JP2018500863A - 安定化制御式ユニバーサル高圧電源（変形） - Google Patents

Abstract

本発明は、ハイキャパシティ低電圧及び高電圧電源がそこで使用される技術分野に関する。本デバイスは、１次巻線３、及び、ストレージキャパシタ６．１〜６．ｍに接続される整流器５．１〜５．ｍに直列に接続される１つ ４．１の又は幾つか ４．１〜４．ｍの２次巻線を有する周波数変圧器２を備える電力モジュール１を含む。１次巻線３に対して、電力計８が接続され、その入力は、計量エネルギーパルス発生器９の出力及び一定１次電圧源１０に接続される。デバイスは、同様に、マイクロコントローラ１４及びマシニンタフェース１５を備える。第２の変形によれば、デバイスは、出力において並列に接続されたＮの同一の電力ユニットを含む。特許請求される本発明は、デバイスが、制御された電流源モード、電圧源モード、及び電力源モードで動作することを可能にし；本発明は、デバイスが、負荷のタイプ（抵抗性、容量性、複素数）に適応することを更に可能にする。【選択図】図１

Description

本発明のグループは、パルス駆動式高電圧エンジニアリングに関し、また、低電圧及び高電圧ハイ電源を使用して、Ｘ線技術、電子ビーム溶接、及び他の技術分野において、低電圧及び高電圧ストレージキャパシティを充電し、高周波数及び超高周波数モジュレータに給電するために使用される可能性がある。知られているＤＣ電源[ロシア特許ＳＵ７５２６８４，ＢＩ Ｎｏ．２８，１９８０]。

この電源は、１次巻線Ｗ_０及びＮの２次巻線（Ｗ１，…，Ｗ_Ｎ）を有する高電圧変圧器を含む。変圧器のＮの２次巻線のそれぞれは、キャパシタフィルタを有する整流器２、３、４、…、Ｎの入力に接続され、整流器出力は直列に接続される。整流器は、出力にフィルタキャパシタを有するダイオードブリッジである。

高電圧ＤＣ電源は、次の通りに動作する。ＡＣ主電圧は、変圧器の１次巻線に供給される。変圧器は、１次巻線上の電圧レベルを２次巻線の所定の電圧レベルに変換する。２次巻線ＡＣ電圧は、対応する整流器の入力に印加される。ＤＣ電圧Ｕが各整流器の出力において生成される。整流器の出力の直列接続を考えると、ＤＣ電圧の累積値が、電源の出力に生成され、その電圧は、Ｎ^＊Ｕに等しく、負荷に印加される。

このデバイスの重要な利点は、比較的低い電圧要素を使用して高電圧を生成できることである。しかし、この解決策は、負荷における絶縁破壊の影響の低減を提供しない。

最も近い技術的解決策は、電子ビーム機器用の高電圧電源[ロシア特許ＲＵ２３４９０２０Ｃ１，２００７]（プロトタイプ）である。

このデバイスは、Ｎの２次巻線、及び、容量性フィルタコンポーネントを有するＮの整流器を有する高電圧変圧器を備え、変圧器の２次巻線の任意の２次巻線は、整流器の対応する入力に接続され、整流器出力は直列に接続される。

電源は、３相昇圧変圧器に基づき、変圧器の２次巻線の任意の２次巻線は、Ｎ相整流器アセンブリのうちの１つのアセンブリの入力に接続され、整流器出力は直列に接続される。

負荷におけるアーク発生時に出力電流制限モードを提供するため、Ｎの整流器のそれぞれに接続される降圧型レギュレータが存在する。このデバイスの利点は、電流に対する絶縁破壊の影響をなくすことである。しかし、デバイスの欠点は、負荷におけるアーク発生時に出力電流制限モードだけが使用されるため、電力制御が存在しないことである。

ロシア特許ＳＵ７５２６８４，ＢＩ Ｎｏ．２８，１９８０ ロシア特許ＲＵ２３４９０２０Ｃ１，２００７

本発明の目的は、以下の主要な特徴を有する安定化電源を提供することである。以下の主要な特徴とは、
・電圧及び電流の所定の制限における所定の電流・時間、電圧・時間、又は電流・電圧曲線で負荷の電圧及び電流を設定することができること；
・電圧源モード（電流は負荷抵抗によって決定される）及び電流源モード（電圧は負荷抵抗によって決定される）において働くことができること；
・負荷のタイプ（抵抗性、容量性、複素数）に対する適応；

・特別な保護なしでの短絡に対する耐性
である。

本発明（変形）のこれらの特徴は、種々の技術システム（電子ビーム溶接、高い容量性エネルギーストレージを充電すること、レーザ、加速器、レーダ技術用のシステム電力高周波数及び超高周波数モジュレータ、イオン注入、電子及びイオンリソグラフィの機器の一部として、電子顕微鏡機器、断層撮影機器、Ｘ線機器の一部として）においてその使用の柔軟性を決定する。

技術的結果は、本発明の実施形態を実装することによって得られる可能性がある：
・制御された電圧源モード、制御された電流源モード、制御された電力源モードにおける電源動作の可能性が存在する（負荷に応じて、デバイスは、１作業サイクル内で上記モードのうちの１つのモードに切換る可能性がある）；
・適切なモード（電流源、電圧源、電力源）における電流、電圧、又は電力設定に対する時間又は境界変化が存在する；
・それ自身のデジタル制御法の適用によって達成可能な、理論的に無制限の精度及び制御速度；
・デバイスのモジュール性によって、負荷に伝達される電力を増加させる可能性が存在する；
・類似物ハイ電源と比較して、最大効率での最適な各電力モジュールの動作による高い効率が存在する；

問題を解決するときの技術的結果を達成するため、実施形態Ｉの提案される安定化制御式ユニバーサル高圧電源は、電力モジュールを含み、電力モジュールは、ｍの２次巻線セクション及びｍの整流器を有する変圧器を含み、全ての整流器出力は直列に接続され、前記変圧器の前記２次巻線の各セクションに、対応する整流器入力が接続され、安定化制御式ユニバーサル高圧電源は、１次ＤＣ電源、電力ドーサ、エネルギードーズのパルス発生器、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール、コンピュータインタフェース、及びＭＣＵを装備し、エネルギードーズのパルス発生器は、電気的に相互接続される基準発振器、エネルギードーズのパイプライン分配器、及び比較器を含み、電力ドーサは、変圧器１次巻線に接続され、また、４つの入力を有し、４つの入力のうちの２つの入力は１次ＤＣ電源に接続され、他の２つの入力はエネルギードーズのパイプライン分配器の出力に接続され、ｍの整流器アセンブリのそれぞれは、ストレージキャパシティに接続される整流器として設計され、ストレージキャパシティの出力は、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュールの入力に接続され、モニタリングモジュール出力は比較器及びＭＣＵに接続され、ＭＣＵはコンピュータインタフェースに接続され、ＭＣＵの出力は、エネルギードーズのパイプライン分配器の比較器入力に接続される。

同様に、問題を解決するときの技術的結果を達成するため、実施形態Ｉの安定化制御式ユニバーサル高圧電源は、エネルギードーズのパルス発生器を装備し、エネルギードーズのパルス発生器は、２つの入力を有するエネルギードーズのパイプライン分配器を装備し、２つの入力のうちの一方の入力は基準発振器の出力に接続され、別の入力は比較器の出力に接続され、ｍの整流器の任意の整流器は、整流器の周りに対称に搭載される偶数のストレージキャパシタンスを装備する。

同様に、安定化制御式ユニバーサル高圧電源の問題を解決するときの技術的結果を達成するため、実施形態Ｉによる１次ＤＣ電源は、単相又は３相整流器スキームによって形成されてもよく、電力ドーサはブリッジ回路で形成され、電力ドーサのスイッチ入力は１次ＤＣ電源の出力に接続される。

同様に、問題を解決するときの技術的結果を達成するため、実施形態ＩＩの安定化制御式ユニバーサル高圧電源は、ｍの２次巻線セクション及びｍの整流器を含む電力モジュールを含み、変圧器の２次巻線の任意のセクションは、整流器の対応する入力に接続され、全ての整流器出力は直列に接続される、安定化制御式ユニバーサル高圧電源であって、Ｎの電力ブロックを装備し、電力モジュールは、１次ＤＣ電源、電力ドーサ、エネルギードーズのパルス発生器、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール、コンピュータインタフェース、及びＭＣＵを装備し、それらの全ては電力ブロックを形成する。同様に、デバイスは、ｎの出力を有する基準発振器、外部制御手段、及びＮの電力ブロックを装備し、任意の電力ブロックは、電気的に相互接続される基準発振器、エネルギードーズのパイプライン分配器、及び比較器を含み、電力ドーサは、変圧器１次巻線に接続され、電力ドーサは、４つの入力を有し、４つの入力のうちの２つの入力は１次ＤＣ電源に接続され、他の２つの入力はエネルギードーズのパイプライン分配器の出力に接続され、ｍの整流器アセンブリのそれぞれは、ストレージキャパシティに接続される整流器として設計され、ストレージキャパシティの出力は、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュールの入力に接続され、モジュールの出力は比較器及びＭＣＵに接続され、ＭＣＵはコンピュータインタフェースに接続され、ＭＣＵの出力は、エネルギードーズのパイプライン分配器の比較器入力に接続され、任意のＮの電力ブロックのエネルギードーズパルスのパイプライン分配器の入力は基準発振器の対応するｎの出力に接続され、それぞれの電力ブロック出力は、並列に外部制御手段に接続される。

同様に、実施形態ＩＩの安定化制御式ユニバーサル高圧電源の問題を解決するときの技術的結果を達成するため、Ｎの電力ブロックの任意のコンピュータインタフェースはＭＣＵバスによって並列に接続され、ｍの電力モジュール整流器の任意の整流器は、整流器に関して対称に搭載される偶数のストレージキャパシタンスを装備する

同様に、安定化制御式ユニバーサル高圧電源の問題を解決するときの技術的結果を達成するため、実施形態ＩＩによる１次ＤＣ電源は、単相又は３相整流器スキームによって形成されてもよく；電力ドーサはブリッジ回路で形成され、電力ドーサの入力は１次ＤＣ電源の出力に接続される

同様に、実施形態ＩＩの安定化制御式ユニバーサル高圧電源の問題を解決するときの技術的結果を達成するため、電源において、偶数又は奇数の電力ブロックが導入されてもよく、基準発振器は、適切な数の出力を持つように形成されてもよい。

特許請求される発明のグループのこれらの特徴は、重要であり、因果関係によって相互接続され、技術的結果を達成するのに十分である本質的な特徴のセットを形成する。

これらの特徴は、それらの使用が従来技術、類似物、及びプロトタイプにおいて見出されないため新しい。これらの特徴は、本発明の提案される変形を革新の基準に適合するものとして特徴付けることを可能にする。

新しい本質的な特徴及びよく知られている特徴は、タスクを解決する可能性があり、また、安定化制御式ユニバーサル高圧電源の設計オプションを改善するときの新しい技術的結果を達成する可能性があり、提案される技術的解決策は、従来技術、類似物、及びプロトタイプとの本質的な差によって特徴付けられる。

本発明（変形）の本質は図面によって示される。

安定化制御式ユニバーサル高圧電源の機能線図である（変形Ｉ）。 安定化制御式ユニバーサル高圧電源の電力ブロックの機能線図である（変形Ｉ）。 負荷に対して動作する安定化制御式ユニバーサル高圧電源の電力ブロックの機能線図である（変形Ｉ）。 安定化制御式ユニバーサル高圧電源の機能線図である（変形ＩＩ）。 電力ブロックの機能線図である（変形ＩＩ）。 負荷に対して動作する安定化制御式ユニバーサル高圧電源の電力ブロックの機能線図である（変形ＩＩ）。 一般的な場合について出力パラメータを制御する提案される方法のグラフィカル表現である（変形ＩＩ）。 並列に動作する２つの電力ブロックの機能線図である（変形ＩＩ）。 並列に動作する４つの電力ブロックの機能線図である（変形ＩＩ）。 並列に動作する８つの電力ブロックの機能線図である（変形ＩＩ）。

特許請求される本発明（変形）は、本質的な特徴の上記組合せの所望の技術的結果を達成することができることを立証する特定の例によって示される。
変形Ｉ

安定化制御式ユニバーサル高圧電源は、電力モジュール１（図１）を備え、電力モジュール１は、１次巻線３、及び、１つ ４．１の又は複数 ４．１〜４．ｍの２次巻線を有する周波数変圧器２を含み、それらは、１次電圧と出力電圧との間にガルバニック絶縁を提供する。任意の２次巻線４．１〜４．ｍは、整流器のうちの１つの整流器に直列に接続される。

任意の２次巻線４．１〜４．ｍは、整流器５．１〜５．ｍのうちの１つの整流器に直列に接続され、整流器は、２次巻線４．１〜４．ｍの異なるように方向付けられた電流を単方向分岐出力電流に変換する。

任意の整流器５．１〜５．ｍは、２つ以上のストレージキャパシティ６．１〜６．ｍを装備し、このキャパシティは、５．１〜５．ｍからのそれぞれの出力分岐電流によって生成されるエネルギーストレージを提供し、同様に、キャパシティは、電圧２倍化を提供する。６．１〜６．ｍのキャパシタンスの第１の出力及び最後の出力は、出力電圧及び電流をモニターするための入力モジュール７に接続される。電力ドーサ８は１次巻線３に接続され、電力ドーサ８は、ブリッジ回路で実装され、変圧器２の１次巻線３を通して順方向及び逆方向電流切換えモードで交互に動作する。

電力ドーサ８の２つの入力は、矩形制御パルスの形態で、エネルギードーズのパルス発生器９によって生成されるエネルギードーズを受取るため、エネルギードーズのパルス発生器９の出力に接続される。パルス幅はエネルギードーズによって決定される。電力ドーサ８の他の２つの入力は、１次ＤＣ電源１１に接続され、１次ＤＣ電源１１は、要求される出力電力に応じて、単相整流器又は３相整流器であってよい。エネルギードーズのパルス発生器９は、基準パルス周波数を生成する電気的に相互接続される基準発振器１１、発生器パルスを再生するエネルギードーズのパイプライン分配器１２、及び比較器１３を含む。エネルギードーズのパイプライン分配器１２は、基準発振器１１の出力に接続される１つの入力、及び、比較器１３の出力に接続される第２の入力を有する。比較器１３の２つの入力は、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュールの出力に接続される。デバイスは、ＭＣＵ１４及びコンピュータインタフェース１５を装備し、一方、ＭＣＵ１４は、コンピュータインタフェース１５に適応する。ＭＣＵ１４入力は、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュールの出力及び比較器１３の出力に接続され、ＭＣＵ出力は、標準的な外部コントロールとの通信を可能にするコンピュータインタフェース１５に接続される。
変形ＩＩ

安定化制御式ユニバーサル高圧電源は、１〜Ｎと指定した２〜ｎの電力ブロックを備え（図４）、任意の電力ブロック出力は、外部負荷に並列に接続され、任意の電力ブロックは、ｎの出力を有する基準発振器１１１を含む。電力ブロック１〜Ｎは、互いに同様に設計され、したがって、電力ブロック１〜Ｎの任意の電力ブロックの構造的内容は、電力ブロックＩの例に関して詳細に述べられる。

電力ブロックは、電力モジュール１０１．１を備え（図４）、電力モジュール１０１．１は、１次巻線１０３．１、及び、１つ １０４．１．１の又は複数 １０４．１．１〜１０４．１．ｍの２次巻線を有する周波数変圧器１０２．１を含み、変圧器は、出力電圧と１次電圧との間にガルバニック絶縁を提供する。任意の２次巻線１０４．１．１〜１０４．１．ｍは、整流器１０５．１．１〜１０５．１．ｍのうちの１つの整流器に直列に接続され、整流器は、２次巻線１０４．１．１〜１０４．１．ｍの異なるように方向付けられた電流を単方向分岐出力電流に変換する。

任意の整流器１０５．１．１〜１０５．１．ｍは、２つ以上のストレージキャパシティ１０６．１．１〜１０６．１．ｍを装備し、このキャパシティは、１０５．１．１〜１０５．１．ｍの整流器からのそれぞれの出力分岐電流によって生成されるエネルギーストレージを提供し、同様に、キャパシティは、電圧２倍化を提供する。キャパシタンス１０６．１．１〜１０６．１．ｍの第１の出力及び最後の出力は、出力電圧及び電流をモニターするための入力モジュール７に接続される。

電力モジュール１０１．１は、電力ドーサ１０８．１、電源１１０．１、エネルギードーズのパルス発生器１０９．１を含み、エネルギードーズのパルス発生器１０９．１は、電気的に相互接続されるエネルギードーズのパイプライン分配器１１２．１及び比較器１１３．１及びＭＣＵ１１４．１を備え、ＭＣＵは、コンピュータインタフェース１１５．１に接続される。１次巻線１０３．１は、電力ドーサ１０８．１に接続され、電力ドーサ１０８．１は、ブリッジ回路で実装され、変圧器１０２．１の１次巻線１０３．１を通して順方向及び逆方向電流切換えモードで交互に動作する。電力ドーサ１０８．１の２つの入力は、エネルギードーズのパルス発生器１０９．１の一部であるエネルギードーズのパイプライン分配器１１２．１の出力に接続され、これらの入力は、矩形制御パルスの形態で、発生器１０９．１によって生成されるエネルギードーズを受取るために使用され、パルス幅はエネルギードーズを決定する。電力ドーサ１０８．１の他の入力は、１次ＤＣ電源１１０．１に接続され、１次ＤＣ電源は、要求される出力電力に応じて、単相整流器回路又は３相整流器回路として形成されてもよい。

エネルギードーズのパイプライン分配器１１２．１の１つの入力は、基準発振器１１１のｎの出力のうちの１つの出力に接続され、エネルギードーズのパイプライン分配器１１２．１の第２の入力は、比較器１１３．１の出力に接続される。比較器１１３．１の２つの入力は、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール１０７．１の出力に接続される。ＭＣＵ１１４．１入力は、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール１０７．１の出力及び比較器１１３．１の出力に接続され、ＭＣＵ出力は、標準的な外部コントロールとの通信を可能にするコンピュータインタフェース１１５．１に接続される。ＭＣＵ１１４．１は、同時に動作される電力ブロックＩＩ〜Ｎとの情報交換のためにＭＣＵバス１１６．１に接続される。

電力ブロックＩ〜Ｎ（図４）のそれぞれが、同一に設計されることから、エネルギードーズパルスのパイプライン分配器１１２．２〜１１２．ｎの各入力は、基準発振器１１１の対応するｎの出力に接続される。更に、外部コントロールとの通信のためのＭＣＵ１１４．１〜１１４．ｎのうちの１つのＭＣＵのコンピュータインタフェースへの接続は、自動的に、このＭＣＵを「マスター（ｍａｓｔｅｒ）」にし、一方、ＭＣＵ１１４．１〜１１４．ｎの残りのＭＣＵは、「スレーブ（ｓｌａｖｅ）」になる。図４に関して、ＭＣＵ１１４．２がマスターである。
安定化制御式ユニバーサル高圧電源は次の通りに動作する
変形Ｉ

デバイスは、外部コントロールからのコマンドであって、コンピュータインタフェース１５を通ってＭＣＵ１４にやって来る、コマンドによって制御され、ＭＣＵは、コマンドを信号として、パルス発生器９及びドーシング比較器１３に送信する。基準発振器１１及びエネルギードーズパルスのパイプライン分配器１２によって、２つの矩形ドーズパルス：Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２が、厳密に予め決められたデューティサイクルを持って形成され、これらのパルスは、電力ドーサ８に印加される。電力ドーサ８は、１次ＤＣ電源から固定量のエネルギーを受取る。１つの電力ドーズは、式：Ｅ＝Ｕ・Ｉ・τ_ｄｚに従って計算される。
ここで、Ｕ−１次ＤＣ電圧；
Ｉ−１次巻線の電流；
τ_ｄｚ−Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２のパルス幅；

Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１パルスは、電力ドーサ８の対応するスイッチ対をターンオンする。半波形態の直流Ｉ_ｔｒ（実線、図２）が、１次ＤＣ電源１０から変圧器２の１次巻線３を通って流れる。半波の電流振幅は、１次ＤＣ電源１０の電圧によって決定され、半波の幅は、変圧器２の共振パラメータによって決定される。半波の幅は、変圧器２の設計フィーチャ：変圧器の磁気特性（ＢＨ曲線）、１次ターンの数、２次巻線の数、及びそれぞれにおけるターンの数に依存するだけである。例えば、変圧器２の１次巻線のインダクタンスが１８．８ｍＨに等しいとき、半波の幅は８μｓである。

半波エネルギーのほとんどは、変圧器２の２次巻線４．１〜４．ｍに行き、ストレージキャパシティ６．１〜６．ｍ内に蓄積され、半波の残りのエネルギーは、変圧器２のインダクタンス及び回路コンポーネントの構造的フィーチャによって生じる寄生キャパシタンス内に貯蔵される。直流半波が終了すると、貯蔵されたエネルギーは、１次ＡＣ・ＤＣ電源１０に戻し、変圧器２の１次巻線３上に同じ幅の逆電流半波（点線、図２）を生成する。逆半波エネルギーは、同様に、４．１〜４．ｍの２次巻線に供給され、ストレージキャパシティ６．１〜６．ｍ内に蓄積され、それによって、電力モジュール１の効率を大幅に増加させる。

Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．２パルスの間、逆方向であるがＤｏｚ．Ｉｍｐ．１と同じプロセスが存在する。Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．２パルスは、変圧器２上に対称「脱磁（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚｅ）」を生成し、変圧器２がその中にいるとその性能を失うコアの磁気飽和をなくす。

この場合、パルス幅は、共振を壊さないため半波の幅より小さくあるべきでない。パルス幅は、半波共振幅を５〜１０％超えて、回路パラメータのプリセッションの結果として起こる可能性があるパルス幅の過剰な減少を防止してもよい。

デバイスが負荷に作用しているとき、ストレージキャパシティ６．１〜６．ｍ内のエネルギーは消費され、電力ブロックＩの機能線図は修正されることになる（図３）。角度ａは、ストレージキャパシタンス６．１〜６．ｍにおける電圧降下を記述し、負荷に依存する。そのため、各パルスは、１次ＤＣ電源１０から伝送される固定ドーズのエネルギーをストレージキャパシタンス６．１〜６．ｍに一定周波数で提供する。周波数は、変圧器２の共振パラメータによって制限される。Ｕ_ｓｅｔは、マシンインタフェース１５（図１）及びＭＣＵ１４を通して外部コントロールによって設定され、この電圧は、Ｉ_ｓｅｔを超えない負荷電流によって達せられ維持されなければならない。コマンド「Ｓｔａｒｔ」は、電力ドーサ８内で伝送Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２パルスを始動する。固定ドーズのエネルギーは、一定周波数でストレージキャパシタンス６．１〜６．ｍに流入し始める。このプロセスは、負荷に放出されるストレージキャパシティ６．１〜６．ｍのエネルギーを充填する。この場合、負荷における電流及び電圧は、負荷インピーダンス（抵抗性、容量性、複素数）に従って変化する。

出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール７からの測定されたＩ_ｍｅａｓ及びＵ_ｍｅａｓは比較器１３に適用され、測定されたＩ_ｍｅａｓ及びＵ_ｍｅａｓはプリセットされたＵ_ｓｅｔ及びＩ_ｓｅｔと比較される。Ｉ_ｍｅａｓ＞Ｉ_ｓｅｔであるかまたはＵ_ｍｅａｓ＞Ｕ_ｓｅｔであるとき、比較器１３は、コマンド「Ｄｓｂｌ Ｆｓ」を生成する。このコマンドは、エネルギードーズのパイプライン分配器１２内でパルスを通過させることをディセーブルする。エネルギードーズのパイプライン分配器１２は、電流パルスがＤｓｂｌ Ｆｓコマンドの時点で存在する場合、電流パルスが終了するより早くない時点で、パルス送信を停止し、ストレージキャパシティ６．１〜６．ｍ内へのエネルギードーズの送出を遅延させ、それにより、負荷における電流及び電圧が落ちることになる。Ｉ_ｍｅａｓ＜Ｉ_ｓｅｔになるかまたはＵ_ｍｅａｓ＜Ｕ_ｓｅｔになるとすぐに、比較器１３は、コマンド「Ｅｎｂｌ Ｆｓ」を生成する。このコマンドは、エネルギードーズのパイプライン分配器１２内でパルスを通過させることをイネーブルし、送信が停止する前に次の（この場合、第２の）パルスからのインパルス送信を再開する。これは、電力ドーサ８上でＤｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２を送信することを中断することによって、変圧器２の先に述べた対称「脱磁」を提供する。エネルギードーズのパイプライン分配器１２は、電流設定のモニタリングと電圧設定のモニタリングの両方においてパイプラインパルス転送を提供する。その理由は、自己調節がエネルギーパラメータ（エネルギードーズ）によって生成され、電流と電圧との間の分配が、負荷に応じて「自己調節（ｓｅｌｆ−ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）」であるからである。負荷電圧が設定値に達していない限り、デバイスは、電流源モードにあり、このモードにおいて、負荷上の電圧は、負荷抵抗（用語「抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）」は、非線形の、例えば、容量性の負荷を仮定する）によって決定される。電流が設定値に達する前に、負荷電圧が設定値に達する場合、デバイスは、電圧源モードに切換え、このモードにおいて、電流は負荷抵抗によって決定される。

明らかに、Ｉ_ｓｅｔ及びＵ_ｓｅｔが、電圧及び電流の所定の限界内での動作中に変化する場合、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール７、比較器１３、及びエネルギードーズのパイプライン分配器１２は、Ｉ_ｓｅｔ及びＵ_ｓｅｔが生じるにつれてそれらを自動的に処理することになる。

コンピュータインタフェース１５を通した外部コントロールを使用して、Ｉ_ｓｅｔ及びＵ_ｓｅｔは、一定であるとしてではなく、所定の法則に従う値のセットとして指定される可能性がある。ＭＣＵ１４は、外部コントロールから値のセットを受信し、値のセットを比較器１３に送信する。負荷において短絡が存在する場合、Ｉ_ｍｅａｓが限界から外れるため、ストレージキャパシタンス６．１〜６．ｍが高速に放電し、同時に、電力ドーサ８上でＤｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２を送信することが中断される。短絡が継続する場合でも、制限レベル未満の負荷電流降下、Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２パルスの送信が、最小エネルギードーズの体積内で再開し、それは、指定された負荷電流をゼロ電圧に維持するために実施されることになる。
変形ＩＩ

安定化制御式ユニバーサル高圧電源は、次の通りに動作する：
デバイスは、外部コントロールからのコマンドであって、幾つかのコンピュータインタフェース１１５．１〜１１５．ｎを通ってｎのＭＣＵのうちの１つのＭＣＵ（例えば、図４上のＭＣＵ１１４．２）にやって来る、コマンドによって制御される。そのＭＣＵはマスターである。この場合（図４）、他のＭＣＵ１１４．１、１１４．３〜１１４．ｎはスレーブであり、内部ＭＣＵバス１１６．１〜１１６．ｎを通して制御される。他の場合、直接アドレスモードは、任意のＭＣＵ１１４．１、１１４．３に対してイネーブルする。ＭＣＵは、コマンドを復号し、Ｉ_ｓｅｔ値によって負荷に関して達成され維持されるべきであるＵ_ｓｅｔ値をセットアップする。コマンド「Ｓｔａｒｔ」は、電力ブロック１〜Ｎの一部である電力ドーサ１０８．１〜１０８．ｎ内で伝送Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２パルスを始動する。電力ドーサ１０８．１〜１０８．ｎは、ＤＣ電源から固定量のエネルギーを受取る。１つの電力ドーズは、式：Ｅ＝Ｕ・Ｉ・τ_ｄｚに従って計算される。
ここで、Ｕ−１次ＡＣ・ＤＣ電圧；
Ｉ−１次巻線の電流；
τ_ｄｚ−Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２のパルス幅；

Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１パルスは、電力ドーサ１０８．１〜１０８．ｎの対応するスイッチ対をターンオンする。半波形態の直流Ｉ_ｔｒ（実線、図５，６，７）が、１次ＤＣ電源１１０．１〜１１０．ｎから変圧器１０２．１〜１０２．ｎの１次巻線１０３．１〜１０３．ｎを通って流れる。半波の電流振幅は、１次ＤＣ電源１１０．１〜１１０．ｎの電圧によって決定され、半波の幅は、変圧器１０２．１〜１０２．ｎの共振パラメータによって決定される。半波の幅は、変圧器１０２．１〜１０２．ｎの設計フィーチャ：変圧器の磁気特性（ＢＨ曲線）、１次ターンの数、２次巻線の数、及びそれぞれにおけるターンの数に依存するだけである。

基準発振器１１１は、位相オフセット並びに同じ周期及びデューティサイクルを有する基準周波数ｆｓ．１〜ｆｓ．ｎのセットを生成する。位相オフセットは、同時に動作される並列電力ブロック１〜Ｎの数に依存する。２つの電力ブロックの機能線図は図８に存在し、４つの電力ブロックの機能線図は図９に存在し、８つの電力ブロックの機能線図は図９に存在する。任意のｆｓ．１〜ｆｓ．ｎは、対応するエネルギードーズのパイプライン分配器１１２．１〜１１２．ｎ用の基準周波数である。基準周波数に基づいて、それぞれのエネルギードーズのパイプライン分配器１１２．１〜１１２．ｎは、そのＤｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２の対を生成する（図７〜１０）。

Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１パルスは、電力ドーサ１０８．１〜１０８．ｎの対応するスイッチ対をターンオンする。半波形態の直流Ｉ_ｔｒ（実線、図５，６，７）が、１次ＤＣ電源１１０．１〜１１０．ｎから変圧器１０２．１〜１０２．ｎの１次巻線１０３．１〜１０３．ｎを通って流れる。半波の電流振幅は、１次ＤＣ電源１１０．１〜１１０．ｎの電圧によって決定され、半波の幅は、変圧器１０２．１〜１０２．ｎの共振パラメータによって決定される。半波の幅は、変圧器１０２．１〜１０２．ｎの設計フィーチャ：変圧器の磁気特性（ＢＨ曲線）、１次ターンの数、２次巻線の数、及びそれぞれにおけるターンの数に依存するだけである。例えば、変圧器１０２．２の１次巻線のインダクタンスが１８．８ｍＨに等しいとき、半波の幅は８μｓである。

半波エネルギーのほとんどは、変圧器１０２．２の２次巻線１０４．２．１〜１０４．２．ｍに行き、ストレージキャパシティ１０６．２．１〜１０６．２．ｍ内に蓄積され、半波の残りのエネルギーは、変圧器１０２．２のインダクタンス及び回路コンポーネントの構造的フィーチャによって生じる寄生キャパシタンス内に貯蔵される。直流半波が終了すると、貯蔵されたエネルギーは、１次ＡＣ・ＤＣ電源１１０．２に戻り、変圧器１０２．２の１次巻線１０３．２上に同じ幅の逆電流半波を生成する。逆半波エネルギーは、１０４．２．１〜１０４．２．ｍの２次巻線に供給され、ストレージキャパシティ１０６．２．１〜１０６．２．ｍ内に蓄積され、それによって、電力モジュール１０１．２の効率を大幅に増加させる。

Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．２パルスの間、逆方向であるがＤｏｚ．Ｉｍｐ．１と同じプロセスが存在する。Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．２パルスは、変圧器１０２．２上に対称「脱磁」を生成し、変圧器１０２．２がその中にいるとその性能を失うコアの磁気飽和をなくす。

この場合、パルス幅は、共振を壊さないため半波の幅より小さくあるべきでない。パルス幅は、半波共振幅を５〜１０％超えて、回路パラメータのプリセッションの結果として起こる可能性があるパルス幅の過剰な減少を防止してもよい。そのため、各パルスは、１次ＤＣ電源１１０．１〜１１０．ｎから伝送される固定ドーズのエネルギーをストレージキャパシタンス１０６．２．１〜１０６．２．ｍに一定周波数で提供する。周波数は、変圧器１０２．２の共振パラメータによって制限される。

コマンド「Ｓｔａｒｔ」は、電力ドーサ１０８．２内で伝送Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２パルスを始動する。固定ドーズのエネルギーは、一定周波数でストレージキャパシタンス１０６．２．１〜１０６．２．ｍに流入し始める。このプロセスは、負荷に放出されるストレージキャパシティ１０６．２．１〜１０６．２．ｍのエネルギーを充填する。この場合、負荷における電流及び電圧は、負荷インピーダンス（抵抗性、容量性、複素数）に従って変化する。

デバイスが負荷に作用しているとき、ストレージキャパシティ１０６．２．１〜１０６．２．ｍ内のエネルギーは消費され、電力ブロックＩＩの機能線図は修正されることになる（図６）。角度ａは、ストレージキャパシタンス１０６．２．１〜１０６．２．ｍにおける電圧降下を記述し、負荷に依存する。そのため、各パルスは、１次ＤＣ電源１１０．１〜１１０．ｎから伝送される固定ドーズのエネルギーをストレージキャパシタンス１０６．２．１〜１０６．２．ｍに一定周波数で提供する。周波数は、変圧器１０２．２の共振パラメータによって制限される。

出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール１０７．２からの測定されたＩ_ｍｅａｓ及びＵ_ｍｅａｓは比較器１１３．２に適用され、測定されたＩ_ｍｅａｓ及びＵ_ｍｅａｓはプリセットされたＵ_ｓｅｔ及びＩ_ｓｅｔと比較される。Ｉ_ｍｅａｓ＞Ｉ_ｓｅｔであるかまたはＵ_ｍｅａｓ＞Ｕ_ｓｅｔであるとき、比較器１１３．２は、コマンド「Ｄｓｂｌ Ｆｓ」を生成する。このコマンドは、エネルギードーズのパイプライン分配器１１２．２内でパルスを通過させることをディセーブルする。エネルギードーズのパイプライン分配器１１１２．２は、電流パルスがＤｓｂｌ Ｆｓコマンドの時点で存在する場合、電流パルスが終了するより早くない時点で、パルス送信を停止し、ストレージキャパシティ１０６．２．１〜１０６．２．ｍ内へのエネルギードーズの送出を遅延させ、それにより、負荷における電流及び電圧が落ちることになる。Ｉ_ｍｅａｓ＜Ｉ_ｓｅｔになるかまたはＵ_ｍｅａｓ＜Ｕ_ｓｅｔになるとすぐに、比較器１１３．２は、コマンド「Ｅｎｂｌ Ｆｓ」を生成する。このコマンドは、エネルギードーズのパイプライン分配器１１２．２内でパルスを通過させることをイネーブルし、送信が停止する前に次の（この場合、第２の）パルスからのインパルス送信を再開する。これは、電力ドーサ１０８．２上でＤｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２を送信することを中断することによって、変圧器１０２．２の先に述べた対称「脱磁」を提供する。エネルギードーズのパイプライン分配器１１２．２は、電流設定のモニタリングと電圧設定のモニタリングの両方においてパイプラインパルス転送を提供する。その理由は、自己調節がエネルギーパラメータ（エネルギードーズ）によって生成され、電流と電圧との間の分配が、負荷に応じて「自己調節」であるからである。負荷電圧が設定値に達していない限り、デバイスは、電流源モードにあり、このモードにおいて、負荷上の電圧は、負荷抵抗（用語「抵抗」は、非線形の、例えば、容量性の負荷を仮定する）によって決定される。電流が設定値に達する前に、負荷電圧が設定値に達する場合、デバイスは、電圧源モードに切換え、このモードにおいて、電流は負荷抵抗によって決定される。

明らかに、Ｉ_ｓｅｔ及びＵ_ｓｅｔが、電圧及び電流の所定の限界内での動作中に変化する場合、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール１０７．２、比較器１１３．２、及びエネルギードーズのパイプライン分配器１１２．２は、Ｉ_ｓｅｔ及びＵ_ｓｅｔが生じるにつれてそれらを自動的に処理することになる。

コンピュータインタフェース１１５．２を通した外部コントロールを使用して、Ｉ_ｓｅｔ及びＵ_ｓｅｔは、一定であるとしてではなく、所定の法則に従う値のセットとして指定される可能性がある。ＭＣＵ１１４．２は、外部コントロールから値のセットを受信し、値のセットを比較器１１３．２に送信する。負荷において短絡が存在する場合、Ｉ_ｍｅａｓが限界から外れるため、ストレージキャパシタンス１０６．２．１〜１０６．２．ｍが高速に放電し、同時に、電力ドーサ１０８．２上でＤｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２を送信することが中断される。短絡が継続する場合でも、制限レベル未満の負荷電流降下、Ｄｏｚ．Ｉｍｐ．１及びＤｏｚ．Ｉｍｐ．２パルスの送信が、最小エネルギードーズの体積内で再開し、それは、指定された負荷電流をゼロ電圧に維持するために実施されることになる。

エネルギードーズの流れは、ｆｓ．１〜ｆｓ．ｎに基づき、一方、ｎの電力ブロックは、同時にかつ並列に動作する（図４）。基準周波数ｆｓ．１〜ｆｓ．ｎは位相シフトされ（図８〜１０）、ストレージキャパシタンスの総電荷は、より大量の電力ブロックが存在する場合よりもより均一に増大する。したがって、負荷上の電流及び電圧は減少する。Ｉ〜Ｎの並列電力ブロックが存在する場合、Ｎの電力ブロックのそれぞれは、デバイスの総出力電力よりｎ倍小さい電力を持たなければならず、したがって、電力ブロックは、より小さなサイズの変圧器及び低電力スイッチからなる可能性がある。

特許請求される発明のグループは、本質的な特徴のセットによって特徴付けられる。

特許請求される発明のグループは、既存の技術を使用することによってその実装が可能であるため、新規性及び工業適用可能性の条件に適合する。

Claims (12)

1. 安定化制御式ユニバーサル高圧電源において、ｍの２次巻線セクション及びｍの整流器を有する変圧器を含む電力モジュールを含み、前記変圧器の前記２次巻線の各セクションに、対応する整流器入力が接続され、全ての出力についての整流器が直列に接続される、安定化制御式ユニバーサル高圧電源であって、１次ＤＣ電源、電力ドーサ、エネルギードーズのパルス発生器、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール、コンピュータインタフェース、及びＭＣＵを装備し、エネルギードーズの前記パルス発生器は、電気的に相互接続される基準発振器、エネルギードーズパルスのパイプライン分配器、及び比較器を含み、前記電力ドーサは、前記変圧器１次巻線に接続され、また、４つの入力を有し、４つの入力のうちの２つの入力は前記１次ＤＣ電源に接続され、他の２つの入力は前記エネルギードーズパルスのパイプライン分配器の出力に接続され、ｍの整流器アセンブリのそれぞれは、ストレージキャパシティに接続される整流器として設計され、前記ストレージキャパシティの出力は、前記出力電圧及び電流をモニターするための前記モジュールの入力に接続され、前記モジュール出力は前記比較器及び前記ＭＣＵに接続され、前記ＭＣＵは前記コンピュータインタフェースに接続され、前記ＭＣＵの出力は、エネルギードーズパルスのパイプライン分配器の比較器入力に接続される、安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
2. エネルギードーズの前記パルス発生器は、２つの入力を有するエネルギードーズのパイプライン分配器を装備し、前記２つの入力のうちの一方の入力は前記基準発振器の出力に接続され、別の入力は前記比較器の出力に接続される、請求項１に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
3. 前記ｍの整流器のそれぞれは、前記それぞれの整流器の周りに対称に搭載される（ｍｏｕｎｔ）偶数のストレージキャパシタンスを装備する、請求項１に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
4. 前記１次ＤＣ電源は、単相又は３相整流器スキームによって形成されてもよい、請求項１に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
5. 前記電力ドーサはブリッジ回路で形成され、前記電力ドーサのスイッチ入力は前記１次ＤＣ電源の出力に接続される、請求項１に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
6. 安定化制御式ユニバーサル高圧電源において、ｍの２次巻線変圧器セクション及びｍの整流器を含む電力モジュールを含み、前記変圧器の前記２次巻線の各セクションは、前記整流器の対応する入力に接続され、全ての出力についての整流器は直列に接続される、安定化制御式ユニバーサル高圧電源であって、Ｎの電力ブロックを装備し、各電力ブロックは、電力モジュール、ｎの出力を有する基準発振器、外部制御手段を装備し、各電力モジュールは、１次ＤＣ電源、電力ドーサ、出力電圧及び電流をモニターするためのモジュール、エネルギードーズのパルス発生器、コンピュータインタフェース、及びＭＣＵを装備し、各電力ブロックは、電気的に相互接続される基準発振器、エネルギードーズのパイプライン分配器、及び比較器を含み、前記電力ドーサは、前記変圧器１次巻線に接続され、前記電力ドーサは、４つの入力を有し、前記４つの入力のうちの２つの入力は前記１次ＤＣ電源に接続され、他の２つの入力は前記エネルギードーズのパイプライン分配器の出力に接続され、ｍの整流器アセンブリのそれぞれは、ストレージキャパシティに接続される整流器として設計され、前記ストレージキャパシティの出力は、前記出力電圧及び電流をモニターするための前記モジュールの入力に接続され、前記モジュールの出力は前記比較器及び前記ＭＣＵに接続され、前記ＭＣＵは前記コンピュータインタフェースに接続され、前記ＭＣＵの出力は、エネルギードーズのパイプライン分配器の比較器入力に接続され、それぞれのＮの電力ブロックのエネルギードーズパルスのパイプライン分配器の前記入力は基準発振器の対応するｎの出力に接続され、それぞれの電力ブロック出力は、互いに並列に前記外部制御手段に接続される、安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
7. Ｎの電力ブロックのコンピュータインタフェースはＭＣＵバスによって並列に接続される、請求項６に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
8. ｍの電力モジュール整流器の任意の整流器は、前記整流器に関して対称に搭載される偶数のストレージキャパシタンスを装備する、請求項６に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
9. 電力ブロックの前記１次ＤＣ電源は、単相又は３相整流器スキームによって形成されてもよい、請求項６に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
10. 前記電力ドーサはブリッジ回路で実装され、前記電力ドーサの入力は前記１次ＤＣ電源の出力に接続される、請求項６に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
11. 偶数の電力ブロックを装備し、前記基準発振器は、偶数の出力を持つように形成されてもよい、請求項６に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。
12. 奇数の電力ブロックを装備し、前記基準発振器は、奇数の出力を持つように形成されてもよい、請求項６に記載の安定化制御式ユニバーサル高圧電源。