JP2002190640A - Laser oscillator power supply device based on soft switching - Google Patents
Laser oscillator power supply device based on soft switchingInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ソフトスイッチ
ングによるレーザ発振器電源装置に関する。The present invention relates to a laser oscillator power supply device using soft switching.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、レーザ発振器に用いられる高周波
電源の回路構成は、図５（ａ），（ｂ）に示すフルブリ
ッジ、またはハーフブリッジ方式が多く、電圧または電
流が矩形波で動作する所謂ハードスイッチング電源であ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, a circuit configuration of a high-frequency power supply used for a laser oscillator is often a full-bridge or half-bridge system as shown in FIGS. 5A and 5B, in which a so-called voltage or current operates with a rectangular wave. It is a hard switching power supply.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上述のブリッジ方式の
場合、先ず回路構成が複雑であり、フローティング（２
層の回路の分離）の為少なくとも２個以上の補助電源が
必要である。In the case of the above-mentioned bridge system, first, the circuit configuration is complicated and the floating (2
At least two or more auxiliary power supplies are required for the separation of the layers.
【０００４】ハードスイッチング電源回路では、その電
圧及び電流が矩形波である為、スイッチング損失が大き
く、スイッチング周波数（スイッチ開閉周波数）を高め
る必要があり、その為にスピードの速いスイッチング素
子を用いると、スイッチの端子にサージ電圧が発生、ま
たはスイッチにサージ電流が流れ、これらは放射ノイズ
（ＥＭＩ：電磁妨害波）となって出力等に影響し、更に
周辺機器にも影響を与えるなどの課題がある。In a hard switching power supply circuit, since its voltage and current are rectangular waves, switching loss is large, and it is necessary to increase the switching frequency (switch opening / closing frequency). There is a problem that a surge voltage is generated at a switch terminal or a surge current flows through the switch, which causes radiation noise (EMI: electromagnetic interference wave) to affect an output or the like, and further affects peripheral devices. .
【０００５】また、従来のソフトスイッチング電源では
付加回路が必要で、回路が複雑になる。その為、サージ
電圧及びサージ電流を抑える為の、負荷抵抗、コンデン
サ、リアクトルを配備したスナバ回路が必要となる、等
の問題がある。Further, the conventional soft switching power supply requires an additional circuit, and the circuit becomes complicated. Therefore, there is a problem that a snubber circuit provided with a load resistor, a capacitor, and a reactor for suppressing a surge voltage and a surge current is required.
【０００６】この発明は、上述の事情に鑑みて成された
もので、スイッチング損失が少なく、放射ノイズが少な
くＥＭＩ対策が容易、高周波動作が可能、スイッチ素子
の並列動作が容易であって大電力化が可能、スイッチ素
子に流れる電流の管理が可能、補助電源の単一化、フロ
ーティング電源の省略等を実現出来、且つ省エネ、装置
の小型化可能なソフトスイッチングによるレーザ発振器
電源装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a small switching loss, a small radiation noise, easy EMI countermeasures, a high frequency operation, a parallel operation of switch elements, and a large power consumption. To provide a laser oscillator power supply device by soft switching, which can realize a reduction in power consumption, can manage a current flowing through a switch element, can use a single auxiliary power supply, omit a floating power supply, and can save energy. With the goal.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は下記構成を備
えることにより上記課題を解決できるものである。The present invention can solve the above-mentioned problems by providing the following constitution.
【０００８】（１）レーザ発振器の電源装置であって、
スイッチ素子として低損失パワー半導体を用い、該スイ
ッチ素子、ダイオード、コンデンサを並列接続し、これ
らの要素にリアクトルを加えてＬ−Ｃ共振回路を組合わ
せた共振スイッチと成し、この共振スイッチを入力電源
に直列接続し、更に直流阻止用コンデンサを接続して一
次側を構成し、そしてトランスを介してリアクトル及び
レーザ発振器負荷抵抗、キャパシタから成る二次側を構
成し、所望範囲の高周波出力を供給可能とし、回路構成
を簡素化したことを特徴とするソフトスイッチングによ
るレーザ発振器電源装置。(1) A power supply device for a laser oscillator,
A low-loss power semiconductor is used as a switch element, the switch element, a diode, and a capacitor are connected in parallel, and a reactor is added to these elements to form a resonance switch in which an LC resonance circuit is combined. Connect to the power supply in series, connect a DC blocking capacitor to configure the primary side, and configure the secondary side consisting of the reactor, the load resistance of the laser oscillator and the capacitor via the transformer, and supply the desired range of high-frequency output A laser oscillator power supply device using soft switching, wherein the power supply device is enabled and the circuit configuration is simplified.
【０００９】（２）レーザ発振器の電源装置であって、
スイッチ素子、ダイオード、コンデンサを並列接続し、
これらの要素に２種のリアクトルを加えてＬ−Ｃ共振回
路を組合わせた共振スイッチと成し、この共振スイッチ
を入力電源に直列接続し、更に直流阻止用コンデンサを
接続して一次側を構成し、そしてトランスを介してレー
ザ発振器負荷抵抗、キャパシタから成る二次側を構成
し、所望範囲の高周波出力を供給可能とし、回路構成を
簡素化したことを特徴とするソフトスイッチングによる
レーザ発振器電源装置。(2) A power supply device for a laser oscillator,
Switch element, diode, capacitor connected in parallel,
Two types of reactors are added to these elements to form a resonance switch in which an LC resonance circuit is combined. This resonance switch is connected in series to an input power supply, and further a DC blocking capacitor is connected to form a primary side. And a secondary side comprising a laser oscillator load resistor and a capacitor via a transformer, capable of supplying a high-frequency output in a desired range, and having a simplified circuit configuration. .
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下にこの発明の一実施の形態を
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below.
【００１１】図１（ａ）は、本発明に係るソフトスイッ
チングによるレーザ発振器電源装置の構成例を示す回路
図、（ｂ）は、共振スイッチの構成例を示す回路図、図
２は、動作波形による作用説明図、図３は、Ｌ1を一次
側に移動した場合の構成を示す回路図、図４は、並列動
作で大電力化を可能とする構成例を示す回路図、図５
は、高い入力電圧で中〜大容量の電源構成の例であり、
（ａ）はハーフ・ブリッジタイプの例、（ｂ）はフル・
ブリッジタイプの例、図６は、ソフトスイッチ電源のス
イッチ素子の例であり、（ａ）はＦＥＴ、（ｂ）はＩＧ
ＢＴである。FIG. 1A is a circuit diagram showing a configuration example of a laser oscillator power supply device using soft switching according to the present invention, FIG. 1B is a circuit diagram showing a configuration example of a resonance switch, and FIG. operation explanatory diagram according to FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration when moving the L 1 on the primary side, Fig. 4 is a circuit diagram showing the arrangement for allowing a large power in parallel operation, FIG. 5
Is an example of a medium to large capacity power supply configuration with high input voltage,
(A) is an example of a half bridge type, (b) is a full bridge type
6A and 6B show examples of a bridge type switch element of a soft switch power supply. FIG.
BT.
【００１２】図面を参照して以下に構成を説明する。The structure will be described below with reference to the drawings.
【００１３】Ｖiは入力電源であり、スイッチ素子（半
導体スイッチ）Ｑ1として低損失パワー半導体、例え
ば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）またはＩＧＢＴ
（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用い、該スイ
ッチ素子Ｑ1、ダイオードＤ1、コンデンサＣ0を並列接
続し、これらの要素にリアクトルを形成するチョークコ
イルＬ0を加えてＬ−Ｃ共振回路を組合わせた共振スイ
ッチと成し、この共振スイッチを入力電源Ｖiに直列接
続し、更に直流阻止用コンデンサＣ1を接続して一次側
を構成し、昇圧及び絶縁機能を有するトランスＴ1を介
在してリアクトルＬ1及びレーザ発振器負荷抵抗Ｒ1、キ
ャパシタＣｄ1、Ｃｄ2から成る二次側を構成し、所望範
囲の高周波出力を供給可能とし、回路構成を簡素化した
ことを特徴とする。[0013] V i is the input power, switching elements (semiconductor switches) low-loss power semiconductor as Q 1, for example, FET (field effect transistor) or IGBT
(Insulated gate bipolar transistor), the switch element Q 1 , diode D 1 , and capacitor C 0 are connected in parallel, and a choke coil L 0 forming a reactor is added to these elements to combine an LC resonance circuit. and forms a resonance switch, the series-connected to a power source V i the resonance switch, further constitutes the primary side to connect the DC blocking capacitor C 1, by interposing a transformer T 1 having a booster and insulation function reactor L 1 and the laser oscillator load resistor R 1, constitutes a secondary side consisting of the capacitor Cd 1, Cd 2, and can supply high-frequency output of a desired range, characterized in that to simplify the circuit configuration.
【００１４】Ｃｄ1、Ｃｄ2は、レーザ発振器の電極の静
電容量（キャパシタ）、Ｒ1は放電抵抗、ＩD1はダイオ
ード電流、ＶGSはゲート／ソース間電圧、ＶDSはドレイ
ン／ソース間電圧である。Cd 1 and Cd 2 are the capacitances (capacitors) of the electrodes of the laser oscillator, R 1 is the discharge resistance, I D1 is the diode current, V GS is the gate-source voltage, and V DS is the drain-source voltage. Voltage.
【００１５】尚、ダイオードＤ1はスイッチ素子（半導
体スイッチ）Ｑ1のボディダイオードでも良く、またコ
ンデンサＣ0はスイッチ素子（半導体スイッチ）Ｑ1の寄
生コンデンサＣDSでも良い。The diode D 1 may be a body diode of the switch element (semiconductor switch) Q 1 , and the capacitor C 0 may be a parasitic capacitor C DS of the switch element (semiconductor switch) Q 1 .
【００１６】また、直流阻止用コンデンサＣ1は、The DC blocking capacitor C 1 is
【００１７】[0017]
【数１】 (Equation 1)
【００１８】の関係が成立すれば、回路の共振周波数に
影響しない。If the relationship is established, the resonance frequency of the circuit is not affected.
【００１９】スイッチ素子（半導体スイッチ）Ｑ1のス
イッチング(開閉)周波数をｆSとすると、Assuming that the switching (opening / closing) frequency of the switch element (semiconductor switch) Q 1 is f S ,
【００２０】[0020]
【数２】 (Equation 2)
【００２１】よりも周波数の値を高くし、この共振回路
のクオリティファクタは高くなるように設定する。The value of the frequency is set higher than that of the resonance circuit, and the quality factor of the resonance circuit is set to be higher.
【００２２】以下に図２を参照して、動作波形による作
用について説明する。The operation based on the operation waveform will be described below with reference to FIG.
【００２３】〜のステップにおいて、：ダイオー
ド電流ＩD1が流れている為ＶDSは略０Ｖ（ゼロボルト）
になっている。スイッチ素子（半導体スイッチ）Ｑ1が
ＯＮでＩQDは緩やかに立ち上がり、ＺＶＳ（ゼロボルト
スイッチング）及びＺＣＳ（ゼロカレントスイッチン
グ）動作を行う。In steps (1) and (2): V DS is approximately 0 V (zero volt) because the diode current I D1 is flowing.
It has become. I QD switch element (semiconductor switch) Q 1 is ON rises gently performs ZVS (zero-voltage switching) and ZCS (Zero Current Switching) operation.
【００２４】：ＩQDは共振している為サイン波（正弦
波）となる。Since IQD resonates, it becomes a sine wave (sine wave).
【００２５】：スイッチ素子（半導体スイッチ）Ｑ1
がＯＦＦすると電流ＩQDはコンデンサＣ0に流れ、ＩQ1
は０（ゼロ）になる。この時スイッチ素子（半導体スイ
ッチ）Ｑ1の電圧ＶDSはコンデンサＣ0を充電する為、徐
々に上昇する（ＺＶＳ動作）。: Switch element (semiconductor switch) Q 1
Is turned off, the current I QD flows to the capacitor C 0 and I Q1
Becomes 0 (zero). At this time, the voltage V DS of the switch element (semiconductor switch) Q 1 gradually rises to charge the capacitor C 0 (ZVS operation).
【００２６】：コンデサＣ0を充電していた電流ＩC0
が逆になると、コンデサＣ0は放電し、スイッチ素子
（半導体スイッチ）Ｑ1の電圧ＶDSは徐々に下がる。[0026]: Condesa C 0 current was charged I C0
If There is reversed, Condesa C 0 is discharged, the voltage V DS of the switching elements (semiconductor switches) Q 1 is gradually lowered.
【００２７】：スイッチ素子（半導体スイッチ）Ｑ1
の電圧ＶDSが０Ｖ（ゼロボルト）になると、ダイオード
Ｄ1がＯＮする為、電圧ＶDSは略０Ｖ（ゼロボルト）に
クランプする。また、電圧ＶDSが０Ｖ（ゼロボルト）に
なってから、ダイオードＤ1に電流が流れる為、短絡防
止の為のリカバリー対策は不要である。: Switch element (semiconductor switch) Q 1
When the voltage V DS becomes 0 V (zero volt), the diode D 1 is turned on, so that the voltage V DS is clamped to approximately 0 V (zero volt). Further, the voltage V DS becomes 0V (zero volts), since the current flows through the diode D 1, the recovery measures for preventing short circuit is not required.
【００２８】図３に二次側のリアクトルＬ1を一次側に
移した場合の回路構成を示したが、同様の動作を行う。[0028] While the reactor L 1 in Figure 3 the secondary side showing the circuit configuration when transferred to the primary side performs the same operation.
【００２９】図４に示したように、本実施の回路構成を
並列に接続し、並列動作を行うことによって、大電力化
に対応が可能である。As shown in FIG. 4, by connecting the circuit configurations of this embodiment in parallel and performing a parallel operation, it is possible to cope with an increase in power consumption.
【００３０】以上説明したように、ソフトスイッチング
にしたことにより、スイッチング損失が少なく、放射ノ
イズの発生がハードスイッチングに比べて少ない為、Ｅ
ＭＩ（電磁妨害波）対策が容易となり、またダイオード
のリカバリー電流対策が不要となり、高周波動作が可能
となる。As described above, the soft switching causes less switching loss and less radiation noise than hard switching.
Countermeasures against MI (Electromagnetic Interference) are facilitated, and countermeasures against recovery current of the diode are not required, so that high-frequency operation is possible.
【００３１】半導体スイッチＦＥＴの並列動作が容易で
あり、従って大電力化が可能である。また、半導体スイ
ッチＦＥＴを直接並列接続するのではない為、発振現象
が無い。更に、半導体スイッチＦＥＴに流れる電流の管
理が可能な為、電流バランスが採れて均一となり、且つ
電圧閾値を合わせる等の選別が不要になる。The parallel operation of the semiconductor switch FETs is easy, so that the power can be increased. Further, since the semiconductor switch FETs are not directly connected in parallel, there is no oscillation phenomenon. Furthermore, since the current flowing through the semiconductor switch FET can be managed, the current is balanced and uniform, and the sorting such as adjusting the voltage threshold becomes unnecessary.
【００３２】更にまた、グランドが共通の為、補助電源
を単一化でき、またフローティング電源が不要となり、
省エネと同時に装置全体を小型化することが出来る。Further, since the ground is common, the auxiliary power supply can be unified, and the floating power supply becomes unnecessary.
It is possible to reduce the size of the entire device while saving energy.
【００３３】[0033]
【発明の効果】この発明によれば、スイッチング損失が
少なく、放射ノイズが少なくＥＭＩ対策が容易、高周波
動作が可能、スイッチ素子の並列動作が容易であって大
電力化が可能、スイッチ素子に流れる電流の管理が可
能、補助電源の単一化、フローティング電源の省略等を
実現出来、且つ省エネ、及び装置の小型化等の効果を呈
する。According to the present invention, switching loss is small, radiation noise is small, EMI countermeasures are easy, high-frequency operation is possible, parallel operation of switch elements is easy, high power is possible, and the current flows to the switch elements. It is possible to manage the current, to use a single auxiliary power supply, to omit the floating power supply, etc., and to achieve effects such as energy saving and downsizing of the device.
【図１】 （ａ）本発明に係るソフトスイッチングによ
るレーザ発振器電源装置の構成例を示す回路図、（ｂ）
は、共振スイッチの構成例を示す回路図FIG. 1A is a circuit diagram showing a configuration example of a laser oscillator power supply device using soft switching according to the present invention, and FIG.
Is a circuit diagram showing a configuration example of a resonance switch.
【図２】 動作波形による作用説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation based on an operation waveform.
【図３】 Ｌ1を一次側に移動した場合の構成を示す回
路図FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration when L 1 is moved to a primary side;
【図４】 並列動作で大電力化を可能とする構成例を示
す回路図FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a configuration enabling high power in parallel operation.
【図５】 高い入力電圧で中〜大容量の電源構成の例で
あり、（ａ）はハーフ・ブリッジタイプの例、（ｂ）は
フル・ブリッジタイプの例FIG. 5 is an example of a medium to large capacity power supply configuration with a high input voltage, (a) is an example of a half-bridge type, and (b) is an example of a full-bridge type.
【図６】 ソフトスイッチ電源のスイッチ素子の例であ
り、（ａ）はＦＥＴ、（ｂ）はＩＧＢＴFIG. 6 is an example of a switch element of a soft switch power supply, where (a) is an FET and (b) is an IGBT
Ｖ1 入力電源 Ｑ1 スイッチ素子（半導体スイッチ） Ｄ1 ダイオード Ｃ0 コンデンサ Ｃ1 直流阻止用コンデンサ Ｌ0、Ｌ1 リアクトル（チョークコイル） Ｔ1 トランス Ｃｄ1、Ｃｄ2 レーザ発振器の電極の静電容量（キャパ
シタ） Ｒ1 放電抵抗 ＩD1 ダイオード電流 ＶGS ゲート／ソース間電圧 ＶDS ドレイン／ソース間電圧V 1 input power supply Q 1 switch element (semiconductor switch) D 1 diode C 0 capacitor C 1 DC blocking capacitor L 0 , L 1 reactor (choke coil) T 1 transformer Cd 1 , Cd 2 Electrostatic capacitance of laser oscillator electrode (capacitor) R 1 discharge resistor I D1 diode current V GS gate / source voltage V DS the drain / source voltage
Claims (2)
ッチ素子として低損失パワー半導体を用い、該スイッチ
素子、ダイオード、コンデンサを並列接続し、これらの
要素にリアクトルを加えてＬ−Ｃ共振回路を組合わせた
共振スイッチと成し、この共振スイッチを入力電源に直
列接続し、更に直流阻止用コンデンサを接続して一次側
を構成し、そしてトランスを介してリアクトル及びレー
ザ発振器負荷抵抗、キャパシタから成る二次側を構成
し、所望範囲の高周波出力を供給可能とし、回路構成を
簡素化したことを特徴とするソフトスイッチングによる
レーザ発振器電源装置。1. A power supply device for a laser oscillator, wherein a low-loss power semiconductor is used as a switch element, the switch element, a diode, and a capacitor are connected in parallel. Combined resonance switch, connected in series to the input power supply, further connected a DC blocking capacitor to form the primary side, and consists of a reactor, a laser oscillator load resistance, and a capacitor via a transformer A soft-switching laser oscillator power supply device comprising a secondary side, capable of supplying a high-frequency output in a desired range, and having a simplified circuit configuration.
ッチ素子、ダイオード、コンデンサを並列接続し、これ
らの要素に２種のリアクトルを加えてＬ−Ｃ共振回路を
組合わせた共振スイッチと成し、この共振スイッチを入
力電源に直列接続し、更に直流阻止用コンデンサを接続
して一次側を構成し、そしてトランスを介してレーザ発
振器負荷抵抗、キャパシタから成る二次側を構成し、所
望範囲の高周波出力を供給可能とし、回路構成を簡素化
したことを特徴とするソフトスイッチングによるレーザ
発振器電源装置。2. A power supply device for a laser oscillator, wherein a switch element, a diode, and a capacitor are connected in parallel, and two types of reactors are added to these elements to form a resonance switch in which an LC resonance circuit is combined. This resonance switch is connected in series to the input power supply, and further a DC blocking capacitor is connected to form a primary side, and a secondary side including a laser oscillator load resistor and a capacitor is formed via a transformer, and a desired side is formed. A laser oscillator power supply device using soft switching, capable of supplying a high-frequency output and having a simplified circuit configuration.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000386966A JP2002190640A (en) | 2000-12-20 | 2000-12-20 | Laser oscillator power supply device based on soft switching |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002190640A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7602593B2 (en) | 2006-02-20 | 2009-10-13 | Fujitsu Microelectronics Limited | Semiconductor device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000004059A (en) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | Power supply for laser |
| JP2000341946A (en) * | 1992-09-25 | 2000-12-08 | Murata Mfg Co Ltd | Operating method of resonance type power supply circuit for high voltage generation |
-
2000
- 2000-12-20 JP JP2000386966A patent/JP2002190640A/en active Pending
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