JP2008125325A - Dc high-voltage generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コッククロフト・ウォルトン回路を備えた直流高電圧発生装置に関する。 The present invention relates to a direct current high voltage generator provided with a Cockcroft-Walton circuit.
高電圧電子顕微鏡や、原子をイオン化させ、それを取り出してビームとし、このイオンビームを物質に照射して物質の形や性質を変えようとする様な集束イオンビーム装置等の直流高電圧発生装置の昇圧整流回路としては、高安定が要求されることから、一般的に、コッククロフト・ウォルトン回路(Cockcroft−Walton Circuit、略してCWC)が使用されている。
図1はバランス型コッククロフト・ウォルトン回路を使用した直流高電圧発生装置の概略を示している。
DC high-voltage generators such as high-voltage electron microscopes and focused ion beam devices that ionize atoms, take them out and use them as a beam, and irradiate the material with this ion beam to change the shape and properties of the material As the step-up rectifier circuit, since a high stability is required, a Cockcroft-Walton circuit (CWC) is generally used.
FIG. 1 shows an outline of a DC high voltage generator using a balanced cockcroft-Walton circuit.
図中1は電力増幅器で、該電力増幅器からの直流電圧は、発振器2から出力されるパルスにより相補的にオンオフするスイッチング素子3,4によりスイッチングされる。尚、5は極性反転器(インバータ)である。
In the figure, reference numeral 1 denotes a power amplifier. A DC voltage from the power amplifier is switched by
該スイッチングにより、共振トランス(自分自身とコッククロフト・ウォルトン回路のインピーダンスで決まる共振周波数で励振するトランス)6,7の一次側に一定周期でその極性が反転する電流、即ち、交流電流が流れ、その為、該トランス6,7の二次側に高周波電圧が誘起される。
As a result of the switching, a resonant transformer (a transformer that excites at a resonant frequency determined by the impedance of itself and the Cockcroft-Walton circuit) 6, 7 has a current whose polarity is inverted at a constant cycle, that is, an alternating current flows. Therefore, a high frequency voltage is induced on the secondary side of the
該高周波電圧は2組のコンデンサとダイオードのペア(複数段のコンデンサC1とダイオードD1のペアから成る第1カラムと、複数段のコンデンサC2とダイオードD2のペアから成る第2カラム)からなるコッククロフト・ウォルトン回路8により昇圧・整流される。尚、前記コッククロフト・ウォルトン回路8はバランス型コッククロフト・ウォルトン回路を成しており、その頂部には、バランス抵抗R1,R2が設けられている。
The high frequency voltage is composed of two pairs of capacitors and diodes (a first column composed of a plurality of stages of capacitors C1 and D1 and a second column composed of a pair of capacitors C2 and a diode D2). The voltage is boosted and rectified by the Walton
これらのバランス抵抗R1,R2の接続中点からの高電圧は、フィルタ抵抗RfとフィルタコンデンサCfから成るフィルタ回路(リップル除去回路)9によってそのリップル分(変動分)が除去される。 The high voltage from the connection middle point of these balance resistors R1 and R2 is removed by the filter circuit (ripple removal circuit) 9 including the filter resistor Rf and the filter capacitor Cf.
この様にして生成された直流電圧は前記フィルタ回路9からの直流高電圧は負荷10に供給される。
The DC voltage generated in this way is supplied to the
さて、この様な構成の直流高電圧発生装置においては、前記負荷10に供給される直流高電圧が、部品の温度ドリフト等の影響を受けてしまう。そこで、この様な温度ドリフト等の影響に基づく変動を除去するために、誤差増幅器11を設け、前記負荷7への直流高電圧Voを抵抗Raを介して、基準電源12からの基準直流電圧Vrefを抵抗Rbを介して、それぞれ前記誤差増幅器11に入力し、前記負荷10への直流高電圧が前記基準直流電圧に等しくなる様な直流高電圧が電力増幅器1から前記各共振トランス6,7の一次側に供給される様に成した帰還回路13を設けている。
In the DC high voltage generator having such a configuration, the DC high voltage supplied to the
所で、前記誤差増幅器11の利得が全ての周波数帯域で十分大きければ、前記帰還回路13は全ての周波数帯域で高い安定性を確保することが出来る。しかし、実際には、前記誤差増幅器8は高い周波数帯域では位相が遅れて発振を引き起こし、高い周波数帯域では利得を大きくすることが出来ないので、前記帰還回路13が高い安定性を十分に確保出来るのは低周波数帯域である。
If the gain of the error amplifier 11 is sufficiently large in all frequency bands, the feedback circuit 13 can ensure high stability in all frequency bands. However, in practice, the
一方、前記フィルタ回路9は前記コッククロフト・ウォルトン回路8からの直流高電圧のリップル(変動)を除去するが、低周波数帯域のリップル(変動)について十分に除去出来ないので、十分に除去可能なのは高周波数帯域のリップル(変動)である。
On the other hand, the filter circuit 9 removes the DC high voltage ripple (variation) from the Cockcroft-Walton
従って、この様な直流高電圧発生装置においては、前記フィルタ回路9が十分働く(変動分の除去)高周波数帯域と前記帰還回路13が十分に働く(変動分の除去)低周波数帯域の中間の周波数帯域にあるノイズ(変動)については十分に除去出来ず、この中間周波数帯域での安定性が良くなかった。 Accordingly, in such a DC high voltage generator, the filter circuit 9 is sufficiently active (variation removal) and the feedback circuit 13 is sufficiently effective (variation removal) between the low frequency band. Noise (variation) in the frequency band could not be removed sufficiently, and the stability in this intermediate frequency band was not good.
本発明はこの様に問題を解決するために成されたもので、新規な直流高電圧発生装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problem as described above, and an object thereof is to provide a novel DC high voltage generator.
本発明の直流高電圧発生装置は、一次側に交流電流が流れることにより、二次側に高周波電圧を誘起するトランス、該トランスの二次側に誘起された高周波電圧を昇圧・整流するコッククロフト・ウォルトン回路、該コッククロフト・ウォルトン回路からの直流高電圧に含まれるリップルを除去するためのリップル除去回路、該リップル除去回路からの直流高電圧が基準直流電圧に等しくなる様な直流高電圧を前記トランスの一次側に供給することにより前記リップル除去回路からの直流高電圧の基準直流電圧に対する変動分を除去する様に成した帰還回路を備えた高電圧発生装置において、前記リップル除去回路からの直流高電圧の変動分を検出する変動分検出回路、該変動分検出回路が検出した変動分の信号の内、所定周波数帯域の信号を通過させる帯域フィルタ、該帯域フィルタを通過した信号の極性を反転し、前記励振トランスの二次側に供給する反転増幅器を設けたことを特徴とする。 The direct current high voltage generator of the present invention includes a transformer that induces a high frequency voltage on the secondary side when an alternating current flows on the primary side, a cockcroft that boosts and rectifies the high frequency voltage induced on the secondary side of the transformer. A Walton circuit, a ripple removal circuit for removing ripples included in the DC high voltage from the Cockcroft-Walton circuit, and a DC high voltage such that the DC high voltage from the ripple removal circuit is equal to a reference DC voltage. In a high voltage generator comprising a feedback circuit configured to remove a fluctuation of a DC high voltage from the ripple removal circuit with respect to a reference DC voltage by supplying to the primary side of the DC high voltage, the DC high voltage from the ripple removal circuit is A fluctuation detection circuit for detecting a fluctuation in voltage, and a signal in a predetermined frequency band among the fluctuation signals detected by the fluctuation detection circuit Band filter that passes, inverts the polarity of the signal passed through the band-filters, characterized in that a supply inverting amplifier on the secondary side of the excitation transformer.
本発明によれば、負荷への直流高電圧の全周波数帯域の変動分を除去することが出来るので、全周波数帯域で安定した直流高電圧を負荷に供給することが出来る。 According to the present invention, fluctuations in the entire frequency band of the DC high voltage to the load can be removed, so that a stable DC high voltage in the entire frequency band can be supplied to the load.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2は本発明に基づく直流高電圧発生装置の1概略例を表したものである。図中、前記図1にて使用された記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。 FIG. 2 shows a schematic example of a DC high voltage generator according to the present invention. In the figure, the same reference numerals as those used in FIG. 1 denote the same components.
図2に示す直流高電圧発生装置が図1に示す直流高電圧発生装置と構成上で異なるところは以下の通りである。 The difference between the DC high voltage generator shown in FIG. 2 and the DC high voltage generator shown in FIG. 1 is as follows.
図2の直流高電圧発生装置においては、負荷10に供給される直流高電圧の変動成分のみ検出する為に、検出コンデンサCdと検出抵抗Rdとの直列回路から成る検出回路14を帰還回路13と負荷10の間に設け、更に、該検出回路と、共振トランス6の二次側と7の二次側の中間点との間に、除去したい周波数帯域の変動信号のみ通過させる帯域フィルタ15と、該帯域フィルタを通過した変動信号の極性を反転・増幅する反転増幅器16を挿入した。
In the DC high voltage generator shown in FIG. 2, in order to detect only the fluctuation component of the DC high voltage supplied to the
この様な構成の直流高電圧発生装置において、電力増幅器11からの直流電圧は、発振器2から出力されるパルスにより相補的にオンオフするスイッチング素子3,4によりスイッチングされる。
In the DC high voltage generator having such a configuration, the DC voltage from the power amplifier 11 is switched by the
該スイッチングにより、共振トランス6,7の一次側に交流電流が流れることにより、該トランス6,7の二次側に高周波電圧が誘起される。
By the switching, an alternating current flows on the primary side of the
該高周波電圧はコッククロフト・ウォルトン回路8により昇圧・整流され、該コッククロフト・ウォルトン回路の2つのバランス抵抗R1,R2の中点に直流高電圧が得られる。この直流高電圧に含まれる高周波リップル分は、フィルタ回路9により低減され、負荷10の方へ供給される。
The high-frequency voltage is boosted and rectified by the Cockcroft-Walton
この直流高電圧は、基準電源12から抵抗Rbを介して基準直流電圧が供給されている誤差増幅器11へ抵抗Raを介して送られる。該誤差増幅器は、抵抗Raを介した直流高電圧Vo/Raが抵抗Rbを介した基準電源12からの基準電圧Vref/Rbに等しくなる様な直流電圧が電力増幅器1から前記各共振トランス6,7の一次側に供給されるように作動する。この結果、前記負荷10の方へに送られる直流高電圧の基準直流電圧に対する低周波変動分が除去される。
This high DC voltage is sent from the
更に、この直流高電圧の変動分が、検出回路14により検出され、帯域フィルタ15に送られる。
Further, the fluctuation of the DC high voltage is detected by the
該帯域フィルタは、前記直流高電圧の変動分の内、除去したい周波数帯域の変動分信号、即ち、前記低周波数帯域と高周波数帯域帯の中間周波数帯域の変動分信号のみ通過させ、反転増幅器16に送る。 The band-pass filter passes only the fluctuation signal of the frequency band to be removed among the fluctuations of the DC high voltage, that is, the fluctuation signal of the intermediate frequency band between the low frequency band and the high frequency band. Send to.
該反転増幅器は、中間周波数帯域の直流高電圧変動分信号の極性を反転・増幅して、前記共振トランス6の二次側と7の二次側の中間点に供給し、前記コッククロフト・ウォルトン回路8の二次側基準電位を変化させる。この結果、前記負荷10に送られる直流高電圧の中間周波数帯域の変動分が除去される。
The inverting amplifier inverts and amplifies the polarity of the DC high voltage fluctuation signal in the intermediate frequency band, and supplies it to the intermediate point between the secondary side and the secondary side of the
以上の結果、フィルタ回路9,帰還回路13及び検出回路14を経て負荷10に供給されるコッククロフト・ウォルトン回路8からの直流高電圧は、全周波数帯域の変動分が除去されものとなる。
尚、前記例では、本発明を、コッククロフト・ウォルトン回路としてバランス型コッククロフト・ウォルトン回路を使用した直流高電圧発生装置に応用した例を示したが、当然のことながら、本発明は、他の型のコッククロフト・ウォルトン回路を使用した直流高電圧発生装置にも応用可能であることは言うまでもない。
As a result, the DC high voltage from the Cockcroft-Walton
In the above example, the present invention is applied to a DC high voltage generator using a balanced cockcroft-Walton circuit as a cockcroft-Walton circuit. However, the present invention is not limited to other types. Needless to say, the present invention can also be applied to a DC high voltage generator using the Cockcroft-Walton circuit.
1…電力増幅器
2…発振器
3,4…スイッチング素子
5…極性反転器
6,7…共振トランス
8…コッククロフト・ウォルトン回路
9…フィルタ回路
Rf…フィルタ抵抗
Cf…フィルタコンデンサ
10…負荷
11…誤差増幅器
12…基準電源
13…帰還回路
14…検出回路
15…帯域フィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power amplifier 2 ...
DESCRIPTION OF
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- 2006-11-15 JP JP2006309245A patent/JP2008125325A/en active Pending
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