JP2714166B2 - コンデンサ充電回路 - Google Patents
コンデンサ充電回路Info
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は炭酸ガスレーザ、エキシマガスレーザ等の気
体レーザ装置に用いられるコンデンサ充電回路に関する
ものである。
体レーザ装置に用いられるコンデンサ充電回路に関する
ものである。
（従来の技術） 炭酸ガスレーザ、エキシマガスレーザについて電子の
励起を行う場合、コンデンサに充電した電荷を、高速ス
イッチによって、1KHz以上の高い繰返し周波数で放電さ
せることが行なわれる。
励起を行う場合、コンデンサに充電した電荷を、高速ス
イッチによって、1KHz以上の高い繰返し周波数で放電さ
せることが行なわれる。
この場合、高速スイッチとしては、ターンオンすると
きの高速性、及びオン状態での低損失性を重視して、サ
イラトロンが多く用いられている。しかし、このサイラ
トロンは、高い繰返し周波数で使用した場合ターンオフ
機能が不安定になるという欠点を有している。そこで、
このターンオフを確実に行うため、コンデンサが放電さ
れた後に一定の休止期間を設けるようにした、所謂コマ
ンド方式の充電が従来から行なわれている。
きの高速性、及びオン状態での低損失性を重視して、サ
イラトロンが多く用いられている。しかし、このサイラ
トロンは、高い繰返し周波数で使用した場合ターンオフ
機能が不安定になるという欠点を有している。そこで、
このターンオフを確実に行うため、コンデンサが放電さ
れた後に一定の休止期間を設けるようにした、所謂コマ
ンド方式の充電が従来から行なわれている。
第３図は、特開昭62-211976号公報に示された、この
ようなコマンド方式のコンデンサ充電回路の概略構成図
である。
ようなコマンド方式のコンデンサ充電回路の概略構成図
である。
この図において、直流電源装置１からの直流出力はイ
ンバータ装置２により20KHzの交流出力に変換され、昇
圧トランス３の一次側に供給される。制御回路４は、所
定幅及び所定周波数のパルス信号即ちキャリヤ信号を入
力し、このキャリヤ信号を基本成分とする制御信号によ
りインバータ装置２をキャリヤ制御するようになってい
る。
ンバータ装置２により20KHzの交流出力に変換され、昇
圧トランス３の一次側に供給される。制御回路４は、所
定幅及び所定周波数のパルス信号即ちキャリヤ信号を入
力し、このキャリヤ信号を基本成分とする制御信号によ
りインバータ装置２をキャリヤ制御するようになってい
る。
そして、昇圧トランス３の二次側には整流回路５が接
続され、昇圧された交流出力が整流されるようになって
いる。コンデンサＣ1はこの整流回路５からの直流出力
により充電される。
続され、昇圧された交流出力が整流されるようになって
いる。コンデンサＣ1はこの整流回路５からの直流出力
により充電される。
このようにインバータ装置２が所定期間運転され、コ
ンデンサＣ1が設定電圧まで充電されると、インバータ
装置２の運転は一定期間停止され、出力が停止される。
この出力停止期間中に、高速スイッチ６がオンとなり、
コンデンサＣ1の電荷が移行することにより、コンデン
サＣ2が充電される。そして、コンデンサＣ2が所定の電
圧まで充電されることにより、レーザ回路７が放電を行
うことになる。
ンデンサＣ1が設定電圧まで充電されると、インバータ
装置２の運転は一定期間停止され、出力が停止される。
この出力停止期間中に、高速スイッチ６がオンとなり、
コンデンサＣ1の電荷が移行することにより、コンデン
サＣ2が充電される。そして、コンデンサＣ2が所定の電
圧まで充電されることにより、レーザ回路７が放電を行
うことになる。
コンデンサＣ1の放電が終了し、インバータ装置２の
出力停止期間が終了すると、インバータ装置２は再び運
転を開始し、上記と同様の過程の動作が繰返される。
出力停止期間が終了すると、インバータ装置２は再び運
転を開始し、上記と同様の過程の動作が繰返される。
第４図は上記の動作における、昇圧トランス３の出力
とコンデンサＣ1の充電電圧との関係を示す説明図であ
る。昇圧トランス３から出力されるパルスのパルス幅及
び周波数はキャリヤ信号と同じになっている。そして、
キャリヤ信号の１パルス当りについて、コンデンサＣ1
の充電電圧はΔＶCだけ上昇する。コンデンサＣ1の充電
電圧がこのようにΔＶC毎に段階的に上昇することによ
り、コンデンサＣ1は設定電圧Ｖ0まで充電される。この
電圧値Ｖ0は、この後高速スイッチ６がターンオンして
コンデンサＣ1が放電されるまでの間一定に維持され
る。
とコンデンサＣ1の充電電圧との関係を示す説明図であ
る。昇圧トランス３から出力されるパルスのパルス幅及
び周波数はキャリヤ信号と同じになっている。そして、
キャリヤ信号の１パルス当りについて、コンデンサＣ1
の充電電圧はΔＶCだけ上昇する。コンデンサＣ1の充電
電圧がこのようにΔＶC毎に段階的に上昇することによ
り、コンデンサＣ1は設定電圧Ｖ0まで充電される。この
電圧値Ｖ0は、この後高速スイッチ６がターンオンして
コンデンサＣ1が放電されるまでの間一定に維持され
る。
このような、コマンド方式によるコンデンサＣ1の充
電を行うと、インバータ装置２のキャリヤ制御により充
電の休止時間を確実に確保することができる。したがっ
て、高速スイッチ６のターンオフを確実に行うことがで
き、安定した高繰返し動作を行うことができる。
電を行うと、インバータ装置２のキャリヤ制御により充
電の休止時間を確実に確保することができる。したがっ
て、高速スイッチ６のターンオフを確実に行うことがで
き、安定した高繰返し動作を行うことができる。
なお、インバータ装置２の運転開始から出力停止まで
の期間、すなわち充電期間τONは、キャリヤ周波数をｆ
Cとすると、 で表わされる。
の期間、すなわち充電期間τONは、キャリヤ周波数をｆ
Cとすると、 で表わされる。
一方、インバータ装置２の出力停止期間、すなわち非
充電期間τOFFは、高速スイッチ６のターンオフに必要
な時間により制限される。
充電期間τOFFは、高速スイッチ６のターンオフに必要
な時間により制限される。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような従来のコンデンサ充電回
路は、次のような欠点を有するものであった。
路は、次のような欠点を有するものであった。
すなわち、第４図によれば、コンデンサＣ1の充電電
圧の分解能は、キャリヤ信号の１パルス当りの電圧増加
分ΔＶCに等しくなる。したがって、充電精度を高めよ
うとすると、ΔＶCを小さくせざるを得なくなるが、
（１）式から明らかなように、ΔＶCを小さくするとτ
ONが大きくなる。
圧の分解能は、キャリヤ信号の１パルス当りの電圧増加
分ΔＶCに等しくなる。したがって、充電精度を高めよ
うとすると、ΔＶCを小さくせざるを得なくなるが、
（１）式から明らかなように、ΔＶCを小さくするとτ
ONが大きくなる。
ところが、この充電期間τONには一定の制限があり、 なる関係を満足する必要がある。ここで、ｆSは高速ス
イッチ６の動作繰返し周波数である。そのため、ΔＶC
をあまりに小さくすると、τONが（２）式の関係を満足
しなくなり、インバータ装置２の運転期間中には充電が
完了しないことになる。
イッチ６の動作繰返し周波数である。そのため、ΔＶC
をあまりに小さくすると、τONが（２）式の関係を満足
しなくなり、インバータ装置２の運転期間中には充電が
完了しないことになる。
このような事態を回避するためには、ΔＶCを小さく
すると共にキャリヤ周波数ｆCの値を大きくすればよい
ことが（１）式から明らかである。事実、レーザの動作
周波数が1KHz程度までの場合は、このようにΔＶCを小
さくすると共にキャリヤ周波数ｆCを高くすることによ
り、充電精度を向上させることが可能であった。
すると共にキャリヤ周波数ｆCの値を大きくすればよい
ことが（１）式から明らかである。事実、レーザの動作
周波数が1KHz程度までの場合は、このようにΔＶCを小
さくすると共にキャリヤ周波数ｆCを高くすることによ
り、充電精度を向上させることが可能であった。
しかし、近時においては、レーザの動作周波数につい
ては5KHzあるいはそれ以上の周波数が要求されるように
なってきており、そのためキャリヤ周波数ｆCも数10KHz
以上の非常に大きな値にしなければならなくなってい
る。
ては5KHzあるいはそれ以上の周波数が要求されるように
なってきており、そのためキャリヤ周波数ｆCも数10KHz
以上の非常に大きな値にしなければならなくなってい
る。
ところが、キャリヤ周波数ｆCをこのように高いもの
とした場合、インバータ装置２の半導体デバイスは電力
定格が小さなものに限られ、インバータ装置２の容量は
一定以下のものに制限されてしまうことになる。また、
キャリヤ周波数をこのように高くすることは、必然的に
回路全体の損失をも大きくすることになる。
とした場合、インバータ装置２の半導体デバイスは電力
定格が小さなものに限られ、インバータ装置２の容量は
一定以下のものに制限されてしまうことになる。また、
キャリヤ周波数をこのように高くすることは、必然的に
回路全体の損失をも大きくすることになる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、インバータ装置の容量が制限されることなく、ま
た、回路の損失を招くことなく、コンデンサの充電精度
を向上させることが可能なコンデンサ充電回路を提供す
ることを目的としている。
り、インバータ装置の容量が制限されることなく、ま
た、回路の損失を招くことなく、コンデンサの充電精度
を向上させることが可能なコンデンサ充電回路を提供す
ることを目的としている。
（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するための手段として、所定
幅及び所定周波数のパルス信号を基本成分とする制御信
号に基いてインバータ装置の出力を制御し、該制御によ
り所定間隔毎の出力停止期間を含む交流出力を得るよう
にし、この交流出力を整流してコンデンサを設定電圧ま
で周期的に充電するようにしたコンデンサ充電回路にお
いて、前記コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手
段と、前記電圧検出手段の検出値に応じて、前記パルス
信号のパルス幅を変化させるパルス幅制御手段と、を備
え、前記コンデンサの充電電圧が、予め定めてある所定
電圧に達した後前記設定電圧に達するまでの期間は、前
記パルス信号のパルス幅を小さくすることにより、この
パルス信号の１パルス当りについての前記インバータ装
置の交流出力の値を小さくしたことを構成としてある。
幅及び所定周波数のパルス信号を基本成分とする制御信
号に基いてインバータ装置の出力を制御し、該制御によ
り所定間隔毎の出力停止期間を含む交流出力を得るよう
にし、この交流出力を整流してコンデンサを設定電圧ま
で周期的に充電するようにしたコンデンサ充電回路にお
いて、前記コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手
段と、前記電圧検出手段の検出値に応じて、前記パルス
信号のパルス幅を変化させるパルス幅制御手段と、を備
え、前記コンデンサの充電電圧が、予め定めてある所定
電圧に達した後前記設定電圧に達するまでの期間は、前
記パルス信号のパルス幅を小さくすることにより、この
パルス信号の１パルス当りについての前記インバータ装
置の交流出力の値を小さくしたことを構成としてある。
（作用） 上記構成において、電圧検出手段は充電すべきコンデ
ンサの充電電圧を検出するが、この検出値がインバータ
装置の運転により、予め定めてある所定電圧に達する
と、パルス幅制御手段、パルス信号のパルス幅をそれま
でのものよりも小さくする。このパルス幅が小さくなっ
た状態は、コンデンサが設定電圧に達するまでの期間継
続する。パルス幅を小さくすると、パルス信号の１パル
ス当りについてのインバータ装置の出力が小さくなるの
で、この期間における充電精度は高いものとなる。
ンサの充電電圧を検出するが、この検出値がインバータ
装置の運転により、予め定めてある所定電圧に達する
と、パルス幅制御手段、パルス信号のパルス幅をそれま
でのものよりも小さくする。このパルス幅が小さくなっ
た状態は、コンデンサが設定電圧に達するまでの期間継
続する。パルス幅を小さくすると、パルス信号の１パル
ス当りについてのインバータ装置の出力が小さくなるの
で、この期間における充電精度は高いものとなる。
したがって、上記の所定電圧の値を設定電圧の値に近
づければ、インバータ装置の出力が小さくなる時間は僅
かなものとなり、充電期間がそれほど長くならずに、コ
ンデンサの充電が完了する。
づければ、インバータ装置の出力が小さくなる時間は僅
かなものとなり、充電期間がそれほど長くならずに、コ
ンデンサの充電が完了する。
（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図及び第２図に基き説明
する。但し、第３図及び第４図と同様の構成要素には同
一符号を付して、その重複した説明を省略する。
する。但し、第３図及び第４図と同様の構成要素には同
一符号を付して、その重複した説明を省略する。
第１図において、高速スイッチ６と並列に接続された
電圧検出手段８は、コンデンサＣ1の充電電圧について
の検出信号を制御回路4Aに送出するようになっている。
制御回路4Aは、パルス幅制御手段９を有しており、コン
デンサＣ1の充電電圧が所定電圧に達した時点で、キャ
リヤ信号のパルス幅を小さくする。そして、このパルス
幅を小さくしたキャリヤ信号を基本成分とする制御信号
に基いて、コンデンサＣ1の充電電圧が設定電圧に達す
るまで、インバータ装置を制御するようになっている。
電圧検出手段８は、コンデンサＣ1の充電電圧について
の検出信号を制御回路4Aに送出するようになっている。
制御回路4Aは、パルス幅制御手段９を有しており、コン
デンサＣ1の充電電圧が所定電圧に達した時点で、キャ
リヤ信号のパルス幅を小さくする。そして、このパルス
幅を小さくしたキャリヤ信号を基本成分とする制御信号
に基いて、コンデンサＣ1の充電電圧が設定電圧に達す
るまで、インバータ装置を制御するようになっている。
次に、このときの動作を第２図に基いて詳しく説明す
る。インバータ装置２の運転開始後時間ｔ1までは、キ
ャリヤ信号のパルス幅はＷ1となている。このパルス幅
Ｗ1は1/2fC（ｆCはキャリヤ信号の周波数）であり、昇
圧トランス３の出力も、図示のように、キャリヤ信号の
出力と同じになる。このときのキャリヤ信号の１パルス
当りの充電電圧の増加分はΔＶ1である。
る。インバータ装置２の運転開始後時間ｔ1までは、キ
ャリヤ信号のパルス幅はＷ1となている。このパルス幅
Ｗ1は1/2fC（ｆCはキャリヤ信号の周波数）であり、昇
圧トランス３の出力も、図示のように、キャリヤ信号の
出力と同じになる。このときのキャリヤ信号の１パルス
当りの充電電圧の増加分はΔＶ1である。
次いで、時間ｔ1において、電圧検出手段８は、コン
デンサＣ1の充電電圧が所定電圧Ｖp（例えば設定電圧Ｖ
0の80％即ち0.8V0とする。）に達したことを検出する。
すると、制御回路4A内のパルス幅制御手段９は、キャリ
ヤ信号のパルス幅をそれまでのＷ1からＷ2にして短くす
る。したがって、昇圧トランス３の出力のパルス幅もＷ
2となり、キャリヤ信号１パルス当りの充電電圧の増加
分も、それまでのΔＶ1からΔＶ2（ΔＶ2＜ΔＶ1）に変
化する。
デンサＣ1の充電電圧が所定電圧Ｖp（例えば設定電圧Ｖ
0の80％即ち0.8V0とする。）に達したことを検出する。
すると、制御回路4A内のパルス幅制御手段９は、キャリ
ヤ信号のパルス幅をそれまでのＷ1からＷ2にして短くす
る。したがって、昇圧トランス３の出力のパルス幅もＷ
2となり、キャリヤ信号１パルス当りの充電電圧の増加
分も、それまでのΔＶ1からΔＶ2（ΔＶ2＜ΔＶ1）に変
化する。
そして、以後この状態でインバータ装置２の運転が継
続され、時間ｔ2において電圧検出手段８が設定電圧Ｖ0
を検出すると、制御回路4Aはインバータ装置２の運転を
停止させ、出力停止期間に入る。既述したように、この
出力停止期間中に、高速スイッチ６が動作する。
続され、時間ｔ2において電圧検出手段８が設定電圧Ｖ0
を検出すると、制御回路4Aはインバータ装置２の運転を
停止させ、出力停止期間に入る。既述したように、この
出力停止期間中に、高速スイッチ６が動作する。
上記のような充電でも、運転期間（０〜ｔ2）の大半
において、キャリヤ信号１パルス当りの充電電圧増加分
は、従来と同様の大きさのΔＶ1となっている。それ
故、運転期間即ちコンデンサＣ1が設定電圧Ｖ0まで充電
される期間は、従来と比べてそれほど長くなることはな
い。
において、キャリヤ信号１パルス当りの充電電圧増加分
は、従来と同様の大きさのΔＶ1となっている。それ
故、運転期間即ちコンデンサＣ1が設定電圧Ｖ0まで充電
される期間は、従来と比べてそれほど長くなることはな
い。
つまり、コンデンサの充電精度を高めるためには、充
電期間の全てにわたって、充電電圧の分解能を高める必
要はなく、充電期間の終了間際のみ分解能を高めてやれ
ば充分である。本発明はこのような点に着目してなされ
たものである。そして、キャリヤ周波数については何ら
変化していないので、インバータ装置の容量が制限され
ることはなく、また、回路の損失を招くこともない。
電期間の全てにわたって、充電電圧の分解能を高める必
要はなく、充電期間の終了間際のみ分解能を高めてやれ
ば充分である。本発明はこのような点に着目してなされ
たものである。そして、キャリヤ周波数については何ら
変化していないので、インバータ装置の容量が制限され
ることはなく、また、回路の損失を招くこともない。
なお、上記実施例では、キャリヤ信号のパルス幅を小
さくするタイミングを、充電電圧が設定電圧の80％にな
った時点としているが、もちろんこのタイミングは種々
調整することができる。ただし、実用上は、設定電圧の
70〜90％程度の範囲内の時点とすることが好ましい。
さくするタイミングを、充電電圧が設定電圧の80％にな
った時点としているが、もちろんこのタイミングは種々
調整することができる。ただし、実用上は、設定電圧の
70〜90％程度の範囲内の時点とすることが好ましい。
以上のように本発明によれば、コンデンサの充電電圧
が予め定めてある所定電圧に達した後設定電圧に達する
までの期間は、パルス信号のパルス幅を小さくして、パ
ルス信号の１パルス当りについてインバータ装置の出力
を小さくする構成としたので、インバータ装置の容量が
制限されることなく、また、回路の損失を招くことなく
コンデンサの充電精度を向上させることができる。
が予め定めてある所定電圧に達した後設定電圧に達する
までの期間は、パルス信号のパルス幅を小さくして、パ
ルス信号の１パルス当りについてインバータ装置の出力
を小さくする構成としたので、インバータ装置の容量が
制限されることなく、また、回路の損失を招くことなく
コンデンサの充電精度を向上させることができる。
第１図は本発明の実施例の概略構成図、第２図はその動
作説明図、第３図は従来装置の概略構成図、第４図はそ
の動作説明図である。 １……直流電源装置、２……インバータ装置、３……昇
圧トランス、4A……制御回路、５……整流回路、６……
高速スイッチ、８……電圧検出手段、９……パルス幅制
御手段、Ｃ1……コンデンサ。
作説明図、第３図は従来装置の概略構成図、第４図はそ
の動作説明図である。 １……直流電源装置、２……インバータ装置、３……昇
圧トランス、4A……制御回路、５……整流回路、６……
高速スイッチ、８……電圧検出手段、９……パルス幅制
御手段、Ｃ1……コンデンサ。
Claims (1)
- 【請求項１】所定幅及び所定周波数のパルス信号を基本
成分とする制御信号に基いてインバータ装置の出力を制
御し、該制御により所定間隔毎の出力停止期間を含む交
流出力を得るようにし、この交流出力を整流してコンデ
ンサを設定電圧まで周期的に充電するようにしたコンデ
ンサ充電回路において、 前記コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、 前記電圧検出手段の検出値に応じて、前記パルス信号の
パルス幅を変化させるパルス幅制御手段と、 を備え、 前記コンデンサの充電電圧が、予め定めてある所定電圧
に達した後前記設定電圧に達するまでの期間は、前記パ
ルス信号のパルス幅を小さくすることにより、このパル
ス信号の１パルス当りについての前記インバータ装置の
交流出力の値を小さくすることを特徴とするコンデンサ
充電回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21194189A JP2714166B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | コンデンサ充電回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21194189A JP2714166B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | コンデンサ充電回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0376176A JPH0376176A (ja) | 1991-04-02 |
| JP2714166B2 true JP2714166B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=16614228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21194189A Expired - Fee Related JP2714166B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | コンデンサ充電回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2714166B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150005612A1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Pulse laser and photoacoustic apparatus |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2549129Y2 (ja) * | 1992-09-24 | 1997-09-30 | ミヤチテクノス株式会社 | レーザ電源装置 |
| JP4879556B2 (ja) * | 2005-10-28 | 2012-02-22 | 独立行政法人理化学研究所 | 高電圧充電器 |
-
1989
- 1989-08-17 JP JP21194189A patent/JP2714166B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150005612A1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Pulse laser and photoacoustic apparatus |
| US10383522B2 (en) * | 2013-06-28 | 2019-08-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Pulse laser and photoacoustic apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0376176A (ja) | 1991-04-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
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