JPH0710506Y2 - パルスレーザ電源 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、超微細加工などに用いられるパルスレーザを
励起するための、特にスイッチとして半導体を使用した
ルスレーザ電源に関する。

（従来の技術） パルスレーザ電源は、高電圧、大電流、非常に速い電流
立上り（以下di/dtと記す）を要求されるが、従来は機
械的スイッチを使用していた。しかし機械的スイッチは
寿命が短いため、特に発振の繰返しを高くするにつれ
て、寿命が問題となってくる。

そこでスイッチング素子として、半導体スイッチ（例え
ばサイリスタ等）を使用して、長寿命化を図ることが考
えられる。

第２図にサイリスタを使用したパルスレーザ電源の一例
を示す。

充電装置１により充電された充放電用コンデンサ２は、
サイリスタスイッチ３がオンするとパルストランス４を
通して放電し、充放電用コンデンサ２に蓄えられていた
電荷はコンデンサ５に移乗する。

サイリスタスイッチ３は図中にはサイリスタ１ケで示し
たが、実際には所定の電圧に耐えるように複数個直列接
続されている。

原理的にはパルストランス４の巻数比を大きくとり、一
次電圧をサイリスタが１ケで耐える電圧に選定すること
は可能だが、そうするとパルストランスの周波数特性が
悪くなったり、漏れインダクタンスが大きくなるなどの
不具合がでてくると共に、サイリスタスイッチに流れる
電流が大きくなるため、サイリスタの並列接続の必要性
がでてくる。こうした理由で、パルストランス４の一次
電圧は一般に10KA以上となり、従って、サイリスタは直
列接続して使用しなければならない。

コンデンサ５とコンデンサ７及び可飽和リアクトル６か
ら成る磁気パルス圧縮回路８によりコンデンサ５の電荷
は高速にコンデンサ７に移乗し放電部９を放電させる。
かかる従来の回路において、サイリスタスイッチ３に流
れる電流のdi/dtは一般に５〜10kv/μｓ程度となる。一
方サイリスタスイッチ３を構成する複数個の直列接続さ
れたサイリスタ間にはサイリスタ自身のターンオンのバ
ラツキ及びゲート信号のバラツキ等が原因でターンオン
時刻にバラツキ（ΔTd）が生ずる。遅くターンオンする
サイリスタには過電圧（ΔＶ）が加わる。ΔＶの大きさ
は、サイリスタのスナバ回路のコンデンサ及び抵抗の値
を各々CsとRsとすれば（１）式で表わせる。

例えばdi/dt＝10kA/μｓとすると、ΔＶを500V以下とす
るにはΔTdは5ns以下にする必要がある。（Cs＝0.01u
F、Rs＝10Ωと仮定）実際には、ソイリスタ固有のター
ンオン時間のバラツキだけでも一般に100ns以上あるた
め、ΔTdを5ns以下とするのは非常に困難である。

一般に、ターンオフ時の過電圧を抑制する手段として第
３図に示すように、サイリスタスイッチ３と直列に可飽
和リアクトル10を接続することが行われている。可飽和
リアクトル10によりターンオン初期のdi/dtを小さくす
ると、（１）式から明らかなように過電圧ΔＶは小さく
なる。

（考案が解決しようとする課題） かかる従来のパルスレーザ電源において、第３図におけ
る可飽和リアクトル10の磁束が飽和したままとなってリ
セットがきかず、ターンオン時の過電圧抑制の効果を発
揮しない問題が発生することがある。

可飽和リアクトル10のリセットがきかないのは、パルス
トランス４の励磁電流が大きいためである。即ち、通常
はサイリスタのターンオン時にサイリスタの逆回復電荷
に起因する逆回復電流が流れるため、可飽和リアクトル
10はリセットされるが、パルストランス４の励磁電流が
大きいと、逆回復電流がキャンセルされてしまいリセッ
トされない。本考案はかかる従来の欠点に鑑み、ターン
オン時の過電圧を確実に抑制でき、もって信頼性が高く
かつ経済的なパルスレーザ電源を提供することを目的と
する。

（考案の構成） （課題を解決するための手段） 本考案は、第３図におけるターンオン時の過電圧抑制用
の可飽和リアクトル10のリセットを確実に行なうため、
第１図に示すように可飽和リアクトル10を、充放電用コ
ンデンサ２の充電電流12と放電電流13の両方が流れる位
置に、即ちコンデンサ２に直列に接続する。

（作用） 従って、本考案によればまず、充放電用コンデンサ２が
充電されるので可飽和リアクトル10は逆方向に励磁され
る。次にサイリスタスイッチ３がターオンした時、可飽
和リアクトル10には正方向の電流が流れるので、所定の
電圧時間積だけdi/dtを抑制し、もって直列接続された
サイリスタのターンオフ時の過電圧を抑制する。この時
点では可飽和リアクトル10は正方向に保磁力の分だけ偏
磁した状態になっているが、次のサイクルで再び充放電
用コンデンサ２に流れ込む逆方向電流12でリセットされ
る。

（実施例） 以下本考案の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図において、第２図と同一番号は同一構成要素を示
す。第１図において従来と異る点は、可飽和リアクトル
10が充放電用コンデンサ２に直列接続されていることで
ある。

前述のように構成することにより、まず充放電用コンデ
ンサ２に充電電流12が流れこみ充電されると可飽和リア
クトル10は逆方向に励磁される。次にサイリスタスイッ
チ３がターンオンすると可飽和リアクトル10には正方向
の電流が流れるので所定の電圧時間積だけdi/dtをよく
せいする。このためサイリスタスイッチ３を構成してい
る複数個の直列接続されたサイリスタのターンオン時の
過電圧が抑制される。

放電電流13が流れ終った時点で可飽和リアクトル10は正
方向に保磁力の分だけ偏磁した状態になっているが次の
サイクルで再び充放電用コンデンサ２の充電電流により
リセットされる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によればターンオン時の過
電圧を確実に抑制できるため信頼性が高く、またターン
オン時の半導体のバラツキを極端に小さくする必要がな
いため経済的なパルスレーザ電源を提供することが出来
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本考案の一実施例を示す回路図、第２図、第３
図は従来装置の回路図である。 １…充電装置、２…充放電用コンデンサ、３…半導体ス
イッチ、４…パルストランス、5,7…コンデンサ、6,10
…可飽和リアクトル、８…磁気パルス圧縮回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】コンデンサと、このコンデンサを充電する
   充電装置と、前記コンデンサに半導体スイッチを介して
   入力巻線が並列接続されるパルストランスと、このパル
   ストランスの出力巻線に磁気パルス圧縮回路を介して接
   続される放電部を備えたパルスレーザ電源において、前
   記コンデンサに直列に可飽和リアクトルを接続したこと
   を特徴とするパルスレーザ電源。