JPH0523562U - レーザ電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】高速・高精度な充電を可能とし、かつ電源装置
の入力側に設けるブレーカを小型・小容量もので済ませ
られるようにする。 【構成】三相の商用交流電力は直流の電力に変換され、
この直流の電力がＩＧＢＴ１２およびコイル１４を介し
てコンデンサ１６に供給される。コンデンサ１６に流れ
込む充電電流Ｉc を検出するためのホールＣＴ１８の出
力信号は充電電流検出回路２０に入力され、その充電電
流検出信号ＳＩc は充電制御回路２２に与えられる。充
電制御回路２２は任意の周波数、任意のタイミングで駆
動回路２６を介してＩＧＢＴ１２のオン・オフを制御す
る。コンデンサ１６を無充電状態から設定電圧まで充電
するとき、充電制御回路２２は、充電電流検出信号ＳＩ
c をフィードバック信号として、充電電流Ｉcを高速に
立ち上げ、充電期間ｔc を通じてほぼ一定の値Ｉs で流
し続けるような定電流制御を行う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、繰り返しパルスレーザ光を発生するレーザの電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

繰り返しパルスレーザ光は、通常５０パルス／秒以上のパルスレートを有する パルス状のレーザ光で、たとえばシーム溶接や切断等のレーザ加工に用いられて いる。このような繰り返しパルスレーザ光を発生するには、一般に、電力を電荷 として蓄積するコンデンサをパルスレートに対応した周波数で瞬時に放電させ、 その放電パルス電流をレーザ励起用ランプに供給して該ランプをパルス点灯せし め、その光エネルギでレーザロッドをパルス発振させるようにしている。

【０００３】 従来のこの種レーザ電源装置では、商用交流電力をコンデンサ充電用の直流に 変換するための整流回路にサイリスタを使用し、各サイリスタの点弧を制御する ことで、コンデンサの充電を制御していた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記のような従来のレーザ電源装置においては、サイリスタの点弧周波数が整 流のためのスイッチング周波数（商用交流周波数）に制限されるため、コンデン サの充電速度も商用交流周波数に制限されていた。これがために、たとえば３０ ０パルス／秒以上の高速繰り返しパルスレーザ光を発振出力しようとすると、コ ンデンサの放電サイクルに充電サイクルが追従できなくなり、安定した出力のパ ルスレーザ光が得られなかった。

【０００５】 また、従来のレーザ電源装置では、コンデンサを無充電状態から設定電圧まで 充電する際に、充電電流の立ち上がりが遅く、そのぶん充電電流の最大値が相当 大きくなるため、その充電電流の最大値に合わせて大容量のブレーカを使用しな ければならなかった。

【０００６】 本考案は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、高速・高精度な充電が可能 で、安定した出力の高速繰り返しパルスレーザ光が得られ、さらにはブレーカの 容量を小さくできるレーザ電源装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案の第１のレーザ電源装置は、コンデンサ を繰り返し放電させてレーザ励起用のランプを繰り返し点灯させるレーザ電源装 置において、商用交流電力を直流電力に変換する整流回路と、この整流回路とコ ンデンサとの間に接続されたスイッチング・トランジスタと、コンデンサを所定 の充電電圧まで充電するよう任意のスイッチング周波数でスイッチング・トラン ジスタを制御する充電制御手段とを具備する構成とした。

【０００８】 また、本考案の第２のレーザ電源装置は、コンデンサを繰り返し放電させてレ ーザ励起用のランプを繰り返し点灯させるレーザ電源装置において、商用交流電 力を直流電力に変換する整流回路と、この整流回路とコンデンサとの間に接続さ れたスイッチング・トランジスタと、コンデンサを定電流で充電するようスイッ チング・トランジスタを制御する充電制御手段とを具備してなる構成とした。

【０００９】

【作用】

本考案では、商用交流電力を整流回路によっていったん直流に変換し、この直 流をスイッチング・トランジスタを介してコンデンサに供給することによって、 コンデンサの充電を行う。その充電の速度・時間特性は、スイッチング・トラン ジスタに対する充電制御手段の制御の仕方によってきまる。

【００１０】 第１のレーザ電源装置では、コンデンサの放電サイクルに合わせてスイッチン グ・トランジスタをオン・オフさせることにより、各放電の直後にコンデンサ充 電電圧を設定電圧まで戻し、次の放電を設定電圧から開始させることができる。 これにより、高速のパルスレートでパルスレーザ光を繰り返し発振させる場合で も、常に一定のコンデンサ放電電流によってレーザ励起用ランプを安定にパルス 点灯させることができる。

【００１１】 第２のレーザ電源装置では、定電流制御によってコンデンサを無充電状態から 設定電圧まで充電することにより、全充電時間を通じて充電電流が平均化され、 充電電流の最大値が低く抑えられる。これにより、電源装置の入力側に設けるブ レーカを小容量のもので済ませることができる。

【００１２】

【実施例】

以下、添付図を参照して本考案の実施例を説明する。図１は本考案の一実施例 によるレーザ電源装置の回路構成を示すブロック図、図２は実施例のレーザ電源 装置におけるコンデンサ充電電流の波形図である。

【００１３】 この実施例のレーザ電源装置において、三相入力端子（Ｕ，Ｖ，Ｗ）には、昇 圧トランス（図示せず）によって所定の電圧まで昇圧された三相の商用交流電力 が入力される。入力された三相の商用交流電力は６個のダイオードＤ1 〜Ｄ6 か らなる三相全波整流回路１０によって直流の電力に変換され、この直流の電力が ＩＧＢＴ（アイソレート・ゲート・バイポーラ・トランジスタ）１２およびコイ ル１４を介してコンデンサ１６に供給されるようになっている。

【００１４】 ＩＧＢＴ１２とコンデンサ１６との間の充電回路には、コンデンサ１６に流れ 込む充電電流Ｉc を検出するための電流センサとしてホールＣＴ１８が設けられ ている。このホールＣＴ１８の出力信号は充電電流検出回路２０に入力され、充 電電流検出回路２０より得られた充電電流検出信号ＳＩc は充電制御回路２２に 与えられる。また、コンデンサ１６の両端子は充電電圧検出回路２４の入力端子 に接続され、充電電圧検出回路２４よりコンデンサ１６の充電電圧Ｖc を表す充 電電圧検出信号ＳＶc が得られる。この充電電圧検出信号ＳＶc は充電制御回路 ２２と放電制御回路２８とに与えられる。

【００１５】 充電制御回路２２は、従来のサイリスタ制御のような商用交流周波数の制限を 受けることはなく、任意の周波数、任意のタイミングで駆動回路２６を介してＩ ＧＢＴ１２のオン・オフを制御する。

【００１６】 コンデンサ１６を無充電状態から設定電圧まで充電するとき、充電制御回路２ ２は、充電電流検出回路２０からの充電電流検出信号ＳＩc をフィードバック信 号として、図２に示すように、充電電流Ｉc を高速に立ち上げ、充電期間ｔc を 通じてほぼ一定の値Ｉs で流し続けるような定電流制御を行う。図２において、 点線Ｉc'は従来のレーザ電源装置による充電電流の波形を示す。

【００１７】 このように、本実施例のレーザ電源装置においては、定電流制御によってコン デンサ１６を無充電状態から設定電圧Ｖs まで充電するので、充電期間ｔc を通 じて充電電流Ｉc が平均化され、充電電流Ｉc の最大値が低く抑えられる。これ により、昇圧トランスの前後に設けられるブレーカ（図示せず）を、たとえば従 来装置では６０アンペア容量であったものを、本実施例の装置では３０アンペア 容量のものに小型化することができる。

【００１８】 コンデンサ１６の正極端子１６ａは、ＧＴＲ３０およびダイオード３２を介し てレーザ励起ランプ３４の一方の電極端子に接続される。そして、コンデンサ１ ６の負極端子１６ｂは、直接レーザ励起ランプ３４の他方の電極端子に接続され る。レーザ励起ランプ３４にはダイオード３６を介してシマー回路３８も接続さ れる。このシマー回路３８は、ランプ内の放電路を安定化させるために１００〜 ２００ミリアンペア程度の予備電流を供給する。

【００１９】 放電制御回路２８は、タイミング回路４０からのタイミング信号Ｔ1 に応動し て駆動回路４２を介してＧＴＲ３０のオン・オフを制御する。たとえば、４００ パルス／秒のレートでランプ３４をパルス点灯させる場合は、４００Ｈｚの周波 数でＧＴＲ３０を周期的にオン・オフさせ、コンデンサ１６を周期的に放電させ る。

【００２０】 トリガ回路４４は、タイミング信号Ｔ1 に同期したタイミング信号Ｔ2 に応動 してトリガパルスをトリガ電極４６に印加して励起ランプ３４のパルス点灯を開 始させる。励起ランプ３４がパルス点灯する度に、その光を照射されたレーザロ ッド４８が発振して、ランプ電流（コンデンサ１６の放電電流）に対応した強度 のパルスレーザ光ＬＢがレーザロッド４８より出射する。このパルスレーザ光Ｌ Ｂは一対の共振ミラー５０，５２の間で反射を繰り返して増幅されてから外部に 出力される。

【００２１】 上記のようにコンデンサ１６は、パルスレーザ光のパルスレートに対応した周 波数で繰り返し放電する。この間、充電制御回路２２は、充電電圧検出回路２４ からの充電電圧検出信号ＳＶc をモニタし、放電によってコンデンサ１６の充電 電圧Ｖc が設定電圧Ｖs から落ち込む度に、Ｖc をＶs まで回復させるようＩＧ ＢＴ１２をオンさせる。ＩＧＢＴ１２のスイッチング周波数は任意の値に設定可 能または可変制御可能であるから、コンデンサ１６の放電周波数つまりパルスレ ーザ光のパルスレートに対応した周波数（たとえば４００ＨＡｚ）でＩＧＢＴ１ ２をオン・オフさせてよい。

【００２２】 このように、本実施例のレーザ電源装置では、商用の三相交流電力を整流回路 １０で直流に変換し、この直流をＩＧＢＴ１２で高速に（たとえばコンデンサ１ ６の放電サイクルに対応した周波数で）スイッチングして、コンデンサ１６を高 速充電することができるため、高速繰り返しパルスレーザ光を発振出力する場合 でもコンデンサ１６を常に設定電圧Ｖs から放電させることができ、これによっ て、安定した出力の高速繰り返しパルスレーザ光が得られる。

【００２３】 なお、単相の交流電力を入力電源とする場合は、三相整流回路１０を単相の整 流回路に置き換えればよい。また、上記の実施例ではコンデンサ充電用のスイッ チング・トランジスタとして定電流充電に好適なＩＧＢＴ１２を用いたが、ＧＴ Ｒ等の他のトランジスタも使用可能である。

【００２４】

【考案の効果】

本考案は、上述したような構成を有することにより、以下のような効果を奏す る。 請求項１のレーザ電源装置によれば、整流回路によって商用交流電力を直流電 力に変換し、この整流回路とコンデンサとの間に設けたスイッチング・トランジ スタを充電制御手段によって任意のスイッチング周波数で制御することによって コンデンサを所定の充電電圧まで充電するようにしたので、コンデンサの放電サ イクルに合わせてスイッチング・トランジスタをオン・オフさせて充電電圧を設 定電圧まで高速に戻すことができ、安定した出力の高速繰り返しパルスレーザ光 を発振出力することが可能である。

【００２５】 請求項２のレーザ電源装置によれば、整流回路によって商用交流電力を直流電 力に変換し、この整流回路とコンデンサとの間に設けたスイッチング・トランジ スタを充電制御手段によって定電流制御でコンデンサを無充電状態から所定の充 電電圧まで充電するようにしたので、充電電流を高速に立ち上げ、全充電時間を 通じて充電電流を平均化することにより、充電電流の最大値を低く抑えることが できる。したがって、ブレーカを小型・小容量のものにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例によるレーザ電源装置の回路
構成を示すブロック図である。

【図２】実施例のレーザ電源装置における充電電流特性
を示す電流波形図である。

【符号の説明】

１０ 三相全波整流回路 １２ ＩＧＢＴ １６ コンデンサ ２０ 充電電流検出回路 ２２ 充電制御回路 ２４ 充電電圧検出回路 ２８ 放電制御回路 ３０ ＧＴＲ ３４ レーザ励起ランプ ４８ レーザロッド

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンデンサを繰り返し放電させてレーザ
   励起用のランプを繰り返し点灯させるレーザ電源装置に
   おいて、 商用交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整
   流回路と前記コンデンサとの間に接続されたスイッチン
   グ・トランジスタと、前記コンデンサを所定の充電電圧
   まで充電するよう任意のスイッチング周波数で前記スイ
   ッチング・トランジスタを制御する充電制御手段とを具
   備してなることを特徴とするレーザ電源装置。
2. 【請求項２】 コンデンサを繰り返し放電させてレーザ
   励起用のランプを繰り返し点灯させるレーザ電源装置に
   おいて、 商用交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整
   流回路と前記コンデンサとの間に接続されたスイッチン
   グ・トランジスタと、前記コンデンサを定電流で充電す
   るよう前記スイッチング・トランジスタを制御する充電
   制御手段とを具備してなることを特徴とするレーザ電源
   装置。