JP2720826B2 - Ion laser device - Google Patents

Ion laser device

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JP2720826B2
JP2720826B2 JP7133689A JP13368995A JP2720826B2 JP 2720826 B2 JP2720826 B2 JP 2720826B2 JP 7133689 A JP7133689 A JP 7133689A JP 13368995 A JP13368995 A JP 13368995A JP 2720826 B2 JP2720826 B2 JP 2720826B2
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trigger
discharge
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正明 広島
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、イオンレーザ装置に関
し、特に、レーザ管の放電開始時に印加されるトリガー
パルスの高電圧が電源側へ回り込むのを抑制し、電源回
路の破損を防止することに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion laser device and, more particularly, to suppressing a high voltage of a trigger pulse applied at the start of discharge of a laser tube from flowing to a power supply side to prevent a power supply circuit from being damaged. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオンレーザ管は、通常陽極および陰極
をもつ放電管であり、内部封入ガスを媒体としたアーク
放電を発生させ、そのエネルギーにより、内部封入ガス
を励起し、レーザ発振を発生させる。溶接等のアーク放
電であれば通常電極間の間隔を小さくした上で、印加電
圧を多少上げてやることにより放電を開始させることが
出来るが、レーザ管では、電極の間が一定であり、イン
ピーダンスも非常に高いため、ただ単に陽極の電圧を上
げるだけでは放電を開始させられない。そこで、高電圧
を印加し、一旦グロー放電を発生させ、その放電電流を
漸次上昇させてやることによって、アーク放電に移行さ
せる。
2. Description of the Related Art An ion laser tube is a discharge tube usually having an anode and a cathode. The ion laser tube generates an arc discharge using an internally charged gas as a medium, and uses the energy to excite the internally charged gas to generate laser oscillation. . In the case of arc discharge such as welding, it is usually possible to start the discharge by reducing the distance between the electrodes and then slightly increasing the applied voltage, but in a laser tube, the distance between the electrodes is constant and the impedance is low. , The discharge cannot be started simply by increasing the voltage of the anode. Therefore, a high voltage is applied, a glow discharge is once generated, and the discharge current is gradually increased, thereby shifting to arc discharge.

【0003】イオンレーザ管は、上記のようにその放電
開始のために、トリガーとなる高電圧を印加することに
より放電を開始する。トリガー電圧としては、直流の高
電圧かまたは高周波の高電圧を印加するが、トリガーの
効果と高電圧生成のための回路のコストおよび容積等の
関係から、スパークギャップ等の高電圧放電管を使用し
た高周波タイプのトリガーを採用するのが一般的であ
る。
As described above, the ion laser tube starts discharge by applying a high voltage serving as a trigger to start the discharge. As the trigger voltage, a DC high voltage or a high frequency high voltage is applied, but a high voltage discharge tube such as a spark gap is used due to the effect of the trigger and the cost and volume of the circuit for generating the high voltage. In general, a high-frequency type trigger is adopted.

【0004】しかしながら、高周波タイプのトリガーの
場合、レーザ管のアノード電位にトリガーを印加するた
め、レーザ管のアノードにトリガーが印加されると同時
に、電源側にも流出することになる。この流出する高電
圧に耐えるように電源を構成することは、部品の耐電圧
を上げることであり、主要な部品だけでも非常に大きな
ものとなり、また、全て高耐圧の部品があるわけではな
いため、部分的に絶縁した回路とする必要があり、電源
の設計上も複雑になり、全く実用性がなくなってしま
う。従って、電源側の保護のために電源側への戻りを抑
制する必要があり、通常はチョークコイルを使用する。
このチョークコイルはその効果のために、インダクタン
スが大きいものが必要であり、放電電流が大きいため、
電流容量としても大きなものが必要であり、容積が大き
くなるという欠点がある。
However, in the case of a high-frequency type trigger, since the trigger is applied to the anode potential of the laser tube, the trigger is applied to the anode of the laser tube and, at the same time, flows out to the power supply side. To configure the power supply to withstand this high voltage is to increase the withstand voltage of the parts, so that only the main parts become very large, and not all parts have high withstand voltage. However, it is necessary to use a partially insulated circuit, which complicates the design of the power supply, and makes the circuit completely impractical. Therefore, it is necessary to suppress the return to the power supply side for protection of the power supply side, and usually a choke coil is used.
This choke coil requires a large inductance for its effect, and the discharge current is large.
A large current capacity is required, and there is a disadvantage that the volume is increased.

【0005】例えば、従来のイオンレーザ装置は、図2
に示すように、交流入力を整流する整流回路2と、整流
回路2の出力を平滑する大容量の電解コンデンサ3と、
レーザ管7へ印加するトリガーの電源側への戻りを抑制
するチョークコイル4と、レーザ管にトリガーを印加す
るスパークギャップ6と、スパークギャップ6を駆動す
るスパークギャップ駆動回路5と、レーザ管カソードを
加熱するフィラメントトランス8と、放電電流を制御す
るパワートランジスタ10と、パワートランジスタ10
を駆動するパワートランジスタ駆動回路9で構成され、
レーザ管へ印加されるトリガーの電源側への戻りは、チ
ョークコイル4で抑制するため、このチョークコイル4
が、インダクタンスが大きくまた電流容量の大きいもの
を使用しなければならないという問題があった。
[0005] For example, a conventional ion laser apparatus is shown in FIG.
, A rectifier circuit 2 for rectifying an AC input, a large-capacity electrolytic capacitor 3 for smoothing the output of the rectifier circuit 2,
A choke coil 4 for suppressing return of a trigger applied to the laser tube 7 to the power supply side; a spark gap 6 for applying a trigger to the laser tube; a spark gap driving circuit 5 for driving the spark gap 6; A filament transformer 8 for heating, a power transistor 10 for controlling a discharge current, and a power transistor 10
And a power transistor driving circuit 9 for driving the
The return of the trigger applied to the laser tube to the power supply side is suppressed by the choke coil 4.
However, there is a problem that an inductor having a large inductance and a large current capacity must be used.

【0006】また、トリガーの戻りの抑制のために高圧
ダイオードを使用することも考えられるが、高圧ダイオ
ードとして、イオンレーザ用としては大電流タイプが必
要であり、高価であり容積が大きくなるという問題があ
り、また、絶縁のための処置が必要であり、ダイオード
の冷却も必要でありさらに容積的に不利になることか
ら、実用性を考えると問題がある。
It is also conceivable to use a high-voltage diode to suppress the return of the trigger. However, a high-current diode is required as a high-voltage diode for an ion laser, which is expensive and bulky. In addition, since measures for insulation are required, cooling of the diode is also required, and it is disadvantageous in terms of volume, there is a problem in terms of practicality.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この従来のイオンレー
ザ装置では、レーザ管の放電を開始させるためのトリガ
ーの電源側への戻りを抑制するために、チョークコイル
を使用しているため、チョークコイルとして大きな容積
のものを使用する必要があり、最近の小型化等の要求に
対し、ある程度限界があり、本発明は、トリガー回路の
中で最も容積の大きいチョークコイルを小型化すること
で、この小型化の要求に応えようとするものである。
In this conventional ion laser apparatus, a choke coil is used to suppress the return of the trigger for starting the discharge of the laser tube to the power supply side. It is necessary to use a large capacity choke coil, and there is a certain limit to recent demands for miniaturization and the like, and the present invention reduces the size of a choke coil having the largest volume in a trigger circuit. It is intended to meet the demand for miniaturization.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明のイオンレーザ装
置は、交流電力を整流する整流回路と、その出力を平滑
する大容量のコンデンサと、レーザ管のアノード、カソ
ードを通って流れる放電電流を制御するパワートランジ
スタと、前記パワートランジスタを駆動する駆動回路
と、前記レーザ管のカソードを加熱するためのフィラメ
ントトランスと、レーザ管の放電を開始させるためのト
リガーパルスを印加するスパークギャップと、スパーク
ギャップを駆動するスパークギャップ駆動回路を有する
イオンレーザ装置において、放電開始のためのトリガー
が電源側への戻りを防止するためのチョークトランス
と、チョークトランスの一次巻線にトリガー電圧の極性
に対し、トリガーが印加される直前から放電を開始する
までの間、トランスが逆極性側に磁気飽和しない範囲内
で励磁するように一次巻線に流す電流を制御するトラン
ジスタと、そのトランジスタを駆動するためのツェナー
ダイオードと、抵抗とを有している。
An ion laser device according to the present invention comprises a rectifier circuit for rectifying AC power, a large-capacity capacitor for smoothing its output, and a discharge current flowing through an anode and a cathode of a laser tube. A power transistor for controlling, a driving circuit for driving the power transistor, a filament transformer for heating a cathode of the laser tube, a spark gap for applying a trigger pulse for starting discharge of the laser tube, and a spark gap. In the ion laser device having a spark gap driving circuit for driving the trigger, a trigger for starting discharge is prevented by a choke transformer for preventing return to the power supply side, and a trigger is applied to the primary winding of the choke transformer with respect to the polarity of the trigger voltage. Between the time immediately before the voltage is applied and the time the discharge starts. It has a transistor for controlling the current supplied to the polarity to the primary winding so as to excite within a range not magnetically saturated, a zener diode for driving the transistor, and a resistor.

【0009】[0009]

【作用】チョークトランスにする効果としては、図3に
示すB−H特性(B:磁束密度、H:磁化力)におい
て、チョークコイルが第1象限および第4象限の範囲で
動作するのに対し、チョークトランスとしては、第1象
限、第2象限、第3象限、第4象限の全体で動作し、ま
た、一次巻線の電流をトランスが飽和しない範囲で大き
くすることにより、トリガーに対する抑制効果をさらに
大きくすることが出来、チョークトランスの鉄心の容積
を小さくすることが出来る。
The effect of the choke transformer is that the choke coil operates in the first and fourth quadrants in the BH characteristic (B: magnetic flux density, H: magnetizing force) shown in FIG. The choke transformer operates in the first quadrant, the second quadrant, the third quadrant, and the fourth quadrant as a whole, and suppresses the trigger by increasing the current of the primary winding within a range where the transformer is not saturated. Can be further increased, and the volume of the iron core of the choke transformer can be reduced.

【0010】[0010]

【実施例】次に、本発明を図面を用いて説明する。図1
は、本発明の一実施例の回路図である。1は交流電源、
2は整流回路、3は大容量コンデンサ、5はスパークギ
ャップ駆動回路、6はスパークギャップ、7はレーザ
管、8はフィラメントトランス、9はパワートランジス
タ駆動回路、10はパワートランジスタ、20はチョー
クトランス、21はツエナーダイオード、22、23は
抵抗、24はトランジスタである。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram of one embodiment of the present invention. 1 is an AC power supply,
2 is a rectifier circuit, 3 is a large capacity capacitor, 5 is a spark gap drive circuit, 6 is a spark gap, 7 is a laser tube, 8 is a filament transformer, 9 is a power transistor drive circuit, 10 is a power transistor, 20 is a choke transformer, 21 is a Zener diode, 22 and 23 are resistors, and 24 is a transistor.

【0011】交流電源1を整流回路2で整流し、大容量
コンデンサ3で平滑し、直流出力を作り出す。この部分
は、直流電圧源でもかまわない。その直流出力は、チョ
ークトランス20の二次巻線を通りレーザ管7のアノー
ドに供給され、放電開始後は、フィラメントトランス8
で加熱されたレーザ管7のカソードを通り、フィラメン
トトランスの二次巻線にはいり、その中点タップからパ
ワートランジスタ10を通り直流出力源のマイナス側に
戻る。また、パワートランジスタ10は、駆動回路9に
より駆動され、フィードバック信号等により放電電流を
制御する。放電開始のためには、スパークギャップ駆動
回路5で生成された高電圧をスパークギャップ6を通し
て、高周波の高電圧のトリガーとして、レーザ管7のア
ノードに供給される。
An AC power supply 1 is rectified by a rectifier circuit 2 and smoothed by a large-capacity capacitor 3 to produce a DC output. This part may be a DC voltage source. The DC output is supplied to the anode of the laser tube 7 through the secondary winding of the choke transformer 20, and after the discharge starts, the filament transformer 8
Then, it passes through the cathode of the laser tube 7 heated by the above, enters the secondary winding of the filament transformer, and returns to the minus side of the DC output source through the power transistor 10 from the midpoint tap. The power transistor 10 is driven by the drive circuit 9 and controls a discharge current based on a feedback signal or the like. In order to start the discharge, the high voltage generated by the spark gap driving circuit 5 is supplied to the anode of the laser tube 7 through the spark gap 6 as a high frequency high voltage trigger.

【0012】ここで、レーザ管の放電開始時において
は、交流電源が供給され、整流回路2および大容量コン
デンサ3で作り出される直流出力電圧が上昇してきて、
通常のレーザ管放電電圧を越え、レーザ管の放電開始可
能電圧になると、ツエナーダイオード21が電圧降伏
し、抵抗22にも流れるため、トランジスタ24のベー
ス電圧が上昇しトランジスタ24が導通状態になる。こ
れにより、チョークトランス20の一次巻線に抵抗23
で制限される電流がながれる。この電流は、チョークト
ランス20を磁気飽和させない範囲でチョークトランス
20を励磁する電流となるように、抵抗23が設定され
ており、また、チョークトランス20の一次巻線に流す
電流の向きは、スパークギャップ6で印加されるトリガ
ー電圧の極性に対し逆極性に励磁するように、極性を設
定される。
Here, at the start of the discharge of the laser tube, AC power is supplied, and the DC output voltage generated by the rectifier circuit 2 and the large-capacity capacitor 3 increases.
When the voltage exceeds the normal laser tube discharge voltage and reaches a voltage at which laser tube discharge can be started, the Zener diode 21 breaks down and also flows through the resistor 22, so that the base voltage of the transistor 24 increases and the transistor 24 becomes conductive. Thereby, the resistance 23 is connected to the primary winding of the choke transformer 20.
The current limited by the current flows. The resistor 23 is set so that this current excites the choke transformer 20 within a range that does not cause the choke transformer 20 to be magnetically saturated. The polarity is set so that the polarity of the trigger voltage applied in the gap 6 is reversed.

【0013】従って、トリガーが印加されるタイミング
では、チョークトランス20は、トリガー電圧に対し逆
極性に励磁されており、トリガーが印加されても、チョ
ークトランス20により、電源側への戻りが抑制され
る。また、トリガーが印加され、レーザ管が放電を開始
すると、レーザ管7に大電流が流れて大容量コンデンサ
3の電圧が低下し、ツエナーダイオードの降伏電圧より
も低くなるので、トランジスタ24は非導通となり、チ
ョークトランス20の一次巻線への励磁電流は停止し、
チョークトランス20は、通常の放電電流が二次巻線に
流れるのみとなる。
Therefore, at the timing when the trigger is applied, the choke transformer 20 is excited in the opposite polarity to the trigger voltage. Even if the trigger is applied, the choke transformer 20 suppresses the return to the power supply side. You. When a trigger is applied and the laser tube starts discharging, a large current flows through the laser tube 7 and the voltage of the large-capacity capacitor 3 decreases, and becomes lower than the breakdown voltage of the Zener diode. And the exciting current to the primary winding of the choke transformer 20 stops,
In the choke transformer 20, only a normal discharge current flows through the secondary winding.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上のように、放電開始時においてレー
ザ管へ印加されるトリガー電圧の電源側へ戻りを抑制す
るために、チョークトランスを使用し、その一次巻線に
二次巻線で抑制するトリガー電圧に対し、チョークトラ
ンスが飽和しない範囲で逆極性に励磁するように電流を
流すことにより、トリガー電圧を確実に抑制し、チョー
クトランスを小型化できることから、装置の小型化を実
現できる。
As described above, in order to suppress the return of the trigger voltage applied to the laser tube to the power supply side at the start of the discharge, the choke transformer is used, and the primary winding is suppressed by the secondary winding. By supplying a current so as to excite the trigger voltage to the opposite polarity within a range in which the choke transformer does not saturate, the trigger voltage can be reliably suppressed and the choke transformer can be downsized, so that the device can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】従来例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional example.

【図3】鉄心のB(磁束密度)−H(磁化力)特性を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing B (magnetic flux density) -H (magnetizing force) characteristics of an iron core.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 交流電源 2 整流回路 3 大容量コンデンサ 4 チョークコイル 5 スパークギャップ駆動回路 6 スパークギャップ 7 レーザ管 8 フィラメントトランス 9 パワートランジスタ駆動回路 10 パワートランジスタ 20 チョークトランス 21 ツエナーダイオード 22,23 抵抗 24 トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Rectifier circuit 3 Large capacity capacitor 4 Choke coil 5 Spark gap drive circuit 6 Spark gap 7 Laser tube 8 Filament transformer 9 Power transistor drive circuit 10 Power transistor 20 Choke transformer 21 Zener diode 22, 23 Resistance 24 transistor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 交流電力を整流する整流回路と、その出
力を平滑する大容量のコンデンサと、レーザ管のアノー
ド、カソードを通って流れる放電電流を制御するパワー
トランジスタと、前記パワートランジスタを駆動する駆
動回路と、前記レーザ管のカソードを加熱するためのフ
ィラメントトランスと、レーザ管の放電を開始させるた
めのトリガーパルスを印加するスパークギャップと、ス
パークギャップを駆動するスパークギャップ駆動回路を
有するイオンレーザ装置において、放電開始のためのト
リガーが電源側への戻りを防止するためのチョークトラ
ンスと、チョークトランスの一次巻線にトリガー電圧の
極性に対し、トリガーが印加される直前から放電を開始
するまでの間、トランスが逆極性側に磁気飽和しない範
囲内で励磁するように一次巻線に流す電流を制御するト
ランジスタと、そのトランジスタを駆動するためのツェ
ナーダイオードと抵抗を具備することを特徴とするイオ
ンレーザ装置。
A rectifier circuit for rectifying AC power, a large-capacity capacitor for smoothing its output, and an anode for a laser tube.
To control the discharge current flowing through the cathode and cathode
A transistor, a driving circuit for driving the power transistor, a filament transformer for heating the cathode of the laser tube, a spark gap for applying a trigger pulse for starting discharge of the laser tube, and driving the spark gap In an ion laser device having a spark gap drive circuit, a trigger for starting a discharge is prevented by a choke transformer for preventing return to the power supply side, and a trigger is applied to the primary winding of the choke transformer with respect to the polarity of the trigger voltage. A transistor that controls the current flowing through the primary winding so that the transformer is excited within the range that does not cause magnetic saturation of the transformer to the opposite polarity until immediately before the start of discharge, a Zener diode and a resistor to drive the transistor An ion laser device comprising:
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