JPH05327089A - パルス充電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は直流電源３によって並列に充電され
る第１のコンデンサＣ1と第２のコンデンサＣ2 を備
え、前記コンデンサＣ1 と並列にリアクトルＬ2 とスイ
ッチＳＷから成る共振回路を接続し前記第１，第２のコ
ンデンサの充電完了後前記スイッチＳＷをオンしてコン
デンサＣ1 の電圧を反転するようにしたパルス充電回路
において、コンデンサＣ2 に再充電される余剰エネルギ
を再利用することを目的とする。 【構成】 コンデンサＣ2 に並列にダイオ―ドＤＲ１と
第１の回生用コンデンサＣＲ１から成る直列回路を接続
し、前記第１の回生用コンデンサＣＲ１と並列に回生用
トランスＴｒ2 を接続して、前記回生用トランスＴｒ2
の２次側にダイオ―ドＤＲ２と第２の回生用コンデンサ
ＣＲ２から成る直列回路を接続し、第２の回生用コンデ
ンサＣＲ２を直流電源と直列に接続したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電励起レ―ザ装置の高
電圧パルス電源に使用されるパルス充電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電励起レ―ザ用高電圧パルス電源で
は、スイッチの電圧責務を軽減する目的から図２のよう
な倍電圧方式の充電回路が用いられることがある。図２
の回路動作を図３の波形を用いて説明する。

【０００３】図２においてインバ―タ２は直流電源１の
出力電圧を高周波電圧に変換する。この高周波電圧はト
ランスＴｒ1 によって昇圧されさらに整流器３によって
直流に変換される。コンデンサＣ1 とＣ2 はともにリア
クトルＬ2 を介して整流器３に接続され、又、コンデン
サＣ2 の他端はリアクトルＬ1 によって等価的に接地さ
れているため両方のコンデンサは並列に直流電圧Ｅに充
電される（ｔ1 まで）充電が完了した後、時刻ｔ1 で反
転スイッチＳＷがオンすると、コンデンサＣ1に蓄積さ
れた電荷はコンデンサＣ1 →反転リアクトルＬ2 →反転
スイッチＳＷ→コンデンサＣ1 の経路で流れ、コンデン
サＣ1 の電圧は反転する（ｔ＝ｔ1 からｔ2 の間）。可
飽和リアクトルＳＲは、コンデンサＣ1 の電圧反転が完
了するｔ＝ｔ2 の時点、つまりコンデンサＣ1 とＣ2 の
直列加算電圧がピ―クに達する時点で飽和するように予
め設定されており、この時点で可飽和リアクトルＳＲが
導通し、コンデンサＣ1 ，Ｃ2 の電荷はピ―キングコン
デンサＣp に移行され、同時にレ―ザ放電部１０の電圧
が上昇する。この電圧が放電開始電圧以上になると放電
が開始し、コンデンサＣ1 ，Ｃ2 に蓄積されていた電荷
はレ―ザ放電部１０に注入され、消費される（ｔ＝ｔ2
からｔ3 の間）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の倍電圧方
式充電回路において、ピ―キングコンデンサＣp からレ
―ザ放電部１０にいたる回路インピ―ダンスと放電抵抗
のマッチングが完全にとれている場合、レ―ザ放電部１
０に注入されるエネルギは完全に消費される。しかし、
実際は放電抵抗に比べ回路インピ―ダンスが大きくマッ
チングがとれていないため、コンデンサＣ1 ，Ｃ2 から
注入されるエネルギが完全には消費されず、この余剰エ
ネルギはコンデンサＣ1 ，Ｃ2 に逆電圧の形で再充電さ
れる。コンデンサＣ1 ，Ｃ2 に蓄積された余剰エネルギ
は、可飽和リアクトルＳＲによりいったんはブロックさ
れるものの可飽和リアクトルＳＲが再度飽和すると再び
ピ―キングコンデンサＣp に移行され、レ―ザ放電部１
０の電圧が上昇する。この事後電圧はア―ク放電を引き
起こす原因となる等、回路動作を不安定とする原因とな
っていた。また、この余剰エネルギによって流れる事後
電流のためレ―ザ放電部１０や反転スイッチＳＷにロス
が発生し回路部品に無用な負担がかかっていた。 本発
明は、かかる従来の欠点に鑑み、コンデンサＣ2 に再充
電された余剰エネルギを電源に回生することにより、安
定した回路動作が得られ、かつ余剰エネルギの有効利用
が可能となるパルス充電回路を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、図１に示すように、コンデンサＣ2 に並列
にダイオ―ドＤＲ１と第１の回生用コンデンサＣＲ１か
ら成る直列回路を接続し、前記第１の回生用コンデンサ
ＣＲ１と並列に回生用トランスＴｒ2 を接続して、前記
回生用トランスＴｒ2 の２次側にダイオ―ドＤＲ２と第
２の回生用コンデンサＣＲ２から成る直列回路を接続
し、第２の回生用コンデンサＣＲ２を直流電源と直列に
接続したことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明は、エネルギ回生回路を具備することに
より、コンデンサＣ2 に逆電圧の形で再充電された余剰
エネルギは一旦第１の回生用コンデンサＣＲ１に移行さ
れ、その後回生用トランスＴｒ2 により変圧され第２の
回生用コンデンサＣＲ２に移行される。そのため、負荷
に事後電圧が印加されることがなく、さらに余剰エネル
ギは次回の充電周期に再利用されるため電源効率を高め
ることができる。

【０００７】

【実施例】以下本発明の一実施例を図２と同一部に同一
符号を付して示す図１の構成図を参照して説明する。

【０００８】図１において、第２のコンデンサＣ2 と並
列に第２のコンデンサＣ2 の充電に影響しない向に接続
されたダイオ―ドＤＲ１と第１の回生用コンデンサＣＲ
１より成る直列回路を接続し、第１の回生用コンデンサ
ＣＲ１と並列に回生用トランスＴｒ2 を接続する。回生
用トランスＴｒ2 の２次側にはダイオ―ドＤＲ２を介し
て第２の回生用コンデンサＣＲ２を接続する。第２の回
生用コンデンサＣＲ２の静電容量は回生用トランスＴｒ
2 の高圧側からみたとき第２のコンデンサＣ2及び第１
の回生用コンデンサＣＲ１と等しくなるようにする。第
２の回生用コンデンサＣＲ２は直流電源１と直列に接続
する。又、第２の回生用コンデンサＣＲ２と並列に過電
圧保護用のツエナ―ダイオ―ドＺＤを接続する。

【０００９】インバ―タ２は直流電源１と第２の回生用
コンデンサＣＲ２の合成電圧を高周波電圧に変換する。
この高周波電圧はトランスＴｒ1 によって昇圧されさら
に整流器３によって直流に変換とれる。コンデンサＣ1
とＣ2 はともにリアクトルＬ2を介して整流器３に接続
され、また、コンデンサＣ2 の他端はリアクトルＬ1 に
よって等価的に接地されているため両方のコンデンサは
並列に直流充電される。インバ―タ２はコンデンサＣ1
とＣ2 が所定の電圧に充電された後停止する。

【００１０】この時、ダイオ―ドＤＲ１の向は充電電圧
をブロックする方向に接続されているため、エネルギ回
生回路は動作しない。コンデンサＣ1 とＣ2 の充電が完
了した後、反転スイッチＳＷがオンとなりコンデンサＣ
1 と反転リアクトルＬ2 と反転スイッチＳＷとから成る
閉回路において回路共振が起こり、コンデンサＣ1 の電
圧が反転する。この電圧反転が完了した時点で可飽和リ
アクトルＳＲは導通し、コンデンサＣ1 ，Ｃ2 に蓄積さ
れた電荷はピ―キングコンデンサＣp に移行され、レ―
ザ放電装置１０の電圧が放電開始電圧以上になると放電
が開始する。放電が開始するとコンデンサＣ1 ，Ｃ2 ，
に蓄積された電荷はレ―ザ放電部１０に注入されるが、
回路インピ―ダンスと放電インピ―ダンスのマッチング
がとれていないため、レ―ザ放電部１０で消費されなか
った余剰エネルギがコンデンサＣ1 とＣ2 に逆電圧の形
で充電される。ここまでの経過は従来例と同様である。
この逆電圧は、ダイオ―ドＤＲ１を順バイアスする方向
であるため、コンデンサＣ2 に蓄えられた余剰エネルギ
はコンデンサＣ2 とダイオ―ドＤＲ１と第１の回生用コ
ンデンサＣＲ１とかな成る直列共振回路により速やかに
第１の回生用コンデンサＣＲ１に放電される。さらに、
第１の回生用コンデンサＣＲ１に蓄積された電力は第１
の回生用コンデンサＣＲ１と回生用トランスＴｒ2 第２
の回生用コンデンサＣＲ２とから成る直列共振回路によ
りて第２の回生用コンデンサＣＲ２に移行される。第２
の回生用コンデンサＣＲ２に蓄積された電力は次回の充
電周期でインバ―タ２によって高周波電圧に変換され、
再利用される。

【００１１】よって、本実施例によれば、コンデンサＣ
2 に蓄えられた余剰エネルギは速やかに放電され、事後
電圧が負荷に印加されることはなく、又、余剰エネルギ
を再利用することができる。

【００１２】以上説明の実施例によれは、余剰エネルギ
はエネルギを電源に回生するエネルギ回生回路を付加し
たため、負荷に対し事後電圧を発生されることはないば
かりではなく、余剰エネルギを有効に利用することがで
きる。

【００１３】図１の実施例では、直流電源を外部からの
エネルギ供給によらないもののように示したが、これは
交流電源を整流、平滑して得る方式のものであっても本
発明の効果には何等差支えないのは勿論である。又、エ
ネルギ回生用のトランスの巻数比は回生用コンデンサに
過電圧を発生させない範囲で小さい方が有利である。そ
の理由は、巻数比が小さい方が高圧側即ちレ―ザカイロ
側からみた低圧回路の配線インダクタンスが小さくなり
エネルギ回生回路の共振周波数が高くなりエネルギ回生
効率が高まるからである。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ンデンサＣ2 に逆電圧の形で再充電された余剰エネルギ
を速やかに放電し、電源に回生するエネルギ回生回路を
設けたことにより、負荷に事後電圧を発生させることな
く安定した放電をひ得られるばかりではなく、余剰エネ
ルギの有効利用が図れるため、回路のエネルギ効率を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すパルス充電回路の構成
図。

【図２】従来のパルス充電回路の構成図。

【図３】倍電圧方式パルス充電回路の動作波形図。

【符号の説明】

１ …直流電源 ２ …
インバ―タ ３ …整流器 １０ …
レ―ザ放電部 ２０ …エネルギ回生回路 Ｃ１，Ｃ２ …
コンデンサ ＳＷ …反転スイッチ Ｌ１
…接地リアクトル Ｌ２ …反転リアクトル ＳＲ
…可飽和リアクトル Ｔｒ1 …トランス Ｔｒ2
…回生用トランス ＤＲ１，ＤＲ２…回生用ダイオ―ド ＣＲ１，ＣＲ
２…回生用コンデンサ Ｃp …ピ―キングコンデンサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源の出力をインバ―タで高周
   波電力に変換しその出力を昇圧した後整流した直流充電
   回路によって並列に充電される第１のコンデンサと第２
   のコンデンサを備え、前記第１のコンデンサと並列に第
   １のリアクトルと反転スイッチから成る直列共振回路が
   接続され、前記第１，第２のコンデンサの充電完了後前
   記反転スイッチをオンし回路共振を起こすことにより前
   記第１のコンデンサの電圧を反転し、前記第１のコンデ
   ンサと前記第２のコンデンサの直列加算電圧が前記第１
   及び第２のコンデンサの初期充電電圧の２倍になるよう
   にしたパルス充電回路において、前記第２のコンデンサ
   と並列に第１のダイオ―ドと第１の回生用コンデンサか
   ら成る直列回路を接続し、前記第１の回生用コンデンサ
   と並列に回生用トランスと第２のダイオ―ドと前記直流
   電源に直列接続された第２の回生用コンデンサから成る
   直列回路を接続して、前記第２のコンデンサの電圧が反
   転したときに前記第２の回生用コンデンサにエネルギを
   回生することを特徴とするパルス充電回路。
2. 【請求項２】 前記第２のコンデンサと第１の回生
   用コンデンサと第２の回生用コンデンサの静電容量は前
   記回生用トランスの巻数比に換算して概略等しくなるよ
   うにしたことを特徴とする請求項１に記載のパルス充電
   回路。
3. 【請求項３】 前記回生用トランスの巻数比はイン
   バ―タの出力を昇圧するトランスの巻数比と比較して等
   しいか又は小さくしたことを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載のパルス充電回路。
4. 【請求項４】 前記第２の回生用コンデンサと並列
   にツェナ―ダイオ―ドを接続し、インバ―タの入力電圧
   が過電圧にならないようにしたことを特徴とする請求項
   １又は請求項２或いは請求項３に記載のパルス充電回
   路。