ is added to the input of the voltage comparison circuit 11.
【0029】 具体的に、td=1μs、n=100
0、m=100、C=50nFとすれば、前記式から抵
抗値Rは2Ωになる。したがって、抵抗27の抵抗値R
を2Ωにすれば、比較回路11に予測充電電圧信号V
d’が加えられ、予測充電電圧制御を行うことができ
る。充電電流icの検出はホールCTも可能である。ま
た、抵抗27の電圧を基準電圧源12の基準電圧Vrに
逆極性で加算するようにしても、比較回路11の出力変
化の条件は同一であり、同様に予測充電電圧制御ができ
る。要は、式Vd+td・dVd/dt=Vrを満足す
れば、負荷コンデンサ8を非常に高い精度で充電するこ
とができる。Specifically, td = 1 μs, n = 100
If 0, m = 100 and C = 50 nF, the resistance value R becomes 2Ω from the above equation. Therefore, the resistance value R of the resistor 27
Is set to 2Ω, the comparison circuit 11 supplies the predicted charging voltage signal V
d ′ is added, and predictive charging voltage control can be performed. The detection of the charging current ic is also possible with Hall CT. Also, even if the voltage of the resistor 27 is added to the reference voltage Vr of the reference voltage source 12 with the opposite polarity, the condition of the output change of the comparison circuit 11 is the same, and the predicted charging voltage control can be similarly performed. In short, if the expression Vd + td.dVd / dt = Vr is satisfied, the load capacitor 8 can be charged with very high accuracy.
【0030】 以上の実施例はすべてアナログ回路で構
成しているが、ディジタル演算でも処理できる。例え
ば、電圧上昇率の計算はクロック周波数毎のサンプリン
グ値をホールドし、直ぐ前のクロックのサンプリング値
との差を計算することにより容易に演算できる。The above embodiments are all configured by analog circuits, but can also be processed by digital operations. For example, the voltage rise rate can be easily calculated by holding the sampling value for each clock frequency and calculating the difference from the sampling value of the immediately preceding clock.
【0031】 本発明では、スイッチ手段の付加により
回路のインダクタンスによる慣性電流に起因する過充電
量の演算を簡便に行うことができ、また充電電圧の変動
要素である電源電圧変動、負荷コンデンサの残留電圧な
どのファクタがすべて取り込まれている電圧上昇率を演
算パラメータとしているので、容易にかつ正確に充電電
圧を予測制御でき、エキシマレーザ電源のコンデンサ充
電電圧の安定度を極めて高精度にすることができる。According to the present invention, the addition of the switch means makes it possible to easily calculate the amount of overcharge caused by the inertial current due to the inductance of the circuit. Since the voltage rise rate, which incorporates all factors such as voltage, is used as the calculation parameter, the charge voltage can be predicted and controlled easily and accurately, and the stability of the capacitor charge voltage of the excimer laser power supply can be extremely high. it can.
【0032】 なお、スイッチ手段の接続については前
記実施例に限られることはなく、具体的には特願200
0−193063号の出願明細書を参照されたい。いず
れにせよ、スイッチ手段は変圧器の2次側に設けられ、
変圧器の2次巻線からのエネルギーを選択的に負荷コン
デンサに対してバイパスできる箇所に接続されていれば
良い。Incidentally, the connection of the switch means is not limited to the above-described embodiment, and specifically, is disclosed in Japanese Patent Application No. 200-200.
See the application specification No. 0-193630. In any case, the switch means is provided on the secondary side of the transformer,
What is necessary is just to be connected to a place where the energy from the secondary winding of the transformer can be selectively bypassed to the load capacitor.
【0033】[0033]
【発明の効果】 以上述べたように本発明によれば、前
記バイパス用のスイッチ手段自身の動作遅れとその駆動
回路の動作遅れを考慮し、その動作遅れ時間に回路のイ
ンダクタンスによる慣性電流によって負荷コンデンサが
充電されないよう、前記 スイッチ手段をオン駆動する
ことにより、エキシマレーザを負荷とする場合にも十分
に満足し得るコンデンサ充電精度を達成することが可能
である。As described above, according to the present invention, the operation delay of the bypass switch means itself and the operation delay of the drive circuit are taken into consideration, and the load is controlled by the inertia current due to the inductance of the circuit during the operation delay time. By turning on the switch so that the capacitor is not charged, it is possible to achieve a sufficiently satisfactory capacitor charging accuracy even when an excimer laser is used as a load.
【図1】 本発明のコンデンサ充電装置の第1の実施例
を示す。FIG. 1 shows a first embodiment of a capacitor charging device according to the present invention.
【図2】 図1の動作を説明するための電流、電圧波形
を示す。FIG. 2 shows current and voltage waveforms for explaining the operation of FIG.
【図3】 図1の動作を説明するための充電終了時点の
電流、電圧波形を示す。FIG. 3 shows current and voltage waveforms at the end of charging for explaining the operation of FIG.
【図4】 本発明のコンデンサ充電装置の演算回路の実
施例を示す。FIG. 4 shows an embodiment of an arithmetic circuit of the capacitor charging device of the present invention.
【図5】 本発明のコンデンサ充電装置の演算回路の第
2の実施例を示す。FIG. 5 shows a second embodiment of the arithmetic circuit of the capacitor charging device of the present invention.
【図6】 従来のコンデンサ充電装置の1例を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional capacitor charging device.
【図7】 図6の動作を説明するための電流、電圧波形
を示す。FIG. 7 shows current and voltage waveforms for explaining the operation of FIG.
【図8】 図6の動作を説明するための電流、電圧波形
を示す。8 shows current and voltage waveforms for explaining the operation of FIG.
1・・直流電源 2・・インバータ
回路 3A−3D・・帰還用ダイオード 4A−4D・・ス
イッチング半導体素子 5・・インダクタンス手段 6・・高電圧変圧
器 7・・整流器 8・・負荷コンデ
ンサ 9、10・・電圧検出用抵抗 11・・電比較回
路 12・・基準電圧源 13・・インバ
ータ制御回路 14、15・・AND回路 16,17・・
ダイオード 18・・スイッチ手段 19・・微分回
路 20・・乗算回路 21・・加算回
路 22・・パルス発生回路 23・・演算増
幅器 26・・バッファ用演算増幅器 28・・変流器1 DC power supply 2 Inverter circuit 3A-3D feedback diode 4A-4D switching semiconductor element 5 inductance means 6 high voltage transformer 7 rectifier 8 load capacitor 9, 10 ..Resistance for voltage detection 11..comparative circuit 12..reference voltage source 13..inverter control circuit 14,15..AND circuit 16,17 ..
Diode 18. Switch means 19 Differentiator circuit 20 Multiplier circuit 21 Addition circuit 22 Pulse generation circuit 23 Operational amplifier 26 Operational amplifier for buffer 28 Current transformer
Claims (4)
されるインバータ回路と、このインバータ回路の交流側
に接続される変圧器と、その変圧器の1次巻線又は2次
巻線に直列であって前記変圧器の漏れインダクタンスを
含むインダクタンス手段と、前記変圧器の2次側に接続
されて負荷となる負荷コンデンサに充電電流を供給する
整流器と、前記変圧器の2次側に備えられ、充電停止指
令によりオンして前記インダクタンス手段の出力側を短
絡して該インダクタンス手段の磁気エネルギーによる慣
性電流が前記負荷コンデンサに流れるのを防止するスイ
ッチ手段とを備えて負荷コンデンサを設定電圧に充電す
る方法であって、 前記充電停止指令の発生から実際の充電停止までの動作
遅れ時間tdにおける前記負荷コンデンサの充電電圧上
昇分を演算して予測し、それを見込んで前記充電停止指
令を発生することを特徴とするコンデンサ充電方法。1. A DC input terminal, an inverter circuit connected to the DC input terminal, a transformer connected to an AC side of the inverter circuit, and a primary winding or a secondary winding of the transformer. Inductance means including a leakage inductance of the transformer in series, a rectifier connected to a secondary side of the transformer and supplying a charging current to a load capacitor serving as a load, and a rectifier provided on the secondary side of the transformer. Switch means for turning on the load capacitor in response to a charge stop command and short-circuiting the output side of the inductance means to prevent the inertial current due to the magnetic energy of the inductance means from flowing to the load capacitor. A charging method, wherein the charging voltage of the load capacitor is reduced during an operation delay time td from the generation of the charging stop command to the actual stopping of charging. Predicts a minute calculated, capacitor charging method characterized by generating said charging stop command expects it.
Vrと動作遅れ時間tdとを式(Vd+td・dVd/
dt=Vr)で演算処理し、この式が成立するときに充
電停止指令を発して前記スイッチ手段をオンさせること
を特徴とするコンデンサ充電方法。2. The method according to claim 1, wherein the charge voltage detection signal Vd of the load capacitor, the reference voltage Vr, and the operation delay time td are expressed by an equation (Vd + td · dVd /
dt = Vr), and when this equation is satisfied, a charge stop command is issued to turn on the switch means.
されるインバータ回路と、該インバータ回路の交流側に
接続される変圧器と、該変圧器の1次巻線又は2次巻線
に直列であって前記変圧器の漏れインダクタンスを含む
インダクタンス手段と、前記変圧器の2次側に接続され
て負荷となる負荷コンデンサに充電電流をを供給する整
流器と、前記変圧器の2次側に備えられ、オンするとき
前記インダクタンス手段の出力側を短絡して該インダク
タンス手段の磁気エネルギーによる慣性電流が前記負荷
コンデンサに流れるのを防止するスイッチ手段とを備
え、パルス発生回路からのオン信号の発生から前記スイ
ッチ手段のオンによる充電停止までの動作遅れ時間にお
ける前記負荷コンデンサの充電電圧上昇分を演算して求
め、その充電電圧上昇分を見込んで充電停止指令信号を
前記パルス発生回路に送出する演算回路を備えたことを
特徴とするコンデンサ充電装置。3. A DC input terminal, an inverter circuit connected to the DC input terminal, a transformer connected to the AC side of the inverter circuit, and a primary winding or a secondary winding of the transformer. Inductance means including a leakage inductance of the transformer in series, a rectifier connected to a secondary side of the transformer to supply a charging current to a load capacitor serving as a load, and a rectifier connected to a secondary side of the transformer. Switch means for short-circuiting the output side of the inductance means when turned on to prevent an inertial current due to magnetic energy of the inductance means from flowing to the load capacitor, and generating an on signal from the pulse generation circuit. To calculate the rise in the charge voltage of the load capacitor during the operation delay time from when the switch means is turned on until the charge is stopped, and calculate the rise in the charge voltage. A capacitor charging device comprising an arithmetic circuit for sending a charge stop command signal to the pulse generation circuit in anticipation of a delay.
されるインバータ回路と、該インバータ回路の交流側に
接続される変圧器と、該変圧器の1次巻線又は2次巻線
に直列であって前記変圧器の漏れインダクタンスを含む
インダクタンス手段と、前記変圧器の2次側に接続され
て負荷となる負荷コンデンサに充電電力をを供給する整
流器と、前記変圧器の2次側に備えられ、オンするとき
前記インダクタンス手段の出力側を短絡して該インダク
タンス手段の磁気エネルギーによる慣性電流が前記負荷
コンデンサに流れるのを防止するスイッチ手段とを備
え、前記負荷コンデンサの充電電圧検出信号Vdと基準
電圧Vrと前記スイッチ手段に関連する動作遅れ時間t
dを式(Vd+td・dVd/dt=Vr)に従って演
算処理し、前記式が成立したとき前記パルス発生回路に
充電停止指令信号を与えるアナログ又はディジタルの演
算回路を備えたことを特徴とするコンデンサ充電装置。4. A DC input terminal, an inverter circuit connected to the DC input terminal, a transformer connected to the AC side of the inverter circuit, and a primary winding or a secondary winding of the transformer. An inductance means in series with a leakage inductance of the transformer, a rectifier connected to a secondary side of the transformer to supply charging power to a load capacitor serving as a load, and a rectifier connected to a secondary side of the transformer. Switch means for short-circuiting the output side of the inductance means when turned on to prevent an inertial current due to magnetic energy of the inductance means from flowing to the load capacitor, and a charge voltage detection signal Vd of the load capacitor. , A reference voltage Vr, and an operation delay time t associated with the switch means.
and d) performing an arithmetic operation on d in accordance with an equation (Vd + td.dVd / dt = Vr), and providing an analog or digital arithmetic circuit for providing a charge stop command signal to the pulse generation circuit when the equation is satisfied. apparatus.
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