JP3317900B2 - フラッシュランプの駆動回路及びフラッシュランプの駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にスイッチング
素子を用いたパルス励起レーザのフラッシュランプの駆
動回路に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フラッシュランプの発光によりレ
ーザを励起するパルス励起レーザを駆動するレーザ用電
源において、フラッシュランプを駆動するための駆動回
路方式として、スイッチング素子を有するチョッパ回路
を使用しフラッシュランプに放電電流を流す方法が一般
的に行われている。

【０００３】図６は、フラッシュランプを駆動する駆動
回路の構成例であり、チョッパ回路とチョッパ回路の入
力電源Ｅ１とフラッシュランプとから概略構成される。
チョッパ回路はスイッチング素子であるパワートランジ
スタＴＲ１とフライホイールダイオードＤ１とリアクト
ルＬ１とコンデンサＣ１とを有する。

【０００４】制御部より出力されるＰＷＭ（パルス幅変
調）信号ａが、パワートランジスタＴＲ１のベース端子
Ｇ１に入力される。

【０００５】パワートランジスタＴＲ１がオンすると、
チョッパ回路の入力電源Ｅ１から電流Ｉ１が流れ、リア
クトルＬ１を介して次第に増加していく。電流Ｉ１が増
加していくとコンデンサＣ１に蓄積されている電荷が増
え、フラッシュランプの放電電流Ｉ３が増加していく。

【０００６】次にパワートランジスタＴＲ１がオフする
と、リアクトルＬ１によりフライホイールダイオードＤ
１を介して電流Ｉ２が電流Ｉ１と同一方向に流れ、次第
に減衰していく。このときフラッシュランプの放電電流
Ｉ４はコンデンサＣ１に蓄積された電荷を消費して流れ
続ける。

【０００７】本回路は以上の動作を１周期として順次繰
り返すことによりフラッシュランプに放電電流を流すも
のである。このときコンデンサＣ１は充放電を繰り返し
極間電圧が変動するため、フラッシュランプに流れる放
電電流はリップルを生じることになる。

【０００８】図７の（１）に、パワートランジスタＴＲ
１のベース端子に入力されるＰＷＭ信号ａと、図７の
（２）に、回路に流れる電流Ｉ１、Ｉ２の波形と図７の
（３）に、回路に流れる電流Ｉ４の波形を示す。Ｔ１は
パワートランジスタＴＲ１のスイッチング周期である。

【０００９】電流Ｉ１及び電流Ｉ２の傾きは、リアクト
ルＬ１とコンデンサＣ１の容量の積に反比例する値であ
り、電流Ｉ３及び電流Ｉ４はコンデンサＣ１の極間の電
圧に比例した値となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術においては以下に掲げる問題点があった。上記のチョ
ッパ回路のＰＷＭ制御ではスイッチング素子のオン、オ
フの時間に電流が増減し、コンデンサの極間電圧が変動
することで出力電流にリップルを生じるが、このリップ
ル電流が大きいとフラッシュランプの発光が不安定にな
る。

【００１１】リップルの大きさはリアクトルＬ１とコン
デンサＣ１の容量の積に反比例する値で決まる電流の増
加率とスイッチング素子のスイッチング周波数により決
まるので、リップルを小さくするためにはスイッチング
周波数を上げるか、リアクトル及びコンデンサの容量を
大きくする必要がある。

【００１２】しかし、フラッシュランプを駆動するよう
な大電流の場合に使用するパワートランジスタは、スイ
ッチングによる損失が大きいためスイッチング周波数に
上限があることから、リアクトル及びコンデンサの容量
を小さくできないという問題があった。

【００１３】本発明は、斯かる問題点を鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、パルス励起レー
ザのフラッシュランプの駆動回路において、回路を構成
するリアクトル及びコンデンサの容量を小さくし、高速
なフラッシュランプの駆動制御を可能とする、パルス励
起レーザのフラッシュランプの駆動回路を提供する点に
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
要旨は、スイッチング素子を用いたパルス励起レーザの
フラッシュランプの駆動回路であって、前記フラッシュ
ランプの正負両極側に直列に備えられた２つのスイッチ
ング素子と、前記フラッシュランプに並列に接続された
２つのフライホイールダイオードと、前記フラッシュラ
ンプに直列に接続されたリアクトルと、前記フラッシュ
ランプに並列に接続されたコンデンサを備え、前記スイ
ッチング素子は、パワートランジスタであり、２つの前
記スイッチング素子と２つの前記フライホイールダイオ
ードとは、前記パワートランジスタ（ＴＲ１）のエミッ
タに前記フライホイールダイオード（Ｄ２）のカソード
が、前記パワートランジスタ（ＴＲ２）のエミッタに前
記フライホイールダイオード（Ｄ２）のアノードが、前
記パワートランジスタ（ＴＲ１）のコレクタに前記フラ
イホイールダイオード（Ｄ１）のカソードが、前記パワ
ートランジスタ（ＴＲ２）のコレクタに前記フライホイ
ールダイオード（Ｄ１）のアノードが、たすきがけ状に
接続され、前記パワートランジスタ（ＴＲ１）と前記パ
ワートランジスタ（ＴＲ２）とが各々のスイッチングの
位相をずらして、交互にスイッチングを繰り返すことに
より前記フラッシュランプに放電電流を流し続けること
を特徴とするフラッシュランプ駆動回路に存する。請求
項２記載の本発明の要旨は、スイッチング素子を用いた
パルス励起レーザのフラッシュランプの駆動方法であっ
て、リアクトルを通じて、フラッシュランプの正負両極
側に、直列に備えられた２個のスイッチング素子の各々
のスイッチングの位相をずらして、交互にスイッチング
することで、制御部より出力したパルス幅変調信号
（ａ）とパルス幅変調信号（ｂ）とを、各々前記スイッ
チング素子であるパワートランジスタ（ＴＲ１）のベー
ス端子（Ｇ１）と前記スイッチング素子であるパワート
ランジスタ（ＴＲ２）のベース端子（Ｇ２）に入力し、
前記パワートランジスタ（ＴＲ１）と前記パワートラン
ジスタ（ＴＲ２）とが共にオンのとき、入力電源（Ｅ
１）より電流（Ｉ１）が流れ、リアクトル（Ｌ１）を介
して前記電流（Ｉ１）は増加し、前記電流（Ｉ１）の増
加に従い、コンデンサ（Ｃ１）に蓄積されている電荷が
増え、前記フラッシュランプの放電電流（Ｉ ４）が増加
し、前記パワートランジスタ（ＴＲ１）がオフ、前記パ
ワートランジスタ（ＴＲ２）がオンのとき、前記リアク
トル（Ｌ１）によって、フライホイールダイオード（Ｄ
１）を介して電流（Ｉ２）は前記電流（Ｉ１）と同一方
向に流れ、減衰し、前記フラッシュランプの前記放電電
流（Ｉ４）は、前記コンデンサ（Ｃ１）に蓄えられた電
荷を消費して流れ続け、前記パワートランジスタ（ＴＲ
１）と前記パワートランジスタ（ＴＲ２）とが共にオン
となったとき、前記コンデンサ（Ｃ１）に蓄積されてい
る電荷が増え、前記フラッシュランプの前記放電電流
（Ｉ４）が増加し、前記パワートランジスタ（ＴＲ１）
がオン、前記パワートランジスタ（ＴＲ２）がオフのと
き、前記リアクトル（Ｌ１）によって、フライホイール
ダイオード（Ｄ２）を介して電流（Ｉ３）は前記電流
（Ｉ１）と同一方向に流れ、減衰し、前記フラッシュラ
ンプの前記放電電流（Ｉ４）は、前記コンデンサ（Ｃ
１）に蓄えられた電荷を消費して流れ、前記パワートラ
ンジスタ（ＴＲ１）と前記パワートランジスタ（ＴＲ
２）とがオン、オフ動作を交互に繰り返すことにより前
記フラッシュランプに放電電流を流し続けることを特徴
とするフラッシュランプの駆動方法に存する。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
実施の形態に係るフラッシュランプの駆動回路の構成を
示す。フラッシュランプの駆動回路は、チョッパ回路
と、チョッパ回路の入力電源Ｅ１と、フラッシュランプ
とから概略構成される。チョッパ回路は、スイッチング
素子であるパワートランジスタＴＲ１、ＴＲ２とフライ
ホイールダイオードＤ１、Ｄ２とリアクトルＬ１とコン
デンサＣ１とを有する。

【００１６】制御部より出力されるパルス幅変調（以下
ＰＷＭと称す）信号ａ及びＰＷＭ信号ｂが、それぞれパ
ワートランジスタＴＲ１のベース端子Ｇ１及びパワート
ランジスタＴＲ２のベース端子Ｇ２に入力される。

【００１７】図２の（１）、（２）は制御部より出力さ
れるＰＷＭ信号ａ及びＰＷＭ信号ｂのタイムチャートを
示す。Ｔ１はパワートランジスタＴＲ１、ＴＲ２のスイ
ッチング周期である。Ｓ１はパワートランジスタＴＲ
１,ＴＲ２が共にオンしている時間、Ｓ２はパワートラ
ンジスタＴＲ１がオフ、パワートランジスタＴＲ２がオ
ンしている時間、Ｓ３は再びパワートランジスタＴＲ
１、ＴＲ２が共にオンしている時間、Ｓ４はパワートラ
ンジスタＴＲ１がオン、パワートランジスタＴＲ２がオ
フしている時間をそれぞれ示す。Ｓ１及びＳ３、Ｓ２、
Ｓ４の時間における等価回路をそれぞれ図３と図４と図
５とに示す。

【００１８】図３のＳ１の時間において、入力電源Ｅ１
より電流Ｉ１が流れ、リアクトルＬ１を介して次第に増
加していく。電流Ｉ１が増加していくとコンデンサＣ１
に蓄積されている電荷が増え、フラッシュランプの放電
電流Ｉ４が増加していく。

【００１９】次に、図４のＳ２の時間において、リアク
トルＬ１によりフライホイールダイオードＤ１を介して
電流Ｉ２が電流Ｉ１と同一方向に流れ、次第に減衰して
いく。このときフラッシュランプの放電電流Ｉ４はコン
デンサＣ１に蓄えられた電荷を消費して流れ続ける。

【００２０】Ｓ３の時間では再び図３の状態に戻り、コ
ンデンサＣ１に蓄積されている電荷が増え、フラッシュ
ランプの放電電流Ｉ４が増加していく。

【００２１】次に図５のＳ４の時間において、リアクト
ルＬ１によりフライホイールダイオードＤ２を介して電
流Ｉ３が電流Ｉ１と同一方向に流れ、次第に減衰してい
く。このときフラッシュランプの放電電流Ｉ４はコンデ
ンサＣ１に蓄えられた電荷を消費して流れ続ける。

【００２２】本回路は図２の（１）と（２）に示すタイ
ムチャートのＳ１からＳ４の動作を１周期として順次繰
り返すことによりフラッシュランプに放電電流を流すも
のである。

【００２３】図２の（３）と（４）とは、Ｓ１からＳ４
の時間に回路に流れる電流Ｉ１からＩ４の波形を示した
ものである。図２に示される波形は周期Ｔ１／２のスイ
ッチング波形と同等であり、チョッパ回路のスイッチン
グ周波数がパワートランジスタのスイッチング周波数の
２倍であることを示している。このときフラッシュラン
プの放電電流Ｉ３、Ｉ４のリップルは従来の回路に比べ
て小さくなっている。これにより回路を構成するリアク
トルＬ１及びコンデンサＣ１の容量を小さくしても従来
と同等の出力電流の波形を維持できる。

【００２４】なお、スイッチング素子を３個以上にする
こともできる。

【００２５】また、本発明に係る「フラッシュランプの
駆動回路」はパルス励起レーザ用だけでなく映写機等、
本発明を実施する上で好適なもの全てに応用できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、以下に掲げる効果を奏する。

【００２７】チョッパ回路を構成するスイッチング素子
のスイッチング周波数を変更することなく、チョッパ回
路のスイッチング周波数を２倍にするものであり、フラ
ッシュランプのリップル電流を従来と同等に維持しつ
つ、フラッシュランプ駆動回路を構成するリアクトル及
びコンデンサの容量を小さくできる。さらにリアクトル
とコンデンサの容量が小さくなったことで制御部からの
ＰＷＭ信号に対する出力電流の応答性も高くすることが
でき、高速なフラッシュランプの駆動制御を可能とす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るフラッシュランプ駆
動回路の構成図である。

【図２】図１のＰＷＭ信号ａとＰＷＭ信号ｂ、及び電流
波形を示す図である。

【図３】図１のＳ１、Ｓ３の時間における等価回路を示
す図である。

【図４】図１のＳ２の時間における等価回路を示す図で
ある。

【図５】図１のＳ４の時間における等価回路を示す図で
ある。

【図６】従来の駆動回路の一例を示す構成図である。

【図７】従来の回路構成におけるＰＷＭ信号ａと電流波
形の一例を示す図である。

【符号の説明】

ａ，ｂ パルス幅変調信号 Ｃ１ コンデンサ Ｄ１、Ｄ２ フライホイールダイオード Ｅ１ 電源 Ｇ１，Ｇ２ ベース端子 Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３ 電流 Ｉ４ フラッシュランプの放電電流 Ｌ１ リアクトル ＴＲ１、ＴＲ２ パワートランジスタ １ 制御部

フロントページの続き (72)発明者 木下 淳 神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目 １番地25 日本電気ロボットエンジニア リング株式会社内 (72)発明者 吉岡 武志 神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目 １番地25 日本電気ロボットエンジニア リング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−49982（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−26845（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−50361（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 H01M 7/42 - 7/98 H05B 41/30 - 43/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング素子を用いたパルス励起レ
   ーザのフラッシュランプの駆動回路であって、 前記フラッシュランプの正負両極側に直列に備えられた
   ２つのスイッチング素子と、 前記フラッシュランプに並列に接続された２つのフライ
   ホイールダイオードと、 前記フラッシュランプに直列に接続されたリアクトル
   と、 前記フラッシュランプに並列に接続されたコンデンサを
   備え、 前記スイッチング素子は、パワートランジスタであり、 ２つの前記スイッチング素子と２つの前記フライホイー
   ルダイオードとは、前記パワートランジスタ（ＴＲ１）
   のエミッタに前記フライホイールダイオード（Ｄ２）の
   カソードが、前記パワートランジスタ（ＴＲ２）のエミ
   ッタに前記フライホイールダイオード（Ｄ２）のアノー
   ドが、前記パワートランジスタ（ＴＲ１）のコレクタに
   前記フライホイールダイオード（Ｄ１）のカソードが、
   前記パワートランジスタ（ＴＲ２）のコレクタに前記フ
   ライホイールダイオード（Ｄ１）のアノードが、たすき
   がけ状に接続され、 前記パワートランジスタ（ＴＲ１）と前記パワートラン
   ジスタ（ＴＲ２）とが各々のスイッチングの位相をずら
   して、交互にスイッチングを繰り返すことにより前記フ
   ラッシュランプに放電電流を流し続ける ことを特徴とす
   るフラッシュランプ駆動回路。
2. 【請求項２】 スイッチング素子を用いたパルス励起レ
   ーザのフラッシュランプの駆動方法であって、 リアクトルを通じて、フラッシュランプの正負両極側
   に、直列に備えられた２個のスイッチング素子の各々の
   スイッチングの位相をずらして、交互にスイッチングす
   ることで、 制御部より出力したパルス幅変調信号（ａ）とパルス幅
   変調信号（ｂ）とを、各々前記スイッチング素子である
   パワートランジスタ（ＴＲ１）のベース端子（Ｇ１）と
   前記スイッチング素子であるパワートランジスタ（ＴＲ
   ２）のベース端 子（Ｇ２）に入力し、 前記パワートランジスタ（ＴＲ１）と前記パワートラン
   ジスタ（ＴＲ２）とが共にオンのとき、入力電源（Ｅ
   １）より電流（Ｉ１）が流れ、 リアクトル（Ｌ１）を介して前記電流（Ｉ１）は増加
   し、 前記電流（Ｉ１）の増加に従い、コンデンサ（Ｃ１）に
   蓄積されている電荷が増え、前記フラッシュランプの放
   電電流（Ｉ４）が増加し、 前記パワートランジスタ（ＴＲ１）がオフ、前記パワー
   トランジスタ（ＴＲ２）がオンのとき、前記リアクトル
   （Ｌ１）によって、フライホイールダイオード（Ｄ１）
   を介して電流（Ｉ２）は前記電流（Ｉ１）と同一方向に
   流れ、減衰し、前記フラッシュランプの前記放電電流
   （Ｉ４）は、前記コンデンサ（Ｃ１）に蓄えられた電荷
   を消費して流れ続け、 前記パワートランジスタ（ＴＲ１）と前記パワートラン
   ジスタ（ＴＲ２）とが共にオンとなったとき、前記コン
   デンサ（Ｃ１）に蓄積されている電荷が増え、前記フラ
   ッシュランプの前記放電電流（Ｉ４）が増加し、 前記パワートランジスタ（ＴＲ１）がオン、前記パワー
   トランジスタ（ＴＲ２）がオフのとき、前記リアクトル
   （Ｌ１）によって、フライホイールダイオード（Ｄ２）
   を介して電流（Ｉ３）は前記電流（Ｉ１）と同一方向に
   流れ、減衰し、前記フラッシュランプの前記放電電流
   （Ｉ４）は、前記コンデンサ（Ｃ１）に蓄えられた電荷
   を消費して流れ、 前記パワートランジスタ（ＴＲ１）と前記パワートラン
   ジスタ（ＴＲ２）とがオン、オフ動作を交互に繰り返す
   ことにより前記フラッシュランプに放電電流を流し続け
   る ことを特徴とするフラッシュランプの駆動方法。