JPS63502385A - 起動回路のための簡易化した気体放電デバイス - 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】 起動回路のための簡易化した気体放電デバイス発明の背景 レーザポンプソースとして使用されるフラッシュランプのような気体放電デバイ スの脈動される動作に於いて、これらは前記気体放電デバイスの動作を安定させ るために、パルス動作問で連続的伝導の気体放電デバイスを持続するための回路 構成のために、しばしば必要とされる。気体放電デバイスの最も共通であるタイ プの１つは、代表的にキセノンやクリプトンガスを含むフラッシュランプである 。フラッシュランプのこれらのタイプは、レーザポンプソースとして代表的に使 用され、そして本発明の説明の意図のために、前記フラッシュランプは典型的な 気体放電デバイスとして使用される。

フラッシュランプインピーダンス、及び同様の気体放電デバイスのインピーダン スは高位に非直線性であり、且つ低ｍ　、３のため負性となる。連続的伝導で残 存するためのフラッシュランプのために具合よく、それは前記フラッシュランプ 自体の負性ダイナミックインピーダンスよりも大きな内部インピーダンスを有す るソースからのパワーに伴って供給されねばならない。従来、最も簡易なタイプ の起動（ｓｉｎｎｅｒｉｎｇ　）電源は、前記ランプの中の電流を制御するため の、フラッシュランプと前記ソース間に配置した大きな直列抵抗で高電圧ＤＣソ ースが簡易にされたものである。このタイプの設計は簡単なものであるが、安定 動作をなし遂げるためにパワー換が無視できない。例えば、１０，０００オーム の抵抗を使用する、代表的なフラッシュランプの起動は１００ｉＡでなし遂げる ことができる。前記ランプ電圧は略２００ボルトにすることができ、故に、１０ ０ＩＩＡでの１．２００ボルトソースは１２０ワツトの合計損で確かな起動をな し遂げるために要求され得る。

前述の説明した直列抵抗回路の前記パワー損の重要な削減を提供する別のアプロ ーチは、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端に一様な電流が通過するスイッチングプ リレギュレータを利用する。このタイプの起動電源はフラッシュランプの大量の リップル電流を作り出すと共に、確かな起動のために６０から８０＋１八を要求 する。全体の効果は、略５０回路成分及び合計パワー損の略２０ワツトで結果的 におよそ６５％となる。

起動回路の他のタイプは、前記直列抵抗回路と比較してパワー損の改善を提供す る有効なものとなるが、これらの回路が代表的に複合のものであると共に多くの 構成要素数が要求される故に、簡明の費用でのこの改善をなし遂げる。

起！ｌＪ電源はレーザ距離測定器の使用を代表的に見出すと共に、他の戦術的な システムはポンプされたレーザを使用する。

形態用システムに於いて、パワー損は動作パワーがバッテリによって代表的に供 給される故に、非常に重要なパラメータとなる。その上、全てのパワー損は確立 する過度の温度を防止するために除去されねばならない熱として結果的に生じる 。

信頼性は、また極めて重要なものであり、そして周知のように、信頼性は増加す る複雑さのように通常減少する。したがって、必要とされるものは平易で、数個 の構成要素を利用し、且つパワー損を最小にする信頼性のある起動電源である。

本発明は、おおいに削減されたパワー損に伴い脈動された動作量の起動結合でフ ラッシュランプまたは他の同様の気体放電デバイスを維持することができる少な （＼構成要素数の非常に平易な回路で表すことによる、全てこれらの必要なもの に対する最適の解釈を提供する。

１にｌ生皇且１ 本発明の回路は、デバイスの端子インピーダンスを最大にする配置で使用するパ ワーＦＥＴまたは他の高電圧能動デバイスを利用する。この高い端子インピーダ ンスは、フラッシュランプに直列に配置される。上記デバイスの高インピーダン スは、非常に低電流で代表的に１ＱｉＡ未渦の伝導を支持するため、上記フラッ シュランプを供給する。本発明の起動電源回路は、二者択一的に、通常のＤＣ電 源から駆動されることができるか、または脈動されたレーザ動作に関連して標準 にパルス形成回路網の標準の充電動作の間充電されるコンデンサから供給される ことができる。他の目的及び利益は、以下の明細出、請求の範囲及び付属の図面 の部分の検討から明らかにされる。

Ａ里μＪＵＬ飢毀貝 第１図は簡易化した起動電源の概略図、第２図は起動′Ｒ流を生ずるための電流 制限されたダイオードの使用を図表を用いると共に概略的に表す図、第３図はＪ ＦＥＴ出力端子として接続されたソース及び入力端子として接続されたドレイン に供給するパワーＪＦＥＴ起動の概略図、 第４図はＦＥＴ入力端子として接続されたソース及び出力端子として接続された ドレインに供給される絶縁されたゲートパワーＦＥＴ起動の概略図、 第５図は入力端子として接続された上記ＪＦＥＴソース及び上記出力端子に接続 された上記ドレインに供給するパワーＪＦＥＴ起動の概略図、 第６図はパルス形成回路網及び脈動されたレーザに標準的に関連したトリガ回路 に伝達して供給する上記起動パワーの概略図、 第７図は分離ソース電流電源に供給するゲートＦＥＴ起動を絶縁したパワーの概 略図、 第８図は上記出力端子として接続された上記ＦＥＴソース及び上記入力端子とし て接続された上記ドレインに供給する絶縁されたゲートパワーＦＥＴ起動の二者 択一的な実施例を示す概略図、 第９図は上記所望の起動電流のために選択される上記ＪＦＥＴの■１８．の配置 を供給するパワーＪＦＥＴ起動の概第１図は本発明に従って構成された起動電源 の詳細な概略図である。上記起動電源に対する入力は、最も脈動されたレーザに 関連付けられるパルス形成回路網（ＰＦＮ）充電電源から代表的に達する。最も 多い場合として、上記起動電源は、上記充電電源に対して何れの配置であっても 要求することなしに上記ＰＦＮから直接に１．そのパワーを受けることができる 。結果だけは、上記電源の充電時間の僅かな延びとなる。

コンデンサ１は上記時間中ダイオード２を介して充電されて上記ＰＦＮが充電さ れる。システムに於りて、非常に高いＰＦＮ電圧が与えられ（例えば、１０００ ボルトのような電圧）、コンデンサ１の充電が上記高電圧変圧器上で、タップに ダイオード２を介する接続によって達成することができる。

これは、特に困難な技術的問題を主張しない。

抵抗３、コンデンサ４、ツェナーダイオード５及び抵抗６から成る回路網は、パ ワーＦＥＴ７のゲートバイアスソースを供給するおよそ２０ボルトの７０−ティ ングバイアスを産出する。このバイアス電圧は、上記ＦＥＴのゲート閾値電圧と 上記ＦＥＴのソースリードに、直列に配置される抵抗８の両端ドロップ間で分割 される。故に上記ゲート閾値電圧は２０ボルト未満（代表的に１から２ボルト） のものであり、上記電圧の大部分は一様なソース電流を生ずる故にソースバイア ス抵抗８の両端でドロップする。故に、上記抵抗８の両端電圧は、最後の電圧が 数ボルトより大きいときは上記ＦＥＴのソースに上記ドレインの両端電圧に非常 に僅かに影響されるのみであり、上記フラッシュランプ負荷のフンデンサ１から 伝導された総電流が、抵抗８の大きさ及びツェナーダイオード５の電圧によって 始めにセットされ、３０ボルトのように小さいランプ電圧より大きいコンデンサ １の電圧が提供される。コンデンサ１の代表的な始動電圧は８００ボルト以下で あり、そして１０から１５ＩＩＡでの上記ランプのための代表的な起動電圧は２ ００ボルト以下となり、一様なランプ電流のためのこの状態は容易に応じられる 。

第１図に示される回路の代表的な構成要素の値及びデバイスのタイプは以下に含 まれる。

コンデンサ１　’ＩｊｌＦ　１０００ｖダイオード２　１Ｎ　３６４７ 抵抗３　１Ｍ　１／２ワツト コンテンサ４　０．１．ｃｚＦ　５０ｖツエナー５　１Ｎ　９６８ 抵抗６　１０Ｍ　１／２ワツト ＦＥＴ７　ＭＴＭ　１Ｎ１００ 抵抗８　１Ｋ　１ワツト ダイオード９　１Ｎ　３６４７ 抵抗１ｏ　１００　１／４ワツト 上記フラツシユランプが脈動されるとき、上記ＰＦＮ電源はランプスイッチング デバイス、一般にＳＯＲのターンオフを許す周期的な時間のために一般に抑制さ れる。上記レベルに再充電すべく上記ＰＦＮのために同時間得られると、再充電 するためにコンデンサ１を与える故にバイアスダイオードを助成する。上記ダイ オード２が上記一様な起ｖＪ電流を逆にバイアスされる時間中、一様な電流での 上記ランプの中に上記ＦＥＴを介してコンデンサ１を放電することによって供給 される。コンデンサ１は、最大再充電時間（代表的に３０１１Ｓ＞の所望の起動 電流を供給するために十分な電気的容量を有するために選択されるもので、最小 設計ＰＦＮ電圧での始ｖＪ電圧及び最大起動電圧上でおよそ３０ボルトでの終結 に伴う。

コンデンサ１は、故に代表的に１マイクロフアランドとなり、温度効果及びエー ジングのため安全の大きなマージンを与えられる。

故にコンデンサ１は最高の適用に於ける上記ＰＦＮ電圧に最初に充電され、そし て故に上記フラッシュランプ間の最大電圧は全ての場合で上記最初のＰＦＮ電圧 より小さいものであり、ダイオード２は多くの適用で除去することができる。

上記抵抗６は、起動を始めるために上記フラッシュランプに提供しているトリガ パルスの意図のため、ダイオード９の７ノードから抵抗によって感知されるラン プ電圧の適用に於いてもまた、必要でないものであり、機能は一般に起動適用で 提供する。抵抗１０は寄生振動抑制抵抗であり、高周波振動を防止するためにＦ ＥＴ適用で一般に使用される。故に、抵抗は上記ＦＥＴソースと直列に使用され 、上記抵抗１０は、ワイヤリングが非常に短く保たれると共に良好な高周波数接 地及び絶縁技術が供給されると、一般に必要とされない。上記コンデンサ４は、 上記ＦＥＴゲート電圧が、ツェナーダイオード５の両端電圧ドロップによって安 定させられ今故に多くの適用で除去することができ、且つ故に上記ＦＥＴドレイ ン電圧がデバイス内部電極容量から結果として生じる上記ゲート電流を制限する 故に放電する上記コンデンサ１として、単にゆっくりと変化する、ということも また見出される。故に本発明の代表的な起動電源は、６つの構成要素のように少 なくともよい。

第２図は上記本発明の最も簡易な起動概念を表す。電流制限ダイオード（ＣＬＤ ）タイプ（それは上記ソースに対する上記ゲート閾値に伴うＪＦＥＴに等しい） の単一の２端子非直線性デバイス１５は、高電圧のソースと気体放電デバイス１ ６間で接続される。故にこのような高電圧ＣＬＤデバイスは商業的に有効なもの でなく、他の配置は現在のために好ましφものであると共に、これらは他の図面 に表される。第２図に示される回路のモデルは、直並列接続の多くの低パワー（ 低電圧及び低電流）ＣＬＤデバイスを使用して作られて、且つ継続的に試験され てきた。その概念は限定的に動作可能であると共に、単一デバイスが前述の直並 列接続した低パワーＣＬＤデバイスと同等の機能を行なうであろうそれが有効に なるとき、より頻繁な適用を見出すであろう。先行技術のアプローチは、上記放 電の伝導を維持するために上記気体放電デバイスに直列に抵抗を使用していた。

本発明を使用してなし遂げられるような抵抗を使用する同じ性能をなし遂げるた めに、上記抵抗はｉｏｏ、ｏｏｏオームの如く有する。これは、第１図に示され る上記起動電源に使用されているおよそ１１Ａの電流をなし遂げるために１，９ ００ボルトを要求する。　気体放電デバイス（フラッシュランプ）を起動の鍵と なる特徴は、低電流で負荷が高位に負性の端子インピーダンスを表すことである 。起動状態の上記負荷を保持するため、上記電流は電圧状態が広く変化するため に一様に残存しなければならない。特に、上記負荷を介する電流は、上記負荷の 増加によって要求された上記電圧として重要に減少してはならない。これは、非 常に大きいソースインピーダンスを要求する。本発明の種々の配置は、上記負荷 に対する駆動インピーダンスのこのタイプを全て表す第１図乃至第８図に示され る。

第３図は、ドレインが入力端子として接続され、そしてソースがＪＦＥＴ出力端 子として接続されるそれに供給するパワーＪＦＥＴ起！！ｌ電源を示す。第３図 に示される回路は、上記ソースからバイアスされたゲートに伴ったＪＦＥＴを使 用する。上記ゲートバイアス抵抗２１の値が例に等しく作成されると（例えばゲ ートはソースに直接的に接合する）、上記ＪＦＥＴの上記Ｉｄｓｓ値が上記ゲー ト及びソースの両者を、前述の接合によって形成される上記ＣＬＤの制限電流を 決定する。この特定の配置は、第９図に表される。この接続と共に、Ｉｄｓｓ未 渦の何れの電流も、上記ソース端子に直列の単一抵抗を付加することによって得 られることができる。ツェナー２２及びソース抵抗２３は、短絡及び除去するこ ともできる。

この特定の配置は、２端子電流制限ダイオードとして上記パワーＪＦＥＴを使用 すると共に、必要とされた高インピーダンスの発生の能動素子のようにそれを使 用する。本発明に従って使用された上記ＪＦＥＴ＜またはより明確に何れの空乏 タイプデバイス）の１つの利益は、上記全てのバイアス構成要素が、上記入力電 源バスから絶縁されることである。これは出力インピーダンスが更に増加すると 、故に上記回路の起動能力を改善する。空乏タイプＭＯ８Ｆ　Ｅ　Ｔデバイスは 、この同じ利益をも有してもよく、それ故に本発明の範囲内で使用することがで きる。

第４図は、ドレインが出力端子として接続されると共に上記ソースがソースバイ アス抵抗２５を介して上記入力端子として接続されるパワー絶縁ゲートＦＥＴ起 ｖＪ電源を示す。気体放電デバイスタイプ負荷１６は、代表的にフラッシュラン プであり、ＦＥＴ２６のドレインに直接的に接続される。この配置に於いて、こ れらは最大の利益に使用するべく上記ＦＥＴの高出力インピーダンスを許す故、 上記負荷を分路にするバイアス回路網とはならない。抵抗２７は、ツェナー２８ のためにバイアスを提供する。ツェナー電圧とＦＥＴゲートソース間電圧電圧異 は、一様なドレイン電流を順々に作り出す一様なソース電流を作り出すことによ り、上記ＦＥＴに直列の抵抗２５の間でドロップされる。コンデンサ１は、前述 のように放電の間フラッシュチューブに起動電流を供給する。

第５図は、上記ゲートより正性であるトランジスタのこのタイプのために、ＪＦ ＥＴ２９のソースに接続されるツェナーバイアス抵抗３０を除いては、第４図に 示される配置と同様のパワーＪＦＥＴ起動電源を示し、故に上記ドレインでの所 望の高インピーダンスを維持している間、この抵抗の高電圧要求を最小にしてい る。ソースバイアス抵抗２５及びツェナーダイオード２８は、第４図に示される それらと同等のものである。

第６図は、ＰＦＮ放電トリガ回路３５及びフラッシュランプトリガ回路３６に関 連した本発明の起ｖＪ電源を示す詳細な概略図である。第６図に示される上記起 動電源は、第１図に示されるそれと同等のものであり、且つ動作適用及び構成要 素の同じ一般的な記述及び名称である。上記フラッシュランプトリガ回路は、非 起動状態（代表的に６００ボルト）を表すプリセットセンスレベルの限度を越え る上記フラッシュランプの端子電圧に応じて、フラッシュランプ３７をトリガす るために最初の電離電圧を提供する。エネルギーを蓄えるＰＦＮコンデンサ３８ （代表的に２２μＦ）は、レーザをポンプするために使用することのできる結果 的な光学エネルギー出力のフラッシュランプ中にダンプされる。ＰＦＮインダク タ３９は、ピーク電流を制限すると共に最大光学ボンピング効果のためのフラッ シュランプ電流パルスを作る。５ＣＲ４０は、再充電するための上記ＰＦＮを許 すため、放電するフラッシュチューブを与える上記ＰＦＮを絶縁するため、パワ ースイッチを容易に回復するように供給する。上記ＰＦＮＭ電トリガ回路３５は 、上記フラッシュランプの中に周期的に放電すべくＰＦＮエネルギーを許すため の５ＣＲ４０に周期的入力を提供する。

第７図は、ツェナー２８及びそのバイアスする抵抗２７が、外部の低電圧電源に 伴い再配置されることを除き第４図と同様に動作する。

第８図は、本質的に、第１図のそれらに相応する第８図の構成要素番号で第１図 に示される上記回路を簡易化した配置である。除去した幾つかの構成要素は、確 実な適用で許される。例えば、第１図に示されるようなダイオード２は、ダイオ ード２が上記ＰＦＮ充電電源と等価なものであれば除去することができる。ダイ オード９は、フラッシュランプ放電中の最大電圧がコンデンサ１の電圧より常に 小さければ除去できるものであり、それは一般的な場合である。同様に、コンデ ンサ４は、上記ゲート端子中の容量性電流が第１図の抵抗３によって供給された ツェナーバイアス電流より小さい状態で除去することができる。抵抗６の機能は 、上記起動電源自体のこの抵抗のための必要なものを、しばしば除去する故に存 在しているフランシュチューブトリガ回路の内部で通常達成される。

第９図は、第３図に示される回路と同様に配置されたＪＦＥＴ２０のパワーＪＦ ＥＴ起！ＩＪ電源を示す。第９図に於いて、上記Ｊ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｉ　ｄｓｓは 、所望の起動電流に従って選択されるもので、故に上記ＪＦＥＴソースと上記気 体放電デバイス１６間で直列抵抗の必要を除去している。

この発明の前述した実施例は例証となるのみであり、そしてその変形が当業者に よって生ずるということは理解されるべきである。したがって、この発明はこの 中で説明した実施例に制限されるとみなすべきものではないが、添付の請求の範 囲によって明らかにされるものにのみ制限されるべきである。

国際調査報告 入ＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ？ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．パルス間の連続的伝導の起動状態の負性ダイナミックインピーダンスを有す る気体放電デバイスを維持するために上記気体放電デバイスを動作するパルスに 伴い使用する起動電源であって、 帰路を有する高電圧直流源と、 上記高電圧直流源と上記気体放電デバイス間に直列に接続された高電圧、高イン ピーダンスの半導体デバイスとを具備し、 上記半導体デバイスは上記気体放電デバイスの負性ダイナミックインピーダンス の値より実質上大きいインピーダンス値を有するデバイス。
2. ２．上記半導体デバイスは電流電源に接続する入力端子と、負荷に接続する出力 端子と、制御電圧に応じて上記入力端子と出力端子間で電流を制御する制御端子 とを含む少なくとも３つの端子を有する能動高電圧高インピーダンスデバイスで あって、 上記出力端子は起動電流を供給するために上記気体放電デバイスに接続し、 上記入力端子は上記高電圧直流源に接続し、上記制御端子は上記デバイスの上記 入力端子と出力端子間で起動電流を供給する制御電圧源に接続する請求の範囲第 １項記載のデバイス。
3. ３．高電圧直流源が上記起動電流を供給するために有効であるような時間中上記 気体放電デバイスに起動電流を供給する高電圧直流源の両端に接続する充電蓄積 デバイスを更に具備する請求の範囲第１項記載のデバイス。
4. ４．上記能動半導体デバイスの出力端子に一端を接続すると共に上記気体放電デ バイスにその他端を接続する電流制御抵抗を更に具備する請求の範囲第２項記載 のデバイス。
5. ５．上記能動半導体デバイスの入力端子に一端を接続すると共に上記高電圧電源 の帰路にその他端を接続する電流制御抵抗を更に具備する請求の範囲第２項記載 のデバイス。
6. ６．上記高電圧直流源はパルス形成回路網電源によって供給されると共に上記充 電蓄積デバイスは上記気体放電デバイスに供給されたパルス間の周期中に起動電 流の持続された供給を保証するために十分な容量のコンデンサである請求の範囲 第２項記載のデバイス。
7. ７．起動電流の流量を起こすためにフラッシュランプにトリガパルスを供給する 手段を更に具備する請求の範囲第１項記載のデバイス。
8. ８．上記トリガパルス手段はその中に気体伝導を起こすための上記気体放電デバ イスに適用する高電圧パルス源から成る請求の範囲第７項記載のデバイス。
9. ９．上記電流制御抵抗と上記気体放電デバイス間に直列に配置した絶縁ダイオー ドを更に具備する請求の範囲第５項記載のテバイス。
10. １０．パルス間の周期中上記電圧源の中に上記コンデンサの放電を防止するため の上記コンデンサと上記高電圧源間に直列に接続したダイオードを更に具備する 請求の範囲第８項記載のテバイス。
11. １１．上記能動半導体デバイスの上記入力端子と出力端子間で流れる起動電流値 を規定するために上記能動半導体デバイスの上記制御端子に供給する上記制御電 圧を参照する手段を更に具備する請求の範囲第２項記載のデバイス。
12. １２．上記参照手段はツェナーダイオードである請求の範囲第１１項記載のデバ イス。
13. １３．上記能動半導体デバイスは高インピーダンストランジスタである請求の範 囲第２項記載のデバイス。
14. １４．上記トランジスタはＦＥＴであり、上記入力端子はドレイン端子、上記制 御端子はゲート端子、そして上記出力端子はソース端子である請求の範囲第１３ 項記載のデバイス。
15. １５．上記トランジスタはＦＥＴであり、上記入力端子はソース端子、上記制御 端子はゲート端子、そして上記出力端子はドレイン端子である請求の範囲第１３ 項記載のデバイス。
16. １６．上記気体放電デバイスはフラッシュランプである請求の範囲第１３項記載 のデバイス。
17. １７．上記ランプにトリガパルスを供給する手段はランプ電圧を感知すると共に 上記ランプ電圧が起動状態の表示する部分の上方に上がるとき上記トリガパルス を供給する手段を含む請求の範囲第７項記載のデバイス。
18. １８．上記フラッシュランプは発生するレーザパルス伝送の意図のためのレーザ 送信機に光学的ポンピングを供給する請求の範囲第１６項記載のテバイス。
19. １９．上記半導体デバイスは電流制限ダイオードである請求の範囲第１項記載の デバイス。
20. ２０．上記半導体デバイスは第２の端子であるＪＦＥＴドレイン及び第１の端子 を形成するために共に接続する上記ＪＦＥＴゲート及びＪＦＥＴソースに伴うゲ ート、ソース及びドレインを有するＪＦＥＴであり、 上記第１及び第２の端子は上記気体放電デバイスに直列に接続される請求の範囲 第１項記載のデバイス。
21. ２１．上記半導体デバイスはゲート、ドレイン及びソースを有するＪＦＥＴであ り、 上記ドレインは第１の端子を形成し、 抵抗は上記ＪＦＥＴソースに一端を、そして他端を上記ＪＦＥＴゲートに接続し 、 上記ＪＦＥＴゲート及び上記抵抗の他端は第２の端子を形成し、 上記第１及び第２の端子は上記気体放電デバイスに直列に接続する請求の範囲第 １項記載のデバイス。
22. ２２．縮小された起動電流のデバイス電源から負性インピーダンス気体放電デバ イスを動作する方法で、上記縮小された起動電流の上記気体放電の上記負性イン ピーダンスの限度を越えるために上記デバイス電源の上記インピーダンスを増加 する工程を具備する方法。
23. ２３．上記増加する工程は上記気体放電デバイスに直列に非直線半導体デバイス を接続する工程を更に備え、上記半導体は上記縮小された起動電流の上記気体放 電デバイスの上記負性インピーダンス値の限度を越えるダイナミックインピーダ ンス値を有する請求の範囲第２０項記載の方法。
24. ２４．低起動電流の電源から負性インピーダンス気体放電デバイスを動作する方 法であって、 上記負性インピーダンスの上記値より大きいダイナミックインピーダンス値を有 する直列接続した非直線デバイスを介して上記気体放電デバイスに高電圧を供給 する工程を具備する方法。