JPS63124770A

JPS63124770A - 電源装置

Info

Publication number: JPS63124770A
Application number: JP61269537A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Shibata; 光博芝田; Teruo Nakagawa; 中川　輝夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1988-05-28
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JP2585236B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の目的）（産業上の利用分野）本発明は、ガスレーザ等の放電負荷に電力を供給する電
源装置に関する。

（従来の技術）従来の技術の電源装置として、無声放電式ＣＯ２レーザ
の電源装置について図面を用いて説明する。

第５図に示すように直流電圧源１と、この直流電圧源１
からの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路２
と、このインバータ回路２をＰＷＭ！１１ｗＪする制御
回路３と、インバータ回路２からの交流電圧を昇圧し、
交流高電圧とする変圧器４と、この変圧器４からの交流
高電圧の中から高周波交流高電圧を通すコンデンサ５と
、このコンデンサ５からの高周波交流高電圧を印加する
ことによりグロー放電を発生する放電電極６から成り、
この放電電極６で発生したグロー放電を基にレヘザ発１
辰器（図示せず）により、レーザ光が１ｑられる。ここ
で、コンデンサ５はグロー放電の安定化、各放電電極間
での放電均一化、アーク放電移行の抑制などのために使
用されており、各放電電極毎に接続されたり、あるいは
電極自体に一括した誘電体を密着させたいわゆる誘電体
筒（セなどにより構成されている。

（発明が解決しようとする問題点）このような従来の電源装置は、交流電圧源による各放電
電極−括給電方式であるため、電源の内部インピーダン
スが小さいので、コンデンサ等のインピーダンスを負荷
である放電部へ直列に挿入することが必要不可欠である
。そのため、次のような間ｍ点が生じていた。

■　各放電部を均一かつ安定に放電させるために、高電
圧の放電部にコンデンサなどのインピーダンスを設ける
ことが必要であり、インピーダンスの部品及び取イ」に
より装置が大型化し、高価になる。

■　放電部に直列に挿入されたインピーダンスにより、
レーザ光の発生に寄与する放電入力電力が低減してしま
い、電源装置の容母相当のレーザ光が１ｑられない。換
言すると、所望のレーザ光を）ｑるためには、インピー
ダンスによる入力電力損失分を加味した容量を有する電
源装置が必要である。例えば、インピーダンスとしてコ
ンデンサを挿入した場合、電源装置の出力電圧は、放電
電圧びＡにとコンデンサ電圧ＶＣとに分圧され、このう
ちコンデンサに蓄えられるエネルギーは無効電力であり
、レーザ光の発生には寄与しない。

したがって、本発明は上記問題点を解決するために、直
流電流源回路により、安定化インピーダンスを有するこ
となく、放電負荷に対し、任意の高周波交流電流を均一
に供給できる電源装置を提供することを目的とする。

（発明の構成）（問題点を解決するための手段と作用）上記目的を達成
するために本発明は、放電負荷に電力を供給する電源装
置において、直流電流源回路と、この直流電流源回路か
らの直流電流を交流電流に変換するインバータ回路と、
このインバータ回路からの交流電流を所望の値に変流す
る変流器を具備し、放電負荷に交流電流源から電力を供
給することを特徴とする電源装置と、放電負荷に電力を
供給する電源装置において、直流電流源回路と、この直
流電流源回路を短絡する開閉器と、直流電流源回路から
の直流電流を整流するダイオードと、このダイオードか
らの直流電流を交流電流に変換するインバータ回路と、
このインバータ回路からの交流電流を所望の値に変流す
る変流器を具備し、放電負荷に交流電流源から電力を供
給することを特徴とする電源装置を提供する。

そこで、本発明の構成原理を図面を用いて説明する。

第１図に示すように、可変直流電流源１０ａ　。

１０ｂは、それぞれ直流電流ｉｏａ、ｉｏｂを出力し、
出力された直流電流は開閉器１１ａ、ｌｌｂの動作状態
により、ダイオード１２ａ、１２ｂを介した後合痒され
、直流電流ｉｏｒとなり、インバータ回路１３へ入力さ
れ、交流電流ｉＡに変換される。ざらに、変換された交
流電流ｉＡは、変流器１４にて所望の電流値に変流され
交流高電圧電流源となり、放電電極１５に放電電流ｉＫ
１．ｉＫｚ、ｉに３を供給する。また、変流器１４は、
−次側にて放電回路（放電電流ｆＫ１．ｆＫ２＊　　ｉ
Ｋ３の流れる回路）の並列数分が直列接続されており、
どの変流器に対しても同一の交流電流ｉＡが流れること
から、並列接続された放電回路には、いずれにも等しい
放電電流１Ｋ１＝ｉｘｚ＝ｉＫａが流れる。

次に、以上説明した回路動作について、各部の動作波形
を第２図に示す。尚、第１図で付した符号のものは同一
であるとする。

開閉器１１ａ、　１１ｂを、それぞれ適当にオン、オフ
させることにより、零電流および波高値が２種類（直流
電流源回路が３回路以上であれば、回路数の組合せ数の
種類）の任意の階段状電流を出力することができる。

交流電流ｉＡの波形及び放電電流１に１゜ｉＫ２．ｉに
３の波形にスリットがあるのは、インバータ回路１３の
スイッチング動作における安全上の時間、いわゆるデッ
ドタイムである。

（実施例）本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第３図に示すように、三相交流電圧源２０と、この三相
交流電圧源２０からの交流電圧を直流電圧に変換するサ
イクロコンバータ２１ａ、２１ｂと、三相交流電圧源２
０とサイクロコンバータ２１ｂとの間に設けられる絶縁
変圧器２２と、サイクロコンバータ２１ａ、２１ｂから
の各出力直流電圧を平滑化するとともに、直流電圧を直
流電流に変換する直流リアクトル２３ａ、２３ｂと、こ
の直流リアクトル２３ａ。

２３ｂからの直流電流を適当に短絡するトランジスタ２
４と、直流リアクトル２３ａ、２３ｂからの直流電流を
整流するダイオード２５ａ、２５ｂと、ダイオード２５
ａ、２５ｂからの各直流電流を合算した後、合算された
直流電流を交流電流に変換するインバータ回路２６と、
このインバータ回路２６からの交流電流を所望の電流値
に変流する変流器２７と、この変流器２７からの交流電
流によりグロー放電を発生する放電電極２８とから構成
される。また、インバータ回路２６はトランジスタ２９
１Ｊ、　２９Ｖ、　２９Ｘ、　２９Ｙから構成される。

このように構成される電源装置は、電流源による放電電
流であるため、放電電極の電流−電圧特性が負性抵抗特
性であっても電源側のインピーダンスが非常に大きいの
で、放電電流は暴走することなく安定に制御される。ま
た、トランジスタ２４は直流リアクトル２３ａにて形成
された直流電流を適当に短絡することにより二つのレベ
ルの電流値を有する任意の階段状出力電流を得るもので
おる。

次に、インバータ回路２６の動作について述べる。

インバータ回路２６を構成するＩ・ランジスタ２９Ｕ。

２９Ｖ、２９Ｘ、２９Ｙは、トランジスタ２９Ｕとトラ
ンジスタ２９Ｙが対となり、トランジスタ２９Ｖとトラ
ンジスタ２９Ｘが対となり、各対ごとに同一タイミング
でスイッチングしている。

第１モードでは、トランジスタ２９Ｕ、　２９Ｙがオン
して、負荷側へ電流を出力する。次に、第２のモードで
は、トランジスタ２９Ｖ、　２９Ｘがオンして、４アー
ムのトランジスタが全てオンとなり、負荷側へは電流は
供給されない。第３のモードでは、トランジスタ２９Ｕ
、　２９Ｙがオフして、負荷側へは第１モード時とは逆
方向の電流が流れる。第４のモードでは、トランジスタ
２９Ｕ、　２９Ｙが再びオンして、４アーム全てのトラ
ンジスタがオンし、負荷側へは電流は供給されない。こ
れら第１のモードから第４のモードを順次繰返すことに
より、直流電流源電流が交流電流源電流に変換される。

以上のような構成、作用を有する本実施例は以下の効果
を奏する。

０）電源の内部インピーダンスが非常に大きく見える電
流源方式であるので、負性抵抗特性を有する放電負荷に
対しても、無効電力を発生する安定化インピーダンスな
しで安定に電流を供給でき、電源装置の容量は放電電極
入力電力として要求される必要最小限で良い。

（２）各整流器の一次側に共通の電流を流すことにより
、負荷特性に係わらずいずれの放電電極に対しても同一
の電流を流すことができ、均一なグロー放電を達成でき
るので、電源装置の能力を最も有効に使用することがで
き、レーザの発娠効率も低下させることがない。

（３）アーキング限界の低下などにより、万一アークｔ
ｌｌ電領域にさしかかって急激に放電電極電圧が低下し
たとしても、電流源方式であるために、放電電流にはほ
とんど変化をきたさず、放電電極電圧の低下に伴なって
変流器の１次側電圧が低下するだけで、アーキングの増
長などの不具合が生じない。

次に、本発明の他の実施例を図面を用いて説明する。

第４図に示すように、三相交流電圧源３０と、この三相
交流電圧源３０からの交流電圧を直流電圧に変換する整
流器３１ａ、３１ｂと、三相交流電圧源３０と整流３３
１ｂとの間に設けられる絶縁変圧器３２と、整流器３１
ａ、３１ｂからの直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ
３３ａ、３３ｂと、この平滑コンデンサ３３ａ、３３ｂ
からの平滑化された直流電圧を降圧する降圧チョッパ回
路３４ａ、３４ｂと、この降圧チョッパ回路３／ｌａ、
３４ｂからの直流電圧を平滑化するととともに、直流電
圧を直流電流に変換する直流リアクトル３５ａ、３５ｂ
と、この直流リアクトル３５ａ、３５ｂからの直流電流
を適当に短絡するトランジスタ３６と、直流リアクトル
３５ａ、３５ｂからの直流電流を整流するダイオード３
７ａ、　３７ｂと、このダイオード３７ａ、３７ｂから
の各直流電流を合算した後、合算された直流電流を交流
電流に変換するインバータ回路３８と、このインバータ
回路３８からの交流電流を所望の電流値に変流する変流
器３９と、この変流器３９からの交流電流によりグロー
放電を発生する放電電極４０とから構成される。また、
降圧チョッパ回路３４ａ、３４ｂは、トランジスタ４１
Ｕ、　４１Ｙと、ダイオード４１ｖ、４１Ｘとから構成
され、インバータ回路３８は、先の実施例と同様にトラ
ンジスタ４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｘ、４２Ｙとから構成さ
れている。

ここで、整流器３１ａ、平滑コンデンサ３３ａ１降圧チ
ョッパ回路３４ａから構成される回路は、三相交流電圧
源３０を直流電圧源に変換するものでおる。

この回路は上記回路の他に、整流器３１ｂ、平滑コンデ
ンサ３３ｂ１降圧チョッパ回路３４ｂから構成されるも
のがある。

また、直流リアクトル３５ａ、３５ｂ以降から放電電極
４０までの構成、作用は先の実施例と同様でおるので、
説明は省略する。

本実施例では、直流リアクトル３５ａ、３５ｂから放電
電極４０までを１つのブロックとして、直流電圧源の母
線に複数回路並列に接続される構成となっており、各ブ
ロックの直流電流は負荷状況および直流リアクトル３５
ａ、３５ｂの特性誤差の範囲内でほぼ均一に配分される
。

以上述べた本実施例では、次のような特有の効果を奏す
る。

■　ユニット化が容易で、容量を拡大する場合、ユニッ
トのビルドアップ方式で容易に拡大できる。

■　ユニット化が可能であるため、電源装置容量の大小
に係わらず、インバータ部のハードウェアを同一とする
ことができるので、信頼性が向上する。

（３）特に、レーザ装置のパルス運転における繰返し周
波数の高周波化、および変流器の小形化などの点から、
インバータ回路部の高周波化が有効であるが、比較的容
量の大きな高周波スイッチング回路においては、そのサ
ージエネルギーの９！１理や並列素子のバランス動作な
どのハードウェアの技術が非常に車要であり、このこと
からも装置容色の種類分のハードウェアを有する方式よ
りもユニット化に対応した本実施例の方が非常に有用で
明したが、これらの実施例で示した直流電圧源回路、直
流電流源回路、トランジスタなどの半導体素子は、必ず
しも実施例で示したものに限定するものではない。例え
ば、直流電圧源回路は、自己消弧形素子を用いたコンバ
ータに依るものでも良いし、直流電流源回路は、直流リ
アクトルによらずトランジスタのベース電流制御による
シリーズレギュレータであっても良い。また、スイッチ
ング動作を行うトランジスタは、自己消弧形素子でおれ
ばすべて適用可能である。

〔発明の効果〕

以上、詳述にしたように本発明によれば、直流電流源回
路を有し、放電負荷に対して個別に電流源電流を供給す
る方式であるので、安定化インピーダンスを用いないで
、放電負荷へ均等に電流を供給することが可能である。

これにより、電源装置の大幅な容量低減と、それに伴な
うコスト低減、放電の均一化による安定なレーザ発］辰
、アーク放電移行の抑制の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電源装置の構成原理図、第２図は
本発明による電源装置の動作波形の一例を示したタイミ
ングチャート、第３図および第４図は本発明の一実施例
を示した概要構成図、第５図は従来の電ｍ装置の概要構
成図である。１０ａ、１０ｂ・・・可変直流電流源、１１ａ、ｔｌｂ
−・・開閉器、１２ａ、１２ｂ・・・ダイオード、１３
．２６．３８・・・インバータ回路、１４、２７．３９
・・・・・・変流器、１５．２８．４０・・・放電電極
、２１ａ、２１ｂ・・・サイクロコンバータ、２３ａ、
２３ｂ、３５ａ、３５ｂ・・・直流’）７’）ト）Ｉ、
ｔ３３ａ、３３ｂ・・・平滑コンデンサ、３４ａ、３４
ｂ・・・降圧チョッパ回路。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　三俣弘文

Claims

【特許請求の範囲】１、放電負荷に電力を供給する電源装置において、直流
電流源回路と、この直流電流源回路からの直流電流を交
流電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回
路からの交流電流を所望の値に変流する変流器を具備し
、前記放電負荷に交流電流源から電力を供給することを
特徴とする電源装置。２、前記直流電流源回路を短絡する開閉器を具備したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電源装置。３、放電負荷に電力を供給する電源装置において、直流
電流源回路と、この直流電流源回路を短絡する開閉器と
、前記直流電流源回路からの直流電流を整流するダイオ
ードと、このダイオードからの直流電流を交流電流に変
換するインバータ回路と、このインバータ回路からの交
流電流を所望の値に変流する変流器を具備し、前記放電
負荷に交流電流源から電力を供給することを特徴とする
電源装置。