JP2000349376A - Power unit for laser oscillator - Google Patents
Power unit for laser oscillatorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザロッド光励
起用ランプの励起電流にフィードバック制御を施したレ
ーザ発振器用電源装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device for a laser oscillator which performs feedback control on an excitation current of a lamp for exciting a laser rod light.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体レーザ発振器用電源装置は、制御対
象である励起ランプの駆動電流を制御してランプを発光
させ、この発光によってレーザ媒体を励起し、レーザ光
を出力する働きをなしている。例えば固体レーザ発振器
の一つの用途であるパルスレーザ溶接機では、1パルス
が数10msec程度のパルス時間幅のレーザ光を繰り
返し出射して溶接を行うが、溶接の品質を向上させるた
めに、1パルス内のエネルギーが複雑な任意の波形の指
令に対しても励起ランプに供給される電流出力がこの波
形に追従できるように、レーザ電源装置には高い制御性
が求められる。2. Description of the Related Art A power supply for a solid-state laser oscillator has a function of controlling a drive current of an excitation lamp to be controlled to cause the lamp to emit light, thereby exciting a laser medium and outputting a laser beam. . For example, in a pulse laser welding machine, which is one application of a solid-state laser oscillator, one pulse repeatedly emits laser light having a pulse time width of about several tens of msec to perform welding. In order to improve welding quality, one pulse is used. The laser power supply device is required to have high controllability so that the current output supplied to the excitation lamp can follow this waveform even in response to a command of an arbitrary waveform whose energy is complicated.
【0003】励起ランプの電流制御を行っている従来の
レーザ電源装置の一例として、図4に特開平9−232
656に記載されている構成を示す。図中のレーザ電源
装置110において、励起ランプ154に流す電流Iに
スイッチング制御によるパルス幅のフィードバック制御
を行うため、この電流を検出する電流センサ128とラ
ンプ電流検出回路130を設け、ランプ電流検出値を制
御部126に与え、制御部126が、このランプ電流検
出値(MI)を設定電流値(SI)と比較し、次のサイ
クルではその比較誤差に応じたパルス幅でスイッチング
・トランジスタ116をオンさせてランプ電流の平均値
または実効値を設定値または設定波形に合わせる比例制
御を行っている。FIG. 4 shows an example of a conventional laser power supply for controlling the current of an excitation lamp.
656 is shown. In the laser power supply device 110 shown in the figure, in order to perform feedback control of the pulse width by switching control on the current I flowing through the excitation lamp 154, a current sensor 128 for detecting the current and a lamp current detection circuit 130 are provided. Is supplied to the control unit 126, and the control unit 126 compares the lamp current detection value (MI) with the set current value (SI), and turns on the switching transistor 116 with a pulse width corresponding to the comparison error in the next cycle. As a result, proportional control is performed to match the average value or the effective value of the lamp current with the set value or the set waveform.
【0004】しかしながら、単なる比例制御に基づく従
来のレーザ発振器電源装置では、励起ランプの電圧電流
特性を考慮せずに、スイッチングトランジスタを制御し
ているため、図7に示すように電流指令(設定電流値)
が大きい時(図7(A))には、励起ランプを流れる電
流は立ち上がりが突出した波形(図7(B))になり、
電流指令が小さい時(図7(C))には、立ち上がり時
間が遅く(図7(D))なり、制御誤差が必然的に残留
してしまう。このことは、変化の大きい任意の波形の指
令に対しては、励起ランプに供給される電流出力がこの
波形に追従できないことになり、レーザ溶接のように精
密なレーザ加工を行う必要のある装置にこのレーザ発振
器電源装置を用いることは難かしい。この電流出力が任
意の波形の指令に対して追従できない原因は、アーク放
電に起因する励起ランプの電圧電流特性が、図6に示す
ように、V=K0 ×I1/2 であること、すなわち、電圧
V電流Iの関係が単にV=K0 ×Iの直線の比例関係で
はなく、平方根に比例した非直線の関係であることを考
慮していないからである。ここで、K0 は係数であり、
これは個々の励起ランプによって決まる定数である。However, in the conventional laser oscillator power supply device based on simple proportional control, the switching transistor is controlled without considering the voltage-current characteristics of the excitation lamp. Therefore, as shown in FIG. value)
Is large (FIG. 7 (A)), the current flowing through the excitation lamp has a prominent rising waveform (FIG. 7 (B)),
When the current command is small (FIG. 7C), the rise time is delayed (FIG. 7D), and a control error necessarily remains. This means that the current output supplied to the excitation lamp cannot follow this waveform in response to a command of an arbitrary waveform having a large change, and a device that requires precise laser processing such as laser welding. It is difficult to use this laser oscillator power supply device. The reason why the current output cannot follow the command of an arbitrary waveform is that the voltage-current characteristic of the excitation lamp due to arc discharge is V = K 0 × I 1/2 as shown in FIG. That is, it is not considered that the relationship between the voltage V and the current I is not merely a linear relationship of V = K 0 × I, but a nonlinear relationship in proportion to the square root. Where K 0 is a coefficient,
This is a constant determined by the individual excitation lamp.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電流
指令の大小に関わらず、電流出力に立ち上がりの突出や
大きな立ち上がり時間の遅れが生じない制御性の高いレ
ーザ発振器用電源装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser oscillator power supply having high controllability in which the current output does not have a sharp rise or a large delay in the rise time regardless of the magnitude of the current command. It is in.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ発振器用
電源装置は、励起ランプを流れる電流の検出値と前記励
起ランプの電流目標設定値との差分を演算し、前記励起
ランプの印加電圧に帰還して励起ランプを流れる電流を
制御するフィードバック制御系をPIゲイン・フィード
バック制御系で構成し、前記PIゲイン・フィードバッ
ク制御系の中に前記励起ランプの電圧電流特性に基づい
て予め設定した関数関係を演算する手段を設けたこと特
徴とする。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、
レーザ媒体励起用の励起ランプに電力を供給するための
商用3相電源と交流を整流し直流に変換するコンバータ
部からなる電源部と、前記電源部と前記励起ランプとの
間に接続されたスイッチング手段と平滑用のチョークコ
イルと電流センサと、前記電流センサの出力をA/D変
換するA/D変換器と、該A/D変換器の出力から前記
スイッチング手段のスイッチング動作を制御するための
デジタル符号の電圧指令を生成する電流制御手段と、前
記デジタル符号の電圧指令から前記スイッチング手段の
スイッチ開閉のための開閉信号を出力するPWM発生回
路とを備え、前記電流制御手段が、前記励起ランプに流
す電流の目標設定値を出力する手段と該目標設定値と前
記電流センサの出力との差分を演算する手段と該差分に
PIゲインを与える手段と該PIゲインを与える手段の
出力に前記励起ランプの電圧電流特性に基く予め設定し
た関数関係を演算する手段とを備えることを特徴とす
る。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記予
め設定した関数関係は、電圧の大きさが電流の大きさの
平方根に比例する関数関係としたことを特徴とする。ま
た、本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記励起ラン
プの電圧電流特性に基く予め設定した関数関係を演算す
る手段は、該手段への入力信号に正規化処理を施す手段
と該正規化処理を施された信号に平方根変換を施す手段
と該平方根変換に予め定めた係数を乗ずる手段を有する
ことを特徴とする。また、本発明のレーザ発振器用電源
装置は、前記PWM発生回路は、入力のデジタルの電圧
信号に基づいてオンオフのデューティ比を変えた波高値
一定のパルス信号を出力することを特徴とする。また、
本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記平滑用のチョ
ークコイルは、その遮断周波数が前記PWM発生回路の
出力するパルス信号の繰り返し周波数より低いことを特
徴とする。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、
前記励起ランプの電圧電流特性に基く予め設定した関数
関係を演算する手段は、ROMを有することを特徴とす
る。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記電
流制御手段は、ROMを有するマイクロプロセッサで構
成することを特徴とする。また、本発明のレーザ発振器
用電源装置は、前記A/D変換器と前記PWM発生回路
は一つのLSIに集積して構成されていることを特徴と
する。A power supply device for a laser oscillator according to the present invention calculates a difference between a detected value of a current flowing through an excitation lamp and a current target set value of the excitation lamp, and calculates a difference between an applied voltage of the excitation lamp and the target voltage. A feedback control system for controlling a current flowing through the excitation lamp by feedback is constituted by a PI gain / feedback control system, and a functional relationship preset in the PI gain / feedback control system based on a voltage-current characteristic of the excitation lamp. Is provided. Further, the laser oscillator power supply of the present invention,
A power supply unit comprising a commercial three-phase power supply for supplying power to an excitation lamp for exciting a laser medium and a converter unit for rectifying and converting AC to DC, and switching connected between the power supply unit and the excitation lamp Means, a choke coil for smoothing, a current sensor, an A / D converter for A / D converting an output of the current sensor, and a control unit for controlling a switching operation of the switching means from an output of the A / D converter. Current control means for generating a voltage command of a digital code; and a PWM generation circuit for outputting an open / close signal for opening and closing the switching means from the voltage command of the digital code, wherein the current control means comprises an excitation lamp. Means for outputting a target set value of a current flowing through the sensor, means for calculating a difference between the target set value and the output of the current sensor, and providing a PI gain to the difference. Characterized in that it comprises a means for calculating a preset functional relation to the output of the means for providing the means and the PI gain based on the voltage-current characteristic of the excitation lamp. Further, the laser oscillator power supply device of the present invention is characterized in that the preset functional relationship is a functional relationship in which the magnitude of the voltage is proportional to the square root of the magnitude of the current. In the power supply device for a laser oscillator according to the present invention, the means for calculating a predetermined functional relationship based on the voltage-current characteristics of the excitation lamp includes means for performing a normalization process on an input signal to the means, and the normalization process. And a means for multiplying the squared transform by a predetermined coefficient. In the power supply device for a laser oscillator according to the present invention, the PWM generation circuit outputs a pulse signal having a constant peak value in which an on / off duty ratio is changed based on an input digital voltage signal. Also,
The power supply device for a laser oscillator according to the present invention is characterized in that a cutoff frequency of the smoothing choke coil is lower than a repetition frequency of a pulse signal output from the PWM generation circuit. Further, the laser oscillator power supply of the present invention,
The means for calculating a preset functional relationship based on the voltage-current characteristics of the excitation lamp has a ROM. The power supply device for a laser oscillator according to the present invention is characterized in that the current control means is constituted by a microprocessor having a ROM. Further, the power supply device for a laser oscillator according to the present invention is characterized in that the A / D converter and the PWM generation circuit are integrated into one LSI.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
【0008】図1は、本発明の一実施形態のレーザ電源
装置の構成を示す。本レーザ発振器用電源装置は、商用
AC200Vの3相交流電源10と、この3相交流電源
10を整流し直流電圧に変換するコンバータ部11と、
直流電圧を蓄積するコンデンサ13と、パルス電流を生
成するスイッチングトランジスタ14と、チョークコイ
ル15と、回生してくる電流を再び出力に戻す回生ダイ
オード16と、電流センサ17と、励起ランプにパルス
電流を印加するダイオード18と、パルス電流に応じて
放電し励起光を発生する励起ランプ19と、励起ランプ
の光照射によってパルスレーザ光を発生するレーザ媒体
20と、PWM発生回路21にデジタルな電圧指令Vc
与えるマイクロプロセッサ50と、電圧指令Vcに応じ
てデューティ比が変化する波高値一定の高周波パルスを
スイッチングトランジスタ14のゲートに与えるPWM
発生回路21と、前記の電流センサ17のアナログ出力
をデジタル化しマイクロプロセッサ50に伝えるA/D
変換器22とにより構成されている。そして、PWM発
生回路21とA/D変換器22とは、システムLSI1
2を構成している。FIG. 1 shows a configuration of a laser power supply device according to an embodiment of the present invention. The power supply device for a laser oscillator includes a commercial AC 200 V three-phase AC power supply 10, a converter unit 11 for rectifying the three-phase AC power supply 10 and converting the same into a DC voltage.
A capacitor 13 for storing a DC voltage, a switching transistor 14 for generating a pulse current, a choke coil 15, a regenerative diode 16 for returning a regenerated current to an output again, a current sensor 17, and a pulse current for an excitation lamp. A diode 18 to be applied, an excitation lamp 19 that discharges according to a pulse current to generate excitation light, a laser medium 20 that generates pulsed laser light by irradiating light from the excitation lamp, and a digital voltage command Vc to a PWM generation circuit 21
And a PWM for giving a high-frequency pulse having a constant peak value whose duty ratio changes in accordance with the voltage command Vc to the gate of the switching transistor 14
A / D which digitizes the analog output of the generation circuit 21 and the current sensor 17 and transmits the digital output to the microprocessor 50
And a converter 22. The PWM generation circuit 21 and the A / D converter 22 are connected to the system LSI 1
2.
【0009】マイクロプロセッサ50は、予めプログラ
ミングされた制御ソフトウェアを実行する。電流制御部
30は、マイクロプロセッサ50の実行する制御ソフト
ウェアの一部である。電流制御部30は、フィードバッ
ク制御系における演算部の役割を成している。電流制御
部30は、波形指令部31、比較部32、調節部33、
及び平方根変換部34の、それぞれ以下の機能を果たす
ソフトウェアで構成されており、波形指令部31は、図
5(A)または図5(B)に示すような、時系列的に変
化する励起ランプに流す電流の目標設定値である電流指
令値Icをデジタル符号で出力する。比較部32は、電
流指令値Icと電流検出値Idの差分である制御誤差E
rを出力する。調節部33は、制御誤差Erに対して比
例的、積分的操作を加えて、制御誤差Erが減少するよ
うな調整量Uを出力する。平方根変換部34は、調整量
Uに対して励起ランプの電圧電流特性に対応した平方根
変換を行い、その変換結果に予め設定された比例係数を
乗じて電圧指令Vcを出力する。ここで、電流指令値I
c、電流検出値Id、制御誤差Er、調整量U、電圧指
令Vcのいずれもが、アナログ値ではなくデジタル符号
である。以上の電流制御部30とスイッチングトランジ
スタ14と電流センサ17を主要構成要素とする本制御
系は、PIゲイン・フィードバック系内に平方根変換部
34を新たに加えて構成されていることが特徴である。
一般的にPIゲイン・フィードバック制御は、固定値の
比例(Proportional)ゲイン、積分(In
tegral)ゲインのPIゲインを定めることで、単
なる比例制御に比べて、指令に対する速い応答速度と高
い安定性が得られる。[0009] The microprocessor 50 executes pre-programmed control software. The current control unit 30 is a part of control software executed by the microprocessor 50. The current control unit 30 functions as a calculation unit in the feedback control system. The current control unit 30 includes a waveform command unit 31, a comparison unit 32, an adjustment unit 33,
And the square root converter 34 are configured by software that performs the following functions. The waveform commander 31 is configured to change the excitation lamp that changes in time series as shown in FIG. 5A or 5B. A current command value Ic, which is a target set value of the current flowing through the controller, is output in digital code. The comparing unit 32 calculates a control error E which is a difference between the current command value Ic and the current detection value Id.
Output r. The adjusting unit 33 outputs an adjustment amount U such that the control error Er is reduced by performing a proportional and integral operation on the control error Er. The square root conversion unit 34 performs a square root conversion corresponding to the voltage-current characteristic of the excitation lamp on the adjustment amount U, multiplies the conversion result by a preset proportional coefficient, and outputs a voltage command Vc. Here, the current command value I
Each of c, the current detection value Id, the control error Er, the adjustment amount U, and the voltage command Vc is not an analog value but a digital code. The above-described control system mainly including the current control unit 30, the switching transistor 14, and the current sensor 17 is characterized in that a square root conversion unit 34 is newly added to a PI gain / feedback system. .
In general, the PI gain feedback control is based on a fixed value proportional (proportional) gain and integral (In)
By determining the PI gain of the (tegral) gain, a faster response speed and a higher stability to the command can be obtained as compared with a simple proportional control.
【0010】PWM発生回路21は、電流制御部30の
出力であるデジタル符号の電圧指令Vcに応じて、アナ
ログ信号である開閉指令Scに変換し、スイッチングト
ランジスタ14のゲートに出力する。スイッチングトラ
ンジスタ14は開閉指令Scに従ってスイッチングを行
うことにより励起ランプ18の両端に掛かる電圧を変更
する。The PWM generating circuit 21 converts the digital code voltage command Vc output from the current control unit 30 into an open / close command Sc which is an analog signal, and outputs it to the gate of the switching transistor 14. The switching transistor 14 changes the voltage applied to both ends of the excitation lamp 18 by performing switching according to the open / close command Sc.
【0011】その動作を図2に示す。加工に用いられる
レーザ光パルスのパルス幅は、前述のように典型的には
数10ms(繰り返し数10Hz)程度であり、これに
対して、電流制御部30およびシステムLSI12は、
数10kHzの高い繰り返し周波数(図2中Tf)で動
作する。波形指令部31は数10kHzのオンオフの繰
り返し周波数で電流指令Icを出力し、比較部32、調
整部33、平方根変換部34は、それぞれ制御誤差E
r、調整量U、電圧指令Vcを同一の周波数で出力す
る。PWM発生回路21は、電圧指令Vcの大きさに基
づいてオンオフのデューティ比(Ton/Tf)を変え
て、開閉指令Scをスイッチングトランジスタ14に出
力する。コンバータ部11からの直流電流は、スイッチ
ングトランジスタ14で開閉指令Scに基づいて周波数
Tfの高周波のパルス電流となる。このパルス電流が印
加されるチョークコイル16は、加工に用いられるレー
ザ光パルスのパルス周波数は十分に透過するが、電流制
御部30の動作パルス周波数Tfは遮断する、低域通過
特性を持っている。このためチョークコイルに入力した
高周波パルスは平滑化される。このため、励起ランプに
かかるチョークコイルの出力電圧は、高周波パルスであ
る開閉指令Scのデューティ比、すなわちそのデューテ
ィ比を決めている、電流制御部30の平方根変換部34
の出力である電圧指令Vcによって高低が変わる。The operation is shown in FIG. The pulse width of the laser light pulse used for processing is typically about several tens of ms (repetition rate of 10 Hz) as described above, whereas the current control unit 30 and the system LSI 12
It operates at a high repetition frequency of several tens of kHz (Tf in FIG. 2). The waveform command section 31 outputs a current command Ic at an on / off repetition frequency of several tens of kHz, and the comparison section 32, the adjustment section 33, and the square root conversion section 34 respectively control the control error E
r, the adjustment amount U, and the voltage command Vc are output at the same frequency. The PWM generation circuit 21 changes the on / off duty ratio (Ton / Tf) based on the magnitude of the voltage command Vc, and outputs an open / close command Sc to the switching transistor 14. The DC current from the converter 11 becomes a high-frequency pulse current of the frequency Tf based on the switching command Sc by the switching transistor 14. The choke coil 16 to which the pulse current is applied has a low-pass characteristic in which the pulse frequency of the laser light pulse used for processing is sufficiently transmitted, but the operation pulse frequency Tf of the current control unit 30 is cut off. . Therefore, the high-frequency pulse input to the choke coil is smoothed. For this reason, the output voltage of the choke coil applied to the excitation lamp is determined by the duty ratio of the open / close command Sc that is a high-frequency pulse, that is, the square root conversion unit 34 of the current control unit 30 that determines the duty ratio.
The level changes according to the voltage command Vc which is the output of (1).
【0012】次に平方根変換部の動作を図5を用いて説
明する。ここでは、平方根変換部は変換速度を重視し
て、ROM(Read Only Memory)に平方
根のデータを持つことで実現する。データ数は必要な精
度により決まるが、一般的に4096段階(4096ワ
ード)程度で十分と思われる。Next, the operation of the square root converter will be described with reference to FIG. Here, the square root conversion unit is realized by storing the square root data in a ROM (Read Only Memory) with emphasis on the conversion speed. Although the number of data is determined by the required precision, generally, about 4096 steps (4096 words) are considered to be sufficient.
【0013】平方根変換部34では、正規化処理40が
PIゲイン調整部33の出力値である調整量Uを0〜4
095の範囲内に正規化する。平方根変換41は正規化
したデータにROMの先頭アドレスADRを加算して、
その番地のデータを読み出し、係数乗算42の係数K0
を乗じて、電圧指令Vcとして出力する。In the square root conversion unit 34, the normalization processing 40 adjusts the adjustment value U, which is the output value of the PI gain adjustment unit 33, from 0 to 4
Normalize to the range of 095. The square root conversion 41 adds the head address ADR of the ROM to the normalized data,
The data at that address is read out, and the coefficient K 0 of the coefficient multiplication 42 is read.
And output as the voltage command Vc.
【0014】本発明の実施の形態、すなわち、電流セン
サの検出値をフィードバックデータとし、ランプの励起
電流を制御するフィードバック制御系を、マイクロプロ
セッサのソフトウェアによるPIゲイン・フィードバッ
ク制御系によって構成し、しかも、このPIゲイン・フ
ィードバック制御系の中に平方根変換部を設けたことに
よって、単なる比例制御に基づくフィードバック制御系
では得られない、図4に示すような効果が得られる。す
なわち、図4(A)、(C)のように電流指令の大小に
関わらず、電流出力は、図4(B)、(D)のように立
ち上がりの突出や大きな立ち上がり時間の遅れを生じな
い。また、精細なレーザ加工を施すために設定する複雑
な波形の電流指令(図4(E))に対しても、追随性の
良い励起ランプへの電流出力(同図(F))が得られ
る。According to an embodiment of the present invention, a feedback control system for controlling a lamp excitation current using a detection value of a current sensor as feedback data is constituted by a PI gain / feedback control system using software of a microprocessor. By providing a square root conversion unit in the PI gain / feedback control system, the effect shown in FIG. 4 that cannot be obtained by a feedback control system based on simple proportional control can be obtained. That is, as shown in FIGS. 4A and 4C, regardless of the magnitude of the current command, the current output does not cause a rise in the rise or a large delay in the rise time as shown in FIGS. 4B and 4D. . Also, a current output to the excitation lamp (FIG. 4 (F)) having a good followability can be obtained even for a current command having a complicated waveform (FIG. 4 (E)) set for performing fine laser processing. .
【0015】なお、通常の固体レーザ励起用ランプに用
いられるフラッシュランプの電圧特性は電流の1/2乗
にほぼ比例しており、上記のように平方根変換を施すこ
とによって追随性の良い励起ランプ制御が実現される
が、電圧電流特性が1/2乗の関係からずれた放電ラン
プを用いる場合には、1/2乗の非直線を直線に変換す
る平方根変換部を、任意の指数を1.0の指数に変換す
る指数変換部として、内容の下記変わった別のROMに
変えることや、高速のRAMを用いることでも実現でき
る。The voltage characteristics of a flash lamp used for a conventional solid-state laser pumping lamp are almost proportional to the half power of the current. Control is realized, but when a discharge lamp whose voltage-current characteristics deviates from the relationship of 1/2 power is used, a square root converter for converting a non-linear curve of 1/2 power into a straight line is provided with an arbitrary index of 1 As an exponent conversion unit for converting to an exponent of 0.0, it can be realized by changing to another ROM whose contents are changed as follows, or by using a high-speed RAM.
【0016】[0016]
【発明の効果】本発明によれば、電流センサの検出値を
フィードバックデータとし、マイクロプロセッサのソフ
トウェアによるPIゲイン・フィードバック制御を適用
した励起ランプ制御において、PIゲイン・フィードバ
ック制御系の中に平方根変換部を設けたことにより、励
起ランプに流れる電流が大きい状態から小さい状態ま
で、固定値の比例ゲイン、積分ゲインからなるPIゲイ
ンで、指令に対する高い追従性を示す固体レーザの電源
装置が得られる。According to the present invention, in the excitation ramp control to which the PI gain feedback control by the software of the microprocessor is applied by using the detection value of the current sensor as feedback data, the square root conversion is included in the PI gain feedback control system. With the provision of the unit, a solid-state laser power supply device exhibiting a high follow-up property to a command can be obtained with a PI gain including a fixed proportional gain and an integral gain from a state where the current flowing through the excitation lamp is large to a small state.
【図1】本発明の一実施形態のレーザ発振器用電源装置FIG. 1 is a power supply device for a laser oscillator according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施形態中のPWM発生回路の動作
を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of a PWM generation circuit according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施形態中の平方根変換部の動作構
成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an operation configuration of a square root conversion unit in one embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施形態の効果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an effect of one embodiment of the present invention.
【図5】固体レーザ媒質光励起用フラッシュランプの電
圧電流特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing voltage-current characteristics of a flash lamp for exciting a solid-state laser medium light.
【図6】従来のレーザ発振器用電源装置の構成の一例を
示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a configuration of a conventional laser oscillator power supply device.
【図7】従来のレーザ発振器用電源装置の励起ランプの
制御特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing control characteristics of an excitation lamp of a conventional laser oscillator power supply device.
10 3相交流電源 11 コンバータ部 12 システムLSI 13 コンデンサ 14 スイッチングトランジスタ 15 チョークコイル 16 ダイオード 17 電流センサ 18 ダイオード 19 励起ランプ 20 レーザ媒体 21 PWM発生回路 22 A/D変換器 30 電流制御部 31 波形指令部 32 比較部 33 調節部 34 平方根変換部 40 正規化処理 41 平方根変換 42 係数乗算 50 マイクロプロセッサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 3 phase alternating current power supply 11 Converter part 12 System LSI 13 Capacitor 14 Switching transistor 15 Choke coil 16 Diode 17 Current sensor 18 Diode 19 Excitation lamp 20 Laser medium 21 PWM generation circuit 22 A / D converter 30 Current control part 31 Waveform command part Reference Signs List 32 comparison unit 33 adjustment unit 34 square root conversion unit 40 normalization processing 41 square root conversion 42 coefficient multiplication 50 microprocessor
Claims (9)
励起ランプの電流目標設定値との差分を演算し、前記励
起ランプの印加電圧に帰還して励起ランプを流れる電流
を制御するフィードバック制御系をPIゲイン・フィー
ドバック制御系で構成し、前記PIゲイン・フィードバ
ック制御系の中に前記励起ランプの電圧電流特性に基づ
いて予め設定した関数関係を演算する手段を設けたこと
特徴とするレーザ発振器用電源装置。1. A feedback control system which calculates a difference between a detected value of a current flowing through an excitation lamp and a current target set value of the excitation lamp, and feeds back a voltage applied to the excitation lamp to control a current flowing through the excitation lamp. A PI gain feedback control system, wherein the PI gain feedback control system is provided with means for calculating a preset functional relationship based on the voltage-current characteristics of the excitation lamp. Power supply.
供給するための商用3相電源と交流を整流し直流に変換
するコンバータ部からなる電源部と、前記電源部と前記
励起ランプとの間に接続されたスイッチング手段と平滑
用のチョークコイルと電流センサと、前記電流センサの
出力をA/D変換するA/D変換器と、該A/D変換器
の出力から前記スイッチング手段のスイッチング動作を
制御するためのデジタル符号の電圧指令を生成する電流
制御手段と、前記デジタル符号の電圧指令から前記スイ
ッチング手段のスイッチ開閉のための開閉信号を出力す
るPWM発生回路とを備え、前記電流制御手段が、前記
励起ランプに流す電流の目標設定値を出力する手段と該
目標設定値と前記電流センサの出力との差分を演算する
手段と該差分にPIゲインを与える手段と該PIゲイン
を与える手段の出力に前記励起ランプの電圧電流特性に
基く予め設定した関数関係を演算する手段とを備えるこ
とを特徴とするレーザ発振器用電源装置。2. A power supply comprising a commercial three-phase power supply for supplying power to an excitation lamp for exciting a laser medium and a converter for rectifying and converting AC into DC, and a power supply between the power supply and the excitation lamp. , A smoothing choke coil, a current sensor, an A / D converter for A / D converting an output of the current sensor, and a switching operation of the switching means from an output of the A / D converter. Current control means for generating a digital code voltage command for controlling the current control means, and a PWM generating circuit for outputting an open / close signal for opening and closing the switching means from the digital code voltage command, the current control means Means for outputting a target set value of a current flowing through the excitation lamp, means for calculating a difference between the target set value and an output of the current sensor, and PI A power supply device for a laser oscillator, comprising: means for providing a gain; and means for calculating a preset functional relationship based on a voltage-current characteristic of the excitation lamp on an output of the means for providing a PI gain.
きさが電流の大きさの平方根に比例する関数関係とした
ことを特徴とする前記請求項1並びに請求項2記載のレ
ーザ発振器用電源装置。3. The laser oscillator power supply according to claim 1, wherein the predetermined functional relationship is a functional relationship in which the magnitude of a voltage is proportional to the square root of the magnitude of a current. apparatus.
め設定した関数関係を演算する手段は、該手段への入力
信号に正規化処理を施す手段と該正規化処理を施された
信号に平方根変換を施す手段と該平方根変換に予め定め
た係数を乗ずる手段を有することを特徴とする前記請求
項2記載のレーザ発振器用電源装置。4. A means for calculating a predetermined functional relationship based on a voltage-current characteristic of the excitation lamp, the means for performing a normalization process on an input signal to the means, and the square root of the signal subjected to the normalization process. 3. The power supply device for a laser oscillator according to claim 2, further comprising: means for performing the conversion and means for multiplying the square root conversion by a predetermined coefficient.
の電圧信号に基づいてオンオフのデューティ比を変えた
波高値一定のパルス信号を出力することを特徴とする前
記請求項2記載のレーザ発振器用電源装置。5. The laser oscillator according to claim 2, wherein the PWM generation circuit outputs a pulse signal having a constant peak value in which an on / off duty ratio is changed based on an input digital voltage signal. Power supply.
断周波数が前記PWM発生回路の出力するパルス信号の
繰り返し周波数より低いことを特徴とする前記請求項2
記載のレーザ発振器用電源装置。6. The smoothing choke coil according to claim 2, wherein a cut-off frequency of the choke coil is lower than a repetition frequency of a pulse signal output from the PWM generation circuit.
A power supply device for a laser oscillator as described in the above.
め設定した関数関係を演算する手段は、ROMを有する
ことを特徴とする前記請求項2記載のレーザ発振器用電
源装置。7. The laser oscillator power supply device according to claim 2, wherein the means for calculating a preset functional relationship based on the voltage-current characteristics of the excitation lamp includes a ROM.
イクロプロセッサで構成することを特徴とする前記請求
項2記載のレーザ発振器用電源装置。8. The power supply for a laser oscillator according to claim 2, wherein said current control means comprises a microprocessor having a ROM.
は一つのLSIに集積して構成されていることを特徴と
する前記請求項2記載のレーザ発振器用電源装置。9. The laser oscillator power supply device according to claim 2, wherein said A / D converter and said PWM generation circuit are integrated into one LSI.
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JP11162309A JP2000349376A (en) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Power unit for laser oscillator |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1999-06-09 JP JP11162309A patent/JP2000349376A/en active Pending
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