JP2004186126A

JP2004186126A - 放電管の電源装置

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Publication number: JP2004186126A
Application number: JP2002382919A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kuno; 尚久野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】電力損失および発熱がほとんどなく、電源効率の低下を防止することができる放電管の電源装置を提供する。
【解決手段】交流電源１０にトランス１１を接続し、トランス１１にリアクタ１２と整流器１３の直列回路を接続し、この直列回路の出力を放電管１４に供給する。リアクタ１２と整流器１３の接続中点は放電用整流器１５を介して設置される。
リアクタとしてはコンデンサまたはインダクタが使用され、リアクタ１２のリアクタンス値はリアクタ１２の電圧降下量が放電管１４の電圧降下量と同程度となるように設定される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス放電管およびグロー放電管などの放電管の電源装置に関し、特にガスレーザ用の電源として好適な放電管の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にレーザ放電管は片電極のみの冷却に適しているので交流点灯は望ましくない。このため、従来、ガスレーザの電源回路として、交流電源の電圧をトランスによって１０ｋｖ程度に昇圧し、整流器によって直流とし、電流安定素子を経てガスレーザ放電管に供給するものが知られている。たとえば、特許文献１には、交流電源に昇圧トランスを接続し、昇圧トランスの２次巻線の出力を整流して複数の放電管の各電極に印加する構成が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−４５６７６号公報（第１頁【特許請求の範囲】、第２頁【０００５】および【図６】）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の従来の電源回路においては、放電管の放電特性が負性抵抗を持つため、電流安定素子がないと安定な放電を続ける事が出来ない。電流安定素子が放電を安定させるためにはその降下電圧が放電管の降下電圧と同程度であることが望ましいが、そのためには電流安定素子の電力損失を覚悟しなければならない。電流安定素子として抵抗を使用するとその電力損失はすべて発熱となり、電源効率の低下とともに冷却処理に苦慮することになる。また発熱する電流安定素子は損耗が大きく、信頼性がきわめて低い。今１ｋＷ出力のＣＯ２レーザで評価すると、放電管所要電力は１０ｋＷ程度であるが、電流安定素子の消費電力が放電管と同程度の１０ｋＷになり、電源効率は１／２に低下し、さらに、１０ｋＷの発熱を空冷または水冷などしなければならない。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するもので、電力損失および発熱がほとんどなく、電源効率の低下を防止することができるバラストを利用した放電管の電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の他の目的は、レーザ放電管などの直流放電に好適な放電管の電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、放電開始前に無負荷倍電圧をかけることができる放電管の電源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の放電管の電源装置は、交流電源にリアクタと整流器の直列回路を接続し、前記直列回路の出力側を放電管に接続し、前記リアクタと整流器の接続中点と接地間に放電用整流器を接続したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放電管の電源装置において、リアクタのリアクタンス値をリアクタの電圧降下量が放電管の電圧降下量と同程度となるように設定したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の放電管の電源装置において、リアクタがコンデンサであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の放電管の電源装置において、リアクタがインダクタであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の放電管の電源装置において、リアクタを放電管の電流安定用素子として用いることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の放電管の電源装置において、交流電源として正相および逆相の２組を用い、それぞれの電源にリアクタと整流器の直列回路を接続し、その両出力を加算して放電管に供給することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の放電管の電源装置において、交流電源として多相交流電源を用い、それぞれの電源にリアクタと整流器の直列回路を接続し、その全出力を加算して放電管に供給することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の放電管の電源装置において、リアクタと整流器の直列回路を多段接続し、各段の出力を重畳して放電管に供給することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による放電管の電源装置は、交流電源にリアクタと整流器の直列回路を接続し、この直列回路の出力側を放電管に接続し、リアクタと整流器の接続中点と接地間に放電用整流器を接続したものである。本実施の形態によれば、電力損失および発熱がほとんどなく、電源効率の低下を防止することができる。
【００１７】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による放電管の電源装置において、リアクタのリアクタンス値をリアクタの電圧降下量が放電管の電圧降下量と同程度となるように設定したものである。本実施の形態によれば、電力損失および発熱がほとんどなく、電源効率の低下を防止することができる。
【００１８】
本発明の第３の実施の形態は、第１または第２の実施の形態による放電管の電源装置において、リアクタがコンデンサであるものである。本実施の形態によれば、倍圧電源回路を構成することができるので、放電開始前に無負荷倍電圧をかけることができ、放電開始が容易になる。
【００１９】
本発明の第４の実施の形態は、第１または第２の実施の形態による放電管の電源装置において、リアクタがインダクタであるものである。本実施の形態によれば、交流電源の周波数が高いときリアクタのリアクタンス値の設定が容易になる。
【００２０】
本発明の第５の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による放電管の電源装置において、リアクタを放電管の電流安定用素子として用いるものである。本実施の形態によれば、放電管には一方向にしか電流が流れないので放電管の電極加熱は片極のみになり、レーザ放電管の適性を満たすことができる。
【００２１】
本発明の第６の実施の形態は、第１から第５のいずれかの実施の形態による放電管の電源装置において、交流電源として正相および逆相の２組を用い、それぞれの電源にリアクタと整流器の直列回路を接続し、その両出力を加算して放電管に供給するものである。本実施の形態によれば、電源装置の作動が全波整流となり、放電管に全時間の通電が可能となってレーザ出力の低下を防止することができる。
【００２２】
本発明の第７の実施の形態は、第１から第５のいずれかの実施の形態による放電管の電源装置において、交流電源として多相交流電源を用い、それぞれの電源にリアクタと整流器の直列回路を接続し、その全出力を加算して放電管に供給するものである。本実施の形態によれば、電源装置の作動が全波整流となり、放電管に全時間の通電が可能となってレーザ出力の低下を防止することができる。
【００２３】
本発明の第８の実施の形態は、第１から第５のいずれかの実施の形態による放電管の電源装置において、リアクタと整流器の直列回路を多段接続し、各段の出力を重畳して放電管に供給するものである。本実施の形態によれば、放電管に供給する電圧を直列回路の接続段数に等しい倍率で上昇させることができる。
【００２４】
以下本発明の実施の形態について、図面とともに詳細に説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における放電管の電源装置の構成を示すブロック回路図である。交流電源１０にトランス１１が接続され、トランス１１にリアクタ１２および整流器１３による直列回路が接続される。交流電源１０の電圧はトランス１１によって昇圧され、その出力はリアクタ１２および整流器１３の直列回路を経て放電管１４に加えられる。リアクタ１２と整流器１３の接続中点は放電用整流器１５の負極に接続され、正極側は接地される。
【００２６】
交流電源１０からの交流電圧の正相の半波はトランス１１で昇圧された後リアクタ１２で電流安定化され、整流器１３で直流に変換されて放電管１４に流れる。一方逆相の半波は放電整流器１５を経て放電され、放電管１４には流れない。
【００２７】
リアクタ１１ではそのリアクタンスの値に応じた電圧降下が生じる。本発明においてはこの電圧効果による電流安定を利用してリアクタ１１を電流安定素子として利用する。この場合、リアクタ１１における電圧降下量は、通常の倍電圧電源回路の場合とは異なって、負荷の電圧、すなわち出力電圧と同程度になるように調整することが好ましい。この調整はリアクタ１１のリアクタンス値を調整することにより行う。
【００２８】
リアクタ１１は電流安定素子として作用し、コイルあるいはコンデンサを用いることが出来る。いずれを使用するかは使用周波数におけるリアクタ１１のリアクタンス値が実用的であるかどうかにより決定する。一般に、商用電源への適用ではコンデンサを使用する方が良い。リアクタ１１としてコンデンサを使用すると倍圧電源回路を構成することができる。たとえば、電源が商用電源６０ｈｚの場合、トランス１１の昇圧電圧を１１ｋｖｐ、リアクタ１２としてコンデンサ０．０５μＦとすると、放電管１４の放電電圧７ｋｖ、放電電流１５０ｍＡで安定なグロー放電が持続出来る。
【００２９】
本実施の形態によれば、直流出力であるにもかかわらずリアクタをバラストとして使用できる。しかもバラストとしてのリアクタの電力損失および発熱がほとんどない。したがって、バラストにおける電源効率の低下を防止することができる。また、直流放電であるので、レーザ放電管の電源装置として好適である。さらに、リアクタとしてコンデンサを使用した場合は倍圧電源回路を構成することができるので、放電開始前に無負荷倍電圧をかけることができ、放電開始が容易になる。
【００３０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における放電管の電源装置の構成を示すブロック回路図である。図１における構成によれば良好なレーザ電源を作ることが出来るが、作動が半波整流であるため１／２の時間しか放電をさせることが出来ない。そのためレーザ出力が期待値の１／２に低下してしまう。これを改善するために、図２のように交流電源として正相および逆相の２組を用い、それぞれの電源にリアクタおよび整流器の直列回路を接続し、その両出力を加算して放電管に与える。図２において図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
交流電源１０からの交流電圧は中点接地の両極性トランス１６で昇圧された後、正相出力はリアクタ１２で電流安定化され、整流器１３で直流に変換される。一方、両極性トランス１６の逆相出力はリアクタ１２と同一素子であるリアクタ１７で電流安定化され、整流器１３と同一素子である整流器１８で直流に変換される。整流器１３および整流器１４の出力は加算されて放電管１４に流れる。したがって、放電管１４には交流電源１０からの交流電圧の正相分および逆相分の両方の電圧成分による直流が供給されるので、作動が全波整流となり、放電管１４には全時間の通電が可能で、レーザ出力の低下が防止される。
【００３２】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における放電管の電源装置の構成を示すブロック回路図である。本実施例は、電源として多相交流電源を用い、各相の電源にそれぞれリアクタおよび整流器の直列回路を接続する。図３には多相交流電源として第１相交流電源５１、第２相交流電源５２、第３相交流電源５３を使用した３相交流電源を使用した場合を示すが、一般にＮ相（Ｎは２以上の整数）の多相交流電源を使用することができる。多相交流電源の第１相交流電源５１にはトランス１１、リアクタ１２、整流器１３および放電整流器１５を接続する。第２相交流電源５２にはトランス１６、リアクタ１７、整流器１８および放電整流器１９を接続する。第３相交流電源５３にはトランス２１、リアクタ２２、整流器２３および放電整流器２４を接続する。３つの整流器１３、１８、２３の直流出力は加算されて放電管１４に供給される。本実施の形態においても放電管１４には全時間の通電が可能で、レーザ出力の低下が防止される。
【００３３】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における放電管の電源装置の構成を示すブロック回路図である。本実施例はリアクタおよび整流器の直列回路を多重接続した場合の実施例である。
【００３４】
交流電源１０にトランス３１、リアクタ３２および整流器３３の直列回路が接続され、リアクタ３２と整流器３３の正極側との接続中点は放電用整流器３４で接地される。
【００３５】
リアクタ３２と整流器３３の接続中点には、第２段目としてのリアクタ３５および整流器３６の直列回路が接続され、リアクタ３５および整流器３６の正極との接続中点には放電用整流器３７の負極が接続され、整流器３３の負極および放電用整流器３７の正極は平滑コンデンサ３８により接地される。
【００３６】
リアクタ３５と整流器３６の接続中点には、第３段目としてのリアクタ３９および整流器４０の直列回路が接続され、リアクタ３９および整流器４０の正極との接続中点には放電用整流器４１の負極が接続され、整流器３６の負極および放電用整流器４１の正極は平滑コンデンサ４２により接地される。整流器４０の出力は放電管１４に供給される。
【００３７】
本実施の形態においては、トランス３１で昇圧された交流電圧はリアクタ３２および整流器３３による第１段目の直列回路、リアクタ３５および整流器３６による第２段目の直列回路およびリアクタ３９および整流器４０による第３段目の直列回路による３重の多段回路により上昇されて放電管１４に供給される。この構成によれば、出力電圧が接続されるリアクタ３９および整流器４０の直列回路の接続段数に等しい倍率で上昇させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電流安定素子としてリアクタを使用したトランス、リアクタおよび整流器の直列回路により交流電源の電圧を直流化して放電管に供給しているので、電流安定素子における電力損失は理論上０であり、電力損失に付随する発熱がほとんどなく、電源効率の低下を防止することができる。
【００３９】
またリアクタを使用するにも関わらず、放電管は直流通電であるから、その電極加熱は片極のみでよく、レーザ放電管の適性を満たすことができる。
【００４０】
また、リアクタとしてコンデンサを使用した場合は倍圧電源回路を構成することができるので、放電開始前に無負荷倍電圧をかけることができ、放電開始が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における放電管の電源装置の構成を示すブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態２における放電管の電源装置の構成を示すブロック回路図
【図３】本発明の実施の形態３における放電管の電源装置の構成を示すブロック回路図
【図４】本発明の実施の形態４における放電管の電源装置の構成を示すブロック回路図
【符号の説明】
１０交流電源
１１、１６、２１、３１トランス
１２、１７、２２、３２、３５、３９リアクタ
１３、１８、２３、３３、３６、４０整流器
１４放電管
１５、１９、２４、３４、３７、４１放電整流器
３８、４２平滑コンデンサ
５１第１相交流電源
５２第２相交流電源
５３第３相交流電源

Claims

交流電源にリアクタと整流器の直列回路を接続し、前記直列回路の出力側を放電管に接続し、前記リアクタと整流器の接続中点と接地間に放電用整流器を接続したことを特徴とする放電管の電源装置。
リアクタのリアクタンス値をリアクタの電圧降下量が放電管の電圧降下量と同程度となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の放電管の電源装置。
リアクタがコンデンサであることを特徴とする請求項１または２に記載の放電管の電源装置。
リアクタがインダクタであることを特徴とする請求項１または２に記載の放電管の電源装置。
リアクタを放電管の電流安定用素子として用いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の放電管の電源装置。
交流電源として正相および逆相の２組を用い、それぞれの電源にリアクタと整流器の直列回路を接続し、その両出力を加算して放電管に供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の放電管の電源装置。
交流電源として多相交流電源を用い、それぞれの電源にリアクタと整流器の直列回路を接続し、その全出力を加算して放電管に供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の放電管の電源装置。
リアクタと整流器の直列回路を多段接続し、各段の出力を重畳して放電管に供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の放電管の電源装置。