JPS63184380A - 高電圧パルス発生装置を備えるレーザ装置と高電圧パルス発生装置ならびにパルス発生方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高電圧パルス発生装置を備えるレーザ装置なら
びにレーザ装置あるいは放電性負荷に最適な高電圧パル
ス発生装置およびパルス発生方法に関する。

〔従来の技術〕

大気圧放電（ＴＥＡＰ）型レーザ装置では立上り時間の
短かい高電圧パルスを必要とする。従来、この種のパル
ス発生回路としては、１９８３年９月３０日に西ドイツ
に出願されたシリアルＮＯ３３３５６９０，４を優先権
主張として日本に１９８４年９月２８日に特許出願され
たＪＰ−Ａ−６０−９６１８２号公報に開示されたもの
がある。このパルス発生回路では、並列に充電された２
つのコンデンサの一方をインダクタンスを通して放電す
ることにより、その一方のコンデンサの電圧を反転し、
他のコンデンサの電圧と合成して充電々圧の倍電圧を得
るとともに、可飽和リアクトルの飽和によって両コンデ
ンサに蓄えられた電気エネルギーを出力として取り出す
ようにされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従って、一方のコンデンサの放電時には出力すべき電気
エネルギーのほぼ半分を１度にスイッチングできる大容
量のスイッチング素子が求められる。また、出力パルス
の立上り時間に反比例してスイッチング素子又は可飽和
リアクトルの容量は増大する。また、パルス発生回路の
後段の段数や容量を増加して、スイッチング素子の容量
を低減できるが、この方法ではコンデンサ、可飽和リア
（１］） クトルの数が増加し、パルス発生回路が大形化すると共
に、コストアップになる等の問題点があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を克服し、小さ
な容量のスイッチング素子によって高電圧パルスを発生
できるパルス発生装置とパルス発生方法及びそのような
装置を備えたレーザ装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため本発明のパルス発生装置は、ト
ランスの１次巻線に接続したスイッチと、１−ランスの
２次巻線に並列接続したコンデンサを有する振動回路（
タンク回路）と、振動回路で蓄積した電気エネルギーの
出力への伝達を制御する可飽和リアクＩ・ルとから構成
した。

〔作用〕

このパルス発生装置では、トランスの１次巻線に設けた
スイッチを２次側の振動回路の電気振動に同期して複数
回開閉することにより、振動回路に蓄積される電気エネ
ルギーを増大させ、振動回路の電圧で可飽和リアクトル
が飽和すると振動回路に蓄積された電気エネルギーは出
力され、出力コンデンサには立上り時間の短かい、大エ
ネルギ−、高電圧パルスを得ることができる。つまり、
１次巻線で制御する電気エネルギーは小さいが、その電
気エネルギーを複数回振動回路に蓄積することで最終的
に取出される電気エネルギーは１次巻線で制御するエネ
ルギーの数十倍のものを得ることができる。したがって
、１次側スイッチ素子の密量低減ができ、スイッチング
相半塩体素子の適用が容易となり大エネルギーのスイッ
チは可飽和リアクトルにより行うので、装置の小形化、
長寿命化ができる。

〔実施例〕

本発明のパルス発生回路の第１の実施例を第１図を参照
して説明する。

パルス発生装置１００は、トランス１０１の２次側のＬ
Ｃ共振回路９から可飽和リアクトル１０３を介してレー
ザ装置１０２に接続されている。可飽和リアクトル］、
０３の２次側にタイミング回路１０４およびリセツｌ〜
回路１．０５を配置し、これらの回路はまた制御回路１
０６にも接続している。

制御回路１０６の一方側はトランス１０１の１次巻線に
接続されたトランジスタ３Ａ、３ＢのベースＢに接続し
ている。

トランス１０１は、１次巻線１と２次巻線２とから構成
されている。１次巻線１の両側はスイッチ素子である第
１１−ランジスタ３Ａおよび第２トランジスタ３Ｂを接
続している。トランジスタ３Ａは３Ｂとの間の１次巻線
１の中間より引出された引出線４Ａは、直流電源４に接
続される。直流電源４の一端は両１〜ランジスタ３Ａ、
３ＢのエミッタＥと接地５とに接続している。トランジ
スタ３Ａ、３ＢのベースＢは制御回路１０６に接続して
いる。制御回路１０６に設けた検出巻線７、たとえば変
流器は、２次巻線２に流れる電流の向きを検出する。２
次巻線２の両端は、コンデンサ８を並列接続して、ＬＣ
共振回路９（タンク回路）を構成している。Ｌ　Ｃ共振
回路９は出力コンデンサ１１およびレーザ装置］０２と
接続している。

レーザ装置１０２はレーザガスを有する放電部１２内の
電極１２Ａ、１２Ｂたとえば陰極および陽極を配置して
いる。電極１２Ａ、１２Ｂの両端は、出力コンデンサ１
１を並列接続している。これらの電極およびコンデンサ
１１の一方端は接地１１Ｆされている。電極１２Ａ、１
２Ｂおよび出力コンデンサ１１とＬＣ共振回路９との一
方側に可飽和リアクトル１０３を直列接続している。

可飽和リアクトル１０３は鉄心１３たとえば環状鉄心に
主巻線１４を巻回し、主巻線１４の両端はＬＣ共振回路
９と出力コンデンサ１１等に接続している。可飽和リア
クトル１０３の２次側（制御巻線）はタイミング回路１
０４とリセット回路１０５とを配置している。

タイミング回路１０４は、鉄心１３に巻回された制御巻
線１５、トランジスタ１６および直流電源１７とから構
成されている。

リセット回路１０５は、鉄心１３に一方側巻線２ＯＡと
他方側巻線２０Ｂとを巻回している。両巻線２ＯＡ、２
０Ｂ間より引出された分岐線２１は、直流電源２２の一
端と接続される。直流電源２２の負側と両巻線２０Ａ、
２０Ｂの一方側とは、それぞれトランジスタ２３Ａ、２
３ＢのエミッタＥとコレクタＣとに接続している。エミ
ッタＥは接地２４されている。

トランジスタ１６およびリセットトランジスタ２３Ａ、
２３ＢのベースＢは、制御回路１０６に接続している。

次に、パルス発生装置１００の作用を第２図も参照して
説明する。

制御回路１０６からの駆動信号により、第１トランジス
タ３ＡがＯＮすると、直流電源４により、１次巻線１に
第２図（ａ）のような電流Ｉｓ１が流れる。尚、第２図
（ａ）〜（ｈ）の横軸は時間ｔである。１次巻線１と電
磁的に結合した２次巻線２には電流ＩＳ１により電圧が
誘起され、第２図（ｄ）のような電流Ｉｃ１が流れる。

２次巻線２には並列にコンデンサ８が接続されてＬＣ共
振回路９を形成している。２次側電流Ｉｃｚにより第２
図（ｅ）に示すような２次側電圧Ｖｃｚを生じる。検出
巻線７によりＬＣ共振回路９の電流Ｉｃ１の反転を検出
し、制御回路１０６により、第１トランジスタ３ＡをＯ
ＦＦ、第２トランジスタ３ＢをＯＮする。

このことにより、第２図（ｂ）に示すような電流ＩＳ２
が流れる。この電流ＩＳ２による２次巻線２への誘起電
圧は、電流ＩＳＩによるものとは逆極性となる。従って
、第２図（ｄ）から判るように、電流Ｉｃｚが反転する
毎にその大きさが増大する。このように、ＬＣ共振回路
９の振動周期に合せて第１および第２トランジスタ３Ａ
、３ＢをＯＮ。

ＯＦＦすることにより、ＬＣ共振回路９に電気エネルギ
を注入でき、振動電圧、電流を増大することができる。

すなわち、ＬＣ共振回路９に蓄えられる電気エネルギを
増大できる。

一方、可飽和リアクトル１０３は、鉄心１３が飽和しな
い間は、主巻線１４は大きなインダクタンスを持ち、Ｌ
Ｃ共振回路９の振動電圧に対して大きなインピーダンス
となる。このため、コンデンサ１１にはほとんど電圧は
現われない。又鉄心内の磁束は、巻線１４に加わった電
圧を時間積分した値に比例し、第２図（ｅ）破線で示す
ように変化する。可飽和リアクトル１０３を形成する鉄
心１３の断面積、巻線１４の巻数は、ＬＣ共振回路９の
電圧ＶＣＩが目的値を超えるまで飽和しないような値に
設定する。このことにより、ＬＣ共振回路９の電圧が鉄
心飽和レベルになるまで、時間に関係なく可飽可リアク
トル１０３は飽和しない。

すなわち、ＬＣ共振回路９に目的とする電圧エネルギー
を蓄えるための時間に制限はない。第１および第２トラ
ンジスタ３Ａ、３Ｂの１回のスイッチングでＬＣ共振回
路９に供給すべき電気エネルギーは、ＬＣ共振回路９の
１回の振動での損失（可飽和リアクトルでの鉄損を含む
）を超えるものであれば良く、それらはＬＣ共振回路９
に最終的に蓄えるべき電気エネルギーに比べ十分小さい
。

短時間で大きなエネルギーを共振回路に蓄えるためには
１度のスイッチングにおけるエネルギーを大きくするた
め容量の大きな素子を必要とする。

長時間かけて蓄える場合には逆に素子の容量はより小さ
いものにできる。

したがって第１および第２トランジスタ３Ａ。

３Ｂの容量は、従来の、出力すべき電気エネルギーの約
１／２を１度のスイッチングで供給する方法に比べ十分
小さくできる。

ＬＣ共振回路９の電圧が目的値となったところで、トラ
ンジスタ１６をＯＮＬ、直流電源１７により、制御巻線
１５に第２図（Ｃ）に示すような電流ＩＯＮを流す。こ
の電流ＩＯＮに対応する電流が主巻線１４に流れ（ＩＣ
２）、コンデンサ１］が充電され、第２図（ｆ）に示す
電圧ＶＣ２’　を生じる。この電圧ＶＣ２’　により鉄
心１３が飽和し、巻線１４のインダクタンスが小さくな
り、インピーダンスが下る。このことによりコンデンサ
８に蓄えられた電荷が放電し、電流ＩＣ２が第２図（ｇ
）のように流れる。コンデンサ１１にかかる電圧ＶＣ２
が上昇して、レーザ装置］０２の放電開始電圧に達する
と放電部１２のインピーダンスが急激に低下し、コンデ
ンサ８，１１から放電部１２へ電荷が放電される。レー
ザ発生器１０２への電流ＩＤは、コンデンサ８からの電
流とコンデンサ１１からの電流が加え合さったものとな
り、第２図（ｈ）のような高ち上りの急激なパルスとな
る。

なお、可飽和リアクトル１０３の飽和タイミングを決定
するために、ＬＣ共振回路９の電圧が目的値となったこ
とを検出するのは制御回路１０６が行う。あらかじめ、
目標電圧値に達するまでのトランス１０１の２次巻線２
の電流の目標極性反転回数を調べておき、検出回路７が
極性反転を検出して制御回路１０６がその回数をカウン
トし、カウント値が目標極性反転回数に達した所でタイ
ミング回路１０４のトランジスタ１６をｔｕｒｎ　ｏｎ
する。あるいは、別の方法では、電圧■ｃ１を分圧器で
直接測定して、Ｖｃｚが目標値になった時にトランジス
タ１６をｔｕｒｎ　ｏｎ　Ｌ／てもよい。

このように、１次巻線１に流れる電流はトランジスタ３
Ａ、３Ｂ開閉し、ＬＣ共振回路９でＬＣ共振を行ない大
きな電気エネルギーを蓄積し、このエネルギーを可飽和
リアクトル１０３で制御して、高電圧を出力するように
した。したがって、１次巻線は小さな電流を複数回流せ
ばよいから、トランジスタは小容量のものを使用できる
ので、パルス発生回路を小形化できる。

レーザ装置１０２にパルス電圧を出力するには、ＬＣ共
振回路９とに目的とする電気エネルギーが充電された後
、鉄心１３を飽和させ、電気エネルギーをコンデンサ１
１に移す必要がある。コンデンサ１１に最大の電気エネ
ルギーを移すには、コンデンサ８の電圧最大値近傍で鉄
心１３を飽和させなければならない。そのため、制御巻
線１５に接続されたトランジスタ１６を○Ｎして、直流
電源１７により、電流ＩＯＮを流す。主巻線１４と制御
巻線１５とはトランスを形成しているので、電流ＩＯＮ
により主巻線１４に電流ＩＣ２を生じ、コンデンサ１１
を充電する。この電圧はレーザ装置１６の放電開始電圧
よりも小さく設定することによりレーザ装置１６が放電
することはない。

電流ＩＯＮによりコンデンサ１１に充電する電圧ＶＣ２
は、最終的に出力すべき電圧と逆極性の電圧を充電する
。このことにより、レーザ装置に出力される電圧の極性
と逆極性の半波（第２図（ｅ）の■部）では、主巻線１
４に加わる電圧が減少するため、徹心内の磁束の変化量
（この場合減少量）も小さくなる。また、出力電圧と同
極性となった範囲（第２図（ｅ）の［有］部）では巻線
１４に加わる電圧が大きくなるため、鉄心内の磁束の変
化量が大きくなり、飽和する。すなわち、コンデンサ１
１を充電することにより、その電圧による磁束を生じ、
それを利用して鉄心１３を飽和させることができる。し
たがって、鉄心１３が飽和するタイミングはコンデンサ
１１の電圧の大きさ、すなわち、制御巻線１５に流す電
流ＩＯＨの大きさにより調整できる。

鉄心１３の飽和のタイミングを調整することにより、Ｌ
Ｃ共振回路９に蓄えられた電気エネルギーの大部分を出
力側に移すことができる。

したがって、タイミング回路１０４を設けることにより
、ＬＣ共振回路に蓄えた電気エネルギーを最適時期に確
実に出力することができる。

次に、リセット回路１０５について説明する。

すなわち、ＬＣ共振回路９の電圧Ｖｃｉは、正負の間を
振動する電圧である。この振動電圧にしたがって、鉄心
１３内の磁束も正方向、負方向の飽和点の間で振動する
。鉄心１３の磁束の初期値がほぼ零であれば、正常な動
作をする。しかし、鉄心１３の磁束の初期値は、その前
のレーザ装置１０２の放電により左右され、がならずし
も零近傍とはならない。すなわち、放電電圧のバラツキ
。

放電時間のバラツキにより、放電動作後、コンデンサ１
１に残る電圧がバランく。したがって、コンデンサ１１
に残った電圧により変動する鉄心１３内の磁束もバラン
くことになる。

鉄心１３内の磁束の初期値が零近傍からずれていると、
ＬＣ共振回路９の電気エネルギーが目的値に達する前に
、鉄心１３が飽和することがあり、正常な動作とならな
い。従って鉄心の残留磁束を零にリセットする必要が生
ずる。

このため、本発明のリセット回路１０５では、一方のト
ランジスタ２３ＡをＯＮＬ、鉄心１３を飽和させる。ト
ランジスタ２３Ａは鉄心１３内の磁束がどんな値であっ
ても一方向へ飽和するのに十分な時間と電流を与えるよ
う制御する。次に、一方のトランジスタ２３ＡをＯＦＦ
、他方のトランジスタ２３ＢをＯＮＬ、て鉄心１３を逆
方向へ励磁し、磁束が零となったところで、他方のトラ
ンジスタ２３ＢをＯＦＦする。

飽和磁束を零にするための電流値はあらかじめ磁気特性
から知られている。この制御巻線２０Ｂのリセット電流
によりコンデンサ１１に誘起電圧が充電される。このコ
ンデンサ１１の充電々圧はさらに鉄心１３の磁束を変化
させる。従って、鉄心１３の磁束を零にリセットするト
ランジスタ２３ＢのＯＮ時間は、このコンデンサ１１に
よる磁束分も含めて零にするような値に選ばれる。この
ようにすることにより、鉄心内磁束の初期値はいつも零
近傍となり、可飽和リアクトル１０３は常に一定な電圧
時間積で飽和するので、′パルス発生回路のパルス動作
は、常に安定している。

第８〜第１１図（Ａ）・（Ｂ）は、本発明のパルス発生
装置におけるリセット回路の別の実施例を示す。前に述
べた実施例のリセット回路ではリセットを、制御巻線へ
のリセット電流の供給時間を制御して行っていた。この
実施例の特徴は可飽和リアクトルの鉄心を複数に分割し
、かつスイッチング素子を１つにしたことである。この
実施例により、分割鉄心の断面積を選択したり、分割鉄
心への主巻線の巻数を変えることにより、残留磁束を零
はもちろん任意の値に制御できる。又、それぞれ異る方
向に飽和する２つの分割鉄心を用いれば、リセット電流
による出力コンデンサの充電々圧による磁束の変動を防
止できる。

第８Ａ図には、リセット回路の別の実施例が示される。

可飽和リアクトルの鉄心は鉄心６０ａと６０ｂに二分割
されており、主巻線１４が両分側鉄心にまたがって巻か
れ、制御巻線６１ａ、６１ｂがそれぞれ分割鉄心６０ａ
、６０ｂに巻かれている。制御巻線６１ａ、６１ｂには
直流電源６２、電流制御用抵抗６３、スイッチ６４が直
列に接続される。第８Ｂ図にこのリセット装置の回路図
を示す。スイッチ６４を閉じると、制御巻線６１ａと６
１ｂの電流の方向はそれぞれ逆となる。

スイッチ６４を閉じると、制御巻線６１ａ。

６１ｂに直流電源６２の電圧と抵抗６３とによって決ま
る電流ｉが流れる。電流ｉは分割鉄心６０ａ。

６０ｂを飽和させるのに十分な電流値に設定しである。

第９図には分割鉄心６０ａ、６０ｂのヒステリシス曲線
（実線）が示されている。電流ｉによって分割鉄心６０
ａの磁束はＰに、分割鉄心６０ｂの磁束はＱにそれぞれ
飽和する。スイッチを開き電流ｉが零になると、分割鉄
心６０ａの残留磁束はＲに、分割鉄心６０ｂの残留磁束
はＳに夫々リセットされる。

主巻線１４に対する鉄心全体の特性は、分割鉄心６０ａ
と分割鉄心６０ｂとの特性を加え合わせたものとなり、
図中破線で示すヒステリシス曲線となる。また、分割鉄
心６０ａと分割鉄心６０ｂとの特性およびその断面積が
同じである場合、残留磁束は等価的には２すなわち零に
なる。

主巻線１４に電圧を加えた場合の動作について考えてみ
る。まず、主巻線］４に分割鉄心６０ａ。

６０ｂの磁束が増加する方向へ電圧を印加すると、その
方向へは分割鉄心６０ａは飽和状態にあるので磁束は増
加しない。これに対し分割鉄心６０ｂは第９図から明ら
かなようにＳからＰ点で磁束の増加が可能なので、印加
された電圧に応じて磁束が増加する。この磁束の増加に
より主巻線１−４のインダクタンスが大きくなる。印加
する電圧の極性が逆の場合には、分割鉄心６０ａの磁束
が減少して主巻線１４のインダクタンスを大きくする。

このような動作の結果は、分割鉄心６０ａ、６０ｂの磁
留磁束が零にリセットされている場合と同じである。

このように制御巻線６１ａ、６１ｂに流れる電流ｊによ
って、分割鉄心６０ａ、６０ｂの残留磁束が第９図のＲ
，Ｓにリセットされた結果は、主巻線１４に対しては分
割鉄心６０ａ、６０ｂの残留磁束が零にリセットされた
のと等価である。

以」二は分割鉄心６０ａと分割鉄心６０ｂとの特性、断
面積を等しくして残留磁束を零にリセットする場合につ
いて説明した。同様な動作により分割鉄心６０ａと分割
鉄心６０ｂとの材質は同じで断面積を変えることで、残
留磁束を任意の値にリセツｌ−できる。

このように本実施例によれば制御巻線の制御回路（電源
、スイッチ等）が−組でできる。そして鉄心の残留磁束
を部分的に制御できるので、容易に、残留磁束を任意の
値にリセットすることができる。

第１０図（Ａ）にはリセット回路のさらに別の実施例が
示されている。本実施例では可飽和リアクトルの主巻線
１４ａ、１４ｂを分割鉄心６０ａ。

６０ｂに独立して設けた。主巻線１４ａ、１４．ｂへの
誘導起電力は変化する磁束の量と巻数とに比例する。従
って夫々の主巻線１．４ａ、１４ｂの巻数を独立に調整
することにより、リセットされる残留磁束の値が調整で
きる。すなわちこのようにすることにより、リセットさ
れる残留磁束を分割鉄心６０ａ、６０ｂの断面積の比だ
けでなく、巻数の比によっても調整できる。このように
本実施例によれば巻数比によってもリセットされる残留
磁束の値を調整することができる。第１０図（Ｂ）は第
１０図（Ａ）のリセット回路の回路図である。

第１１図には本発明のりセラ１−回路の更に他の実施例
が示されている。本実施例では鉄心を６０ａ。

６０ｂ、　６０ｃと３分割し、それぞれに制御巻線６１
ａ、６１ｂ、６１ｃを巻いた。その中の１つの制御巻線
６１ｃしこは電流の方向を切換えるスイッチ６５を設け
た。スイッチ６５を切換えることにより、その分割鉄心
６０ｃの飽和する方向が反転するので、リセットされる
残留磁束の値も変る。

このように本実施例によれば制御巻線６１ｃに設けた切
換えスイッチ６５により、リセツ１〜される残留磁束の
値が容易に変更できる。第１１図（Ｂ）は第１１図（Ａ
）のリセット回路の回路図である。

上述のように本実施例のリセット回路は鉄心の残留磁束
を零または飽和領域以外に容易にリセットすることがで
きるようになって、鉄心の残留磁束を零または飽和領域
以外に容易に簡単な構成でリセットすることができる。

以上の実施例ではスイッチ６４−．６５は機械的スイッ
チで表示されているが、第１図の回路のようにトランジ
スタのようなスイッチング素子が使用できることは言う
までもない。

次に第１図の制御回路１０６についてさらに詳細に説明
する。第３図は制御回路１０６の内部の構成を示すブロ
ックダイヤグラムである。

外部からのトリガ信号しこより、まずタイマ１が動作し
パルス信号を作る。このパルス信号は駆動回路１により
増幅されトランジスタ２３Ａを駆動する。このことによ
り制御巻線２ＯＡに、電流が流れ、鉄心１３を飽和させ
る。次にタイミ２が遅れて動作し、駆動回路２にパルス
信号を与え、駆動回路２はトランジスタ２３Ｂを○Ｎす
る。制御巻線２０Ｂに、電流が流れ、鉄心１３の磁束を
零にもどす。（巻線１４に生じる誘起電圧でコンデンサ
８，１１に充電される電圧の影響も含めて零にする。）
以上により、鉄心１３の残留磁束をリセツＩへする。

次にタイマ３が動作し、起動信号発生回路がパルス信号
を発生する。この信号が駆動回路５により増巾され、ト
ランジスタ３Ａを駆動、巻線１の電流Ｉｓ１により、コ
ンデンサ８が充電され、共振回路９の振動（電圧、電流
の振動）が始まる。共振回路９の極性反転（振動）を検
出巻線７により検出、その極性に応じて振動極性検出回
路によりパルスを発生し、トランジスタ３Ａ、３Ｂを交
互にＯＮ、０ＦＦＬ、、振動回路９の振動電圧、電流を
増大させる。

次にタイマ３の出力パルスを受けてから所定時間経過後
タイマ４が動作し、パルスを発生、トランジスタ１６を
駆動して可飽和リアクトル１０３を飽和させ、共振回路
９のエネルギーをコンデンサ１１側へ出力する。

次に本発明のパルス発生装置の別の実施例を説明する。

第４図の実施例のパルス発生装置では、直流電源１７か
らトランジスタ１６を用いてコンデンサ１１を直接充電
するようにしたものである。この回路では、コンデンサ
８の電気エネルギーがコンデンサ１１に移り、高電圧を
生じた場合に、その高電圧から、トランジスタ１６．直
流電源１７を保護するために、抵抗２６，２９．ダイオ
ード２８、コンデンサ２７から成るサージ吸収回路３ｏ
を設けて、保護した。

本発明のさらに別の実施例である第５図は、可飽和リア
クトル１０３およびリセット回路１０５とレーザ装置１
０２との間に磁気パルス圧縮回路４０を設けた場合であ
り、磁気パルス圧縮回路４０は飽和リアクトル１０３′
とコンデンサ４３とから構成されており、次のような作
用、効果を有する。

すなわち、上述のタイミング回路１０４では、鉄心１３
を飽和するために、主巻線１４に第２図（ｃ）の電流Ｉ
ＯＮを流し、この電流ＩＯＮによりコンデンサ１が充電
され、第２図（ｆ）に示す三角波形状の電圧ＶＣ２’　
を生ずる。

もし、短時間で可飽和リアクトルを飽和させるためにＶ
Ｃ２’　を放電電圧近くに設定すると、電圧ＶＣ２’に
よりレーザ装置１０２が誤動作をする恐れが考えられる
。

そこで、本実施例では、電圧ＶＣ２で鉄心１３が飽和し
、主巻線１４のインピーダンスが低下すると、コンデン
サ８の電荷が放電し、放電電流がコンデンサ１１に流れ
るが、鉄心４１は飽和していないので、可飽和リアクト
ル１０３′に阻止された状態にある。時間の経過と共に
、コンデンサ１１の電位が高くなると、鉄心４１は飽和
し、コンデンサ１１の電荷が放電し、放電電流は主巻線
４２を介してコンデンサ４３に流れる。コンデンサ４３
には上述の三角波の電圧は現われない。したがって、レ
ーザ発振器１０２には、目的とする最終的な電圧だけが
印加されるので、誤動作を防止できる。他の回路の部分
については第１図のものと同じ動作であるので説明は省
略する。

本発明のさらに別の実施例である第６図は、トランス１
０１の１次巻線１と２次巻線２とに鉄心５ｏを配置した
場合である。実施例ではトランス１０１の鉄心５０の飽
和によるコンデンサ８の電圧反転を利用して振動回路に
構成している。

トランス１０１は、鉄心５０の飽和磁束密度Ｂ１とその
断面積Ａ１と２次巻線２の巻回数Ｎ１との積をｚｌとす
れば、 Ｚｌ：ＢＩＸＡＩＸＮｌ　　　　　　　　　　　−（１
）可飽和リアクトル１０３は、鉄心１３の飽和磁束密度
Ｂ２その断面積Ａ１と巻線１４の巻回数Ｎ２との積をＺ
ｚとすれば、 Ｚ２＝ＢＯＸＡ２ＸＮ２　　　　　　　　　　　・・・
（２）そして、ｚｌとＺｚとの条件を Ｚｘ＜Ｚｚ　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
３）とすれば、第１図のタイミング回路１０４を省略で
きる。その理由を以下説明する。

トランジスタ３ＡをＯＮすると、鉄心５０に巻かれた１
次巻線１に直流電源４から第７図（ａ）に示すように電
流Ｉｓｉが流れる。１次巻線１と２次巻線２とは鉄心５
ｏにより、磁気的に結合し、トランス１０１を形成して
いるので、電流ＩＳＩにより、２次巻線２に第７図（ｃ
）に示すような電流ＩＣＩが流れる。電流Ｉｃｔはコン
デンサ８に流れて、コンデンサ８で第７図（ｄ）に示す
ような電圧Ｖｃ１を生じる。この電圧Ｖｃｔにより、鉄
心５０内の磁束が増加し、第７図（ｄ）破線のように変
化する。電圧Ｖｃｉは巻線１４にも印加され、鉄心１３
内の磁束も増加し、第７図（ｅ）のように変化する。こ
こで、トランス１０１と可飽和リアクトル１０３の電圧
時間積は（３）式のようにＺｌ＜Ｚｌとなるように設定
しであるので、鉄心５０が先に飽和し、２次巻線２のイ
ンダクタンスが小さくなる。そのインダクタンスとコン
デンサ８の容量で決る周波数で、コンデンサ８の電荷が
２次巻線を通して放電し、放電々流Ｉｃｉが半波（第７
図（ｃ）■）が流れる。その結果、コンデンサ８の電圧
の極性が反転する。このことにより、鉄心１３、鉄心５
０内の磁束は逆方向へ変化しはじめる。

コンデンサ８の放電々流ＩＣＩ■を検出器７により検出
し、制御装置１０６により、トランジスタ３ＡをＯＦＦ
、トランジスタ３ＢをＯＮする。

その結果、コンデンサ８は先はどとは逆極性にて、１次
巻線１．直流電源４により充電され、その蓄積される電
気エネルギーは増大する。鉄心５０内磁束が逆方向へ増
大し、やがて飽和すると、再びコンデンサ８の放電によ
り、電圧の極性反転が起る。それにしたがって、トラン
ジスタ３Ａ、３ＢのＯＮ、ＯＦＦも反転させ、コンデン
サ８を充電する。

このように、コンデンサ８の電圧極性に合せて、ｌ−ラ
ンジスタ３Ａ、３ＢをＯＮ、ＯＦＦすることにより、コ
ンデンサ８の電圧は上昇は、その電気エネルギーは増大
する。

一方、鉄心５０が飽和し、コンデンサ８が２次巻線２を
通して放電し、その電圧極性を反転している間の電圧〔
第７図（ｄ）■　（斜線部）〕は、鉄心５０の磁束の増
減には影響しないが、鉄心１３の磁束は変動する。すな
わち、この間の電圧時間積に相当する分だけ多く、巻線
１４に電圧が加わることになる。そして、この電圧によ
る電圧時間積は、コンデンサ８に充電された電圧に比例
して増大する。この電圧時間積の増大がトランス１０１
の電圧時間積（Ｚｌ　）と可飽和リアクトル１０３の電
圧時間積（ｚ２）の差より大きくなると、鉄心１３も飽
和するようになる。

鉄心１３が飽和すると、巻線１４のインダクタンスが小
さくなり、そのインダクタンスとコンデンサ８．コンデ
ンサ１１によって決る周波数で、コンデンサ８の電荷の
一部がコンデンサ１１に移る。すなわち、第７図（ｅ）
に示す電流ＩＣ２が流れることにより、コンデンサ１１
に電圧ＶＣ２（第７図（ｆ））を生じる。この電圧（第
７図（ｆ）◎）は次の半波でさらに鉄心１３を飽和させ
るように働くため、次に鉄心１３が飽和したときに、さ
らに高い逆極性の電圧（第７図（ｆ）　　◎）を生じ、
やがて、コンデンサ８の電荷の大部分がコンデンサ１１
に移るようになる。すなわち、目的とする電圧、電流を
得ることができる。この電圧によるレーザ装置１０２の
放電等の動作については第１図と同じなので省略する。

以上述べたように、本実施例によれば、２次巻線２に鉄
心５０を設け、その電圧時間積をＺｚ　。

鉄心１３１巻線１４による可飽和リアクトル１０３の電
圧時間積を７２とした場合、 Ｚｌ＜Ｚｌ となるように設定することにより、鉄心１３を飽和させ
るためのスイッチング素子が不要となる。

また、１次および２次巻線１，２は鉄心により電磁的に
結合するので効率良くコンデンサ８を充電できる。

また、コンデンサ８に現われる電圧波形Ｚは矩形波状で
あるため、可飽和リアクトル１０３の飽和するタイミン
グが多少ずれても出方される電圧。

電気エネルギーははシ一定である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、パルス発生回路を小形
化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例であるレーザ用パルス発生回路
の回路図、第２図（ａ）ないしくｈ）は第１図の各特性
を示す特性図、第３図は、第１図。 第４図、第５図のパルス発生装置に適用できる制御回路
のブロック図、第４図ないし第６図は本発明の他の実施
例であるレーザ用パルス発生回路、第７図（ａ）ないし
くｇ）は第６図の回路の各部波形図、第８図（Ａ）は、
本発明のパルス発生装置に適用できる残留磁束リセット
装置の実施例を示す図、第８図（Ｂ）は、第８図（Ａ）
の回路図、第９図は鉄心の磁気特性を示す図、第１０図
（Ａ）は残留磁束リセット装置の別の実施例を示す図、
第１０図（Ｂ）は第１０図（Ａ）の回路図、第１１図（
Ａ）は残留磁束リセット装置の別の実施例を示す図、第
１１図（Ｂ）は第１１図（Ａ）の回路図である。 １・・・１次巻線、２・・・２次巻線、３Ａ、３Ｂ・・
・トランジスタ、７・・・検出巻線、８，１１・・・コ
ンデンサ、９・・・ＬＣ共振回路、１２Ａ、１２Ｂ・・
・電極、１３・・・鉄心、１４・・・巻線、１０１・・
・トランス、１０２・・・レーザ発振器、１０３・・・
可飽和リアクトル、１０４・・・タイミング回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ装置の構成は、 放電電極を有するレーザ発振装置と； 直流電源と；前記直流電源からの電圧を断続するスイッ
   チング手段と； １次巻線と２次巻線とを備え、該１次巻線が前記スイッ
   チング手段に接続されるトランスフオーマと；前記トラ
   ンスフオーマの２次巻線と前記２次巻線の両端に接続さ
   れたキャパシタとからなるタンク回路であつて、該タン
   ク回路は前記スイッチング手段が前記タンク回路の振動
   周期で前記直流電源からの電圧を断続すると前記直流電
   源からの電気エネルギーを電気振動の形で蓄積するもの
   と；その主巻線が前記タンク回路に接続された可飽和リ
   アクトルと；前記可飽和リアクトルと前記レーザ発振装
   置の放電電極との間に接続され前記可飽和リアクトルの
   前記主巻線が導通すると前記タンク回路に蓄積された電
   気エネルギーを電荷エネルギーの形で充電し、該電荷エ
   ネルギーを前記放電電極にパルスとして放電する出力キ
   ャパシタと； を含むことを特徴とする高電圧パルス発生装置を備える
   レーザ装置。 ２、放電性負荷に高電圧パルスを供給するパルス発生装
   置の構成は、 直流電源と；前記直流電源からの電圧を断続するスイッ
   チング手段と； １次巻線と２次巻線とを備え、該１次巻線が前記スイッ
   チング手段に接続されるトランスフオーマと；前記トラ
   ンスフオーマの２次巻線と前記２次巻線の両端に接続さ
   れたキャパシタとからなるタンク回路であつて、該タン
   ク回路は前記スイッチング手段が前記タンク回路の振動
   周期で前記直流電源からの電圧を断続すると前記直流電
   源からの電気エネルギーを電気振動の形で蓄積するもの
   と；その主巻線が前記タンク回路に接続された可飽和リ
   アクトルと；前記可飽和リアクトルと前記放電性負荷と
   の間に接続され前記可飽和リアクトルの前記主巻線が導
   通すると前記タンク回路に蓄積された電気エネルギーを
   電荷エネルギーの形で充電し、該電荷エネルギーを前記
   放電性負荷にパルスとして放電する出力キャパシタと；
   前記可飽和リアクトルの残留磁束を前記可飽和リアクト
   ルの制御巻線に電流を流して実質的に消去する磁束リセ
   ット手段と； を含むことを特徴とする高電圧パルス発生装置。 ３、放電性負荷に高電圧パルスを供給するパルス発生装
   置は、 直流電源と；前記直流電源からの電圧を断続するスイッ
   チング手段と； １次巻線と２次巻線とを備え、該１次巻線が前記スイッ
   チング手段に接続されるトランスフオーマと；前記トラ
   ンスフオーマの２次巻線と前記２次巻線の両端に接続さ
   れたキャパシタとからなるタンク回路であつて、該タン
   ク回路は前記スイッチング手段が前記タンク回路の振動
   周期で前記直流電源からの電圧を断続すると前記直流電
   源からの電気エネルギーを電気振動の形で蓄積するもの
   と； その主巻線が前記タンク回路に接続された可飽和リアク
   トルと；前記可飽和リアクトルと前記放電性負荷との間
   に接続され前記可飽和リアクトルの前記主巻線が導通す
   ると前記タンク回路に蓄積された電気エネルギーを電荷
   エネルギーの形で充電し、該電荷エネルギーを前記放電
   性負荷にパルスとして放電する出力キャパシタと；前記
   可飽和リアクトルの残留磁束を前記可飽和リアクトルの
   制御巻線に電流を流して実質的に消去する磁束リセット
   手段と； を含むことを特徴とする高電圧パルス発生装置。 ４、放電性負荷に高電圧パルスを供給するパルス発生装
   置の構成は、 直流電源と；前記直流電源からの電圧を断続するスイッ
   チング手段と； １次巻線と２次巻線とを備え、該１次巻線が前記スイッ
   チング手段に接続されるトランスフオーマと；前記トラ
   ンスフオーマの２次巻線と前記２次巻線の両端に接続さ
   れたキャパシタとからなるタンク回路であつて、該タン
   ク回路は前記スイッチング手段が前記タンク回路の振動
   周期で前記直流電源からの電圧を断続すると前記直流電
   源からの電気エネルギーを電気振動の形で蓄積するもの
   と；その主巻線が前記タンク回路に接続された可飽和リ
   アクトルと；前記可飽和リアクトルと前記放電性負荷と
   の間に接続され前記可飽和リアクトルの前記主巻線が導
   通すると前記タンク回路に蓄積された電気エネルギーを
   電荷エネルギーの形で充電し、該電荷エネルギーを前記
   放電性負荷にパルスとして放電する出力キャパシタと；
   前記パルス発生装置はさらに、前記可飽和リアクトルの
   残留磁束を前記可飽和リアクトルの制御巻線に電流を流
   して実質的に消去する磁束リセット手段と；前記磁束リ
   セット手段は、前記可飽和リアクトルに巻かれた制御巻
   線と第２の直流電源と前記第２の直流電源と前記制御巻
   線との間に接続された第２のスイッチング手段とを備え
   、前記スイッチング手段を切り換えることによつて前記
   制御巻線の一方向に前記可飽和リアクトルが飽和するま
   で前記第２の直流電源より電流を供給し、前記可飽和リ
   アクトルの残留磁束が実質的に零となるよう所定電流を
   前記制御巻線の低方向に流す手段と； を含むことを特徴とする高電圧パルス発生装置。 ５、特許請求の範囲第（４）項において、前記磁束リセ
   ット手段の前記制御巻線は２つの巻線を含み、前記スイ
   ッチング手段は２つのトランジスタを含み、前記各トラ
   ンジスタは前記各巻線と前記第２の直流電源とに直列で
   、前記各巻線の電流の方向が互いに逆方向であるように
   接続されることを特徴とする高電圧パルス発生装置。 ６、特許請求の範囲第（４）項において、前記可飽和リ
   アクトルは互いに磁気的に結合状態にある複数の分割鉄
   芯を備え、前記磁束リセット手段は各分割鉄芯毎に設け
   られた制御巻線を含み、前記制御巻線の少なくとも一方
   は他方の制御巻線とは逆方向に前記分割鉄芯を飽和させ
   る電流を流されることを、特徴とする高電圧パルス発生
   装置。 ７、特許請求の範囲第（６）項において、前記可飽和リ
   アクトルの主巻線は、前記複数の分割鉄芯の各々にそれ
   ぞれ任意の巻数で巻かれることを、特徴とする高電圧パ
   ルス発生装置。 ８、特許請求の範囲第（６）項において、前記可飽和リ
   アクトルの制御巻線の少なくとも一方に、他の制御巻線
   の電流方向と同方向か逆方向の何れかの方向に選択的に
   切り換えるスイッチが接続されることを、特徴とする高
   電圧パルス発生装置。 ９、特許請求の範囲第（２）項において、前記パルス発
   生装置はさらに、前記可飽和リアクトルの導通時期を制
   御する飽和タイミング制御回路を含むことを、特徴とす
   る高電圧パルス発生装置。 １０、特許請求の範囲第（９）項において、前記飽和タ
   イミング制御回路は前記可飽和リアクトルに設けた制御
   巻線と前記制御巻線に前記可飽和リアクトルを飽和する
   ための電流を流す電流制御手段を含むことを、特徴とす
   る高電圧パルス発生装置。 １１、特許請求の範囲第（１０）項において、前記飽和
   タイミング制御回路の前記電流制御手段は、前記トラン
   スフオーマの２次巻線の電圧極性の反転回数をカウント
   する手段と該カウントする手段が所定回数をカウントし
   たことに応答して前記制御巻線に前記可飽和リアクトル
   を飽和するための電流を流す電流発生回路を含むことを
   、特徴とする高電圧パルス発生装置。 １２、特許請求の範囲第（９）項において、前記飽和タ
   イミング制御回路は、前記トランスフオーマの２次巻線
   の電圧の極性反転の回数をカウントするカウント手段と
   該カウント手段が所定回数をカウントしたことに応答し
   て前記出力キャパシタを充電して前記可飽和リアクトル
   を飽和せしめる充電回路とを含むことを、特徴とする高
   電圧パルス発生装置。 １３、特許請求の範囲第（２）項において、前記トラン
   スフオーマは鉄芯を有し、該鉄芯の飽和磁束密度をＢ＿
   １、該鉄芯の断面積をＡ＿１、前記２次巻線の巻数をＮ
   ＿１、前記可飽和リアクトルの鉄芯の飽和磁束密度をＢ
   ＿２、断面積をＡ＿２、前記主巻線の巻数をＮ＿２とし
   たときに Ｂ＿１ＸＡ＿１ＸＮ＿１＜Ｂ＿２ＸＡ＿２ＸＮ＿２の関
   係を満たすようにすることを、特徴とする高電圧パルス
   発生装置。 １４、特許請求の範囲第（２）項において、前記パルス
   発生装置はさらに、前記可飽和リアクトルと前記放電性
   負荷との間に、直列に第２の可飽和リアクトルを有し、
   前記放電性負荷と並列に第２の出力キャパシタを有する
   ことを、特徴とする高電圧パルス発生装置。 １５、直流電源の電源電圧を断続する工程と、前記断続
   した電源の電気エネルギーをトランスフオーマを介して
   タンクに回路に供給する前記電源電圧を断続するｓｔｅ
   ｐは前記タンク回路の振動周期に同期して断続する工程
   と、 前記タンク回路が供給される電気エネルギーを電気振動
   の形で蓄積する工程と、 前記タンク回路に蓄積された電気エネルギーが所定値に
   達したときに、前記放電性負荷に放出する工程とを、有
   する放電性負荷のための高電圧パルス発生方法。