JPH0793815B2

JPH0793815B2 - Electromagnet power supply

Info

Publication number: JPH0793815B2
Application number: JP7617987A
Authority: JP
Inventors: 正次内藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPS63245253A

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を高エネルギーに加速す
るための加速器用電磁石に使用する電磁石電源に関する
ものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an electromagnet power source used in an electromagnet for an accelerator for accelerating electrons or protons to high energy.

（従来の技術）素粒子物理学の研究や、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に、電子あるいは陽子
などを光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、角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，陽子等を制御する。この様な加速器で使用される
電磁石電源には、電流を高速で立上げ、しかも高精度
（例えば１×10^-4）に制御することが要求される。その
様な要求を満たす電源として第４図に示す回路が考えら
れている。(Prior Art) Accelerators for accelerating electrons or protons into optical energy have come to be used in order to obtain synchrotron radiation as a light source for particle physics and microfabrication of VLSI. In the accelerator, the output current of a constant current power supply connected to the angular electromagnet coil is controlled to generate a desired magnetic field to control electrons, protons and the like. The electromagnet power supply used in such an accelerator is required to start up the current at high speed and control it with high accuracy (for example, 1 × 10 ⁻⁴ ). A circuit shown in FIG. 4 is considered as a power supply that meets such requirements.

第４図において、１は交流母線、2A,2Bは整流器用変圧
器、3A,3Bは交流を直流に変換する制御整流器、4A,4Bは
リプル平滑用のリアクトル、5A、5Bはリプル平滑用のコ
ンデンサ、６はリアクトル4A,コンデンサ5Aによって平
滑された制御整流器3Aの直出力電圧を、電子レベルの電
圧に変換する分圧器、７は制御整流器3Aの直流出力電圧
を負荷に対し入切する直流スイッチ、８はリアクトル4
B,コンデンサ5Bによって平滑された制御整流器3Bの直流
出力電圧を高速に入切し負荷電流を高速に制御するチョ
ッパ、9Aは直流スイッチ７のオフ時、負荷電流を還流さ
せるダイオード、9Bはチョッパ８のオフ時、負荷電流を
還流させるダイオード、10は負荷コイル、11は負荷電流
を検出する直流電流検出器、12は電圧基準設定器14の出
力51と分圧器６にて検出された直流出力電圧との差を入
力し、その差がゼロとなる様に制御整流器3Aを制御する
定電圧制御回路、13は定電圧制御回路12からの制御信号
に応じて、制御整流器3Aの点弧角を決定する点弧制御回
路、15は加速器全体を制御する図示されていない上位計
算機からのクロック52によって、予めメモリしてある出
力電流基準53や、直流スイッチ７の入／切指令54を出力
するメモリモジュール、16はメモリモジュールから出力
されたディジタル量の電流基準53をアナログ量に変換す
るディジタル−アナログ変換器、17は16で変換されたア
ナログ電流基準と直流電流検出器11にて検出された負荷
電流の差を入力し、負荷電流を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８の通電幅を決定するパルス変調回路、19はパル
ス幅変調回路18からのオン・オフ指令に基づきチョッパ
８をドライブするドライブ路である。In Fig. 4, 1 is an AC bus, 2A and 2B are transformers for rectifiers, 3A and 3B are control rectifiers that convert AC to DC, 4A and 4B are reactors for ripple smoothing, and 5A and 5B are ripple smoothing reactors. A capacitor, 6 is a voltage divider that converts the direct output voltage of the control rectifier 3A smoothed by the reactor 4A and the capacitor 5A into an electronic level voltage, and 7 is a DC switch that turns the DC output voltage of the control rectifier 3A on and off to the load. , 8 is reactor 4
B, a chopper that controls the load current at high speed by turning on and off the DC output voltage of the control rectifier 3B smoothed by the capacitor 5B, 9A is a diode that returns the load current when the DC switch 7 is off, and 9B is a chopper 8 When off, the diode that returns the load current, 10 is the load coil, 11 is the DC current detector that detects the load current, 12 is the output 51 of the voltage reference setter 14 and the DC output voltage detected by the voltage divider 6. The constant voltage control circuit that controls the control rectifier 3A so that the difference becomes zero, 13 determines the firing angle of the control rectifier 3A according to the control signal from the constant voltage control circuit 12. A firing control circuit, 15 is a memory module that outputs an output current reference 53 stored in advance and a DC switch 7 ON / OFF command 54 by a clock 52 from a host computer (not shown) that controls the entire accelerator. , 16 is The digital-analog converter that converts the digital amount current reference 53 output from the remodule into an analog amount, 17 is the difference between the analog current reference converted by 16 and the load current detected by the DC current detector 11. A constant current control circuit for inputting and controlling the load current, 18 is a pulse modulation circuit for determining the energization width of the chopper 8 according to a control signal from the constant current control circuit 17, and 19 is an on-state from the pulse width modulation circuit 18. A drive path that drives the chopper 8 based on the off command.

第４図に示す回路の運転例を第５図に示す。第５図
（ａ）に示す負荷電流ｉを得るのに必要な負荷電圧は
（ｂ）になる。（ｂ）は負荷のインダクタンス分をＬ、
抵抗分をＲとするとLdi/dt＋Riで与えられる電圧であ
る。（ｂ）に示す電圧のうち、Ldi/di分を第４図の制御
整流器3Aで、Ri分をチョッパで供給することにすると、
制御整流器3Aの電圧は、第５図（ｃ）のフォーシング電
圧になり、チョッパ出力電圧は第５図（ｄ）の様にな
る。直流スイッチ７の入切は第４図に示すメモリモジュ
ールに予めプログラムされており、第５図（ｅ）に示す
様に電流を立上げる時だけ投入し、その他の場合は直流
スイッチを切にする。この様に運転すれば電流を高速に
立上げ、しかもチョッパによる高速電流制御により高精
度（１×10^-4）の出力電流が得られる。An operation example of the circuit shown in FIG. 4 is shown in FIG. The load voltage required to obtain the load current i shown in FIG. 5 (a) is (b). (B) shows the inductance of the load as L,
When the resistance component is R, it is a voltage given by Ldi / dt + Ri. Of the voltage shown in (b), if Ldi / di is supplied by the controlled rectifier 3A in FIG. 4 and Ri is supplied by the chopper,
The voltage of the controlled rectifier 3A becomes the forcing voltage of FIG. 5 (c), and the chopper output voltage becomes as shown in FIG. 5 (d). Turning on / off of the DC switch 7 is pre-programmed in the memory module shown in FIG. 4, and it is turned on only when the current is turned on as shown in FIG. 5 (e). In other cases, the DC switch is turned off. . If operated in this way, the current is started up at high speed, and high-precision (1 × 10 ^-4 ) output current can be obtained by high-speed current control by the chopper.

フォーシング電圧基準にRi分の一部を分担させる様に第
４図における電圧基準51を変更させても同様の効果が得
られる。The same effect can be obtained by changing the voltage reference 51 in FIG. 4 so that the forcing voltage reference shares a part of Ri.

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら第４図に示す回路で運転した場合、直流ス
イッチ７及びチョッパ８を切にした時、リプル平滑用リ
アクトル4A,4Bに蓄えられていた電磁エネルギーが全て
リプル平滑用コンデンサ5A,5Bに流入し、直流スイッチ
７及びチョッパ８の入力電圧がだけ上昇してしまい次の運転時フォーシング電圧及びチ
ョッパ電圧にΔＶを加算した電圧が負荷10に印加され、
第５図（ａ）の矢印で示すように負荷電流立上げ時の精
度（１×10^-4）を満足しなくなる。負荷電流の立上げ精
度が満足しないと加速器内の電子又は陽子の軌道がずれ
る可能性がある。(Problems to be solved by the invention) However, when the circuit shown in FIG. 4 is operated, when the DC switch 7 and the chopper 8 are turned off, all the electromagnetic energy stored in the ripple smoothing reactors 4A, 4B is lost. The input voltage of the DC switch 7 and chopper 8 flows into the ripple smoothing capacitors 5A and 5B. And the voltage obtained by adding ΔV to the forcing voltage and the chopper voltage during the next operation is applied to the load 10,
As shown by the arrow in FIG. 5 (a), the accuracy (1 × 10 ⁻⁴ ) at the time of starting the load current is no longer satisfied. If the load current startup accuracy is not satisfied, the orbits of electrons or protons in the accelerator may be displaced.

本発明の目的は、前述した不具合を解消し、高精度な電
磁石電源装置を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a highly accurate electromagnet power supply device.

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、それぞれ平滑用の
リアクトルと平滑用コンデンサを有し、出力側に直流ス
イッチを備えた直流電圧源と、出力側にチョッパを備え
た直流電流源とを直列接続して負荷コイルを付勢するよ
うにした電磁石電源装置において、前記それぞれの平滑
用コンデンサに並列接続される限流抵抗器と短絡スイッ
チとから成る直列回路と、前記直流スイッチとチョッパ
への切指令信号と、前記平滑用コンデンサの電圧が所定
値を超えたときに発生する信号とのアンド条件で前記短
絡用スイッチを閉路する短絡スイッチ制御回路を具備し
たものである。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention has a smoothing reactor and a smoothing capacitor, and a DC voltage source having a DC switch on the output side. And a DC current source having a chopper on the output side are connected in series to energize a load coil, in a current limiting resistor and a short-circuit switch connected in parallel to the respective smoothing capacitors. A short-circuit switch that closes the short-circuit switch under an AND condition of a series circuit composed of, a cut-off command signal to the DC switch and the chopper, and a signal generated when the voltage of the smoothing capacitor exceeds a predetermined value. It is equipped with a control circuit.

（作用）本発明によれば直流スイッチ及びチョッパが開放された
ときに、平滑用リアクトルの電磁エネルギによって平滑
用コンデンサの電圧が上昇しても、その上昇分を短絡ス
イッチを閉路することにより限流抵抗器で消費すること
が出来るため、従来技術の不具合を解消することが出来
る。(Operation) According to the present invention, even when the voltage of the smoothing capacitor increases due to the electromagnetic energy of the smoothing reactor when the DC switch and the chopper are opened, the increase is limited by closing the short-circuiting switch. Since it can be consumed by the current resistor, it is possible to solve the problems of the prior art.

（実施例）本発明の一実施例を第１図に示す。(Example) An example of the present invention is shown in FIG.

第１図において、第４図と同一の要素は同一符号とし説
明を省略する。第１図において、80A及び80Bは限流抵
抗、90A及び90Bは短絡スイッチ、6Bはチョッパ８の入力
電圧計測用分圧器、100は短絡スイッチ制御回路、91は
短絡スイッチ90Aの入／切指令、92は短絡スイッチ90Bの
入／切指令、93は分圧器6Aの帰還電圧、94は分圧器6Bの
帰還電圧である。第２図は短絡スイッチ制御回路100の
詳細図であり、101は短絡スイッチの動作値を決定する
設定器、102は比較器、103は直流スイッチ入／切指令を
反転する反転回路、104はAND回路である。In FIG. 1, the same elements as those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In FIG. 1, 80A and 80B are current limiting resistors, 90A and 90B are short-circuit switches, 6B is a voltage divider for measuring the input voltage of the chopper 8, 100 is a short-circuit switch control circuit, 91 is a command to turn on / off the short-circuit switch 90A, Reference numeral 92 is an ON / OFF command for the short circuit switch 90B, 93 is a feedback voltage of the voltage divider 6A, and 94 is a feedback voltage of the voltage divider 6B. FIG. 2 is a detailed diagram of the short-circuit switch control circuit 100. 101 is a setting device that determines the operating value of the short-circuit switch, 102 is a comparator, 103 is an inverting circuit that inverts a DC switch on / off command, and 104 is an AND. Circuit.

次に、第１図及び第２図を用いて本発明の一実施例の作
用を説明する。直流スイッチ７及びチョッパ８切後、リ
プル平滑用コンデンサ5A,5Bの両端電圧がΔＶだけ上昇
する。ΔＶだけ上昇した電圧を分圧器6A,6Bを介して帰
還電圧93,94として短絡スイッチ制御回路100に送られ
る。短絡スイッチ制御回路100内で帰還電圧93,94と設定
器101とを比較器102に入力する。比較器102で帰還電圧9
3,94＞設定値の時、比較器102の出力が「１」となる。
又、直流スイッチ入／切指令54が切の時、反転回路が
「１」となり、その信号と比較器102の信号とをAND回路
に入力する。直流スイッチ入／切指令54が切で帰還電圧
93,94＞設定値の時、短絡スイッチ90A,90Bに入指令が発
せられ、リプル平滑用コンデンサ5A,5Bの電荷は限流抵
抗80A,80Bを介して放電され、帰還電圧＜設定値となっ
た時、短絡スイッチ90A,90Bに切指令が発せられる。第
３図は上記説明を各部波形で示したものである。Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. After the DC switch 7 and the chopper 8 are turned off, the voltage across the ripple smoothing capacitors 5A and 5B increases by ΔV. The voltage increased by ΔV is sent to the short-circuit switch control circuit 100 as the feedback voltage 93, 94 via the voltage divider 6A, 6B. The feedback voltages 93 and 94 and the setter 101 are input to the comparator 102 in the short-circuit switch control circuit 100. Feedback voltage 9 with comparator 102
When 3,94> the set value, the output of the comparator 102 becomes "1".
When the DC switch ON / OFF command 54 is OFF, the inverting circuit becomes "1" and the signal and the signal of the comparator 102 are input to the AND circuit. DC switch ON / OFF command 54 is OFF and feedback voltage
When 93,94> set value, the short-circuit switches 90A, 90B are commanded to enter and the ripple smoothing capacitors 5A, 5B are discharged through the current limiting resistors 80A, 80B, and the feedback voltage becomes less than the set value. When this happens, a cut command is issued to the short-circuit switches 90A and 90B. FIG. 3 shows the above description with waveforms at various parts.

［発明の効果］以上説明のように、本発明によれば、直流スイッチ及び
チョッパが開放された際に、平滑用リアクトルの電磁エ
ネルギによって、平滑用コンデンサの電圧が上昇して
も、その上昇分は短絡スイッチを閉路することにより限
流抵抗器で消費することが出来るため、負荷電流立上時
の精度を運転毎に一定に保つことができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, even when the voltage of the smoothing capacitor is increased by the electromagnetic energy of the smoothing reactor when the DC switch and the chopper are opened, the amount of increase in the voltage is increased. Can be consumed by the current limiting resistor by closing the short-circuit switch, so that the accuracy when the load current rises can be kept constant for each operation.

[Brief description of drawings]

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図は
第１図の短絡スイッチ制御回路の詳細図、第３図は本発
明の一実施例の運転時の各部波形を示す図、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
運転時の各部波形を示す図である。１……交流母線、2A,2B……整流器用変圧器、3A,3B……
制御整流器、4A,4B……リップル平滑用リアクトル、5A,
5B……リップル平滑用コンデンサ、６……分圧器、７…
…直流スイッチ、８……チョッパ、9A,9B……ダイオー
ド、10……負荷、80A,80B……限流抵抗、90A,90B……短
絡スイッチ、91,92……短絡スイッチ入／切指令、100…
…短絡スイッチ制御回路。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed view of the short-circuit switch control circuit of FIG. 1, and FIG. 3 shows waveforms at various parts during operation of the embodiment of the present invention. FIG. 4 and FIG. 4 are circuit configuration diagrams showing a conventional electromagnet power supply device, and FIG. 5 is a diagram showing waveforms at various parts during conventional operation. 1 ... AC bus, 2A, 2B ... Transformer for rectifier, 3A, 3B ...
Control rectifier, 4A, 4B ... Ripple smoothing reactor, 5A,
5B: ripple smoothing capacitor, 6: voltage divider, 7 ...
… DC switch, 8… Chopper, 9A, 9B… Diode, 10… Load, 80A, 80B… Current limiting resistance, 90A, 90B… Short circuit switch, 91, 92… Short circuit switch on / off command, 100 ...
… Short-circuit switch control circuit.

Claims

[Claims]

1. A direct current voltage source having a smoothing reactor and a smoothing capacitor, a direct current switch having a direct current switch on the output side, a direct current source having a chopper on the output side, and these direct current voltage source and direct current. In an electromagnet power supply device in which a source is connected in series to energize a load coil, a series circuit including a current limiting resistor and a short-circuit switch connected in parallel to each of the smoothing capacitors, the DC switch and the chopper. An electromagnet power supply device comprising a short circuit switch control circuit that closes the short circuit switch under an AND condition of a disconnection command signal to the switch and a signal generated when the voltage of the smoothing capacitor exceeds a predetermined value.