JPH0582878A - パルス電流出力回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パルス幅が狭く急峻な電流立上がり特性が必要
とされる放電ランプを負荷とする用途に適したパルス電
流出力回路を得る。 【構成】予め、整流回路２０の出力電圧はＤＣ／ＤＣコ
ンバータ２２により所望の電圧にして中間コデンサ２４
ａ，２４ｂを充電しておく。コンデンサに蓄積されたエ
ネルギを主スイッチ３２により電圧降下補正回路２６お
よびトリガコイル２８を介して負荷３０に供給する。高
電圧パルスを印加して放電状態とする場合はトリガコイ
ルと並列に設けたコンタクタ３４を、オフとし、放電開
始後はオンとしてパルス電流を流れ易く構成する。放電
維持用定電流回路３６は放電維持電流を供給する。さら
に、電圧降下補正回路２６の動作をパルス期間の後半に
ずらすよう制御する。これにより、パルスの立ち上がり
がより一層改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パルスレーザ電源等
のパルス電流を出力する電源装置に係り、特にパルス幅
が狭い場合に急峻な電流の立ち上がりを必要とする用途
に適したパルス電流出力回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の大出力パルスレーザ
電源装置では、瞬間的に数十ｋＷ〜数千ｋＷの大電力を
必要とするため、電源から直接この様なパルス電力を得
ることは電源装置に影響を与える問題がある。そこで、
通常は、図５に示すように、充電回路１０を設けて、こ
れと並列に接続した大容量のコンデンサ１２にエネルギ
を蓄積しておき、この蓄積されたエネルギをパルスとし
て負荷１４に放出するよう構成したパルス電源回路が使
用される。なお、図５において、参照符号Ｑ_０は負荷１
４と直列に接続されたスイッチングトランジスタを示
し、負荷１４へ所要のパルス電圧を印加するためのスイ
ッチング動作を行うものである。

【０００３】図５に示すパルス電源回路において、コン
デンサ１２の充電電圧をＶ_Ｃ、負荷１４の負荷電圧をＶ
_０および負荷電流をｉ_０とすれば、スイッチングトラン
ジスタＱ_０のオン・オフ動作に伴う動作特性は図６に示
すようになる。すなわち、予め（時刻ｔ_０以前）コンデ
ンサ１２をその端子電圧Ｖ_Ｃが所定のレベルになるまで
充電回路１０により充電しておく。次いで、時刻ｔ＝ｔ
_０でスイッチングトランジスタＱ_０にスイッチングパル
スを加えてこれをオン動作する。このとき、負荷１４に
パルス電流ｉ_０が流れ、所定の期間Ｔのパルスが経過す
る時刻ｔ_１でスイッチングトランジスタＱ_０がオフ動作
する。この結果、負荷１４に供給される電圧Ｖ_０および
電流ｉ_０は、図６に示すように、コンデンサ１２の放電
に伴って次第に低下する特性を有する。このため、パル
ス幅の広い一定電圧パルスを得る場合には、従来、この
ような電圧垂下特性を抑え、負荷に対する電源コンデン
サの電圧変動を最小にするよう、図４に示すパルス電圧
降下補正回路１６が設けられていた。ここでは、充電回
路１０に並列に接続されるコンデンサ１２として容量の
等しい２個のコンデンサ１２ａ，１２ｂを直列接続した
ものを用いる場合について説明する。

【０００４】今、直列コンデンサ１２ａ，１２ｂの両端
子をＰ１，Ｐ３とし、これらの接続中点をＰ２とする。
端子Ｐ１は、トランスＴ１，Ｔ２の各主巻線Ｗ11，Ｗ21
の直列回路を介して負荷１４およびスイッチングトラン
ジスタＱ_０の直列回路に接続される。端子Ｐ１，Ｐ２間
にはスイッチングトランジスタＱ11，Ｑ12の直列接続回
路およびスイッチングトランジスタＱ21，Ｑ22の直列接
続回路が、それぞれ接続されている。スイッチングトラ
ンジスタＱ11およびＱ21のコレクタ・エミッタ間には、
ダイオードＤ１およびＤ２がそれぞれ接続されている。
また、トランスＴ１の補助巻線Ｗ12の一端は、直列接続
のスイッチングトランジスタＱ11，Ｑ12の接続中点に接
続され、他端はコンデンサ１２ａ，１２ｂの接続中点Ｐ
２に接続される。同様に、トランスＴ２の補助巻線Ｗ22
の一端は、直列接続のスイッチングトランジスタＱ21，
Ｑ22の接続中点に接続され、他端はコンデンサ１２ａ，
１２ｂの接続中点Ｐ２に接続される。

【０００５】このように構成して、スイッチングトラン
ジスタＱ11，Ｑ12およびＱ21，Ｑ22をスイッチングトラ
ンジスタＱ_０がオン動作する所定のパルス期間Ｔ内にお
いて適当にオン・オフ制御することにより、コンデンサ
１２ａ，１２ｂの負荷１４に対する電圧降下に際して、
トランスＴ１，Ｔ２の補助巻線Ｗ12，Ｗ22に対し、コン
デンサ１２ａ，１２ｂから電流を供給しその主巻線Ｗ1
1，Ｗ21に補正電圧をステップ状に発生させることがで
きる。この場合、トランスＴ１，Ｔ２は、各補助巻線Ｗ
12，Ｗ22に供給される電流によって、各主巻線Ｗ11，Ｗ
21に誘起される電圧ＶT1，ＶT2が負電圧になったり正電
圧となったりする。これらを旨く組み合わせて、図３の
破線ａで示すコンデンサ１２ａ，１２ｂの端子電圧Ｖ_Ｃ
波形に重畳することにより、図３の１点鎖線ｂで示す鋸
歯状波電圧波形を得て、電圧変動の小さな略一定のパル
ス電圧を得るものである。一方、パルス幅が狭く急峻な
電流の立ち上がりが必要とされる放電ランプを負荷とす
るような用途にこの種のパルス電源を使用する場合に
は、このパルス電源回路の出力に直列にトリガコイル
と、さらに負荷に並列に放電維持用定電流回路とを設け
て、パルス電流出力回路を構成していた。

【０００６】しかしながら、出力に直列に挿入されたこ
のトリガコイルのリアクトル分が電流立ち上がりを阻害
し、良好な特性を得ることが困難であった。そこで、こ
のような急峻な電流立ち上がりを必要とする用途向けの
パルスレーザ電源等の電源装置では、電流の立ち上がり
を阻害する原因となるトリガコイル等のリアクトル分を
含む回路要素が出力回路に直列に入る場合、パルス出力
電流が通流する２次側巻線の巻数比を少なくしたりして
対処するか、あるいは並列トリガ方式を採用したりして
対処していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような電流立ち上がりを改善するやり方は、いずれに
してもトリガ電圧を低くする方向であり、トリガできる
電圧と急峻な立ち上がりを得られるトリガ電圧とのトレ
ードオフ点を満足するための条件を見出だすことが非常
に困難であるという問題点があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、直列トリガ方式
を採用するパルス電流出力回路においてトリガ電圧を低
くすることなくパルス電流の立ち上がりを改善すること
ができるパルス電流出力回路を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るパルス電流
出力回路は、出力回路に直列にトリガコイルを挿入して
コンデンサの充電電圧を放電負荷に対し電流パルスとし
て供給する電圧垂下特性補正用の電圧降下補正回路を備
えたパルス電流出力回路において、前記トリガコイルと
並列にコンタクタを設けたことを特徴とする。

【００１０】上記パルス電流出力回路において、トリガ
コイルと並列に接続した前記コンタクタは、前記放電負
荷にトリガパルスが印加されて放電を開始するまではオ
フにし、放電状態移行後はオンにするよう構成すれば好
適である。

【００１１】また、前記電圧降下補正回路の電圧補正動
作は負荷側に印加する電流パルスのパルス期間の前半期
においてオフとなるよう前記電圧降下補正回路をさらに
制御するよう構成すれば好適である。

【００１２】

【作用】本発明に係るパルス電流出力回路によれば、ト
リガコイルと並列に設けたコンタクタは、高圧のトリガ
パルスが印加されて放電負荷が放電状態移行後にオンす
るよう動作することにより、パルス電流の立ち上がりを
抑制するトリガコイルのリアクトル分を除去でき、速や
かな立ち上がりのパルス電流を供給することができる。
さらに、負荷側に印加する電流パルスのパルス期間の前
半期においてオフとなるよう前記電圧降下補正回路をさ
らに制御することによりパルス前半はオーバードライブ
となるため、より一層速やかな立ち上がりのパルス電流
を供給することができると共に、パルス出力後半におい
ては電圧補正効果により電流リップルの少ないパルスを
得ることができる。

【００１３】

【実施例】次に本発明に係るパルス電流出力回路の実施
例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。

【００１４】図１は、本発明の一実施例を示すパルス電
流出力回路のブロック図である。図１において、参照符
号２０は整流回路を示し、整流回路２０の出力はＤＣ／
ＤＣコンバータ２２を介して直列接続された中間コンデ
ンサ２４ａ，２４ｂに接続する。直列コンデンサの次段
には電圧降下補正回路２６が接続され、この電圧降下補
正回路２６の出力はトリガコイル２８を介して放電負荷
（ランプ）３０の一端に接続される。放電負荷３０の他
端は主スイッチ３２を介して中間コンデンサ２４ｂに接
続すると共に、放電維持用定電流回路３６を介して電圧
降下補正回路２６の出力端に接続する。さらに、前記ト
リガコイル２８と並列にコンタクタ３４を接続する。

【００１５】このように構成されたパルス電流回路の動
作につき説明する。図示しない交流電源からの交流入力
は整流回路２０により整流され、ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２により所要の直流電圧に変換される。先ず、前提と
して、中間コンデンサ２４ａ，２４ｂに対してＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ２２が定電流充電を行い、所定の電圧値に
中間コンデンサ２４ａ，２４ｂは充電されているとす
る。放電負荷のランプ３０に対しては、主スイッチ３２
が閉じることによって、中間コンデンサ２４ａ→電圧降
下補正回路２６→トリガコイル２８→ランプ３０→主ス
イッチ３２→中間コンデンサ２４ｂとなるループが形成
され、所定のパルス電力がランプ３０に供給される。こ
のとき、放電負荷のランプ３０に対し印加されるパルス
電流の特性として、急峻な立上がり特性を有するパルス
電流が要求される。しかしながら、トリガコイル２８が
出力回路に直列に接続されているため、このままではト
リガコイル２８のリアクトル分により電流立ち上がりが
抑制されて充分な立上がり特性が得られない。そこで本
発明回路では、トリガコイル２８と並列に設けたコンタ
クタ３４を以下のように制御することによって電流パル
スの立上がり特性を改善する。

【００１６】すなわち、トリガコイル２８により発生す
るトリガパルスと、中間コンデンサ２４ａ，２４ｂの充
電電圧からのパルスとの重畳した高電圧パルスをランプ
３０に印加して放電状態とする際には、コンタクタ３４
をオフ（開状態）とし、ランプ３０が放電状態へ移行後
はコンタクタ３４をオン（閉状態）としてパルス電流の
流れやすいルートを形成するよう制御する。なお、ラン
プ３０の放電が一定となる定常状態での比較的少ない値
の放電維持電流は、ランプ３０と並列に接続された放電
維持用定電流回路３６によって供給される。このように
コンタクタ３４が動作することにより、トリガコイル２
８のリアクトル分の影響がなくなりパルス電流の立ち上
がり特性が改善される。

【００１７】図２は、図１における電圧降下補正回路２
６として、図４で示したパルス電圧降下補正回路１６を
使用した場合の別の実施例のパルス電圧波形図である。
主スイッチ３２が、時刻ｔ_０でオンし所定のパルス幅Ｗ
後にオフする場合に、従来の動作であればパルスの前半
部でスイッチングトランジスタＱ11およびＱ21を適当に
オンさせて出力電圧Ｖ_０が破線で示すように所定電圧値
となるよう補正動作を行うが、本発明回路で使用する場
合はパルス幅Ｗの前半（時刻ｔ_１まで）は補正動作を行
わないようにして、本来のパルス電圧レベルより高い電
圧でオーバードライブする。パルス幅Ｗの後半（時刻ｔ
_１からｔ_３の間）は、従来通り電圧垂下を抑制する電圧
降下補正回路動作（スイッチングトランジスタＱ12およ
びＱ22を図に示すようにオン・オフ制御する）を行い略
一定の電圧値を保つようにしてパルス電流出力の電流リ
ップルの安定化を図る。

【００１８】図４に示した回路では、パルス出力の全期
間に亘って電圧リップルの軽減を図るために使用され、
主にパルス幅Ｗが広い場合のリップル安定化を目的とし
た。本発明ではコンタクタ３４による立上がり改善の他
に、さらなる負荷へのパルス電流の立上がり改善を図る
ために、パルス出力初期区間ではパルス電流の速やかな
立上がりを図り、後半区間では本来のリップル安定化に
対応できるようにした。すなわち、図３の電圧パルス波
形の実線ｃで示すように、本来のパルス電圧レベルに対
して、高い充電電圧を指示しておき、パルス出力初期区
間（区間ｔ_Ａ）は電圧降下補正を働かせないで、見かけ
上、電圧オーバードライブをかけた状態で出力させ、パ
ルス出力後半（区間ｔ_Ｂ）では電圧降下補正を働かせ
て、本来の電圧垂下防止を図る。

【００１９】この実施例においては、ある程度パルス幅
があり、パルスの立上がりの改善とリップルの安定化と
の両方が要求される負荷に対しては、特に有効な手段で
あり、コンタクタ３４との併用により立ち上がりの改善
効果はより一層顕著なものとなる。

【００２０】

【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明によれば、直列トリガ方式を採用するパルス電流回
路において、トリガコイルと並列に設けたコンタクタを
使用してパルス出力時に不要なトリガコイルを短絡する
ことによってリアクトル分を除去でき、放電負荷に対し
て要求される急峻な電流立上がり特性を容易に得ること
ができる。

【００２１】また、電圧降下補正回路の動作をパルス期
間の後半区間にずらすよう制御することによって、さら
にパルスの立上がりを改善できる。これは、ある程度パ
ルス幅があり、パルスの立上がりの改善とリップルの安
定化との両方が要求される負荷に対しては、特に顕著な
効果を奏する。

【００２２】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパルス電流出力回路の一実施例を
示す回路ブロック図である。

【図２】図１における電圧降下補正回路として、従来の
パルス電圧降下補正回路を使用した場合の本発明に係る
別の実施例のパルス電圧波形図である。

【図３】（ａ）電圧降下補正を働かせない場合、（ｂ）
従来の電圧降下補正により定電圧とした場合および
（ｃ）本発明回路での電圧降下補正を働かせた場合の動
作例を比較して示した電圧波形図である。

【図４】パルス電圧降下補正回路を設けた従来のパルス
電源回路である。

【図５】従来のパルス電源回路の基本構成を示す回路図
である。

【図６】図５に示す回路の動作波形図である。

【符号の説明】

１０ 充電回路 １２ コンデンサ １４ 負荷 １６ パルス電圧降下補正回路 ２０ 整流回路 ２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ ２４ａ，２４ｂ 中間コンデンサ ２６ 電圧降下補正回路 ２８ トリガコイル ３０ 放電負荷（ランプ） ３２ 主スイッチ ３４ コンタクタ ３６ 放電維持用定電流回路 Ｔ１，Ｔ２ トランス Ｗ11，Ｗ21 トランスの主巻線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力回路に直列にトリガコイルを挿入し
   てコンデンサの充電電圧を放電負荷に対し電流パルスと
   して供給する電圧垂下特性補正用の電圧降下補正回路を
   備えたパルス電流出力回路において、前記トリガコイル
   と並列にコンタクタを設けたことを特徴とするパルス電
   流出力回路。
2. 【請求項２】 トリガコイルと並列に接続した前記コン
   タクタは、前記放電負荷にトリガパルスが印加されて放
   電を開始するまではオフにし、放電状態移行後はオンに
   するよう構成してなる請求項１記載のパルス電流回路。
3. 【請求項３】 前記電圧降下補正回路の電圧補正動作は
   負荷側に印加する電流パルスのパルス期間の前半期にお
   いてオフとなるよう前記電圧降下補正回路をさらに制御
   するよう構成してなる請求項２記載のパルス電流出力回
   路。