JPS63239799A - 放電管用電源の出力制限回路 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、放電管にパルス状の放電電流を供給して点
灯させるときに、当該放電管の内部抵抗の過渡的な変化
に起因して、電源の出力電圧が異常な高電圧になるのを
防止する放電管用電源の出力制限回路に関する。

〔従来技術とその問題点〕

現在、加工用固体レーザとしては、発振の安定性が良好
であることや、比較的に大出力が得やすいことからＮｄ
：ＹＡＧがレーザ媒質として多用されている。このレー
ザ媒質としてのＮｄ：ＹＡＧはイ、トリウム・アルミニ
ウム・ガーネットと呼ばれている光学結晶に１％程度の
ネオジウム（Ｎｄ　）を含有させたもので、これを棒状
ｌこ形成して両端を鏡面研磨したのち無反射コーティン
グを施し、側面はすりガラス状にして励起光が捧全体に
吸収されやすくしており、これを一般にＹＡＧ　棒と称
している。

このＹＡＧ棒は、波長が５００〜８００　ｎｍの光を吸
収していわゆる励起状態となり、波長が１．０６μｍ付
近のレーザ光を発掘する。そしてその出力形態は連続繰
返しのノーマルパルスである。これは。

ごく短い時間にパルス的に集中されたレーザ光であって
、切れ味を良くするためにエネルギー密度を大きくして
いる。

このような連続繰返しのノーマルパルスは、励起ランプ
をパルス的に点灯させ、このランプ点灯時間とランプ電
流値を制御することで得られるのであるが、このように
して得られるノーマルパルスのパルス幅は０．１〜２０
ミリ秒程度、パルス繰返し周波数は速いもので毎秒２０
０パルス程度となる。

上述のようなレーザ光を発生させるための励起用ランプ
としては、寿命−信頼性・使いやすさなどの観点から、
希ガス、たとえばキセノンガスあるいはクリプトンガス
を用いた直管形の放電管が使用されるのであるが、高い
周波数のノーマルパルスのレーザ光を得るためには、放
電管の素早い放電文上りと短い消弧時間とが必要である
。

第３図は固体レーザ発振用の放電管をパルス的に点灯さ
せるための電源装置の従来例を示す回路図である。この
第３図において、符号２なる交流電源からの交流電力は
サイリスタ整に器３に人力されて直流に変換されるので
あるが、このサイリスタ整流器３と平滑コンデンサ４と
で直流電源を形成している。

電源スイッチ５とスイッチ素子としての短絡スイッチ８
とを閉路すると、直流電源→電源スイッチ５→リアクト
ル７→短絡スイ、テ８→直流電源の経路で電流が流れる
ことにより、リアクトル７にエネルギーが蓄えられるの
で、適切な時点で短絡スイッチ８を開路させると、リア
クトル７に蓄積されたエネルギーは文上りの急激な大電
流となり、阻止ダイオード１２とトリガ変圧器１５とを
介して放電管９に流入してこれを放電させる。次いでｔ
源スイッチ５を開路して直流電源力）らのエネルギー供
給を遮断しても、リアクトル７に蓄積されたエネルギー
により、リアクトル７→阻止ダイオード１２→トリガ変
圧器１５→放電管９→フリーホイールダイオード６→リ
アクトル７の経路で電流が循環し、放電管９は放電を継
続する。次いで、適切な時期に短絡スイッチ８を閉路す
ると、放電管９は短絡されて消弧し、リアクトル７の残
余のエネルギーはりアクトルア→短絡スイッチ８→フリ
ーホイールダイオード６→リアクトル７の経路で循環し
て消耗することとなる。

放電管９の放電室上りを素早く、かつ速やかな消弧を実
現するために、放電管９にはパルス点灯を休止している
期間でも僅かな電流による放電を継続させておく、いわ
ゆるシマー・モードなる状態を維持させておくのである
が、これはトリガ回路１４からの信号をトリガ変圧器１
５に与えてこのトリガ変圧器１５から高電圧を発生させ
ることによりシマー・モードを開始し、ひきつづきシマ
ー電源１】から阻止ダイオード１３とトリガ変圧器１５
とを介してシミー電流を放電管９に供給することでシマ
ー−モードが維持される。

このシマー電流は１通常は０．１アンペア程度の電流で
あって、この電流で放電管９を放電させるシマー・モー
ドにより、放ｔＸ上りと消弧の促進の他に、パルス放電
開始時のショックを軽減して当該放電管９の長寿命化に
も有用であり、とくに高頻度での放電にさいして大きな
効果を発揮する。

第４図は放電管に流す電流の理想的な波形を示す波形図
であって、常時はＯ０１アンペア程度のシマー電流が流
れており１文上りと旦下りとが急激な矩形波状のパルス
電流を供給することで放電管を放電させるならば、最高
の効率でレーザ媒質を励起させることができる。

第５図は第３図に示す従来例回路により放電管をパルス
放電させる七きの放１管の電流と電圧の変化をあられし
た波形図でありで、第５図（イ）は放電管９に流れる電
流の変化を、＠５図（ロ）は放電管９の電圧の変化をそ
れぞれがあられしている。

この第５図であきらかなように、シマー電流が流れてい
る状態で、　ｔｏなる時刻に短絡スイッチ８を開路して
１１アクトルアに蓄積されていたエネルギーを放電管９
に与えて放電させるとき、当該放電管９の内部抵抗の過
渡的な変化により異常な高電圧を発生する欠点があり、
この高電圧により。

とくに半導体素子は破損のおそれを有する。

〔発明の目的〕

この発明は、嘗１アクドルに蓄積されたエネルギーによ
り放電管をパルス放電させるときの放電開始時に、当該
放電管内部抵抗の過渡的変化に起因して発生する高電圧
を所望の値に抑制できる放電管用電源の出力制限回路を
提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、リアクトルに蓄積されたエネルギーを放電
管に与えてパルス放電を開始させるさいの当該放電管内
部抵抗の過渡的変化に起因して発生する高電圧は、この
リアクトルのエネルギーを適宜バイパスさせることで抑
制できることに着目したものであって、前記リアクトル
に誘起される電圧を導通できる極性でこのリアクトルに
並列にダイオードを接続するとともに、直流電源側に電
圧検出手段を設けてこの直流電源の電圧が所定値以上に
上昇すれば、上記のダイオードにより返還されてくるエ
ネルギーを電源へ回生する手段を作動させるようにして
、上記の高電圧を所定値に制限しようとするものである
。

さらに１１アクドルに並列接続されるダイオードが導通
ずることで流れる電流を検出する手段を設けることでこ
のダイオードの動作状態が認識でき、装置の保守性向上
が期待できる。

〔発明の実施例〕

第１図は第１の発明の実施例を示す回路図である。この
第１図において、１符号２なる交流電源からの交流冠力
は半導体スイッチ素子、たとえばサイリスタで構成され
ているサイリスタ整流器３により直流に変換されるので
あるが、このサイリスタ整流器３と平滑コンデンサ４と
で直流電源を形成し、電源スィッチ５と、スイッチ素子
としての短絡スイッチ８とを閉路するならば、上述の直
流電源からリアクトル７へ電流が流れてエネルギーが蓄
えられるので、直流電源側への電流の逆流を阻止する阻
止ダイオード１２を介してこのエネルギーを放電管９に
与えてパルス放電させることにより、図示されていない
レーザ媒質たとえばＹＡＧ棒を励起させてパルス状のレ
ーザ光を出力させる。

ここで符号６は電流を循環させるためのフリーホイール
ダイオードである。

な２、電源スィッチ５と短絡スイッチ８とは動作状態が
わかり易いように接点式で図示しているが、これらのス
イッチは大電流をきわめて高速で投入あるいは遮断しな
ければならないことから。

実際には接点式のスイッチではなく、サイリスタあるい
はゲートターンオフサイリスタのような半導体スイッチ
ング素子が使用される。

直流電源側から送込まれるパルス電流により放・電管９
をパルス放電させるのに先！りで、当該放電管９は０．
１アンペア程度の小電流での放電状態、いわゆるシマー
・モードの状態にしておく。このシマー・モードはトリ
ガ回路１４の動作によりトリガ変圧器１５に生ずる高電
圧で放電管９を放電させるとともに、シマー電源１１か
ら逆流を阻止するための阻止ダイオード１３とトリガ変
圧器１５とを介してシマー電流を供給することで達成さ
れる。

上述のシマー・モードはパルス放電の休止期間でも継続
されるのであるが、このシマー・モードの存在により、
放電管９はパルス放電の宜上り時間と放電の消弧時間と
を短くできるし、さらに放電室上り時のシ、、りを軽減
して当該放電管９の寿命を延長させる効果を有するので
、とくに高頻度での放電を繰返す場合に有効である。

放電管９が上述のシマー−モードにあるとき。

電源スィッチ５と短絡スイッチ８とを閉路すると、リア
クトル７にはこのリアクトル７のインダクタンス値と直
流電源の電圧とで定まる傾斜に従って急速に増大する電
流が流れるので、この電流が放電管９を放電させるのに
十分な所定値に到達した瞬間に短絡スイッチ８を開放す
ると、この電流が阻止ダイオード１２とトリガ変圧器１
５とを経て放電管９に流入して放電を開始させる、 この電流が所定の上限値に達すれば電源スィッチ５を開
路して直流電源からの電流の供給を４断するのであるが
、フリーホイールダイオード６が導通して電流を循環さ
せることにより、放電管９はその放電を継続する。この
放電が所定時間継続した時点で短絡スイッチ８を再び閉
路すれば、放電管９はこの短絡スイッチ８で短絡される
ことになるので、その放電は速やかに終息して再びシマ
ー・モード状態に戻る。

上述の動作により、放電管９はそのパルス放電の１サイ
クルを終了するのであるが、適宜の休止時間を経て再び
パルス放電を繰返す。

ところで放電管９がパルス放電を開始するさいの内部抵
抗の過渡的な変化により、放電管９に高い電圧を生じる
ことは第５図により既に説明済みであるが１本発明にお
いては、リアクトル７に並列に出力制限ダイオード２１
を図示の極性で接続することにより、上述の高厄圧を抑
制している。すなわち放電管９の内部抵抗が急上昇して
電圧が増大すると１本発明にもとづ（出力制限ダイオー
ド２１が導通ずることにより、エネルギーが直流電源側
へ返還されることになる。

本発明においては、さらにこの直流電源側に電圧横比器
δと逆変換器部とが備えられていて、上記の出力制限ダ
イオード２１の導通により直流電源側の電圧が所定値以
上に上昇したことを検出するき、サイリスタ整流器３の
代りに逆変換器あを動作させることにより、直流電力を
交流電力に変換してこれを交流電源２へ回生させる。こ
の逆変換器にの動作開始電圧は、′電圧検出器５により
任意の値に設定できるので、放電管９の放電特性を損う
ことなく、かつ回路を構成している各素子の絶縁がおび
やかされることがない程度に高い電圧にでることができ
る。

第２図は第２の発明の実施例を示す回路図であるが、こ
の第２図に図示している交流電源２．サイリスタｘｉ器
３１．平滑コンデンサ４．電源スイ、チ５．）１１−ホ
イールダイオード６、リアクトル７、短絡スイッチ８、
放電管９．シマー１ｆｌ１１１、阻止ダイオード１２と
１３．トリガ回路１４．トリガ変圧器１５、出力制限ダ
イオード２１．電圧検出器５ならびに逆変換器部の名称
・用途および機能は第１図に図示の実施例回路と同じで
あるから、これらの説明は省略する。

第２図に示す第２発明の実施例回路では、リアクトル７
に並列接続されている出力制限ダイオード２１が導通ず
るとき、その電流が′ｄＬ流検出器ｎにより検出され、
その検出電流値が所定値以上になるならばコンパレータ
易が出力制限ダイオードの動作を信号するようにしてい
るので、逆変換器部の動作とあいまって装置の保守性が
向上するし。

放電管９の放電特性を損わないようにできることは勿論
である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、直流電源からリアクトルへ与えられ
、ここに蓄えられたエネルギーを放電管に導いてこの放
電管をパルス放電させるさいに。

当該放電管の内部抵抗の過渡的な変化により異常高電圧
を発生しても、リアクトルに並列接続された出力制限ダ
イオードが導通ずることで直流電源側へエネルギーを返
還するので、この直流電源側電圧が所定値に達すれば逆
変換器により電源側へ電力を回生ずることにより、異常
高電圧の発生を抑制できるのであるが、逆変換器が作動
を開始する電圧は任意の値に設定できるので、放電管の
放電特性を損わない程度に、かつ回路素子が破損しない
程度に高く設定することで、異常高電圧を抑制するとと
もに良好な放電特性を維持できる効果を発揮できるし、
エネルギーを電源側へ回生することで省エネルギー効果
も有する。さらに負荷側が開放された場合の異常電圧も
抑制できることから、安全運転できる効果もあわせて有
する。

さらに、リアクトルに並列接続されている出力制限ダイ
オードが導通したことを検出する回路を設けることによ
り、装置の動作状態の把握ならびに保守性の向上を期待
できる効果も合わせて有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の実施例を示す回路図であり、第２
図は第２の発明の実施例を示す回路図である。第３図は
固体レーザ発振用の放電管をパルス的に点灯させるため
の電源装置の従来例を示す回路図であり、第４図は放電
管に流す電流の理想的な波形を示す波形図であり、第５
図は第３図に示す従来例回路により放電管をパルス放電
させるときの放電管の電流と電圧の変化をあられした波
形図である。 ２・・・交流電源、３・・・サイリスタ整流器、４・・
・平滑コンデンサ、５・・・１！源スイツチ、６・・・
フリーホイールダイオード、７・・・リアクトル、８・
・・スイッチ素子としての短絡スイッチ、９・・・放′
ｔＩＬ管。 １１・・・シマー電源、１２．１３・・・阻止ダイオー
ド、１４・・・トリガ回路、１５・・・トリガ変圧器、
２１・・・出力制限ダイオード、２２・・・電流検出器
、乙・・・コンパレータ。 δ・・・直圧検出器、２６・・・逆変換器。 第４因 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）リアクトルとスイッチ素子との直列回路を直流電源
   に接続するとともにこのスイッチ素子に並列に放電管を
   接続し、前記スイッチ素子を閉路することで前記リアク
   トルに蓄えられたエネルギーをこのスイッチ素子の開路
   により前記放電管へ与えるように構成している放電管用
   電源装置において、前記直流電源の電圧を阻止する極性
   で前記リアクトルに並列接続されたダイオードと、エネ
   ルギーを直流電源へ回生することでこのリアクトルの直
   流電源側電圧を所定値に維持する手段とを備えているこ
   とを特徴とする放電管電源の出力制限回路。 ２）リアクトルとスイッチ素子との直列回路を直流電源
   に接続するとともにこのスイッチ素子に並列に放電管を
   接続し、前記スイッチ素子を閉路することで前記リアク
   トルに蓄えられたエネルギーをこのスイッチ素子の開路
   により前記放電管へ与えるように構成している放電管用
   電源装置において、前記リアクトルに並列接続された前
   記直流電源の電圧を阻止する極性のダイオードとこのダ
   イオードに電流が流れたことを検出する手段との直列回
   路と、エネルギーを直流電源へ回生することでこのリア
   クトルの直流電源側電圧を所定値に維持する手段とを備
   えていることを特徴とする放電管電源の出力制限回路。