JP3383165B2 - パルス電源装置 - Google Patents
パルス電源装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S323/901—Starting circuits
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば銅蒸気レー
ザ、エキシマレーザ、炭酸ガスレーザ等のパルスレーザ
の励起エネルギを発生せるパルス電源装置に関するもの
である。
ザ、エキシマレーザ、炭酸ガスレーザ等のパルスレーザ
の励起エネルギを発生せるパルス電源装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】図５は、例えば特開平４−２００２８１
号公報に示された従来のパルス電源装置を示す図であ
る。図において１は直流電圧を発生する直流電圧源、２
は一端が直流電圧源１の正側出力端子に接続されたリア
クトル、４は直流電圧源１に並列に接続されたスイッチ
である。５はリアクトル２の他端に一端が接続されたコ
ンデンサ、６はコンデンサ５の他端に接続された放電負
荷、また９はスイッチ４のオン、オフ制御を行なう制御
回路である。
号公報に示された従来のパルス電源装置を示す図であ
る。図において１は直流電圧を発生する直流電圧源、２
は一端が直流電圧源１の正側出力端子に接続されたリア
クトル、４は直流電圧源１に並列に接続されたスイッチ
である。５はリアクトル２の他端に一端が接続されたコ
ンデンサ、６はコンデンサ５の他端に接続された放電負
荷、また９はスイッチ４のオン、オフ制御を行なう制御
回路である。
【０００３】以下に、従来のパルス電源装置の動作を説
明する。制御回路９によりスイッチ４がオフされている
場合、直流電圧源１の正側出力端子からリアクトル２を
通してコンデンサ５、さらに放電負荷６を通る経路で電
流が流れ、コンデンサ５は直流電圧源の出力電圧値にな
るまで充電される。
明する。制御回路９によりスイッチ４がオフされている
場合、直流電圧源１の正側出力端子からリアクトル２を
通してコンデンサ５、さらに放電負荷６を通る経路で電
流が流れ、コンデンサ５は直流電圧源の出力電圧値にな
るまで充電される。
【０００４】次に、制御回路９よりスイッチ４がオンさ
れると、スイッチ４を通して放電負荷６側に急峻な電流
が流れ、コンデンサ５に蓄えられていた静電エネルギ
は、放電負荷６へ投入される。
れると、スイッチ４を通して放電負荷６側に急峻な電流
が流れ、コンデンサ５に蓄えられていた静電エネルギ
は、放電負荷６へ投入される。
【０００５】放電負荷６の内部では、このエネルギを励
起源としてレーザ発振を起こし、投入エネルギに比例し
たレーザ出力光が得られる。これらの動作の完了後、再
び制御回路９によりスイッチ４をオフすると、コンデン
サ５への充電が開始される。これらの動作は、１秒間に
数１００〜数１０００回程度繰り返し行なわれる。スイ
ッチ４は高電圧、大電流のスイッチング動作を高速で繰
り返し行なうため、スイッチ４としては、半導体デバイ
スで構成される半導体スイッチが使用される。
起源としてレーザ発振を起こし、投入エネルギに比例し
たレーザ出力光が得られる。これらの動作の完了後、再
び制御回路９によりスイッチ４をオフすると、コンデン
サ５への充電が開始される。これらの動作は、１秒間に
数１００〜数１０００回程度繰り返し行なわれる。スイ
ッチ４は高電圧、大電流のスイッチング動作を高速で繰
り返し行なうため、スイッチ４としては、半導体デバイ
スで構成される半導体スイッチが使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のパルス電源装置
は、以上のように構成されているので、レーザ出力の安
定化のためにはコンデンサの充電電圧値を高精度に設定
する必要がある。この充電電圧値は、直流電圧源の出力
電圧精度により決定されるため、直流電圧源には高電圧
でかつ高精度のものが必要とされ、このため装置が大型
化し、高コストとなるという問題点があった。
は、以上のように構成されているので、レーザ出力の安
定化のためにはコンデンサの充電電圧値を高精度に設定
する必要がある。この充電電圧値は、直流電圧源の出力
電圧精度により決定されるため、直流電圧源には高電圧
でかつ高精度のものが必要とされ、このため装置が大型
化し、高コストとなるという問題点があった。
【０００７】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、直流電圧源に高精度を必要とせ
ず、またその出力電圧値を大幅に下げることができ、し
かも、充電電圧を高精度に保つことができ、もって装置
を小型化することができるとともに低コスト化を実現す
ることができるパルス電源装置を得ることを目的として
いる。
ためになされたもので、直流電圧源に高精度を必要とせ
ず、またその出力電圧値を大幅に下げることができ、し
かも、充電電圧を高精度に保つことができ、もって装置
を小型化することができるとともに低コスト化を実現す
ることができるパルス電源装置を得ることを目的として
いる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るため、この発明は、直流電圧を発生する直流電圧源
と、この直流電圧源に接続されたリアクトルと、このリ
アクトルを流れる電流を一方向に規制するダイオード
と、上記リアクトルに接続される充電用のコンデンサ
と、このコンデンサを介して接続される放電負荷と、上
記コンデンサ及び上記放電負荷と並列に設けられ、オン
時に上記直流電圧源と上記リアクトルによる閉回路を構
成して、電磁エネルギを上記リアクトルに蓄えさせる一
方、オフ時に上記リアクトル、上記コンデンサ、上記放
電負荷による閉回路を構成して、上記電磁エネルギを上
記コンデンサに静電エネルギとして、かつその充電電圧
を上記直流電圧より昇圧させて蓄えさせるスイッチと、
上記直流電圧源の電圧を検出する電圧検出器と、上記リ
アクトルを流れる電流を検出する電流検出器と、上記検
出電圧および上記検出電流に基づいて上記スイッチをオ
ン、オフさせる制御回路とを備え、上記制御回路は、所
望の充電電圧値と上記電圧検出器で検出された上記直流
電圧源の電圧から上記コンデンサの充電電圧を目標値に
するために上記リアクトルに流れる電流値を演算で求め
る手段と、上記電流検出器で検出されたリアクトルに流
れる電流値を上記演算で求めた電流値とを比較し演算で
求められた電流値となった時点で上記スイッチをオフす
る信号を発生する手段と、を含み、以下の数式によって
表される電流値を演算し、上記検出電流値が上記演算に
より求められる演算値に達した時点において、上記スイ
ッチをオフするパルス電源装置。 Ｉｍ＝Ｋ・Ｉ Ｓ ただし、Ｋ＝√（（Ｖ＊／Ｅ−１） ２ −１） Ｉ Ｓ ＝Ｅ・√（Ｃ／Ｌ）） Ｖ＊：負荷コンデンサの所望の充電電圧値 Ｅ：直流電圧源電圧値 Ｃ：負荷コンデンサ値 Ｌ：リアクトル値 また、上記直流電圧源は、単相または３相の商用電源を
昇圧するトランスとダ イオードを用いてなる単相または
３相ブリッジ整流回路であるパルス電源装置にある。
るため、この発明は、直流電圧を発生する直流電圧源
と、この直流電圧源に接続されたリアクトルと、このリ
アクトルを流れる電流を一方向に規制するダイオード
と、上記リアクトルに接続される充電用のコンデンサ
と、このコンデンサを介して接続される放電負荷と、上
記コンデンサ及び上記放電負荷と並列に設けられ、オン
時に上記直流電圧源と上記リアクトルによる閉回路を構
成して、電磁エネルギを上記リアクトルに蓄えさせる一
方、オフ時に上記リアクトル、上記コンデンサ、上記放
電負荷による閉回路を構成して、上記電磁エネルギを上
記コンデンサに静電エネルギとして、かつその充電電圧
を上記直流電圧より昇圧させて蓄えさせるスイッチと、
上記直流電圧源の電圧を検出する電圧検出器と、上記リ
アクトルを流れる電流を検出する電流検出器と、上記検
出電圧および上記検出電流に基づいて上記スイッチをオ
ン、オフさせる制御回路とを備え、上記制御回路は、所
望の充電電圧値と上記電圧検出器で検出された上記直流
電圧源の電圧から上記コンデンサの充電電圧を目標値に
するために上記リアクトルに流れる電流値を演算で求め
る手段と、上記電流検出器で検出されたリアクトルに流
れる電流値を上記演算で求めた電流値とを比較し演算で
求められた電流値となった時点で上記スイッチをオフす
る信号を発生する手段と、を含み、以下の数式によって
表される電流値を演算し、上記検出電流値が上記演算に
より求められる演算値に達した時点において、上記スイ
ッチをオフするパルス電源装置。 Ｉｍ＝Ｋ・Ｉ Ｓ ただし、Ｋ＝√（（Ｖ＊／Ｅ−１） ２ −１） Ｉ Ｓ ＝Ｅ・√（Ｃ／Ｌ）） Ｖ＊：負荷コンデンサの所望の充電電圧値 Ｅ：直流電圧源電圧値 Ｃ：負荷コンデンサ値 Ｌ：リアクトル値 また、上記直流電圧源は、単相または３相の商用電源を
昇圧するトランスとダ イオードを用いてなる単相または
３相ブリッジ整流回路であるパルス電源装置にある。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図に従
って説明する。図１において、１は直流電圧源、２はそ
の一端が直流電圧源１の正側出力端子に接続されたリア
クトル、３はリアクトル２を流れる電流を一方向に規制
するダイオード、４はダイオード３と後述のコンデンサ
５との間に一端が接続され、他端が直流電圧源１の負側
出力端子に接続された開閉用のスイッチである。
って説明する。図１において、１は直流電圧源、２はそ
の一端が直流電圧源１の正側出力端子に接続されたリア
クトル、３はリアクトル２を流れる電流を一方向に規制
するダイオード、４はダイオード３と後述のコンデンサ
５との間に一端が接続され、他端が直流電圧源１の負側
出力端子に接続された開閉用のスイッチである。
【００１４】また、５は一端がダイオード３のカソード
側に接続されたコンデンサ、６はコンデンサ５の他端に
接続された放電負荷である。さらに、７は直流電圧源１
の両出力端子に接続され、直流電圧源１の電圧を検出す
る電圧検出器、８は直流電圧源１の負側出力端子とスイ
ッチ４の間に設けられ、リアクトル２を流れる電流を検
出する電流検出器、９Ａはその入力側が電圧検出器７と
電流検出器８に接続され、またその出力側がスイッチ４
の制御端子に接続され、電圧検出器７による検出電圧と
電流検出器８による検出電流を入力し、スイッチ４をオ
ン、オフ制御する制御回路である。
側に接続されたコンデンサ、６はコンデンサ５の他端に
接続された放電負荷である。さらに、７は直流電圧源１
の両出力端子に接続され、直流電圧源１の電圧を検出す
る電圧検出器、８は直流電圧源１の負側出力端子とスイ
ッチ４の間に設けられ、リアクトル２を流れる電流を検
出する電流検出器、９Ａはその入力側が電圧検出器７と
電流検出器８に接続され、またその出力側がスイッチ４
の制御端子に接続され、電圧検出器７による検出電圧と
電流検出器８による検出電流を入力し、スイッチ４をオ
ン、オフ制御する制御回路である。
【００１５】なお、スイッチ４はコンデンサ５及び放電
負荷６と並列に設けられ、そのオン時に直流電圧源１と
リアクトル２による閉回路を構成して、電磁エネルギを
リアクトル２に蓄えさせる一方、オフ時にリアクトル
２、コンデンサ５、放電負荷６による閉回路を構成し
て、リアクトル２に蓄えられた電磁エネルギをコンデン
サ５に静電エネルギとして、かつその充電電圧を直流電
圧源１の出力直流電圧より昇圧させて蓄えさせる。
負荷６と並列に設けられ、そのオン時に直流電圧源１と
リアクトル２による閉回路を構成して、電磁エネルギを
リアクトル２に蓄えさせる一方、オフ時にリアクトル
２、コンデンサ５、放電負荷６による閉回路を構成し
て、リアクトル２に蓄えられた電磁エネルギをコンデン
サ５に静電エネルギとして、かつその充電電圧を直流電
圧源１の出力直流電圧より昇圧させて蓄えさせる。
【００１６】次にこの実施の形態１の動作について説明
する。まず、スイッチ４がオンしている時、直流電圧源
１の両出力端子はリアクトル２で短絡された形となり、
リアクトル２に流れる電流Ｉはオン期間Ｔと直流電圧源
１の出力電圧Ｅ、リアクトルのインダクタンス値Ｌを用
いて、
する。まず、スイッチ４がオンしている時、直流電圧源
１の両出力端子はリアクトル２で短絡された形となり、
リアクトル２に流れる電流Ｉはオン期間Ｔと直流電圧源
１の出力電圧Ｅ、リアクトルのインダクタンス値Ｌを用
いて、
【００１７】Ｉ＝Ｅ／Ｌ×Ｔ
【００１８】で表されるので、Ｅの値がスイッチのオン
時間Ｔの間で一定とみなせる場合、スイッチのオン時間
に比例的に依存した電流がリアクトル２に電磁エネルギ
として蓄えられる。その後、スイッチ４をオフすると、
直流電圧源１からリアクトル２、ダイオード３を介して
コンデンサ５に充電電流が流れるが、この電流には、ス
イッチ４をオフする直前に、リアクトル２に流れていた
電流Ｉｍが初期値として加算される。
時間Ｔの間で一定とみなせる場合、スイッチのオン時間
に比例的に依存した電流がリアクトル２に電磁エネルギ
として蓄えられる。その後、スイッチ４をオフすると、
直流電圧源１からリアクトル２、ダイオード３を介して
コンデンサ５に充電電流が流れるが、この電流には、ス
イッチ４をオフする直前に、リアクトル２に流れていた
電流Ｉｍが初期値として加算される。
【００１９】一方、この初期電流がない場合の充電電流
の最大値ＩSは、コンデンサ５の静電容量Ｃを用いて、
の最大値ＩSは、コンデンサ５の静電容量Ｃを用いて、
【００２０】ＩS＝Ｅ×√（Ｃ／Ｌ）
【００２１】で表される。よって、スイッチ４のオフ後
の充電電流Ｉは、
の充電電流Ｉは、
【００２２】ＩｍＣＯＳ（ωｔ）＋ＩｓＳＩＮ（ωｔ）
【００２３】の２項の和で表せるが、スイッチ４のオフ
の時点をｔ＝０とすると、上記電流Ｉは所定の期間、ダ
イオード３の順方向に流れるが、電流値がやがて減少し
て、ゼロとなり電流の方向が反転しようとする。しか
し、ダイオード３がこの電流の反転を阻止し、コンデン
サ５への充電動作を完了する。昇圧チョッパと同様の原
理により、充電電圧値は直流電圧源１の出力電圧Ｅの２
倍以上で理論上何倍にでも昇圧できる。
の時点をｔ＝０とすると、上記電流Ｉは所定の期間、ダ
イオード３の順方向に流れるが、電流値がやがて減少し
て、ゼロとなり電流の方向が反転しようとする。しか
し、ダイオード３がこの電流の反転を阻止し、コンデン
サ５への充電動作を完了する。昇圧チョッパと同様の原
理により、充電電圧値は直流電圧源１の出力電圧Ｅの２
倍以上で理論上何倍にでも昇圧できる。
【００２４】その後スイッチ４をオンすることにより、
コンデンサ５に蓄えられた静電エネルギをスイッチ４を
通して、放電負荷６に極めて短時間で供給すると同時
に、再びリアクトル２への電磁エネルギの蓄積を開始す
る。これらの一連の動作の中で、コンデンサ５の充電電
圧値ＶCは、充電電流Ｉによって決まる。
コンデンサ５に蓄えられた静電エネルギをスイッチ４を
通して、放電負荷６に極めて短時間で供給すると同時
に、再びリアクトル２への電磁エネルギの蓄積を開始す
る。これらの一連の動作の中で、コンデンサ５の充電電
圧値ＶCは、充電電流Ｉによって決まる。
【００２５】直流電圧源１の出力電圧値Ｅ、およびリア
クトル２に流れる電流値Ｉを検出すれば、上述したＩ
ｍ、Ｉｓが得られ、充電電圧値の制御が可能となる。図
において、出力電圧値Ｅを電圧検出器７で、リアクトル
２の電流値Ｉを電流検出器８で検出し、制御回路９に入
力する。制御回路９は、これらの検出値を用いて、後述
するように、所望の充電電圧値が得られるようにスイッ
チのオン、オフ制御を行う。
クトル２に流れる電流値Ｉを検出すれば、上述したＩ
ｍ、Ｉｓが得られ、充電電圧値の制御が可能となる。図
において、出力電圧値Ｅを電圧検出器７で、リアクトル
２の電流値Ｉを電流検出器８で検出し、制御回路９に入
力する。制御回路９は、これらの検出値を用いて、後述
するように、所望の充電電圧値が得られるようにスイッ
チのオン、オフ制御を行う。
【００２６】以上、説明したように実施の形態１によれ
ば、直流電圧源の出力電圧の精度を必要とせず、充電電
圧値の制御が可能となり、しかも、直流電圧源の出力電
圧は、充電電圧に対して大幅に低電圧化できる。
ば、直流電圧源の出力電圧の精度を必要とせず、充電電
圧値の制御が可能となり、しかも、直流電圧源の出力電
圧は、充電電圧に対して大幅に低電圧化できる。
【００２７】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２として、実施の形態１で示した制御回路の動作の一
例について説明する。図２は制御回路の動作を説明する
ためのタイムチャートを示す図である。
態２として、実施の形態１で示した制御回路の動作の一
例について説明する。図２は制御回路の動作を説明する
ためのタイムチャートを示す図である。
【００２８】図において、Ｉｍは、所望の充電電圧を得
るため、スイッチ４のオフ直前にリアクトル２に流すべ
き電流値であり、Ｉは電流検出器８により検出されるリ
アクトル２の電流波形、Ｔはスイッチ４のオン、オフ制
御信号、Ｖはコンデンサ５の充電電圧波形である。リア
クトル２を流れる電流値が、Ｉｍを超える時点をスイッ
チ４のオフタイミングと定め、コンデンサ５の充電を行
なう。
るため、スイッチ４のオフ直前にリアクトル２に流すべ
き電流値であり、Ｉは電流検出器８により検出されるリ
アクトル２の電流波形、Ｔはスイッチ４のオン、オフ制
御信号、Ｖはコンデンサ５の充電電圧波形である。リア
クトル２を流れる電流値が、Ｉｍを超える時点をスイッ
チ４のオフタイミングと定め、コンデンサ５の充電を行
なう。
【００２９】充電完了から充電するまでの時間より十分
時間が経過してから、スイッチのオン指令を行なう。後
述するように、Ｉｍを所望の充電電圧値とその時点での
電圧値Ｅから算出しておくと、単純な電流値の比較でス
イッチのオン時間が制御でき、所望の充電電圧値が簡単
に得られる。
時間が経過してから、スイッチのオン指令を行なう。後
述するように、Ｉｍを所望の充電電圧値とその時点での
電圧値Ｅから算出しておくと、単純な電流値の比較でス
イッチのオン時間が制御でき、所望の充電電圧値が簡単
に得られる。
【００３０】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３として、実施の形態２で示したＩｍの求め方の一例
を説明する。図３において、Ｖ＊は所望の充電電圧、１
０はこの所望の充電電圧Ｖ＊と電流検出器７で検出され
た検出電圧値が入力され、Ｖ＊／Ｅを求める除算器、１
１は除算器１０の出力側に接続され、その出力から１を
減算する減算器、１２は減算器１１の出力側に接続さ
れ、その出力を二乗する二乗演算器、１３は二乗演算器
１２の出力側に接続され、その出力から１を引く減算
器、１４は減算器１３の出力側に接続され、その出力か
ら平方根を求める平方根演算器、１５は検出電圧値Ｅと
後述するＳの値が入力され、これらを乗算する乗算器、
１６は乗算器１５の出力側と平方根演算器１４の出力側
に接続され、これらの出力を乗算してＩｍを得る乗算
器、１７はこの乗算器１６の出力側と電流検出器８の出
力側に接続され、これらの出力を比較する比較回路であ
る。
態３として、実施の形態２で示したＩｍの求め方の一例
を説明する。図３において、Ｖ＊は所望の充電電圧、１
０はこの所望の充電電圧Ｖ＊と電流検出器７で検出され
た検出電圧値が入力され、Ｖ＊／Ｅを求める除算器、１
１は除算器１０の出力側に接続され、その出力から１を
減算する減算器、１２は減算器１１の出力側に接続さ
れ、その出力を二乗する二乗演算器、１３は二乗演算器
１２の出力側に接続され、その出力から１を引く減算
器、１４は減算器１３の出力側に接続され、その出力か
ら平方根を求める平方根演算器、１５は検出電圧値Ｅと
後述するＳの値が入力され、これらを乗算する乗算器、
１６は乗算器１５の出力側と平方根演算器１４の出力側
に接続され、これらの出力を乗算してＩｍを得る乗算
器、１７はこの乗算器１６の出力側と電流検出器８の出
力側に接続され、これらの出力を比較する比較回路であ
る。
【００３１】このような構成の下、スイッチ４のオフ直
前にリアクトル２に流すべき電流値Ｉｍを次式、
前にリアクトル２に流すべき電流値Ｉｍを次式、
【００３２】Ｋ＝√（（Ｖ＊／Ｅ−１）2−１）
Ｓ＝√（Ｃ／Ｌ）
【００３３】を用いて、Ｉｍ＝Ｋ×Ｅ×Ｓで求めるよう
にする。
にする。
【００３４】上記の数式を用いた演算を行なうと、所望
の充電電圧Ｖ＊を得るための電流値Ｉｍが、簡単かつ正
確に得られる。
の充電電圧Ｖ＊を得るための電流値Ｉｍが、簡単かつ正
確に得られる。
【００３５】実施の形態４．以下、この発明の実施の形
態４として、実施の形態１乃至３で示した直流電圧源の
一具体例について説明する。図４において、１９は３相
の商用電源を入力とし、出力電圧を昇圧するトランス、
２０は３相の交流電圧を整流するブリッジ整流回路でダ
イオードで構成されている。上述してきた直流電圧源１
として以上のような構成を備えるとともに、制御回路９
にてコンデンサ５の充電電圧を自在に制御するようにす
れば、直流電圧源の出力電圧精度が不要となる。そし
て、かかる構成によれば、４００Ｖ／６．６ｋＶ等の汎
用的なトランスの適用も可能となるので、パルス電源装
置としての構成がさらに簡略化するとともに、低コスト
化できる。
態４として、実施の形態１乃至３で示した直流電圧源の
一具体例について説明する。図４において、１９は３相
の商用電源を入力とし、出力電圧を昇圧するトランス、
２０は３相の交流電圧を整流するブリッジ整流回路でダ
イオードで構成されている。上述してきた直流電圧源１
として以上のような構成を備えるとともに、制御回路９
にてコンデンサ５の充電電圧を自在に制御するようにす
れば、直流電圧源の出力電圧精度が不要となる。そし
て、かかる構成によれば、４００Ｖ／６．６ｋＶ等の汎
用的なトランスの適用も可能となるので、パルス電源装
置としての構成がさらに簡略化するとともに、低コスト
化できる。
【００３６】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、直流電
圧を発生する直流電圧源と、この直流電圧源に接続され
たリアクトルと、このリアクトルを流れる電流を一方向
に規制するダイオードと、上記リアクトルに接続される
充電用のコンデンサと、このコンデンサを介して接続さ
れる放電負荷と、上記コンデンサ及び上記放電負荷と並
列に設けられ、オン時に上記直流電圧源と上記リアクト
ルによる閉回路を構成して、電磁エネルギを上記リアク
トルに蓄えさせる一方、オフ時に上記リアクトル、上記
コンデンサ、上記放電負荷による閉回路を構成して、上
記電磁エネルギを上記コンデンサに静電エネルギとし
て、かつその充電電圧を上記直流電圧より昇圧させて蓄
えさせるスイッチと、上記直流電圧源の電圧を検出する
電圧検出器と、上記リアクトルを流れる電流を検出する
電流検出器と、上記検出電圧および上記検出電流に基づ
いて上記スイッチをオン、オフさせる制御回路とを備
え、上記制御回路は、所望の充電電圧値と上記電圧検出
器で検出された上記直流電圧源の電圧から上記コンデン
サの充電電圧を目標値にするために上記リアクトルに流
れる電流値を演算で求める手段と、上記電流検出器で検
出されたリアクトルに流れる電流値を上記演算で求めた
電流値とを比較し演算で求められた電流値となった時点
で上記スイッチをオフする信号を発生する手段と、を含
むことを特徴とするパルス電源装置としたので、直流電
圧源には、出力電圧制御機能が不要となり、充電電圧の
制御を直接充電電圧を検出することなく、精度よく行う
ことが可能となる。また放電ノイズやスイッチングノイ
ズの影響を受けにくく、安定した動作が得られる。さら
に、充電電圧値に対して直流電圧値を大幅に小さくでき
るので、直流電圧源の出力電圧が低電圧化でき、もっ
て、パルス電源装置の構成が大幅に簡略化されてコンパ
クト化、低コスト化できるという効果を奏する。また、
単純な電流値の比較でスイッチのオン時間が制御でき、
所望の充電電圧値が簡単に得られるという効果を奏す
る。
圧を発生する直流電圧源と、この直流電圧源に接続され
たリアクトルと、このリアクトルを流れる電流を一方向
に規制するダイオードと、上記リアクトルに接続される
充電用のコンデンサと、このコンデンサを介して接続さ
れる放電負荷と、上記コンデンサ及び上記放電負荷と並
列に設けられ、オン時に上記直流電圧源と上記リアクト
ルによる閉回路を構成して、電磁エネルギを上記リアク
トルに蓄えさせる一方、オフ時に上記リアクトル、上記
コンデンサ、上記放電負荷による閉回路を構成して、上
記電磁エネルギを上記コンデンサに静電エネルギとし
て、かつその充電電圧を上記直流電圧より昇圧させて蓄
えさせるスイッチと、上記直流電圧源の電圧を検出する
電圧検出器と、上記リアクトルを流れる電流を検出する
電流検出器と、上記検出電圧および上記検出電流に基づ
いて上記スイッチをオン、オフさせる制御回路とを備
え、上記制御回路は、所望の充電電圧値と上記電圧検出
器で検出された上記直流電圧源の電圧から上記コンデン
サの充電電圧を目標値にするために上記リアクトルに流
れる電流値を演算で求める手段と、上記電流検出器で検
出されたリアクトルに流れる電流値を上記演算で求めた
電流値とを比較し演算で求められた電流値となった時点
で上記スイッチをオフする信号を発生する手段と、を含
むことを特徴とするパルス電源装置としたので、直流電
圧源には、出力電圧制御機能が不要となり、充電電圧の
制御を直接充電電圧を検出することなく、精度よく行う
ことが可能となる。また放電ノイズやスイッチングノイ
ズの影響を受けにくく、安定した動作が得られる。さら
に、充電電圧値に対して直流電圧値を大幅に小さくでき
るので、直流電圧源の出力電圧が低電圧化でき、もっ
て、パルス電源装置の構成が大幅に簡略化されてコンパ
クト化、低コスト化できるという効果を奏する。また、
単純な電流値の比較でスイッチのオン時間が制御でき、
所望の充電電圧値が簡単に得られるという効果を奏す
る。
【００３７】
【００３８】また、上記制御回路は、以下の数式によっ
て表される電流値を演算し、上記検出電流値が上記演算
により求められる演算値に達した時点において、上記ス
イッチをオフするものであるため、上記効果に加えて、
所望の充電電圧Ｖ＊を得るための電流値Ｉｍが、簡単か
つ正確に得られるという効果を奏する。
て表される電流値を演算し、上記検出電流値が上記演算
により求められる演算値に達した時点において、上記ス
イッチをオフするものであるため、上記効果に加えて、
所望の充電電圧Ｖ＊を得るための電流値Ｉｍが、簡単か
つ正確に得られるという効果を奏する。
【００３９】Ｉｍ＝Ｋ・ＩS
ただし、Ｋ＝√（（Ｖ＊／Ｅ−１）2−１）
ＩS＝Ｅ・√（Ｃ／Ｌ））
Ｖ＊：負荷コンデンサの所望の充電電圧値
Ｅ：直流電圧源電圧値
Ｃ：負荷コンデンサ値
Ｌ：リアクトル値
【００４０】さらに、上記直流電圧源は、単相または３
相の商用電源を昇圧するトランスとダイオードを用いて
なる単相または３相ブリッジ整流回路で構成したため、
上記効果に加えて、直流電圧源の出力電圧精度が不要と
なり、また汎用的なトランスの適用も可能となるので、
構成がさらに簡略化するとともに、低コスト化できると
いう効果を奏する。
相の商用電源を昇圧するトランスとダイオードを用いて
なる単相または３相ブリッジ整流回路で構成したため、
上記効果に加えて、直流電圧源の出力電圧精度が不要と
なり、また汎用的なトランスの適用も可能となるので、
構成がさらに簡略化するとともに、低コスト化できると
いう効果を奏する。
【図１】 この発明の実施の形態１によるパルス電源装
置の構成を示すブロック図である。
置の構成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態２を示す動作タイミン
グチャート図である。
グチャート図である。
【図３】 この発明の実施の形態３を示す制御ブロック
図である。
図である。
【図４】 この発明の実施の形態４を示すブロック図で
ある。
ある。
【図５】 従来のパルス電源装置を示すブロック図であ
る。
る。
１ 直流電圧源、２ リアクトル、３ ダイオード、４
スイッチ、５ コンデンサ、７ 電圧検出器、８ 電
流検出器、９、９Ａ 制御回路、１０ 除算器、１１、
１３ 減算器、１２ 二乗演算器、１４ 平方根演算
器、１５、１６乗算器、１７ 比較器、１９ トラン
ス、２０ 単相または３相ブリッジ整流回路図。
スイッチ、５ コンデンサ、７ 電圧検出器、８ 電
流検出器、９、９Ａ 制御回路、１０ 除算器、１１、
１３ 減算器、１２ 二乗演算器、１４ 平方根演算
器、１５、１６乗算器、１７ 比較器、１９ トラン
ス、２０ 単相または３相ブリッジ整流回路図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(73)特許権者 000222037
東北電力株式会社
宮城県仙台市青葉区本町一丁目７番１号
(73)特許権者 000156938
関西電力株式会社
大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号
(73)特許権者 000180368
四国電力株式会社
香川県高松市丸の内２番５号
(73)特許権者 000211307
中国電力株式会社
広島県広島市中区小町４番33号
(73)特許権者 000241957
北海道電力株式会社
北海道札幌市中央区大通東１丁目２番地
(73)特許権者 000242644
北陸電力株式会社
富山県富山市牛島町15番１号
(73)特許権者 000164438
九州電力株式会社
福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82
号
(73)特許権者 000230940
日本原子力発電株式会社
東京都千代田区神田美土代町１番地１
(73)特許権者 597006470
日本原燃株式会社
青森県青森市本町１丁目２番15号
(73)特許権者 000173809
財団法人電力中央研究所
東京都千代田区大手町１丁目６番１号
(74)上記１２名の代理人 100057874
弁理士 曾我 道照 （外６名）
(72)発明者 薮内 正隆
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
三菱電機株式会社内
(56)参考文献 特開 平２−196483（ＪＰ，Ａ)
特開 昭52−85332（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−283780（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−162067（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 9/04
H01S 3/104
Claims (2)
- 【請求項１】 直流電圧を発生する直流電圧源と、この
直流電圧源に接続されたリアクトルと、このリアクトル
を流れる電流を一方向に規制するダイオードと、上記リ
アクトルに接続される充電用のコンデンサと、このコン
デンサを介して接続される放電負荷と、上記コンデンサ
及び上記放電負荷と並列に設けられ、オン時に上記直流
電圧源と上記リアクトルによる閉回路を構成して、電磁
エネルギを上記リアクトルに蓄えさせる一方、オフ時に
上記リアクトル、上記コンデンサ、上記放電負荷による
閉回路を構成して、上記電磁エネルギを上記コンデンサ
に静電エネルギとして、かつその充電電圧を上記直流電
圧より昇圧させて蓄えさせるスイッチと、上記直流電圧
源の電圧を検出する電圧検出器と、上記リアクトルを流
れる電流を検出する電流検出器と、上記検出電圧および
上記検出電流に基づいて上記スイッチをオン、オフさせ
る制御回路とを備え、上記制御回路は、所望の充電電圧
値と上記電圧検出器で検出された上記直流電圧源の電圧
から上記コンデンサの充電電圧を目標値にするために上
記リアクトルに流れる電流値を演算で求める手段と、上
記電流検出器で検出されたリアクトルに流れる電流値を
上記演算で求めた電流値とを比較し演算で求められた電
流値となった時点で上記スイッチをオフする信号を発生
する手段と、を含み、以下の数式によって表される電流
値を演算し、上記検出電流値が上記演算により求められ
る演算値に達した時点において、上記スイッチをオフす
るパルス電源装置。 Ｉｍ＝Ｋ・Ｉ Ｓ ただし、Ｋ＝√（（Ｖ＊／Ｅ−１） ２ −１） Ｉ Ｓ ＝Ｅ・√（Ｃ／Ｌ）） Ｖ＊：負荷コンデンサの所望の充電電圧値 Ｅ：直流電圧源電圧値 Ｃ：負荷コンデンサ値 Ｌ：リアクトル値 - 【請求項２】 請求項１のパルス電源装置において、上
記直流電圧源は、単相または３相の商用電源を昇圧する
トランスとダイオードを用いてなる単相または３相ブリ
ッジ整流回路であるパルス電源装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23677496A JP3383165B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | パルス電源装置 |
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| EP97115473A EP0828342A3 (en) | 1996-09-06 | 1997-09-05 | Pulsed power supply unit |
| US08/924,995 US5881082A (en) | 1996-09-06 | 1997-09-05 | Pulsed power supply unit for a pulsed laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23677496A JP3383165B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | パルス電源装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1084680A JPH1084680A (ja) | 1998-03-31 |
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Family
ID=17005602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23677496A Expired - Fee Related JP3383165B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | パルス電源装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0828342A3 (ja) |
| JP (1) | JP3383165B2 (ja) |
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| JP2002187584A (ja) * | 2000-12-22 | 2002-07-02 | Shimano Inc | 自転車用電動ユニットの駆動制御回路 |
| KR20040006626A (ko) * | 2002-07-13 | 2004-01-24 | 주식회사 다산 씨.앤드.아이 | 냉각장치의 열전모듈용 전원제어장치 및 제어방법 |
| CN101714825B (zh) * | 2003-03-17 | 2013-01-02 | 三菱电机株式会社 | 变换器装置 |
| CN100399692C (zh) * | 2005-01-21 | 2008-07-02 | 大连理工大学 | 一种高压矩形脉冲电源 |
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| CN101534071B (zh) * | 2009-04-09 | 2012-10-24 | 复旦大学 | 全固态高压纳秒脉冲电源 |
| DE102010002231A1 (de) | 2010-02-23 | 2011-08-25 | TRUMPF Laser GmbH + Co. KG, 78713 | Verfahren und Schaltung zur Erzeugung eines Spannungspulses > 500V. |
| CN101902147A (zh) * | 2010-07-21 | 2010-12-01 | 西安交通大学 | 一种使用磁开关的冲击电压发生器 |
| DE102012222606A1 (de) | 2012-12-10 | 2014-06-26 | Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg | Pockelszellentreiberschaltung und Verfahren zum Betrieb einer Pockelszelle |
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| CN103236635B (zh) * | 2013-04-17 | 2016-05-11 | 武汉点金激光科技有限公司 | 一种气体激光器可控硅电源 |
| CN104852276B (zh) * | 2014-10-31 | 2017-10-20 | 北京遥测技术研究所 | 一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路 |
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| CN109038198A (zh) * | 2018-08-20 | 2018-12-18 | 中山市天志光电科技有限公司 | 一种直接绿光激光管的激光模组装置 |
| CN111210610B (zh) * | 2018-11-22 | 2021-09-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种控制方法、电路板及电子设备 |
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|---|---|---|---|---|
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| US4405975A (en) * | 1981-10-29 | 1983-09-20 | Gte Products Corporation | Power supply start-up circuit |
| US4405889A (en) * | 1981-10-29 | 1983-09-20 | Gte Products Corporation | Power supply for repetitive discharge apparatus |
| JPH02196483A (ja) * | 1989-01-25 | 1990-08-03 | Hitachi Ltd | パルスレーザ用電源 |
| US5048033A (en) * | 1990-09-04 | 1991-09-10 | Coherent, Inc. | Method and apparatus for controlling the power supply of a laser operating in a pulse mode |
| JPH07231678A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-08-29 | Meidensha Corp | パルス電源 |
| CN2222412Y (zh) * | 1994-04-24 | 1996-03-13 | 许天昀 | 一种变流装置 |
| US5596593A (en) * | 1996-02-09 | 1997-01-21 | Luxar Corporation | Orthogonal RFDC transverse excited gas laser |
-
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- 1996-09-06 JP JP23677496A patent/JP3383165B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-09-05 EP EP97115473A patent/EP0828342A3/en not_active Withdrawn
- 1997-09-05 CN CN97118049A patent/CN1053301C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1997-09-05 US US08/924,995 patent/US5881082A/en not_active Expired - Fee Related
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| US5881082A (en) | 1999-03-09 |
| CN1177233A (zh) | 1998-03-25 |
| JPH1084680A (ja) | 1998-03-31 |
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