JPS6244078A - 繰返し放電用電源装置 - Google Patents
繰返し放電用電源装置Info
- Publication number
- JPS6244078A JPS6244078A JP18468785A JP18468785A JPS6244078A JP S6244078 A JPS6244078 A JP S6244078A JP 18468785 A JP18468785 A JP 18468785A JP 18468785 A JP18468785 A JP 18468785A JP S6244078 A JPS6244078 A JP S6244078A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- reactor
- switching means
- power supply
- discharge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、放電管に放電電流をパルス状に繰返して供
給する電源装置に関し、とくに放電管が加工用固体レー
ザ発振のための励起ランプである場合に好適なものであ
り、さらにその電源効率を改善するようにした繰返し放
電用電源装置に関する。
給する電源装置に関し、とくに放電管が加工用固体レー
ザ発振のための励起ランプである場合に好適なものであ
り、さらにその電源効率を改善するようにした繰返し放
電用電源装置に関する。
現在の加工用固体レーザは、発振の安定性が良いことと
比較的出力が大きいことの理由でNd:YAGをレーザ
媒質とするものにほとんど限定される。 レーザ媒質のNd:YAGは、イツトリウム・アルミニ
ウム・ガーネット(Y+A15O+z)と呼ぶ光学結晶
に、約1%の微量の重量比でNdを含有させたもので、
棒状に形成される。両端を鏡面研磨し、その上に無反射
コーティングを施す。側面は、すりガラス状にしておい
て、励起光がYAG棒全体に吸収されやすいようにしで
ある。なお、YAG棒は、500〜800nmの光を吸
収して、いわゆる励起状態となり、1.06μ個付近の
レーザ光を発振する。そして、その出力形態は、通常、
連続繰返しのノーマルパルスである。これは、短い時間
の間にパルス的に集中されたレーザ光であり、いわゆる
切れ味を良くするため高エネルギ密度をもたせたもので
ある。 この連続繰返しのノーマルパルスは、励起ランプをパル
ス的に点灯し、つまりフラッシュランプとし、ランプ点
灯時間幅とランプ電流値を電気的に制御することにより
レーザ出力波形を制御して得られる。そして、これには
低速繰返しのノーマ/L/ ハ/L/スト高速繰返しの
ノーマルパルスとカアル。 具体的には、低速繰返しのものは、パルス幅が、0、1
msから10msで、パルス繰返し周波数が毎秒5゜パ
ルス以下くらいまでのものである。出力レベルは平均出
力値400−とじてピーク出力値で10〜20KWに達
する。高速繰返しのものは、パルス幅が0.1〜20m
5で、パルス繰返し周波数が100から速いものでは2
00パルス/秒(pps) <らいになる。出力レベ
ルでは、平均出力値400Wとしてピーク出力値はIX
Hになる。 そしてフラッシュランプとしては、寿命の長さ、信頌性
、使いやすさなどの観点からキセノン(Xe)ガスまた
はクリプトン(Kr)ガスを用いた直管形の放電管が広
く採用されている。両者の発光スペクトルの違いのため
、ランプの放電電流密度の大きさや、点灯パルス幅など
によってレーザ出力効率に差がでる。このため、用途に
応じてこれらは使い分けられている。上述した低速繰返
しパルス用にはキセノン(Xe)ガスを用いた放電管が
一般的であり、高速繰返しパルスで点灯するものでは、
クリプトン(Kr)ガスを用いた放電管の方が、効率の
面で良好のようである。 さて、上述したノーマルパルス、とくに100ppsも
しくはそれ以上のいわゆる高速繰返しのものにおいて、
速い速度でランプの点滅を繰返すためには、ランプの放
電の立ち上がり時間を速くし、また放電の消弧時間を短
くする必要がある。 従来、大容量のコンデンサ・バンクに抵抗を通して電気
エネルギを蓄えておき、一方サイリスク等のスイッチを
用いトリガトランスを介してトリガ電圧をランプの周囲
に巻かれた線に加え、その誘起した電磁界により封入−
ガス分子をイオン化させ、この結果ランプに放電を起こ
すような方式をとっていた。しかし、このような放電に
よって得られた電流波形は立ち上がりのおそいインパル
ス状波形であり、とても上述したような100ppsも
しくはそれ以上の速いランプ点滅を繰返すことはできな
い。したがって、このような光励起で発振されるレーザ
光線では、パワー密度に制約があり、鋭い加工力が得ら
れない欠点があった。 また、この欠点を改善するものとして第4図に示す回路
をもつレーザ用電源装置がある。31は交流電源40か
ら給電される、電源装置用の電源整流回路、32.34
は強制転流回路付サイリスクやGTOサイリスクから構
成される装置 トル、35.36はダイオード、37は制御装置で、前
記リアクトル33を流れる電流値やあらかじめ設定され
たパルス幅,パルス電流の周期などに基づいて前記開閉
袋ff32.34の導通,阻止をおこなう。 38は励起ランプ、41はシマー回路、42はトリガ回
路である。 この電源回路の動作の要点はつぎのようである。 リアクトル33には、制御装置37によって制御される
開閉装置を介して、時間とともに増大する電流が流れ、
この電流が励起ランプ38を点灯するに十分な値に達す
ると、開閉装置34が急速に阻止されて、前記電流は極
めて急峻な立ち上がりで励起ランプ38に流入し、放電
点灯する。 なお、前記シマー回路41から常時10抛A程度のシマ
ー電流が励起ランプ38に流されていて、この励起ラン
プ38内に放電路が形成されている。そして、最初の放
電のときには、制御装置37の操作指令によるトリガ回
路42からの起動パルス電圧がトリガトランス43を介
して高電圧トリガパルスとなりランプ点灯の引き金とな
る。その後の毎回の放電にはこのトリガパルスは用いら
れず、前記シマー電流が支援することになる。 さて、励起ランプ38の点灯後しばらくたって、開閉装
置32を阻止すると、放電電流は励起ランプ38.ダイ
オード35を含む閉回路を循環しながらその値を低下し
ていく、そして、この電流があらかじめ設定されたパル
ス幅になると、制御装置37の指令によって開閉装置3
4が導通してこの電流を側路に転流し、励起ランプ38
は消灯する。開閉装置32が、あらかじめ設定されたパ
ルスの周期に基づいて次に導通するまで、前記の電流は
、リアクトル33.開閉装置34.ダイオード35を含
む回路を循環しその間にエネルギー損失を生じることに
なる。 これが電源装置の効率を下げる原因となり、問題点であ
る。 なお、ダ・fオード36は、励起ランプ38からの電流
のりアクドル33への逆流を阻止する機能をもつ。
比較的出力が大きいことの理由でNd:YAGをレーザ
媒質とするものにほとんど限定される。 レーザ媒質のNd:YAGは、イツトリウム・アルミニ
ウム・ガーネット(Y+A15O+z)と呼ぶ光学結晶
に、約1%の微量の重量比でNdを含有させたもので、
棒状に形成される。両端を鏡面研磨し、その上に無反射
コーティングを施す。側面は、すりガラス状にしておい
て、励起光がYAG棒全体に吸収されやすいようにしで
ある。なお、YAG棒は、500〜800nmの光を吸
収して、いわゆる励起状態となり、1.06μ個付近の
レーザ光を発振する。そして、その出力形態は、通常、
連続繰返しのノーマルパルスである。これは、短い時間
の間にパルス的に集中されたレーザ光であり、いわゆる
切れ味を良くするため高エネルギ密度をもたせたもので
ある。 この連続繰返しのノーマルパルスは、励起ランプをパル
ス的に点灯し、つまりフラッシュランプとし、ランプ点
灯時間幅とランプ電流値を電気的に制御することにより
レーザ出力波形を制御して得られる。そして、これには
低速繰返しのノーマ/L/ ハ/L/スト高速繰返しの
ノーマルパルスとカアル。 具体的には、低速繰返しのものは、パルス幅が、0、1
msから10msで、パルス繰返し周波数が毎秒5゜パ
ルス以下くらいまでのものである。出力レベルは平均出
力値400−とじてピーク出力値で10〜20KWに達
する。高速繰返しのものは、パルス幅が0.1〜20m
5で、パルス繰返し周波数が100から速いものでは2
00パルス/秒(pps) <らいになる。出力レベ
ルでは、平均出力値400Wとしてピーク出力値はIX
Hになる。 そしてフラッシュランプとしては、寿命の長さ、信頌性
、使いやすさなどの観点からキセノン(Xe)ガスまた
はクリプトン(Kr)ガスを用いた直管形の放電管が広
く採用されている。両者の発光スペクトルの違いのため
、ランプの放電電流密度の大きさや、点灯パルス幅など
によってレーザ出力効率に差がでる。このため、用途に
応じてこれらは使い分けられている。上述した低速繰返
しパルス用にはキセノン(Xe)ガスを用いた放電管が
一般的であり、高速繰返しパルスで点灯するものでは、
クリプトン(Kr)ガスを用いた放電管の方が、効率の
面で良好のようである。 さて、上述したノーマルパルス、とくに100ppsも
しくはそれ以上のいわゆる高速繰返しのものにおいて、
速い速度でランプの点滅を繰返すためには、ランプの放
電の立ち上がり時間を速くし、また放電の消弧時間を短
くする必要がある。 従来、大容量のコンデンサ・バンクに抵抗を通して電気
エネルギを蓄えておき、一方サイリスク等のスイッチを
用いトリガトランスを介してトリガ電圧をランプの周囲
に巻かれた線に加え、その誘起した電磁界により封入−
ガス分子をイオン化させ、この結果ランプに放電を起こ
すような方式をとっていた。しかし、このような放電に
よって得られた電流波形は立ち上がりのおそいインパル
ス状波形であり、とても上述したような100ppsも
しくはそれ以上の速いランプ点滅を繰返すことはできな
い。したがって、このような光励起で発振されるレーザ
光線では、パワー密度に制約があり、鋭い加工力が得ら
れない欠点があった。 また、この欠点を改善するものとして第4図に示す回路
をもつレーザ用電源装置がある。31は交流電源40か
ら給電される、電源装置用の電源整流回路、32.34
は強制転流回路付サイリスクやGTOサイリスクから構
成される装置 トル、35.36はダイオード、37は制御装置で、前
記リアクトル33を流れる電流値やあらかじめ設定され
たパルス幅,パルス電流の周期などに基づいて前記開閉
袋ff32.34の導通,阻止をおこなう。 38は励起ランプ、41はシマー回路、42はトリガ回
路である。 この電源回路の動作の要点はつぎのようである。 リアクトル33には、制御装置37によって制御される
開閉装置を介して、時間とともに増大する電流が流れ、
この電流が励起ランプ38を点灯するに十分な値に達す
ると、開閉装置34が急速に阻止されて、前記電流は極
めて急峻な立ち上がりで励起ランプ38に流入し、放電
点灯する。 なお、前記シマー回路41から常時10抛A程度のシマ
ー電流が励起ランプ38に流されていて、この励起ラン
プ38内に放電路が形成されている。そして、最初の放
電のときには、制御装置37の操作指令によるトリガ回
路42からの起動パルス電圧がトリガトランス43を介
して高電圧トリガパルスとなりランプ点灯の引き金とな
る。その後の毎回の放電にはこのトリガパルスは用いら
れず、前記シマー電流が支援することになる。 さて、励起ランプ38の点灯後しばらくたって、開閉装
置32を阻止すると、放電電流は励起ランプ38.ダイ
オード35を含む閉回路を循環しながらその値を低下し
ていく、そして、この電流があらかじめ設定されたパル
ス幅になると、制御装置37の指令によって開閉装置3
4が導通してこの電流を側路に転流し、励起ランプ38
は消灯する。開閉装置32が、あらかじめ設定されたパ
ルスの周期に基づいて次に導通するまで、前記の電流は
、リアクトル33.開閉装置34.ダイオード35を含
む回路を循環しその間にエネルギー損失を生じることに
なる。 これが電源装置の効率を下げる原因となり、問題点であ
る。 なお、ダ・fオード36は、励起ランプ38からの電流
のりアクドル33への逆流を阻止する機能をもつ。
この発明の目的は、上述したような従来のもののもつ問
題点を解消し、放電管としての励起ランプの放電電流の
立ち上がり時間を速くし、かつ放電の消弧時間を短くす
るために前記電流波形を立ち上がり、立ち下がりの急峻
なものにするとともに、励起ランプを消灯した後の前記
放電電流が、回路中でエネルギー損失を生じることを極
力抑制し、電源効率を高めるようにした繰返し放電用電
源装置を提供することにある。
題点を解消し、放電管としての励起ランプの放電電流の
立ち上がり時間を速くし、かつ放電の消弧時間を短くす
るために前記電流波形を立ち上がり、立ち下がりの急峻
なものにするとともに、励起ランプを消灯した後の前記
放電電流が、回路中でエネルギー損失を生じることを極
力抑制し、電源効率を高めるようにした繰返し放電用電
源装置を提供することにある。
上述の目的を達成するための本発明の要点は、次のよう
に構成したところにある。 第1図に示した本発明の基本構成を表すブロック図にお
いて、概略的には、電源装置10は、直流電源21から
給電を受けて放電管26にパルス状直流電流を供給して
、断続した放電をおこす。例えばレーザ用電源装置の場
合には、放電管が、固体レーザ発振用の励起ランプであ
り、放電に応じた強烈な点滅光を図示してないレーザ媒
質に照射し、ノーマルパルスを出力形態とするレーザ光
を発振することになる。 直流電源21は直流電圧を出力する。電源用開閉手段2
2は、制御装置27の制御のちとに、直流電源21の電
気的エネルギーを、負荷側に供給するために導通したり
阻止したりの動作をおこなう。 まず・後述する負荷側開閉手段24が閉じている条件で
、電源用開閉手段21が閉じると、前記直流電圧は電流
変換手段23としての例えばりアクドルに送出される。 そして、前記直流電圧は、リアクトル23によって、そ
のインダクタンスと直流電源21の出力である直流電圧
とによって決まる傾斜をもって急速に増加する直流電流
に変換される。 次いで、前記制御装置27の制御のもとに同様に導通と
阻止の動作をおこなう負荷用開閉手段24は、前記直2
Jt電流が放電管26を点灯するに十分な値に達したと
き阻止動作をし、この直流電流を、前記負荷側開閉手段
24と並列に接続された放電管26に流入させ、放電点
灯する。 また、整流素子D5は、電源用開閉手段22が阻止状態
となったとき、放電管26の電流をリアクトル23を含
む回路に循環させる機能をもつ。そして、この直流電流
値がある上限値に達すると、制御装置27の指令に基づ
いて、まず電源用開閉手段22が阻止状態となり、次い
で放電時間がある時間m続すると、負荷用開閉手段24
が導通動作して、放電電流の放電管26への流入を停止
する。 ところで、このとき放電管26を流れていた直流電流は
、リアクトル23.負荷用開閉手段24.整流素子D1
.エネルギー回収手段25がつくる閉回路を循環し、そ
の間に急速にその電気的エネルギーをエネルギー回収手
段25を介して直流電源21に還流させ回収するように
した。 すなわち、1次および2次!4!線を設けた変流器CT
と整流素子D1から構成されたエネルギー回収手段25
を直流電源21の陽極、陰極およびリアクトルの入口点
にそれぞれ接続する構成にしである。 そして、ある一定の周期ののち電源用開閉手段22が導
通し最初の状態にもどり以下同様に繰り返される。 なお、電流検出器28は上述の電流の検出信号を制御装
置27に伝え、負荷用開閉手段24の阻止と電源用開閉
手段22の阻止とのタイミングを決めさせるものである
。
に構成したところにある。 第1図に示した本発明の基本構成を表すブロック図にお
いて、概略的には、電源装置10は、直流電源21から
給電を受けて放電管26にパルス状直流電流を供給して
、断続した放電をおこす。例えばレーザ用電源装置の場
合には、放電管が、固体レーザ発振用の励起ランプであ
り、放電に応じた強烈な点滅光を図示してないレーザ媒
質に照射し、ノーマルパルスを出力形態とするレーザ光
を発振することになる。 直流電源21は直流電圧を出力する。電源用開閉手段2
2は、制御装置27の制御のちとに、直流電源21の電
気的エネルギーを、負荷側に供給するために導通したり
阻止したりの動作をおこなう。 まず・後述する負荷側開閉手段24が閉じている条件で
、電源用開閉手段21が閉じると、前記直流電圧は電流
変換手段23としての例えばりアクドルに送出される。 そして、前記直流電圧は、リアクトル23によって、そ
のインダクタンスと直流電源21の出力である直流電圧
とによって決まる傾斜をもって急速に増加する直流電流
に変換される。 次いで、前記制御装置27の制御のもとに同様に導通と
阻止の動作をおこなう負荷用開閉手段24は、前記直2
Jt電流が放電管26を点灯するに十分な値に達したと
き阻止動作をし、この直流電流を、前記負荷側開閉手段
24と並列に接続された放電管26に流入させ、放電点
灯する。 また、整流素子D5は、電源用開閉手段22が阻止状態
となったとき、放電管26の電流をリアクトル23を含
む回路に循環させる機能をもつ。そして、この直流電流
値がある上限値に達すると、制御装置27の指令に基づ
いて、まず電源用開閉手段22が阻止状態となり、次い
で放電時間がある時間m続すると、負荷用開閉手段24
が導通動作して、放電電流の放電管26への流入を停止
する。 ところで、このとき放電管26を流れていた直流電流は
、リアクトル23.負荷用開閉手段24.整流素子D1
.エネルギー回収手段25がつくる閉回路を循環し、そ
の間に急速にその電気的エネルギーをエネルギー回収手
段25を介して直流電源21に還流させ回収するように
した。 すなわち、1次および2次!4!線を設けた変流器CT
と整流素子D1から構成されたエネルギー回収手段25
を直流電源21の陽極、陰極およびリアクトルの入口点
にそれぞれ接続する構成にしである。 そして、ある一定の周期ののち電源用開閉手段22が導
通し最初の状態にもどり以下同様に繰り返される。 なお、電流検出器28は上述の電流の検出信号を制御装
置27に伝え、負荷用開閉手段24の阻止と電源用開閉
手段22の阻止とのタイミングを決めさせるものである
。
この発明の、加工用固体レーザ発振の励起ランプにたい
するものに適用した一実施例を、第2図。 第3図を参照しながら説明する。第2図は励起ランプを
含めた電源装置、第3図は主要要素における動作のタイ
ムチャートと電流波形図である。 ゛第2図において
、20は交流電源、lは電源整流回路で、変圧回路LA
、整流回路IB、インダクタンスし、コンデンサCを備
えてなる平滑回路ICからなる。2は直流チョッパ装置
で、強制転流回路付サイリスタやGTOサイリスタから
構成されている。 3はリアクトルで、直流電圧を直流電流に変換する機能
を有するものである。4は上述したりアクドル3に電流
を流すための開閉装置で、前記直流チョッパ装置2と同
様に強制転流回路付サイリスクやGTOサイリスタから
構成されている。 なお、強制転流回路付サイリスクは、直流電源をサイリ
スタによって開閉する場合に、いったんアノードとカソ
ードとに電流を流すと、サイリスクのゲートはその制御
作用を失うから、外部的に電流を停止する方法を講じて
転流をおこなう機能をもつものである。つまり、外部の
エネルギー源から順方向電流より大きい電流を逆方向に
流して強制転流をおこなうわけである。 また、GTOサイリスクは通常のサイリスタと基本的に
は同じ構造であるが、サイリスクではターン・オフさせ
るためにアノード電流を補助転流デバイスまたは回路に
よって他へ移す必要があるのに対し、ゲートに負電流を
流すことによってターン・オフすることができ、開閉動
作が速く、主に直流の開閉に用いられるものである。 7は制御装置で、前記直流チョッパ装置2.開閉装置4
の導通期間、阻止期間を制御し、後述の励起ランプ8が
必要とする電流波形を生成させる働きをもつ。そのため
に、制御装置7は開閉装置4を流れる電流を検出し、そ
の値に応じて直流チョッパ装置2.開閉装置4の動作を
操作するとともに、また、後述のトリガ回路12の起動
操作もおこなう。なお、制?ml装置7は電流、パルス
幅8周波数などの生成電流パルスに関する設定要素を備
えているものである。 11はシマー回路で、次のような機能をもつものである
。つまり、上述したように、励起ランプの放電の立ち上
がり時間を速くし、また、放電の消弧時間を短くする必
要があるため、励起ランプを常時、つまり、パルス点灯
の休止の間も最小電流、通常100mA程度の電流で放
電させておく、いわゆるシマー・モードにより動作がお
こなわれている。 このシマー・モードによる励起ランプの使用は、放電の
立ち上がり時間を短くするだけでなく、この立ち上がり
時のショックを軽減して励起ランプの長寿命化にも役立
ち、とくに、繰返し数が非常に速いときに有効である。 電源の負の母線とりアクドル3の入口との間にダイオー
ドD1と変流器CTの1次巻線?+1からなる直列回路
が接続されている。この変流器CTの2次巻線M2の一
端は1次巻線M1と、他端はダイオードD2を介して平
滑回路ICのコンデンサCの正の端子に接続される。さ
らに、この変流器CTの3次巻線旧は、その一端を前記
コンデンサCの正の端子に、その他端をダイオードD3
.抵抗R3を介して電源の負の母線に接続される。なお
、この変流器C1の各巻線Ml、M2.M3は・印で示
した極性をもっている。 そして、前記の励起ランプ8の陰極が電源の負の母線と
接続されている点から、上述の変流器CTの1次巻線M
1とりアクドル3人口との間を、ダイオードD5を介し
て接続する。また、ダイオードD4が、前述のダイオー
ドD5を含む接続線が電源の負の母線と接続している点
と、開閉装置4が電源の負の母線と接続している点との
中間に、前者の接続点から後者の接続点へ向う方向を順
方向として挿入されている。 おわりに、8は励起ランプ、R1は抵抗である。 また、12はトリガ回路、13はトリガトランスで、前
段で生成された電流による放電の引き金として、20K
V程度の高電圧パルスを、上述の制御装置7の指令に基
づいて発生するものである。 つぎに、第2図と第3図とに基づいて前記の回路の動作
について述べよう。励起ランプ8には上述したように、
シマー回路11.抵抗R1によりシマー電流が流れた状
態にある。一方、直流チョッパ装置2.開閉装置4を閉
じると、直流チョッパ2゜リアクトル3.開閉装置4.
ダイオードDI、変流器CTの1次巻線M1を通して直
流電流が流れる。 このことを第3図を参照しながら説明する。第3図fa
lは直流チョッパ装置2の、第3図(b)は開閉装置4
のそれぞれ導通(ON)と阻止(OFF)状態を示すタ
イムチャートである。また第3図(C)は開閉装置4を
流れる電流を、第3図(dlはリアクトル3を流れる電
流を、第3図ie)は励起ランプ8を流れる電流を、第
3図(f)は変流器CTの1次巻線M1に誘起された電
圧をそれぞれ時間に関して示した電流波形図である。 第3図tag、 (b)の時間T0〜T1の間は直流チ
ョッパ装置2と開閉装置4とはともに導通状態にあるか
ら、直流チョッパ装置2.リアクトル3.開閉装置4を
含む回路には、同図(c)に示したように電源整流回路
1の出力電圧とりアクドル3のインダクタンスとによっ
てほぼ決まる傾斜で時間とともに直線的に増大する電流
が住じる。この電流があらかじめ定められた、励起ラン
プ8を点灯するに十分な電流値!aに達すると、この電
流の動きを検出している制御装置7の操作指令に基づい
て開閉袋[4が阻止される。これと同時に、つまり時刻
T。 において、開閉装置4を流れ電流は零となり、これまで
流れていた電流は励起ランプ8に移り急峻な立ち上がり
で増大する。ここで励起ランプ8は点灯する。 この電流の立ち上がり時間は、開閉装置4の電流阻止時
間で決まるから数μs〜数10μs以下で極めて短い。 また、時刻T、にタイミングを合わせて制御装置7によ
ってトリガ回路12が起動され、トリガトランス13を
介して高電圧パルスを発生し放電の引金となる。 つぎに、直流チョッパ装置2.リアクトル3゜励起ラン
プ8.ダイオードD4を含む回路には、電源整流回路1
の出力電圧と励起ランプ8の放電電圧との差(前者の方
が大きい)およびリアクトル3のインダクタンスとによ
ってほぼ決まる、前よりゆるい傾斜で、電流がさらに直
線的に増大する。 この電流は、時刻T2において、あらかじめ定められた
Ibに達すると、これを検出した制御装置7の操作指令
に基づいて直流チョッパ装置2が阻止される。時間11
〜120間に励起ランプ8を流れる電流は、第3図f8
)のようになる。 つぎに、時刻T2以後は、リアクトル3.励起ランプ8
.ダイオード05を含む回路を流れる電流は、励起ラン
プ8の放電電圧とりアクドル3のインダクタンスとによ
ってほぼ決まる傾斜で減少し、時刻T1からパルス幅T
8に相当する時間だけ経過した時刻T3において、制御
装置7の操作指令に基づいて開閉袋24が導通ずる。そ
の瞬間、励起ランプ8の放電電圧は200〜500νと
高いので、これまで励起ランプ8に流れていた電流は自
動的に開閉装置4を含む回路に移ることになり、急峻な
降下を示し、励起ランプ8は消灯する。 時間T I” T sの励起ランプ8の電流波形は、第
3図(e)のように立ち上がりと立ち下りの極めて急峻
なものとなり目的に合致する。 時刻T、に開閉装置4が導通してから後は、電流はりア
クドル3.開閉装置4.ダイオード01.変流器0丁の
1次巻線Mlを流れる。このとき次に詳しく述べるよう
な理由で、この電流は急速に直線的に低減し時刻T4で
零となる。 すなわち、変流器CTの1次巻線M1を流れる電流をi
、2次巻&IM2を流れる電流をIとすると、2次巻線
M2に流れる電流IはダイオードD2を介して電源整流
回路1の正側の端子に流入する。したがって、2次巻線
M2に生じる起電力は、電源整流回路lの出力電圧Vd
に等しい値に達してその値を越えることはできない。 そして、1次巻線M1と2次巻線M2とは1つの鉄心を
共有するものであるから、各巻線と鎖交する磁束が共通
との条件により、1次巻線旧には、前記電源整流回路l
の出力電圧νdに1次巻線旧と2次巻線M2の巻線比n
(1次巻線M1の巻数N172次巻線M2の巻数Nz)
を乗じた値の起電力が発生することになる。したがって
、リアクトル3.開閉装置4.ダイオードD1.変流器
CTの1次巻線旧を含む閉回路を考え、電磁誘導の法則
とキルヒホッフの第2法則とを適用すれば、 Vd−n + Ldi/dt = 0 ここに、L:リアクトル3のインダクタンス。 i−リアクトル3を流れる電流、t:時刻T、を起点と
した時間である。 したがって、この微分方程式を、t=0において、1=
Ia、との初期条件で解くと、 1=la−(Vd−
n/L)t を得る。 この電流iの時間的変化は、第3図tel、 (d)の
時間T3〜T4の区間で示されるようにIaから直線的
に急速に減少するものである。 以上述べたように、リアクトル3を流れる電流が急速に
減衰するということは、このリアクトル3に蓄積された
磁気エネルギーが電源整流回路1に回収されたことを意
味し、その分だけ有効に働くわけである。つまり、電源
装置としての効率が改善されたことになる。なお、変流
器CTの1次巻線肘に誘起された電圧は、第3図(「)
に示したように時間T、〜T4の間だけ上述したシd−
nとなる。 上述のことから、変流器CTの1次巻線、2次巻線およ
びダイオードD2は、エネルギー回収手段を構成してい
るといえる。 そして時刻T、に到って、制御装置7の操作指令に基づ
いて直流チョッパ装置2が導通すると、リアクトル3.
開閉装置4を流れる電流は、時間10〜丁、におけると
同じ傾斜で増大する。そして、以後同様に周期T、で繰
返される。 なお、トリガ回路12によるトリガパルスの発生は最初
だけであって、それ以後の毎回の放電は、上述のシマー
電流により形成された放電路によっておこなわれる。 また、時間10〜T、の区間(以後T、の周期で繰り返
される)には、リアクトル3.開閉装置4゜ダイオード
D1を含む回路に第3図(C)または(dlで示される
電流が循環する。これは、電源整流回路1からの出力エ
ネルギがこの回路を循環しながら若干の損失を生じると
見ることができるわけで、その意味でダイオードD1を
フリーホィール・ダイオードと呼ぶ。 また、第2図のダイオードD4は、開閉装置4が導通し
たときにリアクトル3を流れる電流が励起ランプ8へ逆
流することを阻止する機能をもち、その意味でブロック
・ダイオードと呼ばれる。 おわりに、変流器CTの3次巻線間、ダイオードD3.
抵抗R3の作用について述べる。1次巻線Mlにはダイ
オードDiで決まる順方向の電流しか流れず、直流的に
動作するために変流器CTが大きくなる欠点がある。こ
の欠点を除去するのが、上記3次巻線M3などを含む回
路の働きである。 すなわち、変流器CTの3次巻線旧は、変流器CTが導
通してないときにその鉄心の磁束を逆極性に励磁してお
く。こうすることにより、鉄心は逆極性の磁束から正極
性の磁束まで広範囲にわたって使用できるので、上記の
回路がない場合に比べ、鉄心断面積をおよそ半分にする
ことが可能となる。 【発明の効果] 以上のような構成と作用とにより、と(に加工用固体レ
ーザ発振の励起ランプにたいするものに適用した場合、
この発明には従来のものに比べて次のようなすぐれた効
果がある。 すなわち、まず、短絡状態でリアクトルに電流を流入し
、その後に励起ランプに電流を供給するために、従来の
CL放電回路のものに比べて小規模な電源で十分な放電
電流が流せる。 また、励起ランプの放電電流の立ち上がり時間を速くし
、かつ放電の消弧時間を短くするために前記電流波形を
立ち上り、立ち下りの極めて急峻なものにすることがで
きる。 したがって、100pp/sもしくはそれ以上の速いラ
ンプ点滅を繰り返すことが可能となり、これによって発
生した連続パルス状の強い光エネルギーは、レーザ媒質
の原子を励起し反転分布を生じるとともに、光増幅作用
によってレーザ光線を発振する。 かくして発振されたレーザ光線は非常にパワー密度の高
いものとなり、切れ味のよい加工力が得られる。 また、励起ランプ消灯後に、それまでリアクトルに蓄積
されていたエネルギーは、このリアクトルを含む回路に
直列に挿入された、変流器からなるエネルギー回収回路
を介して直流電源に回収されるので、回路循環中のエネ
ルギー損失が抑制され、それだけ装置としてのエネルギ
ー利用率つまり効率が改善される。元来、固体レーザ発
振器の発振効率は数%程度で非常に低く、その面からも
関連装置としての電源装置の効率向上は重要な意味をも
っている。
するものに適用した一実施例を、第2図。 第3図を参照しながら説明する。第2図は励起ランプを
含めた電源装置、第3図は主要要素における動作のタイ
ムチャートと電流波形図である。 ゛第2図において
、20は交流電源、lは電源整流回路で、変圧回路LA
、整流回路IB、インダクタンスし、コンデンサCを備
えてなる平滑回路ICからなる。2は直流チョッパ装置
で、強制転流回路付サイリスタやGTOサイリスタから
構成されている。 3はリアクトルで、直流電圧を直流電流に変換する機能
を有するものである。4は上述したりアクドル3に電流
を流すための開閉装置で、前記直流チョッパ装置2と同
様に強制転流回路付サイリスクやGTOサイリスタから
構成されている。 なお、強制転流回路付サイリスクは、直流電源をサイリ
スタによって開閉する場合に、いったんアノードとカソ
ードとに電流を流すと、サイリスクのゲートはその制御
作用を失うから、外部的に電流を停止する方法を講じて
転流をおこなう機能をもつものである。つまり、外部の
エネルギー源から順方向電流より大きい電流を逆方向に
流して強制転流をおこなうわけである。 また、GTOサイリスクは通常のサイリスタと基本的に
は同じ構造であるが、サイリスクではターン・オフさせ
るためにアノード電流を補助転流デバイスまたは回路に
よって他へ移す必要があるのに対し、ゲートに負電流を
流すことによってターン・オフすることができ、開閉動
作が速く、主に直流の開閉に用いられるものである。 7は制御装置で、前記直流チョッパ装置2.開閉装置4
の導通期間、阻止期間を制御し、後述の励起ランプ8が
必要とする電流波形を生成させる働きをもつ。そのため
に、制御装置7は開閉装置4を流れる電流を検出し、そ
の値に応じて直流チョッパ装置2.開閉装置4の動作を
操作するとともに、また、後述のトリガ回路12の起動
操作もおこなう。なお、制?ml装置7は電流、パルス
幅8周波数などの生成電流パルスに関する設定要素を備
えているものである。 11はシマー回路で、次のような機能をもつものである
。つまり、上述したように、励起ランプの放電の立ち上
がり時間を速くし、また、放電の消弧時間を短くする必
要があるため、励起ランプを常時、つまり、パルス点灯
の休止の間も最小電流、通常100mA程度の電流で放
電させておく、いわゆるシマー・モードにより動作がお
こなわれている。 このシマー・モードによる励起ランプの使用は、放電の
立ち上がり時間を短くするだけでなく、この立ち上がり
時のショックを軽減して励起ランプの長寿命化にも役立
ち、とくに、繰返し数が非常に速いときに有効である。 電源の負の母線とりアクドル3の入口との間にダイオー
ドD1と変流器CTの1次巻線?+1からなる直列回路
が接続されている。この変流器CTの2次巻線M2の一
端は1次巻線M1と、他端はダイオードD2を介して平
滑回路ICのコンデンサCの正の端子に接続される。さ
らに、この変流器CTの3次巻線旧は、その一端を前記
コンデンサCの正の端子に、その他端をダイオードD3
.抵抗R3を介して電源の負の母線に接続される。なお
、この変流器C1の各巻線Ml、M2.M3は・印で示
した極性をもっている。 そして、前記の励起ランプ8の陰極が電源の負の母線と
接続されている点から、上述の変流器CTの1次巻線M
1とりアクドル3人口との間を、ダイオードD5を介し
て接続する。また、ダイオードD4が、前述のダイオー
ドD5を含む接続線が電源の負の母線と接続している点
と、開閉装置4が電源の負の母線と接続している点との
中間に、前者の接続点から後者の接続点へ向う方向を順
方向として挿入されている。 おわりに、8は励起ランプ、R1は抵抗である。 また、12はトリガ回路、13はトリガトランスで、前
段で生成された電流による放電の引き金として、20K
V程度の高電圧パルスを、上述の制御装置7の指令に基
づいて発生するものである。 つぎに、第2図と第3図とに基づいて前記の回路の動作
について述べよう。励起ランプ8には上述したように、
シマー回路11.抵抗R1によりシマー電流が流れた状
態にある。一方、直流チョッパ装置2.開閉装置4を閉
じると、直流チョッパ2゜リアクトル3.開閉装置4.
ダイオードDI、変流器CTの1次巻線M1を通して直
流電流が流れる。 このことを第3図を参照しながら説明する。第3図fa
lは直流チョッパ装置2の、第3図(b)は開閉装置4
のそれぞれ導通(ON)と阻止(OFF)状態を示すタ
イムチャートである。また第3図(C)は開閉装置4を
流れる電流を、第3図(dlはリアクトル3を流れる電
流を、第3図ie)は励起ランプ8を流れる電流を、第
3図(f)は変流器CTの1次巻線M1に誘起された電
圧をそれぞれ時間に関して示した電流波形図である。 第3図tag、 (b)の時間T0〜T1の間は直流チ
ョッパ装置2と開閉装置4とはともに導通状態にあるか
ら、直流チョッパ装置2.リアクトル3.開閉装置4を
含む回路には、同図(c)に示したように電源整流回路
1の出力電圧とりアクドル3のインダクタンスとによっ
てほぼ決まる傾斜で時間とともに直線的に増大する電流
が住じる。この電流があらかじめ定められた、励起ラン
プ8を点灯するに十分な電流値!aに達すると、この電
流の動きを検出している制御装置7の操作指令に基づい
て開閉袋[4が阻止される。これと同時に、つまり時刻
T。 において、開閉装置4を流れ電流は零となり、これまで
流れていた電流は励起ランプ8に移り急峻な立ち上がり
で増大する。ここで励起ランプ8は点灯する。 この電流の立ち上がり時間は、開閉装置4の電流阻止時
間で決まるから数μs〜数10μs以下で極めて短い。 また、時刻T、にタイミングを合わせて制御装置7によ
ってトリガ回路12が起動され、トリガトランス13を
介して高電圧パルスを発生し放電の引金となる。 つぎに、直流チョッパ装置2.リアクトル3゜励起ラン
プ8.ダイオードD4を含む回路には、電源整流回路1
の出力電圧と励起ランプ8の放電電圧との差(前者の方
が大きい)およびリアクトル3のインダクタンスとによ
ってほぼ決まる、前よりゆるい傾斜で、電流がさらに直
線的に増大する。 この電流は、時刻T2において、あらかじめ定められた
Ibに達すると、これを検出した制御装置7の操作指令
に基づいて直流チョッパ装置2が阻止される。時間11
〜120間に励起ランプ8を流れる電流は、第3図f8
)のようになる。 つぎに、時刻T2以後は、リアクトル3.励起ランプ8
.ダイオード05を含む回路を流れる電流は、励起ラン
プ8の放電電圧とりアクドル3のインダクタンスとによ
ってほぼ決まる傾斜で減少し、時刻T1からパルス幅T
8に相当する時間だけ経過した時刻T3において、制御
装置7の操作指令に基づいて開閉袋24が導通ずる。そ
の瞬間、励起ランプ8の放電電圧は200〜500νと
高いので、これまで励起ランプ8に流れていた電流は自
動的に開閉装置4を含む回路に移ることになり、急峻な
降下を示し、励起ランプ8は消灯する。 時間T I” T sの励起ランプ8の電流波形は、第
3図(e)のように立ち上がりと立ち下りの極めて急峻
なものとなり目的に合致する。 時刻T、に開閉装置4が導通してから後は、電流はりア
クドル3.開閉装置4.ダイオード01.変流器0丁の
1次巻線Mlを流れる。このとき次に詳しく述べるよう
な理由で、この電流は急速に直線的に低減し時刻T4で
零となる。 すなわち、変流器CTの1次巻線M1を流れる電流をi
、2次巻&IM2を流れる電流をIとすると、2次巻線
M2に流れる電流IはダイオードD2を介して電源整流
回路1の正側の端子に流入する。したがって、2次巻線
M2に生じる起電力は、電源整流回路lの出力電圧Vd
に等しい値に達してその値を越えることはできない。 そして、1次巻線M1と2次巻線M2とは1つの鉄心を
共有するものであるから、各巻線と鎖交する磁束が共通
との条件により、1次巻線旧には、前記電源整流回路l
の出力電圧νdに1次巻線旧と2次巻線M2の巻線比n
(1次巻線M1の巻数N172次巻線M2の巻数Nz)
を乗じた値の起電力が発生することになる。したがって
、リアクトル3.開閉装置4.ダイオードD1.変流器
CTの1次巻線旧を含む閉回路を考え、電磁誘導の法則
とキルヒホッフの第2法則とを適用すれば、 Vd−n + Ldi/dt = 0 ここに、L:リアクトル3のインダクタンス。 i−リアクトル3を流れる電流、t:時刻T、を起点と
した時間である。 したがって、この微分方程式を、t=0において、1=
Ia、との初期条件で解くと、 1=la−(Vd−
n/L)t を得る。 この電流iの時間的変化は、第3図tel、 (d)の
時間T3〜T4の区間で示されるようにIaから直線的
に急速に減少するものである。 以上述べたように、リアクトル3を流れる電流が急速に
減衰するということは、このリアクトル3に蓄積された
磁気エネルギーが電源整流回路1に回収されたことを意
味し、その分だけ有効に働くわけである。つまり、電源
装置としての効率が改善されたことになる。なお、変流
器CTの1次巻線肘に誘起された電圧は、第3図(「)
に示したように時間T、〜T4の間だけ上述したシd−
nとなる。 上述のことから、変流器CTの1次巻線、2次巻線およ
びダイオードD2は、エネルギー回収手段を構成してい
るといえる。 そして時刻T、に到って、制御装置7の操作指令に基づ
いて直流チョッパ装置2が導通すると、リアクトル3.
開閉装置4を流れる電流は、時間10〜丁、におけると
同じ傾斜で増大する。そして、以後同様に周期T、で繰
返される。 なお、トリガ回路12によるトリガパルスの発生は最初
だけであって、それ以後の毎回の放電は、上述のシマー
電流により形成された放電路によっておこなわれる。 また、時間10〜T、の区間(以後T、の周期で繰り返
される)には、リアクトル3.開閉装置4゜ダイオード
D1を含む回路に第3図(C)または(dlで示される
電流が循環する。これは、電源整流回路1からの出力エ
ネルギがこの回路を循環しながら若干の損失を生じると
見ることができるわけで、その意味でダイオードD1を
フリーホィール・ダイオードと呼ぶ。 また、第2図のダイオードD4は、開閉装置4が導通し
たときにリアクトル3を流れる電流が励起ランプ8へ逆
流することを阻止する機能をもち、その意味でブロック
・ダイオードと呼ばれる。 おわりに、変流器CTの3次巻線間、ダイオードD3.
抵抗R3の作用について述べる。1次巻線Mlにはダイ
オードDiで決まる順方向の電流しか流れず、直流的に
動作するために変流器CTが大きくなる欠点がある。こ
の欠点を除去するのが、上記3次巻線M3などを含む回
路の働きである。 すなわち、変流器CTの3次巻線旧は、変流器CTが導
通してないときにその鉄心の磁束を逆極性に励磁してお
く。こうすることにより、鉄心は逆極性の磁束から正極
性の磁束まで広範囲にわたって使用できるので、上記の
回路がない場合に比べ、鉄心断面積をおよそ半分にする
ことが可能となる。 【発明の効果] 以上のような構成と作用とにより、と(に加工用固体レ
ーザ発振の励起ランプにたいするものに適用した場合、
この発明には従来のものに比べて次のようなすぐれた効
果がある。 すなわち、まず、短絡状態でリアクトルに電流を流入し
、その後に励起ランプに電流を供給するために、従来の
CL放電回路のものに比べて小規模な電源で十分な放電
電流が流せる。 また、励起ランプの放電電流の立ち上がり時間を速くし
、かつ放電の消弧時間を短くするために前記電流波形を
立ち上り、立ち下りの極めて急峻なものにすることがで
きる。 したがって、100pp/sもしくはそれ以上の速いラ
ンプ点滅を繰り返すことが可能となり、これによって発
生した連続パルス状の強い光エネルギーは、レーザ媒質
の原子を励起し反転分布を生じるとともに、光増幅作用
によってレーザ光線を発振する。 かくして発振されたレーザ光線は非常にパワー密度の高
いものとなり、切れ味のよい加工力が得られる。 また、励起ランプ消灯後に、それまでリアクトルに蓄積
されていたエネルギーは、このリアクトルを含む回路に
直列に挿入された、変流器からなるエネルギー回収回路
を介して直流電源に回収されるので、回路循環中のエネ
ルギー損失が抑制され、それだけ装置としてのエネルギ
ー利用率つまり効率が改善される。元来、固体レーザ発
振器の発振効率は数%程度で非常に低く、その面からも
関連装置としての電源装置の効率向上は重要な意味をも
っている。
第1図は本発明の基本構成を示すブロック回路図、
第2図は本発明に係る一実施例のブロック回路図、第3
図は本発明に係る一実施例の動作を示すタイムチャート
と電流波形図、 第4図は従来例のブロック回路図である。 符号説明 D1〜D5:整流素子、CT:変流器、旧〜M3:巻線
、R1,R3:抵抗、1.21:電源整流回路、2:直
流チョッパ装置、3:リアクトル、4:開閉装置、?、
27:制御装置、 8:励起ランプ、10:電源装置、11ニジマ一回路、
12:トリガ回路、20:交流電源、21:直流電源、
22:電源用開閉手段、23:電流変換手段、24:負
荷用開閉手段、25:エネルギー回収手段、26:放電
管、28:電流検出器。 矛】 図 第2図
図は本発明に係る一実施例の動作を示すタイムチャート
と電流波形図、 第4図は従来例のブロック回路図である。 符号説明 D1〜D5:整流素子、CT:変流器、旧〜M3:巻線
、R1,R3:抵抗、1.21:電源整流回路、2:直
流チョッパ装置、3:リアクトル、4:開閉装置、?、
27:制御装置、 8:励起ランプ、10:電源装置、11ニジマ一回路、
12:トリガ回路、20:交流電源、21:直流電源、
22:電源用開閉手段、23:電流変換手段、24:負
荷用開閉手段、25:エネルギー回収手段、26:放電
管、28:電流検出器。 矛】 図 第2図
Claims (1)
- 1)直流電源に、電源開閉手段を介してリアクトルと負
荷開閉手段との直列回路を接続し、前記負荷開閉手段に
並列に、逆流防止のためのブロック・ダイオードを介し
て放電管を接続し、前記負荷開閉手段のオフにより前記
リアクトルの電流が放電管に放出される際に、電源開閉
手段がオフ状態になるとき、リアクトルの電流のための
還流路を形成するように、前記リアクトルと放電管との
直列回路に第1のフリーホィール・ダイオードを並列接
続し、前記電源開閉手段のオフ状態で、前記負荷開閉手
段のオンにより、前記リアクトルの電流を放電管を介す
ることなくこの負荷開閉手段を介して還流させるように
前記リアクトルと負荷開閉手段との直列回路に第2のフ
リーホィール・ダイオードを並列接続し、この第2のフ
リーホィール・ダイオードに直列に変流器を挿入接続し
、該変流器を介して前記リアクトルの蓄積エネルギーを
直流電源に回収するようにしたことを特徴とする繰返し
放電用電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18468785A JPS6244078A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 繰返し放電用電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18468785A JPS6244078A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 繰返し放電用電源装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6244078A true JPS6244078A (ja) | 1987-02-26 |
Family
ID=16157613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18468785A Pending JPS6244078A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 繰返し放電用電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6244078A (ja) |
-
1985
- 1985-08-22 JP JP18468785A patent/JPS6244078A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4051411A (en) | Discharge lamp operating circuit | |
EP0596739A1 (en) | Circuit and method for operating high pressure sodium vapor lamps | |
JPS6244077A (ja) | 繰返し放電用電源装置 | |
JPS6244078A (ja) | 繰返し放電用電源装置 | |
KR100317390B1 (ko) | 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치 | |
US4051410A (en) | Discharge lamp operating circuit | |
JP2606269Y2 (ja) | レーザ電源装置 | |
JP2844646B2 (ja) | シマー回路 | |
JPH0588519B2 (ja) | ||
JPS63239799A (ja) | 放電管用電源の出力制限回路 | |
GB1575833A (en) | Discharge lamp operating circuit | |
US6215253B1 (en) | Inductorless ballast | |
JP3088057B2 (ja) | フラッシュランプ用トリガ回路 | |
JPS6138213Y2 (ja) | ||
JP2001274492A (ja) | パルスレーザ電源 | |
JPH0116317Y2 (ja) | ||
JPS6343296A (ja) | 放電管用電源の保護回路 | |
JPH09246634A (ja) | パルスレーザ電源 | |
JP2699528B2 (ja) | 交流アーク溶接用電源装置 | |
JPH05206551A (ja) | パルスレーザ装置 | |
JPH04349677A (ja) | パルスレーザ電源 | |
KR830002175B1 (ko) | 방전등 점등 장치 | |
JPS6343297A (ja) | 放電管の点灯方法 | |
RU2071171C1 (ru) | Импульсный модулятор | |
JPH1126845A (ja) | レーザ電源装置 |