高電力アプリケーション用の高電圧電源

Glassmanの名称は、信頼性の高い、技術開発への献身、リーン生産原則、電源業界では他に類を見ない顧客サポートの代名詞となっています。 現在GlassmanはXP Powerの高電圧製品に参加しており、全ての電力要件に対する製品選択肢が大幅に広がっています。

XP Glassmanはおそらく、業界内最大の標準電圧範囲の高圧電源から、或いは調整、変更・モディフィケーション、又は完全なカスタム設計と製造によって、ほとんどの高電圧DC電源要件を解決することが出来ます。 標準モデルには最大500kVDCの出力電圧と、最大200kWの出力定格があり、全て3年間の保証が付いています。


アプリケーション

DC電源は、商用、防衛及び研究市場で幅広いアプリケーションに利用されています。 XP Glassmanは40年以上にわたり業界をリードするOEM、民間及び公的研究機関に電力供給技術を提供してきました。 DC電源技術は世界中の人々の生活や社会を日常的に改善するプロセスや機器に活用されています。 XP GlassmanはDC電源分野におけるリーダーシップの役割を誇りに思っており、21世紀の産業と科学の発展を支える先端技術を提供することを楽しみにしています。


XP Glassmanが技術を提供する典型的なアプリケーションには次のものがあります:(クリックして拡大)


  • イオン注入器
  • 物理蒸着
  • 電子ビームリソグラフィー

  • イオンビーム蒸着
  • イオンビームアシスト蒸着
  • 電子ビーム蒸着
  • 電子ビーム溶接
  • イオン源
  • DCマグネトロンスパッタリング
  • ガラス/ウェブコーナー
  • グロー放電
  • Cバイアス
  • マイクロ波プロセス

  • キャピラリー電気泳動
  • 質量分析計
  • X線蛍光
  • マイクロフルイディクス
  • 電気力学

  • PETスキャナー
  • サイクロトロンを生成するFDG
  • ガンマカメラ
  • 放射線治療システム

  • コンデンサテスト
  • CRTディスプレイテスト
  • ケーブル回線の障害テスト
  • DCモータテスト
  • TWTテスト
  • 耐圧・ハイポットテスト

  • 粒子加速器
  • 自由電子レーザー
  • 中性子源
  • サイクロトロンソース
  • パルス形成ネットワーク
  • マルクス・ジェネレータ
  • コンデンサ・チャージャ
  • MIT低重力水の濾過研究プロジェクト

  • フライトシミュレータ
  • マイクロ波加熱及びRF増幅器用クライストロン/マグネトロン
  • ナノテクノロジーアプリケーション
  • E静電気対策アプリケーション
  • エレクトロスピニング


カスタム機能


XP Glassmanは長年にわたり電気及び機械設計の柔軟性を開発しており、標準製品にて十分カバー出来ない場合には、御客様のアプリケーション要件に特化した御客様のカスタム製品設計を提供することが出来ます。 御客様のニーズに合わせた電源調整やサポートに関する御問い合わせを希望される場合は、こちらまで御問い合わせ下さい。


高電圧・電力テクノロジー

XP Glassmanによって開発され採用された技術とトポロジーは、業界で最も簡単に維持可能な一方で、ほとんどのアプリケーションに容易に適応可能なコンパクトで信頼性の高いHV電源を提供することを可能にします。 ほとんど全てのXP Glassman電源は主絶縁媒体として空気を使用し、ラインPWMコンバータを使用した高周波PWMを使用します。


過酷な環境条件下で動作する超小型モジュールには適しませんが、空気絶縁はほとんどのアプリケーションで寄生容量の損失を最小限に抑える軽量で修理可能な構造を備えています。我々は優れた安定性と精度を達成するために、等電位グレーディングと敏感な部品の静電シールドを組み込んだHV構造を開発しました。全てのHVアセンブリは、ピークトランスの2次電圧を最小限に抑えながら高DC出力を達成する為に、よく知られているコックロフト・ウォルトンの電圧逓倍器のコンセプト(又はそのバリエーション)に基づいています。空気を使用することにより、必要に応じてHVコンポーネントを強制的に冷却することが出来ます。強制空冷により、アーク又は過負荷が発生した場合のピーク放電電流を最小限に抑える直列保護抵抗の値を(実用的な場合に)増加させること出来ます。 (注:一部のモデル又はアプリケーションでは、外部直列抵抗が必要です。)これによりHVコンポーネントと顧客の負荷を保護するだけでなく、アーク中に発生する放電エネルギーを低減し、機密性の高い制御やマイクロコントローラを損傷または破壊する電磁干渉(EMI)パルスを最小限に抑えます。これらの技術は全て高電圧アセンブリ全体の信頼性を改善するだけでなく、完全な電源構造の制御及び電力要素を改善します。


150kV以上では、これらの電圧で大規模になるHVコネクタとケーブルを排除するオープンエアの「スタック」を採用しています。トロイダル端子と等電位面は、静電界を最小にする為に使用されます。 150kV以下のユニットでは、壁が全電圧に耐えられる独自のHV絶縁筐体にHVアセンブリを取り付けます。この筐体は難燃性材料で作られており、コロナを最小限に抑える為の均一な表面勾配を提供するように設計されています。これは接地されたシャーシに取り付けられています。


HV電源の変換周波数を高くする問題の1つは反射された寄生容量です。 これは表面と地面との近接によって形成されます。 大きなHV構造では反射された寄生容量をかなり大きくすることが出来ます。 固体又は液体のカプセル化が使用される場合、空気の誘電率は1.0であり、大部分のカプセル材料は3〜4.5のオーダーである為、このキャパシタンスは空気中よりもはるかに高くなります。 キャパシタンスは絶縁誘電率に正比例します。


私たちのHV変圧器は通常、二次側に6kV以下のピーク電圧を持ち、適切な電圧勾配を持つ自立式の大口径巻線を作る為に特殊なユニバーサル巻線技術を採用しています。 更に適切な勾配の為の十分なスペースを与える大きなウィンドウUコアを採用しています。


XP Glassman HV電源は当社独自のPWMコンバータ技術を主電力変換に利用しています。 通常、AC主電源電圧は整流され、変圧器のないラインから直接DCレールにフィルタされます。 多くの場合、レギュレーションされた400VDCレールバスを提供する為に、力率補正ブーストコンバータが採用されています。 これは1に非常に近い力率を提供し、実質的にライン高調波電流を排除し、主電源から引き出されるVAを低減します。 DCレール電圧は変換器に供給され、線路間絶縁を提供するHV変圧器を介してHVアセンブリに結合されます。 コンバータの駆動信号はライン・アース間分離をも提供する絶縁トランスによって、コンバータ・スイッチング・デバイスに接続されています。


当社の電源のほとんどは30kHzから70kHzのスイッチング周波数で動作するコンバータを使用し、スイッチング素子としてFET又はIGBTの何れかを使用しています。 変換効率は90%以上です。 コンバータトポロジはスナバ又はスイッチング損失でそれを消散させるのではなく、2次電圧を切り替える為に、浮遊容量及び巻線間のトランスの容量に保存されたエネルギーを使用する為、大きな比の昇圧トランスをドライブするのに適しています。


変換器はパルス幅変調され、変換エネルギーを蓄積する為に集積化された磁気を利用します。 これはターンオン損失を排除するゼロ電流ターンオントポロジーです。 固定周波数で動作し、スイッチング周波数リップル成分を最小限に抑え、制御ループ応答を改善します。 このコンバータの設計は本質的に電流制限されている為、外部制御や保護が無くてもコンバータは連続的に完全短絡状態に陥ることがあり、トランスの二次側の完全短絡にも耐えることさえ出来ます。


全てのXP Glassman電源は自動クロスオーバーによる高速動作電圧及び電流フィードバックループ制御を採用しています。更にアーク、過負荷、又は短絡からの回復を含む、あらゆる状態からの電圧の安全で十分な制御されたランプアップを保証する技術が使用されています。これによりいかなる回復条件下でも危険な電圧オーバーシュートを防止します。


全てのXP Glassman電源は冗長低電圧検出機能を採用している為、入力電源電圧の摂動からゼロまで完全に保護されています。これにより、ブラウンアウトや大きなラインドロップアウト時の安全な動作が保証されます。バイアスレール電圧は全て単一のソースから得られ、オン/オフ時のバイアス電圧の上昇と下降は通常の動作と同じ関係にとどまります。これにより、フィードバック演算増幅器が制御を失って不適切な駆動信号を生成する可能性が排除されます。


さまざまなローカル及びリモートコントロールの可能性がXP Glassmanの標準規格になります。 RS232、USB、イーサネットの制御と監視も多くの電源で利用可能です。 オプションの外部シリアルインタフェースは、デジタル制御が統合されていない電源にも使用可能です。 全てのコンピュータ・インタフェースは、ホストコンピュータと最大1000VACの電源間を完全に絶縁します。 これはHV電源が動作する高騒音で過渡的な環境では非常に重要です。 この技術はユーザ側と電源側の両方で、機密性の高いコンピュータ回路を完全に分離して保護します。


ほとんどのXP Glassmanのデザインは、高速アークセンシングと保護を採用しています。高電圧電源が放電される度に、HVアセンブリ内に蓄えられたエネルギーは電源内の直列制限抵抗に供給されます。これらの抵抗はHVダイオード及びコンデンサを保護し、EMIを低減するレベルに放電電流を制限する為に必要です。ほとんどのXP Glassman電源は電圧回復時間が速い為、繰り返しアーキング中に直列制限抵抗で消費される電力はエネルギーとアーク繰り返し周波数の積に比例します。これは蓄積されたエネルギー値の何倍もの可能性があります。


サイズとレイアウトの観点から、この散逸を全て処理する為に十分な制限抵抗を取り付けることは必ずしも実用的ではありません。抵抗器は高エネルギータイプであり、短いアーク弧に耐えることが出来ますが、連続アーク状態に耐えることは出来ません。保護はアークカウント回路によって提供され、アークの数が指定された時間内に安全なリミットを超えた場合にHVの生成を抑制します。この技術により制限抵抗で合理的な平均電力損失が可能になります。当社のアーク・センス回路は、マイクロ秒以内に過度の「煩わしさ」を伴うこと無く電源保護を提供するスレッショルド(閾値)で応答します。電源がオフになった後、通常5秒以内に自動リセットが実行されます。オプションとして電源を永久にラッチオフすることが出来ます。電源のリセットは外部信号を介して行うことが出来ます。アーククエンチ機能は各アークの後に一定時間コンバータを禁止します。これによりアークを消滅させることが出来ます。


アーク検出回路の主目的は電源を保護する事ですが、アプリケーションによっては電源が駆動する負荷を保護することも出来ます。 例えば通常、外部直列抵抗が設けられているイオン源の場合、アークカウント機能は必要ありません。 しかしながら「アーククエンチ」機構によるアークの迅速な消火は、イオン源を損傷から保護します。 パラメータが電源保護を維持する為に必要な範囲内にとどまっている限り、アークセンシング機能の抑制時間、感度、及び周波数は、どのアプリケーションでもカスタム変更出来ます。 アークセンス感度スレッショルド(閾値)を適切に調整出来るように外付け抵抗を負荷と直列に使用する場合は、弊社に相談して下さい。


アークはHV出力が放電する時に中心目盛りの2cm左のポイントで発生します。 HV出力の蓄積エネルギーはアークが消滅する迄アークによって放電されます。この写真ではアークは約12kVで消灯しています。ゼロは実線の水平線です。


アーククエンチは出力が再充電されるまでの遅延によって示されるように、20msの間、HV出力をディスエーブル(抑制)します。 出力再充電特性により出力は定格の約25%まで急速に充電されます(電源の定格電流と総出力容量と負荷によって決まります)。 25%から定格まで、出力は指数関数的に50msの時定数で上昇します。


出力が最初に放電された距離に関係なく、早い立ち上がりが定格の25%である事に注意して下さい。 出力が完全に放電した場合、高速初期立ち上がりは完全な25%、この場合は15kVになります。 しかしアークは12kVで消弧しているので、急速な上昇は15kV~12kV = 3kVに過ぎません。


Arc Response - Oscilloscope
60kV電源のアーク応答オシロスコープ


6kV以上で使用される標準的なXP Glassman HVコネクタ・システムは、スプリング式接点を備えた深い井戸管を採用しています。 コネクタの深さは電圧レベルによって異なります。 この深さは相手方ケーブルを挿入せずに電源装置を操作すると、人が危険な電圧に触れることが無いように設計されています。 相手ケーブルのシールドは安全のためシャーシで終端されています。

テクニカルノート(技術的注意事項)

製品設計を支援する為にダウンロード可能なテクニカルノートを準備しました。 これらのテクニカルノートは高電圧電源で設計する際の潜在的な問題と懸案事項を通知するのに役立つ、さまざまなテーマを網羅しています。


ダウンロード 高電圧抵抗負荷
ダウンロード 高電圧電源のテスト手順