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JPS6260912B2 - - Google Patents
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JPS6260912B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6260912B2
JPS6260912B2 JP56165964A JP16596481A JPS6260912B2 JP S6260912 B2 JPS6260912 B2 JP S6260912B2 JP 56165964 A JP56165964 A JP 56165964A JP 16596481 A JP16596481 A JP 16596481A JP S6260912 B2 JPS6260912 B2 JP S6260912B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
voltage
transformer
output
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP56165964A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5869464A (en
Inventor
Katsuji Sawara
Takao Niikura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Denshi KK filed Critical Nihon Denshi KK
Priority to JP16596481A priority Critical patent/JPS5869464A/en
Publication of JPS5869464A publication Critical patent/JPS5869464A/en
Publication of JPS6260912B2 publication Critical patent/JPS6260912B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、発振回路からの出力で駆動されるス
イツチングトランジスタでもつてトランスの1次
側回路をオンオフし、前記トランスの2次側回路
から直流高電圧を得るように構成した高圧電源回
路であつて、前記トランスの1次側電圧を変化さ
せることにより、前記直流高電圧を可変となした
高圧電源回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention uses a switching transistor driven by an output from an oscillation circuit to turn on and off the primary circuit of a transformer, thereby obtaining a high DC voltage from the secondary circuit of the transformer. The present invention relates to a high voltage power supply circuit configured such that the DC high voltage is made variable by changing the primary side voltage of the transformer.

走査電子顕微鏡等の装置に用いられる高圧電源
回路では、上記装置の性能の向上に伴い、高圧出
力電圧範囲の広いものが要求されてきており、回
路設計上厳しい条件が求められている。第1図
は、従来の他励発振式の高圧電源回路の構成を示
す接続図である。同図において、TR1はシリーズ
レギユレータとして動作するトランジスタで、そ
のコレクタには電源電圧Vが与えられ、ベースに
は可変電源Eiが接続され、更にエミツタには、
昇圧用のトランスT1の1次側巻線の一端が接続
されている。OSCは発振周波数f0の発振器で、そ
の出力は、トランジスタTR2のベースに与えられ
ている。一方トランジスタTR2のコレクタにはト
ランスT2の1次側巻線が接続され、この1次側
巻線の他端には、電源電圧Vが与えられている。
トランスT2の2次側巻線は、抵抗を介してスイ
ツチングトランジスタTR3のベース・エミツタ間
に接続されている。又、トランジスタTR3のコレ
クタには、前記トランスT1の1次側巻線の他端
が接続されている。RCは、トランスT1の2次側
出力を受けて高圧直流電圧に変換する倍電圧整流
回路、FCは、倍電圧整流回路RCの出力をリツプ
ルの無い直流電圧に変換するフイルタで、このフ
イルタFCの出力V0が、第1図に示す回路の出力
電圧となる。
BACKGROUND ART High voltage power supply circuits used in devices such as scanning electron microscopes are required to have a wide high voltage output voltage range as the performance of the devices improves, and strict conditions are required in circuit design. FIG. 1 is a connection diagram showing the configuration of a conventional separately excited oscillation type high voltage power supply circuit. In the figure, TR 1 is a transistor that operates as a series regulator, and its collector is supplied with a power supply voltage V, its base is connected to a variable power supply Ei, and its emitter is
One end of the primary winding of the step-up transformer T1 is connected. OSC is an oscillator with an oscillation frequency f 0 and its output is given to the base of transistor TR 2 . On the other hand, the collector of the transistor TR2 is connected to the primary winding of the transformer T2 , and the power supply voltage V is applied to the other end of the primary winding.
The secondary winding of the transformer T2 is connected between the base and emitter of the switching transistor TR3 via a resistor. Further, the other end of the primary winding of the transformer T1 is connected to the collector of the transistor TR3 . RC is a voltage doubler rectifier circuit that receives the secondary output of the transformer T1 and converts it into a high voltage DC voltage. FC is a filter that converts the output of the voltage doubler rectifier circuit RC into a ripple-free DC voltage. The output V 0 of is the output voltage of the circuit shown in FIG.

このように構成された従来回路の動作を概説す
れば次のとおりである。発振器OSCの周波数f0
出力で、トランジスタTR2がオンオフされ、この
オンオフによるトランスT2の1次側電流の変化
が、トランスT2の2次側に伝えられ、その2次
側電流によりトランジスタTR3が駆動される。一
方、可変電源Eiによつて、トランスT1の1次側
には電圧E0が与えられる。このトランスT1が、
周波数f0でスイツチングされる上記トランジスタ
TR3のコレクタ負荷になつているので、トランジ
スタTR3のオンオフによる励磁電流の変化は、ト
ランスT1の2次側に伝えられることになる。ト
ランスT1の2次側に生じた電圧は、続く倍電圧
整流回路RC及びフイルタFCによつて、整流平滑
され、高圧出力V0となる。この出力V0のレベル
は、可変電源Eiの出力電圧を変えることによ
り、数百V乃至数十KV程度の範囲で変えられ
る。
The operation of the conventional circuit configured as described above is summarized as follows. The output of the frequency f 0 of the oscillator OSC turns the transistor TR 2 on and off, and the change in the primary side current of the transformer T 2 due to this on/off is transmitted to the secondary side of the transformer T 2 , and the secondary side current turns the transistor TR 2 on and off. TR 3 is driven. On the other hand, a voltage E 0 is applied to the primary side of the transformer T 1 by the variable power supply Ei. This transformer T1 is
The above transistor is switched at frequency f 0
Since it serves as the collector load of TR 3 , changes in excitation current caused by turning on and off the transistor TR 3 are transmitted to the secondary side of the transformer T 1 . The voltage generated on the secondary side of the transformer T1 is rectified and smoothed by the subsequent voltage doubler rectifier circuit RC and filter FC, and becomes a high voltage output V0 . The level of this output V 0 can be varied within a range of several hundreds of volts to several tens of kilovolts by changing the output voltage of the variable power supply Ei.

この種の従来回路において、発振器OSCの発
振周波数f0は、一般に高圧最大出力負荷時に、回
路効率が最大になるように設計されている。しか
し、この高圧電源回路の高圧最大出力時の最適発
振周波数f1と高圧最小出力時の最適発振周波数f2
とは異なつている。従つて、従来回路では、高圧
最小出力時に共振がとれず、スイツチングトラン
ジスタTR3で無駄な電力が消費され、トランジス
タTR3が発熱し熱破壊される場合が生じていた。
又、この状態は不安定な発振状態であるため、安
定した高圧出力が得られない場合があつた。
In this type of conventional circuit, the oscillation frequency f 0 of the oscillator OSC is generally designed so that the circuit efficiency is maximized at the high voltage maximum output load. However, the optimum oscillation frequency f 1 at the maximum high voltage output of this high voltage power supply circuit and the optimum oscillation frequency f 2 at the minimum high voltage output
It is different from Therefore, in the conventional circuit, resonance could not be achieved at the time of high-voltage minimum output, and power was wasted in the switching transistor TR3 , causing the transistor TR3 to generate heat and be thermally destroyed.
Further, since this state is an unstable oscillation state, there are cases where stable high voltage output cannot be obtained.

尚、1次側電圧の変化に伴つて前記トランス
T1の共振周波数が変化するのは、トランスT1
2次側に接続された倍電圧整流回路(RC)等に
使用されている例えばキヤパシタの静電容量等
が、2次側電圧によつて変化するためである。
In addition, as the primary side voltage changes, the transformer
The reason why the resonant frequency of T 1 changes is because the capacitance of a capacitor used in a voltage doubler rectifier (RC) etc. connected to the secondary side of the transformer T 1 changes depending on the secondary side voltage. This is because it changes over time.

本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
で、トランスの1次側電圧に応じて発振周波数が
変化する発振回路を設け、この出力でスイツチン
グトランジスタTR3を駆動することにより、2次
側高圧出力が最大、最小、或いはその中間の、何
れの値をとつても回路効率良く、従つて、不安定
な発振状態にもならない高信頼性の高圧電源回路
を実現したものである。
The present invention has been made in view of these points, and by providing an oscillation circuit whose oscillation frequency changes according to the primary side voltage of the transformer and driving the switching transistor TR3 with this output, two This realizes a highly reliable high-voltage power supply circuit that has good circuit efficiency whether the next-side high-voltage output is maximum, minimum, or any value in between, and therefore does not become unstable in oscillation.

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第2図は、本発明の一実施例の動作原理図で、
第1図と同一部分には、同一符号を付して示し
た。図において、LDは、トランスT1の1次側電
圧E0の出力レベルを検出し、そのレベルに応じ
た信号を出力するレベル検出回路である。又、
OCは、レベル検出回路LDの出力によつて発振周
波数が制御される発振回路であり、この発振回路
OCの出力によつて、スイツチングトランジスタ
TR3が駆動されるようになつている。
FIG. 2 is a diagram showing the operating principle of an embodiment of the present invention.
The same parts as in FIG. 1 are indicated with the same reference numerals. In the figure, LD is a level detection circuit that detects the output level of the primary side voltage E 0 of the transformer T 1 and outputs a signal according to the detected level. or,
OC is an oscillation circuit whose oscillation frequency is controlled by the output of the level detection circuit LD, and this oscillation circuit
By the output of OC, the switching transistor
TR 3 is now being driven.

ところで、上述のように、この種の回路では、
所定の高圧電力V0を得るための発振周波数f0の最
適値は、V0の値に応じて、換言すればV0と比例
するE0の値に応じて変化する。第3図は、トラ
ンスT1の1次側電圧E0と、最適周波数f0の関係を
示す特性図で、横軸はE0、縦軸はf0である。この
第3図は、高圧出力V0が最大となるために必要
な1次側電圧をE01としたとき、回路効率を最大
にする周波数f0が、f1であることを示し、2次側
高圧出力が最小となるために必要な1次側電圧を
E02としたとき、回路効率を最大にする周波数f0
が、f2であることを示している。即ち、高圧出力
V0が大きくなるにつれて、発振周波数f0の最適値
も高くなることを示している。第2図中の発振回
路OCは、第3図の特性図で示される周波数でも
つて発振するように、第2図中のレベル検出回路
LDにより制御されている。
By the way, as mentioned above, in this type of circuit,
The optimum value of the oscillation frequency f 0 for obtaining a predetermined high-voltage power V 0 changes depending on the value of V 0 , in other words, depending on the value of E 0 that is proportional to V 0 . FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the primary voltage E 0 of the transformer T 1 and the optimum frequency f 0 , where the horizontal axis is E 0 and the vertical axis is f 0 . This figure 3 shows that when the primary voltage required to maximize the high voltage output V 0 is E 01 , the frequency f 0 that maximizes the circuit efficiency is f 1 , and the secondary The primary side voltage required to minimize the side high voltage output is
When E 02 , the frequency that maximizes circuit efficiency is f 0
shows that f 2 . i.e. high voltage output
It is shown that as V 0 increases, the optimum value of the oscillation frequency f 0 also increases. The oscillation circuit OC in FIG. 2 is connected to the level detection circuit in FIG. 2 so that it oscillates at the frequency shown in the characteristic diagram in FIG.
Controlled by LD.

従つて、上記実施例においては、スイツチング
トランジスタTR3は過度の発熱をせず、熱破壊さ
れることもない。このため、回路の信頼性も向上
し、出力も安定する。
Therefore, in the above embodiment, the switching transistor TR3 does not generate excessive heat and is not thermally destroyed. This improves the reliability of the circuit and stabilizes the output.

第4図は、第2図に示した動作原理に基づく高
圧電源回路の一具体例の電気的接続図である。図
中、1次側電圧E0に接続されたダイオードD
が、レベル検出用ダイオードで、このダイオード
Dとこれに直列に接続された抵抗R1とが、前記
レベル検出回路LDを構成している。又、図中破
線で囲まれた部分が、前記の発振回路OCであ
る。ここに示した発振回路OCは、コイルL、キ
ヤパシタC、抵抗R2及びトランジスタTR4等から
構成されるブロツキング発振回路である。尚、レ
ベル検出回路LDの出力は、発振回路OC内の抵抗
R2とコイルLとの接続点Aに加えられている。
FIG. 4 is an electrical connection diagram of a specific example of a high-voltage power supply circuit based on the operating principle shown in FIG. 2. In the figure, a diode D connected to the primary voltage E 0
is a level detection diode, and this diode D and the resistor R1 connected in series thereto constitute the level detection circuit LD. Furthermore, the portion surrounded by a broken line in the figure is the oscillation circuit OC. The oscillation circuit OC shown here is a blocking oscillation circuit composed of a coil L, a capacitor C, a resistor R2 , a transistor TR4 , and the like. Note that the output of the level detection circuit LD is the resistance of the oscillation circuit OC.
It is added to the connection point A between R 2 and the coil L.

この高圧電源回路において、レベル検出回路
LD側から制御信号を受けないとき(ダイオード
Dが非導通のとき)の発振回路OCの発振周波数
fは、次式(1)で示される。
In this high voltage power supply circuit, the level detection circuit
The oscillation frequency f of the oscillation circuit OC when no control signal is received from the LD side (when the diode D is non-conductive) is expressed by the following equation (1).

f=k1/CR2 ……(1) 一方、制御信号受けているときの発振回路OC
の発振周波数f′は次式(2)で示される。
f=k 1 /CR 2 ...(1) On the other hand, the oscillation circuit OC when receiving the control signal
The oscillation frequency f' is given by the following equation (2).

f′=k1/CR2+k2E0/R1 ……(2) ただし、(1)、(2)式において、k1、k2は正の定数
であり、抵抗R1,R2及びキヤパシタCの値とし
てはR1,R2及びCをそのまま用いた。
f'=k 1 /CR 2 +k 2 E 0 /R 1 ...(2) However, in equations (1) and (2), k 1 and k 2 are positive constants, and the resistances R 1 and R 2 And as the values of capacitor C, R 1 , R 2 and C were used as they were.

従つて、(1)式で示される周波数fを、2次側高
圧出力が最小となるときの周波数f2(第3図参
照)に対応させ、E0=E01のとき、f′=f1となるよ
うに、k2やR1を定めれば、第2図の実施例の動
作を行わせることができる。
Therefore, the frequency f shown in equation (1) is made to correspond to the frequency f 2 (see Figure 3) when the secondary side high voltage output is the minimum, and when E 0 = E 01 , f' = f If k 2 and R 1 are determined so that the value becomes 1 , the operation of the embodiment shown in FIG. 2 can be performed.

尚、上記実施例では、レベル検出回路LDに1
次側電圧E0そのものを与えたが、E0と関連性の
ある電圧、例えば、可変電源Eiの出力電圧等を
与えるようにしても良い。又、周波数の補正も、
上記実施例のように連続して行う必要はなく、f1
とf2の間で、段階的に変えるようにしても良い。
In the above embodiment, the level detection circuit LD has one
Although the next-side voltage E 0 itself is given, a voltage related to E 0 , for example, the output voltage of the variable power source Ei, etc. may be given. Also, frequency correction
It is not necessary to perform it continuously as in the above example, and f 1
It is also possible to change it step by step between and f2 .

以上、詳細に説明したように、本発明によれ
ば、トランスの1次側電圧に応じて、発振回路の
発振周波数が変化するため、2次側高圧出力の最
小出力時から最大出力時にわたつて、回路効率を
良好に保つことができ、高信頼性の高圧電源回路
を実現できる。
As explained above in detail, according to the present invention, the oscillation frequency of the oscillation circuit changes depending on the primary side voltage of the transformer, so that the oscillation frequency of the oscillation circuit changes from the minimum output to the maximum output of the secondary high voltage output. , it is possible to maintain good circuit efficiency and realize a highly reliable high voltage power supply circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の高圧電源回路を示す電気的接続
図、第2図は本発明の一実施例の動作原理図、第
3図は周波数特性図、第4図は第2図実施例の具
体的構成図である。 RC……倍電圧整流回路、FC……フイルタ、
LD……レベル検出回路、OC……発振回路、T1
T2……トランス、TR1〜TR4……トランジスタ、
OSC……発振器、R1,R2……抵抗、D……ダイ
オード、C……キヤパシタ、Ei……可変電源。
Fig. 1 is an electrical connection diagram showing a conventional high-voltage power supply circuit, Fig. 2 is a diagram of the operating principle of an embodiment of the present invention, Fig. 3 is a frequency characteristic diagram, and Fig. 4 is a specific diagram of the embodiment of Fig. 2. It is a configuration diagram. RC...Voltage doubler rectifier circuit, FC...Filter,
LD... Level detection circuit, OC... Oscillator circuit, T 1 ,
T 2 ...Transistor, TR 1 to TR 4 ...Transistor,
OSC...Oscillator, R1 , R2 ...Resistor, D...Diode, C...Capacitor, Ei...Variable power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 発振回路からの出力で駆動されるスイツチン
グトランジスタでもつてトランスの1次側回路を
オンオフし、前記トランスの2次側回路から直流
高電圧を得るように構成した高圧電源回路であつ
て、前記トランスの1次側電圧を変化させること
により、前記直流高電圧を可変となした高圧電源
回路において、前記1次側電圧の変化に伴う前記
トランスの共振周波数の変化に追随して前記発振
回路の発振周波数を自動的に変化させるための回
路を設けたことを特徴とする高圧電源回路。
1. A high-voltage power supply circuit configured to turn on and off a primary circuit of a transformer using a switching transistor driven by an output from an oscillator circuit to obtain a high DC voltage from a secondary circuit of the transformer, the circuit comprising: In a high-voltage power supply circuit in which the DC high voltage is made variable by changing the primary side voltage of the transformer, the oscillation circuit changes in accordance with the change in the resonant frequency of the transformer due to the change in the primary side voltage. A high-voltage power supply circuit characterized by having a circuit for automatically changing the oscillation frequency.
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