JP2690360B2 - パルス発生回路 - Google Patents

パルス発生回路

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明彦 岩田
寛 伊藤
達樹 岡本
至宏 植田
信二 村田
隆 熊谷
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えばパルスレーザー等に使用されるパル
ス発生回路に関するものである。
〔従来の技術〕 第6図は、例えばコッパ バッポア レーザス カム
オブ エージイ(COPPER VAPOR LASERS COME OF AG
E)レーザ フォーカス ジュライ 1982(LASER FOCU
S,JULY,1982)に記載された従来の銅蒸気レーザ用のパ
ルス発生回路を示す図であり、第6図において、1は高
圧電源、2は充電用リアクトル、3は充電用ダイオー
ド、4は充放電を行う主コンデンサ、5は充電用抵抗、
6はサイラトロンスイッチ、7はガス放電によって内部
に収容した金属(例えば銅)を加熱、気化させてレーザ
出力を得る放電管(レーザTUBE)である。
次に動作について説明する。高圧電源1から発生され
る高圧電圧(数KV〜数+KV)は、リアクトル2、ダイオ
ード3、充電用抵抗5を介してコンデンサ4に充電され
る。
この充電状態において、サイラトロンスイッチ6が導
通すると、主コンデンサ4に蓄えられていた電荷は、サ
イラトロンスイッチ6を通り放電管7に印加され、放電
管7の中にガス放電を形成する。その際、放電管7のイ
ンピーダンスは充電用抵抗5の抵抗値より大幅に小さく
なるため、サイラトロンスイッチ6に流れる電流は主と
して放電管7に流れることで、放電管7は励起されてレ
ーザ発振を生ずる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のパルス発生回路は以上のように構成されている
ので、銅蒸気レーザの場合、より急峻なパルス電圧を放
電管7に印加して、より高いレーザ出力を得るために、
大電力用で数10nsecでスイッチングオンが可能なサイラ
トロンスイッチ6が用いられていた。しかし、サイラト
ロンスイッチ6は真空管であるため寿命が短かく、頻繁
に交換する必要があった。またサイラトロンスイッチ6
はレーザ効率に影響する電流の立ち上がりやスイッチン
グ時間にバラツキがある等、品質の安定性に問題点があ
った。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、安定性、信頼性の高いパルス発生回路を得
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係るパルス発生回路は、直並列接続した多
数の固体スイッチング素子の幾つかの並列接続群のそれ
ぞれに導通信号を供給するゲート回路と、このゲート回
路の電源電圧が規定以下であることを検出した電圧検出
回路の検出信号を受けて、前記各固体スイッチング素子
に対する電源の給電をしゃ断する保護回路とを具備した
ものである。
〔作用〕
この発明におけるパルス発生回路は、多数の固体スイ
ッチング素子を直並列接続して大電力用のスイッチ手段
を構成したことにより、寿命が長く、頻繁な交換を必要
としない。また、固体スイッチング素子の幾つかの並列
接続群のそれぞれに導通信号を供給するゲート回路の電
源電圧を検出し、その電源電圧が規定値以下になったと
きは、上記固体スイッチング素子に対する電源の給電を
しゃ断することにより、各固体スイチング素子をバラン
スよく導通させることができ、一部の固体スイッチング
素子に過大電圧が印加して該固体スイッチング素子を破
壊することを防止する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図において、11は高圧制御電源、12は充電用リアクト
ル、13は充電用ダイオード、14は充放電用コンデンサ、
15は充電用抵抗であり、これ等は順次直列に接続されて
いる。16は充電用抵抗15と並列に接続された放電管、17
は多数の固体スイッチング素子を直並列接続して構成し
たスイッチ手段であり、このスイッチ手段17は充放電用
コンデンサ14の一端と放電管16の一端との間に接続され
ている。
181〜18nは固体スイッチング素子の並列接続群171〜1
7nのそれぞれに対応して設けられ該固体スイッチング素
子に導通信号を供給するゲート回路、191〜19nはゲート
回路181〜18nの電源電圧が規定値以上であるか否かを検
出する電圧検出回路、20は電圧検出回路191〜19nのいず
れかが規定値以下であることを検出した検出信号を受け
て高圧制御電源11の給電をしゃ断する保護回路である。
第2図は高圧制御電源11の1例を示す回路図であり、
第2図において、21は商用電源22の出力電圧を所望の電
圧に変成するトランス、23はトランス21の出力を整流す
る整流回路、24は整流回路23の直流出力端子間に接続し
た平滑用コンデンサ、25はスイッチング素子としてのト
ランジスタである。
第3図は電圧検出回路191〜19nの1例を示す回路図で
あり、各電圧検出回路191(〜19n)はそれぞれ発光ダイ
オード261(〜26n)とフォトトランジスタ271(〜27n)
からなるフォトカプラ281(〜28n)と、そのフォトトラ
ンジスタ271(〜27n)を直列抵抗301(〜30n)を介して
電源電圧印加端子a1〜an(ゲート回路181〜18nの電源電
圧印加端子+Bに接続されている。)に接続するツェナ
ダイオード291(〜29n)とで構成され、電圧検出回路19
1のフォトトランジスタ271が電圧検出回路192の発光ダ
イオード262に接続されるように順次接続され、電圧検
出回路19nのフォトトランジスタ27nが出力端子Cnに接続
されている。そして、電圧検出回路19aの発光ダイオー
ド261だけは、ツェナダイオード31と抵抗32を介して電
源電圧印加端子a1に接続されている。
第4図はゲート回路181(〜18n)の1例を示す回路図
であり、第4図において、33は微分回路、34はバッフ
ァ、35は増幅回路、+Bは電源電圧印加端子であり、高
圧制御電源11とは別の電源(図示せず)から電源電圧が
供給される。
第5図は保護回路20の一例を示す回路図であり、電圧
検出回路19nからの出力を受ける抵抗36と、この抵抗36
の端子電圧を基準電圧と比較する比較器37とで構成され
ている。
次に上記実施例の動作について説明する。いま、充放
電用コンデンサ14の充電状態において、不図示の発振器
からクロック信号が各ゲート回路181〜18nに入力される
と、このクロック信号に基づいて各ゲート回路181〜18n
から導通信号が出力され、この導通信号でスイッチ手段
17を構成する各固体スイッチング素子を同時に導通させ
る。
この導通により、充放電用コンデンサ14に充電された
高圧電圧は放電管16に印加され、内部にガス放電を形成
する。このとき、放電管16のインピーダンスは充電用抵
抗15の抵抗値より大幅に小さくなるため、充放電用コン
デンサ14からの放電電流は主として放電管16に流れ、放
電管16にレーザ発振を生じさせる。以後、クロック信号
に基づいて上記の動作を順次繰返すものである。
上記スイッチ手段17を多数の固体スイッチング素子を
直並列接続して構成することは、数KV〜数10KVの耐圧を
得るためである。しかし、この構成の場合、直並列接続
した各固体スイッチング素子を同時に導通することが必
要となる。固体スイッチング素子の導通時間は、ゲート
電圧の上昇速度に直接関係するため、導通信号を供給す
るゲート回路181〜18nの電源電圧(高圧制御電源11とは
別の電源電圧)の大きさがトラブル等により下がった場
合、ゲート電圧の上昇速度が低下し、スイッチング速度
が低下する。また、ゲート回路181〜18nの電源電圧が下
がった段の固体スイッチング素子には、その段だけスイ
ッチングが遅いために、過大電圧が加わり、固体スイッ
チング素子が破壊したりする。
そこで、各ゲート回路181〜18nの電源電圧を検出し、
その電源電圧が規定値以下の場合は固体スイッチング素
子に対する電源の給電をしゃ断するようにしたものであ
る。
以下、第3図に基づいて、ゲート回路181〜18nの電源
電圧の検出動作について説明する。まず、端子a1に印加
されるゲート回路181の電源電圧がツェナダイオード291
のツェナ電圧より高ければ、フォトトランジスタ271
導通し、この導通信号C1で電圧検出回路192の発光ダイ
オード262を発光させてフォトトランジスタ272を導通許
容状態にする。このとき、端子a2に印加されるゲート回
路182の電源電圧がツェナダイオード292のツェナ電圧以
上であれば、フォトトランジスタ272が導通し、この導
通信号C2で電圧検出回路193の発光ダイオード263を発光
させてフォトトランジスタ273を導通許容状態にする。
以上の動作が各段で繰り返され、最終的に電圧検出回
路19nのフォトトランジスタ27nから信号が出力されて保
護回路に入力される。
この場合、各ゲート回路181〜18nのうち1個でも電源
電圧がツェナ電圧を下回ると、電圧検出回路19nから保
護回路20には出力が発生せず、保護回路20からは零出力
dが出力される。
高圧制御電源11は保護回路20の出力を受けているトラ
ンジスタ25が該出力に零になると不導通となり、固体ス
イッチング素子に対する給電をしゃ断する。このよう
に、各ゲート回路181〜18nの電源電圧が1つでもツェナ
電圧を下がった場合、高圧制御電源11は動作せず、異常
時の保護が行なわれる。
なお、固体スイッチング素子としては、FET,SIT,IGB
T,SIサイリスタ、トランジスタ、サイリスタ等を用い
る。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、多数の固体スイッ
チング素子を直並列接続してスイッチ手段を構成し、こ
の固体スイッチング素子の幾つかの並列接続群のそれぞ
れに導通信号を供給するゲート回路の電源電圧を検出
し、この電源電圧が規定値以下の場合は、上記固体スイ
ッチング素子に対する電源の給電をしゃ断するように構
成したので、各固体スイッチング素子をバランスよく導
通させることができる。その結果、一部の固体スイッチ
ング素子に過大電圧が印加して該固体スイッチング素子
を破壊することを防止し、信頼性を向上する等の効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるパルス発生回路を示
す回路図、第2図は高圧制御電源の回路図、第3図は電
圧検出回路の回路図、第4図はゲート回路の回路図、第
5図は保護回路の回路図、第6図は従来のパルス発生回
路の回路図である。 17はスイッチ手段、171〜17nは並列接続群、181〜18n
ゲート回路、191〜19nは電圧検出回路、20は保護回路。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 至宏 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者 村田 信二 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 熊谷 隆 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社生産技術研究所内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の固体スイッチング素子を直並列接続
    して構成したスイッチ手段と、前記固体スイッチング素
    子の幾つかの並列接続群のそれぞれに導通信号を供給す
    る複数のゲート回路と、前記各ゲート回路の電源電圧が
    規定値以上か否かを検出する電圧検出回路と、前記電圧
    検出回路が規定値以下であることを検出した検出信号を
    受けて前記直並列接続群の固体スイッチング素子に対す
    る電源の給電をしゃ断する保護回路とを備えたパルス発
    生回路。
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