JP3253349B2 - レーザ用電源のパルス幅変調回路 - Google Patents
レーザ用電源のパルス幅変調回路Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ用電源のパル
ス幅変調回路の改良に関する。
ス幅変調回路の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ加工においては、加工目的に対応
してレーザ出力をパルス（１〜数ｋＨｚ）化する必要が
ある。従って、レーザ加工機には連続波の他に、数ｋＨ
ｚのパルス波を所望の強度で出力する電源が要請されて
いた。このような要請に応えるものとして図３に示すよ
うな炭酸ガスレーザ用高周波電源がある。この電源は同
図（ａ）のように、商用交流をダイオードの全波整流器
ＢＲで整流し、電解コンデンサＣ1 で平滑な直流とし、
この直流を電界効果トランジスタＦＥＴで後述のチョッ
パ制御によりＯＮ，ＯＦＦし、これを環流ダイオードＦ
Ｄ及びインダクタンスＬとコンデンサＣ2 の積分回路等
により所定電圧Ｅの直流又はパルスに変え、これをイン
バータＩＮＶで図示しない高周波発振器及びトランジス
タのブリッジ回路等により所定の高周波交流とし、昇圧
トランスＴで適宜昇圧したのち、放電部へ出力するもの
である。
してレーザ出力をパルス（１〜数ｋＨｚ）化する必要が
ある。従って、レーザ加工機には連続波の他に、数ｋＨ
ｚのパルス波を所望の強度で出力する電源が要請されて
いた。このような要請に応えるものとして図３に示すよ
うな炭酸ガスレーザ用高周波電源がある。この電源は同
図（ａ）のように、商用交流をダイオードの全波整流器
ＢＲで整流し、電解コンデンサＣ1 で平滑な直流とし、
この直流を電界効果トランジスタＦＥＴで後述のチョッ
パ制御によりＯＮ，ＯＦＦし、これを環流ダイオードＦ
Ｄ及びインダクタンスＬとコンデンサＣ2 の積分回路等
により所定電圧Ｅの直流又はパルスに変え、これをイン
バータＩＮＶで図示しない高周波発振器及びトランジス
タのブリッジ回路等により所定の高周波交流とし、昇圧
トランスＴで適宜昇圧したのち、放電部へ出力するもの
である。
【０００３】チョッパ制御回路は電圧検出器Ｓ、加算器
ＡＤＤ、三角波発生器ＴＧと比較器ＣＯＭからなるパル
ス幅変調回路（以下ＰＷＭ回路という）、及びドライバ
回路ＤＲ等からなり、電圧検出器Ｓで出力電圧Ｅを検出
し、加算器ＡＤＤで出力指令電圧Ａと比較し、その差電
圧Ｆと一定周波数の三角波発生器ＴＧの三角波電圧Ｇと
を比較器ＣＯＭで比較し、得られたパルス列（三角波と
同じ周期）Ｈをドライバ回路ＤＲを経て前記のＦＥＴの
ゲートヘ印加するものである。この図では出力指令Ａに
はパルス指令を含んでいるが、同図（ｂ）のようにパル
ス指令を独立し、ＡＮＤゲートを介してパルス列Ｈを出
力させたものもある。
ＡＤＤ、三角波発生器ＴＧと比較器ＣＯＭからなるパル
ス幅変調回路（以下ＰＷＭ回路という）、及びドライバ
回路ＤＲ等からなり、電圧検出器Ｓで出力電圧Ｅを検出
し、加算器ＡＤＤで出力指令電圧Ａと比較し、その差電
圧Ｆと一定周波数の三角波発生器ＴＧの三角波電圧Ｇと
を比較器ＣＯＭで比較し、得られたパルス列（三角波と
同じ周期）Ｈをドライバ回路ＤＲを経て前記のＦＥＴの
ゲートヘ印加するものである。この図では出力指令Ａに
はパルス指令を含んでいるが、同図（ｂ）のようにパル
ス指令を独立し、ＡＮＤゲートを介してパルス列Ｈを出
力させたものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＰＷＭ回路によってパ
ルス指令の矩形波を忠実に出力するためには、チョッパ
用ＦＥＴのスイッチング周波数，すなわち三角波の周波
数を１００〜５００ｋＨｚ程度に高める必要があった。
そのため，チョッパ用ＦＥＴの損失が増加し、放熱対策
や素子の大容量のものの使用、効率の低下等が問題にな
った。ＦＥＴの損失の主なものはＯＮ時の抵抗と電流に
よるジユール損及びスイッチング損失で、スイッチング
損失は周波数に比例する。
ルス指令の矩形波を忠実に出力するためには、チョッパ
用ＦＥＴのスイッチング周波数，すなわち三角波の周波
数を１００〜５００ｋＨｚ程度に高める必要があった。
そのため，チョッパ用ＦＥＴの損失が増加し、放熱対策
や素子の大容量のものの使用、効率の低下等が問題にな
った。ＦＥＴの損失の主なものはＯＮ時の抵抗と電流に
よるジユール損及びスイッチング損失で、スイッチング
損失は周波数に比例する。
【０００５】ところで、チョッパ用ＦＥＴのスイッチン
グ周波数を高めるのは、前記のようにパルス指令に対す
る応答を早くするためである。従って、応答後はスイッ
チング周波数を下げてもよい訳である。この発明は、こ
のような点に着目して創案されたもので、応答が早く、
スイッチング損失が少なく、且つ指令パルスを忠実に出
力するレーザ用電源のパルス幅変調回路を提供すること
を目的とする。
グ周波数を高めるのは、前記のようにパルス指令に対す
る応答を早くするためである。従って、応答後はスイッ
チング周波数を下げてもよい訳である。この発明は、こ
のような点に着目して創案されたもので、応答が早く、
スイッチング損失が少なく、且つ指令パルスを忠実に出
力するレーザ用電源のパルス幅変調回路を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明のレーザ用電源のパルス幅変調回路は、
直流電圧をチョッパ制御により、所定電圧の直流または
パルスに変換する回路を備えたレーザ用電源において、
前記チョッパ制御に用いるパルス幅変調回路が、出力指
令電圧の変化を検出する検出手段と、前記検出手段によ
る出力指令電圧の検出波形と基準電圧とを比較し、出力
指令電圧の立ち上がり検出から一定時間の間一定電圧を
出力する第１比較手段と、前記第１比較手段の出力に応
じて、前記検出手段による出力指令電圧の立ち上がり検
出から前記一定時間の間は高い周波数の三角波を発生
し、また、前記一定時間を過ぎるとつぎの出力指令電圧
の立ち上がり検出まで比較的低い周波数の三角波を発生
する可変周波三角波発生手段と、前記可変周波三角波発
生手段から供給される三角波の電圧を一方の入力とし、
直流またはパルスの出力電圧と出力指令電圧の差電圧を
他方の入力とし、これらを比較して差電圧及び三角波の
周期に比例した幅のパルス列を出力する第２比較手段と
を備えている。
めに、この発明のレーザ用電源のパルス幅変調回路は、
直流電圧をチョッパ制御により、所定電圧の直流または
パルスに変換する回路を備えたレーザ用電源において、
前記チョッパ制御に用いるパルス幅変調回路が、出力指
令電圧の変化を検出する検出手段と、前記検出手段によ
る出力指令電圧の検出波形と基準電圧とを比較し、出力
指令電圧の立ち上がり検出から一定時間の間一定電圧を
出力する第１比較手段と、前記第１比較手段の出力に応
じて、前記検出手段による出力指令電圧の立ち上がり検
出から前記一定時間の間は高い周波数の三角波を発生
し、また、前記一定時間を過ぎるとつぎの出力指令電圧
の立ち上がり検出まで比較的低い周波数の三角波を発生
する可変周波三角波発生手段と、前記可変周波三角波発
生手段から供給される三角波の電圧を一方の入力とし、
直流またはパルスの出力電圧と出力指令電圧の差電圧を
他方の入力とし、これらを比較して差電圧及び三角波の
周期に比例した幅のパルス列を出力する第２比較手段と
を備えている。
【０００７】
【作用】パルスを出力する場合のように、指令電圧が変
化したときは検出手段により直ちにその変化が検出さ
れ、検出時から一定時間、三角波発生器の周波数が高く
なる。従って、パルス指令に対する応答性が高くなる。
応答後一定時間が過ぎると、三角波発生器の周波数はも
との周波数に下がる。従って、チョッパ用ＦＥＴのスイ
ッチング損失は、三角波発生器の周波数の低下によって
減少する。
化したときは検出手段により直ちにその変化が検出さ
れ、検出時から一定時間、三角波発生器の周波数が高く
なる。従って、パルス指令に対する応答性が高くなる。
応答後一定時間が過ぎると、三角波発生器の周波数はも
との周波数に下がる。従って、チョッパ用ＦＥＴのスイ
ッチング損失は、三角波発生器の周波数の低下によって
減少する。
【０００８】
【実施例】次に、この発明の実施例について図面に基づ
いて説明する。図１はこの発明の一つの実施例の説明図
である。電源装置は図３で説明した炭酸ガスレーザ用高
周波電源と同一で、全波整流器ＢＲ、電解コンデンサＣ
1 、チョッパ用ＦＥＴ、環流ダイオードＦＤ、インダク
タンスＬとコンデンサＣ2 の積分回路、インバータＩＮ
Ｖ、昇圧トランスＴ等からなっている。
いて説明する。図１はこの発明の一つの実施例の説明図
である。電源装置は図３で説明した炭酸ガスレーザ用高
周波電源と同一で、全波整流器ＢＲ、電解コンデンサＣ
1 、チョッパ用ＦＥＴ、環流ダイオードＦＤ、インダク
タンスＬとコンデンサＣ2 の積分回路、インバータＩＮ
Ｖ、昇圧トランスＴ等からなっている。
【０００９】チョッパ制御回路は電圧検出器Ｓ、加算器
ＡＤＤ、微分回路ＤＥ、第１比較器ＣＯＭ１、可変周波
三角波発生器ＶＴＧ、第２比較器ＣＯＭ２及びドライバ
回路ＤＲ等からなっている。点線で囲んだ部分がＰＷＭ
回路である。微分回路ＤＥは出力指令電圧の変化を検出
する検出手段である。第１比較器ＣＯＭ１と可変周波三
角波発生器ＶＴＧは一定時間、三角波発生器の周波数を
増加させる三角波周波数変更手段で、可変周波三角波発
生器ＶＴＧの周波数は第１比較器ＣＯＭ１の出力電圧に
比例して増減するものである。すなわち、第１比較器Ｃ
ＯＭ１は、微分回路ＤＥの出力波形と基準電圧とを比較
し、出力指令電圧の立ち上がり検出から一定時間の間一
定電圧を出力するものであり、また、可変周波三角波発
生器ＶＴＧは、第１比較器ＣＯＭ１の出力に応じて、微
分回路ＤＥによる出力指令電圧の立ち上がり検出から一
定時間の間は高い周波数の三角波を発生し、また、前記
一定時間を過ぎるとつぎの出力指令電圧の立ち上がり検
出まで比較的低い周波数の三角波を発生するものであ
る。第２比較器ＣＯＭ２は可変周波三角波発生器ＶＴＧ
から供給される三角波電圧と加算器ＡＤＤから供給され
る差電圧を比較し、差電圧及び三角波の周期に比例した
幅のパルス列を出力するものである。
ＡＤＤ、微分回路ＤＥ、第１比較器ＣＯＭ１、可変周波
三角波発生器ＶＴＧ、第２比較器ＣＯＭ２及びドライバ
回路ＤＲ等からなっている。点線で囲んだ部分がＰＷＭ
回路である。微分回路ＤＥは出力指令電圧の変化を検出
する検出手段である。第１比較器ＣＯＭ１と可変周波三
角波発生器ＶＴＧは一定時間、三角波発生器の周波数を
増加させる三角波周波数変更手段で、可変周波三角波発
生器ＶＴＧの周波数は第１比較器ＣＯＭ１の出力電圧に
比例して増減するものである。すなわち、第１比較器Ｃ
ＯＭ１は、微分回路ＤＥの出力波形と基準電圧とを比較
し、出力指令電圧の立ち上がり検出から一定時間の間一
定電圧を出力するものであり、また、可変周波三角波発
生器ＶＴＧは、第１比較器ＣＯＭ１の出力に応じて、微
分回路ＤＥによる出力指令電圧の立ち上がり検出から一
定時間の間は高い周波数の三角波を発生し、また、前記
一定時間を過ぎるとつぎの出力指令電圧の立ち上がり検
出まで比較的低い周波数の三角波を発生するものであ
る。第２比較器ＣＯＭ２は可変周波三角波発生器ＶＴＧ
から供給される三角波電圧と加算器ＡＤＤから供給され
る差電圧を比較し、差電圧及び三角波の周期に比例した
幅のパルス列を出力するものである。
【００１０】図２に各部の電圧波形を示してある。Ａは
パルスの出力指令で、パルスの周波数は１〜数ｋＨｚで
ある。Ｂは出力指令Ａを微分回路ＤＥで微分した微分出
力波形である。Ｃは第１比較器ＣＯＭ1 において微分出
力波形Ｂと基準電圧とを比較した出力波形で、出力指令
パルスの立上がり時に、一定時間ｔの間、一定電圧ｖが
出力されることを示している。ＤはＣの電圧波形を入力
した可変周波三角波発生器ＶＴＧの出力する三角波の波
形で、指令パルスの立上がりから一定時間ｔの間高い周
波数ｆ2 になっており、一定時間ｔを過ぎると、次のパ
ルスまで比較的低い周波数ｆ1 になっている。Ｈは可変
周波三角波発生器ＶＴＧの三角波と加算器ＡＤＤの出力
を第２比較器ＣＯＭ2 において比較した出力波形で、差
電圧及び三角波の周期に比例した幅のパルス列になって
いる。
パルスの出力指令で、パルスの周波数は１〜数ｋＨｚで
ある。Ｂは出力指令Ａを微分回路ＤＥで微分した微分出
力波形である。Ｃは第１比較器ＣＯＭ1 において微分出
力波形Ｂと基準電圧とを比較した出力波形で、出力指令
パルスの立上がり時に、一定時間ｔの間、一定電圧ｖが
出力されることを示している。ＤはＣの電圧波形を入力
した可変周波三角波発生器ＶＴＧの出力する三角波の波
形で、指令パルスの立上がりから一定時間ｔの間高い周
波数ｆ2 になっており、一定時間ｔを過ぎると、次のパ
ルスまで比較的低い周波数ｆ1 になっている。Ｈは可変
周波三角波発生器ＶＴＧの三角波と加算器ＡＤＤの出力
を第２比較器ＣＯＭ2 において比較した出力波形で、差
電圧及び三角波の周期に比例した幅のパルス列になって
いる。
【００１１】この回路において三角波の周波数ｆ1 を５
０ｋＨｚ、ｆ2 を２００ｋＨｚ、ｔを指令パルスの周波
数の１０％とすれば、チョッパ用ＦＥＴのスイッチング
損失は三角波の周波数が２００ｋＨｚの一定の場合のほ
ぼ１／３になる。
０ｋＨｚ、ｆ2 を２００ｋＨｚ、ｔを指令パルスの周波
数の１０％とすれば、チョッパ用ＦＥＴのスイッチング
損失は三角波の周波数が２００ｋＨｚの一定の場合のほ
ぼ１／３になる。
【００１２】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、この
発明は特許請求の範囲に記載の構成を備えているので、
パルス指令に対する応答が早く、スイッチング損失が少
なく、且つ指令パルスを忠実に出力するレーザ用電源の
パルス幅変調回路を提供することができる。
発明は特許請求の範囲に記載の構成を備えているので、
パルス指令に対する応答が早く、スイッチング損失が少
なく、且つ指令パルスを忠実に出力するレーザ用電源の
パルス幅変調回路を提供することができる。
【図１】この発明のレーザ用電源のパルス幅変調回路の
説明図である。
説明図である。
【図２】図１の各部の出力波形である。
【図３】従来のレーザ用電源のパルス幅変調回路の説明
図である。
図である。
ＦＥＴ 電界効果トランジスタ ＤＲ ドライバ回路 Ｓ 電圧検出器 ＡＤＤ 加算器 ＤＥ 微分回路 ＣＯＭ1 第１比較器 ＣＯＭ2 第２比較器 ＶＴＧ 可変周波三角波発生器
Claims (1)
- 【請求項１】 直流電圧をチョッパ制御により、所定電
圧の直流またはパルスに変換する回路を備えたレーザ用
電源において、 前記チョッパ制御に用いるパルス幅変調回路が、 出力指令電圧（Ａ）の変化を検出する検出手段と、 前記検出手段による出力指令電圧（Ａ）の検出波形
（Ｂ）と基準電圧とを比較し、出力指令電圧（Ａ）の立
ち上がり検出から一定時間（ｔ）の間一定電圧（ｖ）を
出力する第１比較手段と、 前記第１比較手段の出力に応じて、前記検出手段による
出力指令電圧（Ａ）の立ち上がり検出から前記一定時間
（ｔ）の間は高い周波数（ｆ２）の三角波を発生し、ま
た、前記一定時間（ｔ）を過ぎるとつぎの出力指令電圧
（Ａ）の立ち上がり検出まで比較的低い周波数（ｆ１）
の三角波を発生する可変周波三角波発生手段と、 前記可変周波三角波発生手段から供給される三角波
（Ｄ）の電圧を一方の入力とし、直流またはパルスの出
力電圧と出力指令電圧（Ａ）の差電圧を他方の入力と
し、これらを比較して差電圧及び三角波の周期に比例し
た幅のパルス列（Ｈ）を出力する第２比較手段と、 を備えていることを特徴とするレーザ用電源のパルス幅
変調回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10148792A JP3253349B2 (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | レーザ用電源のパルス幅変調回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10148792A JP3253349B2 (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | レーザ用電源のパルス幅変調回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299743A JPH05299743A (ja) | 1993-11-12 |
| JP3253349B2 true JP3253349B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=14302063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10148792A Expired - Fee Related JP3253349B2 (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | レーザ用電源のパルス幅変調回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3253349B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4635469B2 (ja) * | 2003-04-16 | 2011-02-23 | 東洋製罐株式会社 | マイクロ波電源装置 |
| US7239119B2 (en) * | 2004-11-05 | 2007-07-03 | Power Integrations, Inc. | Method and apparatus to provide temporary peak power from a switching regulator |
| JP7320445B2 (ja) * | 2019-12-25 | 2023-08-03 | 株式会社ダイヘン | 電圧変換装置、高周波電源装置 |
-
1992
- 1992-04-22 JP JP10148792A patent/JP3253349B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05299743A (ja) | 1993-11-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |