KR100301539B1 - 플래쉬램프에전력을공급하는장치및그방법 - Google Patents

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Abstract

전류전원으로부터의 출력이 고속 스위칭회로를 통해 플래쉬램프에 공급된다.
전류 검출회로가 고속 스위칭회로로 부터 전류를 검출하고 전압 검출회로가 플래쉬램프에 인가되는 전압을 검출한다.
승산회로가 검출된 전류와 전압을 곱값을 계산하기 위해 승산한다.
고속 스위칭회로는 곱값이 소정의 값 또는 외부로 부터 입력된 펄스 파형 제어신호의 증폭레벨과 같게 되도록 제어된다.

Description

플래쉬램프에 전력을 공급하는 장치 및 그 방법
제1도는 본 발명의 실시예 1의 펄스전원 공급장치의 구성을 도시한 도면.
제2도는 제1도에서 제어회로의 구성을 도시한 회로도.
제3(a)도는 제1도에서 스위칭 소자를 스위칭하는 스위칭 제어신호를 도시한 파형도.
제3(b)도는 제1도에서 스위칭 소자를 통해 흐르는 전류를 도시한 파형도.
제3(c)도는 제1도에서 플라이휠 다이오드를 통해 흐르는 전류를 도시한 파형도.
제3(d)도 제1도에서 리액터를 통해 흐르는 전류를 도시한 파형도.
제3(e)도는 제1도에서 플래쉬램프에 공급되는 전류를 도시한 파형도.
제3(f)도는 제1도의 승산회로로부터 출력되는 신호를 도시한 파형도.
제4도는 콘덴서 뱅크에 충전된 전압과 본 발명의 실시예 1의 플래쉬램프에 공급된 전력간의 관계를 도시한 도면.
제5도는 본 발명의 실시예 2의 펄스전원 공급장치에서 제어회로의 구성을 도시한 회로도.
제6(a)도는 제1도 또는 제5도에서 제어회로에 입력되는 펄스파형 제어신호의 예를 도시한 파형도.
제6(b)도는 제6(a)도에서 도시한 펄스 파형 제어신호가 제어회로에 입력되는 경우 레이저 출력의 펄스 파형을 도시한 파형도.
제7(a)도는 제1도 또는 제5도에 도시한 제어회로에 입력되는 펄스 파형 제어신호의 다른 예를 도시한 파형도.
제7(b)도는 제7(a)도에 도시한 펄스 파형 제어신호가 제어회로에 입력되는 경우 레이저 출력의 펄스 파형을 도시한 파형도.
제8도는 본 발명의 실시예 3의 펄스 전원 공급장치에서 제어회로의 구성을 도시한 블럭도.
제9(a)도는 제8도에서 비교기에 입력되는 신호를 도시한 파형도.
제9(b)도는 제8도에서 비교기로부터 출력되는 제어신호를 도시한 파형도.
제10도는 본 발명의 실시예 4의 펄스전원 공급장치의 구성을 도시한 도면.
제11도는 본 발명의 실시예 5의 펄스전원 공급장치에서 전류검출회로의 구성을 도시한 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 직류전원 2 : 고속 스위칭회로
3 : 필터링회로 4 : 플래쉬램프
5 : 전류 검출회로 6 : 전압 검출회로
7 : 승산회로 8 : 제어회로
21 : 스위칭소자
본 발명은 펄스 전력 공급장치라고 하는 플래쉬튜브 또는 플래쉬램프에 전원을 공급하는 장치 및 방법, 특히, 플래쉬에 의해 레이저 매체를 광적으로 여기시키는 플래쉬튜브 또는 플래쉬램프에 전력을 공급하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
플래쉬램프로부터 조사된 여기(勵起) 빔을 이용하여 레이저 매체를 여기시킴으로써 레이저 발진을 수행하는 펄스 레이저 장치는 대전력이 플래쉬램프에 순간적으로 공급되어야 한다. 그러나, 요구되는 대전력을 플래쉬 램프에 항상 순간적으로 공급할 수 있는 펄스전원 공급장치를 사용할 경우, 펄스 레이저 장치가 불행히도 과도한 크기로 된다. 이런 이유 때문에, 이전에 콘덴서 뱅크라고 하는 큰 정전용량의 콘덴서 그룹과 같은 종류의 펄스 전원장치가 일반적으로 적용되었다. 이 경우, 장시간에 걸쳐 점진적으로 콘덴서 뱅크에 충전된 에너지가 강한 섬광을 방출하도록 순간적으로 플래쉬램프로 방전된다.
이러한 펄스 레이저장치는 금속물질의 용접가공등을 위해 사용되어 왔다.
이러한 용접 가공용 장치를 사용하여 양호한 가공결과를 얻기 위해서는 펄스 레이저장치로부터의 레이저 출력의 안정성 및 재현성이 필요하다. 더욱이, 가공되는 가공물인 어떤 재료를 위해서는 접합강도를 얻기 위하여 그리고 크랙이 발생하지 않도록 하기 위해 레이저 출력 파형을 적절히 정형화하는 것이 필요하다. 예컨대, 가공초기에 약한 레이저 출력을 조사시켜 피가공물을 예열한 후 소정 레벨의 레이저 출력으로 가공하는 경우나, 반대로 초기에 소정 레벨의 레이저 출력으로 피가공물을 가공한 후 레이저 출력을 점차로 감소시키면서 서서히 냉각하는 경우에는, 레이저 출력 파형을 적절히 저형화시키는 것이 필수적이다. 전술한 콘덴서 뱅크에 충전된 에너지를 플래쉬램프로 신속히 방전하는 회로구성에서는 레이저 매체를 여기시키기 위한 여기 에너지는 플래쉬램프로의 인가전압, 즉, 콘덴서뱅크의 충전전압에 의존한다. 따라서, 레이저 출력을 가변하기 위해서는 콘덴서 뱅크의 충전전압을 가변하는 것이 필요하다. 그렇지만, 콘덴서 뱅크의 정전용량이 상당히 크기 때문에 고정밀도로 충전전압을 단시간에 변화시키는 것이 불가능하다. 미합중국 특허 출원 제 4,276,497호에 개시된 종래의 펄스전원공급장치에서는, 레이저 출력이 콘덴서 뱅크와 플래쉬램프 사이의 플래쉬램프로의 인가전압을 변환하는 삽입수단 즉, 고속 스위칭회로에 의해 제어된다. 특히, 고속 스위칭회로의 온/오프 스위칭 동작은 외부로부터 공급되는 요구되는 마크스페이스비(mark space ratio)의 펄스폭 변조회로 (이하, PWM 신호라고 칭한다)에 응답하여 제어된다.
고속 스위칭회로는 PWM 신호에 응답하여 콘덴서뱅크로부터 방전된 인가전압을 변조한다.
변조된 인가전압은 평활화되어 부하(load)로서 작용하는 플래쉬램프에 공급된다.
종래의 펄스 전력 공급장치에서는, 플래쉬램프로의 인가전압이 외측으로부터 공급된 PWM 신호의 마크스페이스비를 가변함으로써 가변될 수 있다.
그러나, 종래의 펄스 전력 공급장치는 인가전력이 콘덴서 뱅크의 충전전압의 변화와 연관되어 변한다는 문제점을 포함한다.
특히, 콘덴서 뱅크에서의 충전전압이 시간의 경과에 따라 방전시간이 감소할 때, 또는 방전에 의해 감소된 충전전압을 갖는 콘덴서 뱅크가 완전히 충전되기 전에 최근 방전에 대한 후속 방전이 개시될 때, 플래쉬램프로의 인가전압의 변화가 레이저 출력에서의 변화를 유도한다.
더욱이, PWM 신호의 마크 스페이스비와 레이저출력 사이에 특정 관계가 존재하는 것이 아니다. 따라서, 요구되는 레이저 출력 파형을 얻기 위해 PWM 신호의 마크스페이스비를 제어하는 방법이 기술적으로 또는 시행착오에 의해 결정될 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 안정된 레이저 출력을 얻을 수 있는 전력을 플래쉬튜브 또는 플래쉬램프에 공급하는 펄스 전력 공급장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 요구되는 레이저출력 파형의 획득이 용이하게 하기 위하여 전력을 플래쉬튜브 또는 플래쉬램프에 공급하는 전력공급 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 콘덴서 뱅크에서 충전전압이 변하더라도 소정의 값으로 레이저 출력을 유지할 수 있는 플래쉬튜브 또는 플래쉬램프에 전력을 공급하는 펄스 전력 공급장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 레이저 출력이 레이저 출력의 파형을 제어하는 제어신호에 고속으로 응답할 수 있도록 하는 플래쉬튜브 또는 플래쉬램프로 전력을 공급하기 위한 펄스 전력 공급장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 펄스 전력 공급장치는 펄스 출력을 공급하는 고주파 스위칭회로를 통해 전력을 플래쉬램프에 공급한다.
이 장치는 상기 고주파 스위칭 수단으로부터 출력된 전류를 검출하는 제1 검출수단, 상기 플래쉬램프에 인가되는 전압을 검출하는 제2 검출수단 및 검출된 전류와 검출된 전압의 산출 값에 따라 고주파 스위칭 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한다.
더욱이, 상기 목적을 달성하기 위해, 고주파 스위칭 수단을 통해 플래쉬램프에 전력을 공급하는 방법은 고주파 스위칭 수단으로부터 출력된 전류를 검출하는 단계와, 플래쉬램프에 인가된 전압을 검출하는 단계 및 검출된 전류와 검출된 전압의 산출값에 따라 고주파 스위칭 수단을 제어하는 단계를 포함한다. 본 발명의 상기 목적 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 연계시킨 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예 1은 제1도 내지 제4도를 참조하여 상세히 설명될 것이다.
실시예 1의 펄스 전력 공급장치는, 예컨대, 고속 스위칭회로로부터 출력 전류 및 플래쉬램프로의 인가전압의 전력에 대응하는 신호 (이하, 전력신호라 한다)와 같은 산출값을 계산한다. 펄스 전압 공급장치에서 고속 스위칭 회로를 구성하는 스위칭 소자의 온/오프 동작이 제어됨으로써, 전력 신호는 요구되는 레벨로 된다. 따라서, 레이저 출력이 제어된다.
제1도를 참조하면, 직류 전원 (1) (DC 전원 1)은 콘덴서 뱅크(12)를 충전하는 충전전원(11)과 충전에너지를 플래쉬램프(4)로 방전하는 콘덴서 뱅크(12)를 구비한다. 고속 스위칭 회로(2)는 스위칭 소자(21)를 구비하여 외부 및 플라이휠 다이오드(22)로부터 입력된 제어 신호(104)에 응답하여 고속 스위칭 동작을 실행하여, 스위칭 소자(21)가 OFF 상태일 때만 전류가 상기 스위칭 소자를 통하여 흐른다.
그 자신에 의하여 작은 전력을 소비하는 반도체 스위칭 소자는 스위칭 소자(21) 예컨대, SCR(Silicon Controlled Rectifier, 즉 싸이리스터), GTO 싸이리스터 (Gate Turn-Off Thyristor) 및 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)로서 사용된다.
필터링회로 (3)는 고속 스위칭회로(2)로부터 출력을 평활화하며 상기 출력을 플래쉬램프(4)로 인가하는 리액터(31)와 커패시터(32)를 구비한다.
전류 검출회로(5)는 고속 스위칭 회로(2)와 필터링 회로(3) 간에 배치된 매우 작은 저항의 션트저항(51)과, 션트저항(51)의 양단간의 전위차를 기초로 하는 고속 스위칭회로(2)로부터 출력전류를 검출하는 차동증폭기(52)를 구비한다.
이 전류 검출회로(5)는 고속 스위칭회로(2)로부터 출력전류를 검출하고 검출된 전류의 양에 대응하는 전류신호(101)를 승산회로(7)에 출력한다.
전압 검출회로(6)는 전압 분배기(61)에 의해 플래쉬램프(4)로 인가되는 인가전압을 검출하여 검출된 전압의 양에 대응하는 전압신호(102)를 승산회로(7)에 출력한다.
이 승산회로(7)는 전류 검출회로(5)에 의해 검출된 전류신호(101)와 전압 검출회로(6)에 의해 검출된 전압신호(102)의 곱을 산출한다.
승산회로(7)는 산출값(product)을 전력신호(103)로서 제어회로(8)에 출력한다.
제어회로(8)는 승산회로(7)로부터의 전력신호(103)에 의거하여 스위칭소자(21)의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어 신호(104)를 고속 스위칭회로(2)로 출력한다.
상기 고속 스위칭회로(2)는 제어회로(8)로부터의 스위칭 제어신호(104)에 따라 스위칭 동작을 수행한다.
제2도를 참조하면, 제어회로(8)의 비교기(81)는 승산회로(7)로부터의 전력신호(103)가 소정의 상한치(PA) 이상일 때 플립-플롭(83)에 신호를 출력한다.
제어회로의 비교기(82)는 승산회로(7)로부터의 전력신호(103)가 소정의 하한치(PB) 이하로 될 때 플립-플롭(83)에 신호를 출력한다.
플립-플롭(83)은 비교기(81)로부터 신호의 출력에 대응하여 리세트된다.
플립-플롭(83)은 비교기(82)로부터의 출력에 대응하여 세트된다.
플립-플롭(83)으로부터의 스위칭 제어신호(104)가 고속 스위칭회로(2)의 스위칭소자(21)로 출력된다.
고속 스위칭회로(2)는 플립-플롭(83)의 세트시 스위칭소자(21)를 턴-온하고 플립-플롭(83)의 리세트시 스위칭 소자(21)를 턴오프시키기 위해 플립-플롭(83)으로부터 출력된 스위칭 제어신호(104)에 대응하여 제어된다.
다음, 본 발명의 실시예 1의 펄스 전력 공급장치의 동작이 이하에서 설명될 것이다.
스위칭 소자(21)가 제어회로(8)로부터 출력된 스위칭 제어신호(104)에 대응하는 온 상태일 때 전류가 충전전원(11)에 의해 충전되어 있는 콘덴서 뱅크(12)로부터 흘러나간다.
콘덴서 뱅크(12)로부터 전류가 스위칭 소자(21)와 리액터(31)를 통해 플래쉬램프(4)로 흘러들어 간다.
스위칭 소자(21)와 리액터(31)을 통해 흐르는 전류는 제3(b)도와 제3(d)도에 도시한 바와 같이 시간이 경과함에 따라 증가한다.
따라서, 에너지는 리액터(31)에 축적된다.
반면, 스위칭 소자(21)가 스위칭 제어 신호(104)에 대응하는 오프상태일 때, 전류의 경로는 콘덴서 뱅크(12)로부터 전류가 플라이휠 다이오드(22)와 리액터(31)를 통과한 후, 플래쉬램프(4)로 흐르도록 스위칭된다.
제3(d)도에 도시한 바와 같이 전류가 연속하여 흘러서 리액터(31)에 축적된 에너지를 소비한다.
리액터(31)를 통해 흐르는 전류의 크기는 제3(b)도에 도시한 스위칭 소자(21)를 통해 흐르는 전류와 제3(c)도에 도시한 플라이휠 다이오드(22)를 통해 흐르는 전류의 총합과 동일하다. 리액터(31)를 통해 흐르는 전류의 파형이 제3(d)도에 도시되었다.
더욱이, 필터링회로(3)의 작용에 기인하는 제3(e)도의 파형을 나타내는 전류, 예컨대 필터링회로(3)에 의해 평활화된 후의 전류가 플래쉬램프(4)로 흐른다.
플래쉬램프(4)에 인가되는 전압은 인가된 전류의 평방근의 값에 비례함을 주목하여야 한다.
승산회로(7)에서는, 전류 검출회로(5)에 의해 검출된 전류와 전압 검출회로(6)에 의해 검출된 전압의 곱이 연산되며, 상기 전류는 고속 스위칭회로(2)로부터 전류 검출회로(5)로 흐르는 것이며, 전압은 플래쉬램프(4)에 인가되는 것이다.
곱값의 결과는 제3(f)도에서 실선으로 나타낸 전력신호(103)로서 제어회로(8)로 출력된다.
제어회로(8)는 제3(f)도에서 점선으로 나타내었듯이 사전에 상한치(PA)와 하한치(PB)로 프리세트된다.
제어회로(8)는, 승산회로(7)로부터 전력신호(103)가 상한치 PA를 넘어설 때 스위칭소자(21)를 턴-오프시키기 위해 제3(a)도에 도시한 스위칭 제어신호(104)를 고속 스위칭회로(2)에 출력한다.
더욱이, 제어회로(8)는, 전력신호(103)가 하한치 PB 아래로 떨어질 때, 스위칭 소자(21)를 턴-온 시키도록 제3(a)도에 도시한 스위칭 제어신호(104)를 고속 스위칭회로(2)에 출력한다.
제어회로(8)로부터의 스위칭 제어신호(404)가 고속 스위칭회로(2)로 공급되면, 스위칭 소자(21)가 제3(a)도에 파형으로 나타낸 스위칭 제어신호(104)에 따라 스위칭 동작을 수행한다.
이와 같이 귀환루프가 형성된다.
더욱이, 플래쉬램프(4)로의 전력 공급의 개시 및 중단은 외부로부터 제어회로(8)에 공급되는 외부신호(105)에 따라 수행된다.
따라서, 이러한 본 발명의 실시예 1의 펄스전원 공급장치는, 프리셋 상한치(PA) 및 프리셋 하한치(PB)의 평균에 근접하는 값에 대응하는 요구되는 전력이 플래쉬램프(4)에 공급된다.
따라서, 요구되는 피크 출력을 나타내는 레이저 출력 펄스가 안정하게 얻어질 수 있다. 더욱이 펄스 증폭시 요구되는 값을 갖도록 하기 위해 상한치(PA) 및 하한치(PB)를 변화시킴으로써 상한치(PA)와 하한치(PB)의 변화에 대응하는 전력이 플래쉬램프에 공급된다.
따라서, 요구되는 파형 변화를 나타내는 레이저 출력 펄스가 상한치(PA)와 하한치(PB)를 변화시키는 것에 의해서만 얻어지는 것이 가능하다.
더욱이, 실시예 1의 펄스 전력 공급장치에서는 레이저 출력이 스위칭 소자(21)의 스위칭 동작속도에 따라 제어된다.
레이저 출력은 고속 스위칭회로(2)로부터 출력 전류와 플래쉬램프(4)로의 인가전압의 곱이 일정하게 되도록 제어된다.
따라서, 고속 스위칭회로(2)로부터의 출력 전류는 플래쉬램프(4)로의 인가 전압의 리딩(leading) 에지와 트레일링(trailing) 에지의 지연이 보상되도록 가변적으로 제어될 수 있다.
따라서, 이러한 펄스 전력 공급장치는 레이저 출력이 인가 전압의 리딩에지와 트레일링 에지시 고속으로 플래쉬램프(4)로의 인가된 전압의 리딩에지와 트레일링 에지에 대응하도록 하는 것이 가능하다.
제4도는 실시예 1의 콘덴서 뱅크(12)에 충전된 전압과 플래쉬램프(4)로의 인가전압의 변화를 도시한 도면이다. 제4도로부터 명백한 바와 같이, 종래의 펄스 전력 공급 장치와는 다르게 콘덴서 뱅크(12)에 충전된 전압의 변화에 의존하지 않는 일정한 전력이 플래쉬램프(4)에 공급된다.
실시예 1의 펄스 전력 공급 장치는 플래쉬램프(4)에 고전압 펄스를 인가함으로써 플래쉬램프(4)의 방전을 위한 초기점화를 수행하는 트리거전원 및 플래쉬램프(4)가 계속 천천히 방전되도록 하기 위한 짐머(Simmer) 공급회로가 설치될 수도 있다. 다음, 본 발명의 실시예 2의 펄스 전력 공급장치는 제1도와 제5도를 참조하여 설명될 것이다.
본 발명의 실시예 2의 펄스 전력 공급 장치는 제어회로(8)의 구성 및 동작에 있어 실시예 1와 다르다.
실시예 2에서, 외부로부터 제어회로(8)에 입력되는 펄스 파형 제어신호와 대략 같은 파형을 나타내는 레이저 출력이 얻어질 수 있다. 제5도를 참조하면, 소망의 레이저 출력 파형과 대략 같은 파형을 나타내는 펄스 파형 제어신호(106)의 진폭레벨이, 레벨시프트회로(84, 85)에 의해 약간 증가되거나 또는 약간 감소된다.
특히, 레벨시프트회로(84)는 펄스 파형 제어신호(106)의 진폭레벨을 약간 증가시키며, 상기 증가된 진폭레벨의 신호를 비교기(81)에 상한치로서 출력한다. 레벨시프트회로(85)는 펄스 파형 제어신호(106)의 진폭레벨을 약간 감소시키며, 상기 감소된 진폭 레벨을 비교기(82)에 하한치로서 출력한다.
비교기(81)는 승산회로(7)로부터의 전력신호(103)와 레벨시프트회로(84)의 상한치를 비교한다.
전력신호(103)가 상한치 이상으로 될 때, 비교기(81)는 신호를 플립-플롭(83)으로 출력한다.
비교기(82)는 승산회로(7)로부터의 전력신호(103)와 레벨시프트회로(85)의 하한치를 비교한다.
전력신호(103)가 하한치 이하로 되어질 때, 비교기(82)는 신호를 플립-플롭(83)으로 출력한다.
플립-플롭(83)은 비교기(81)의 신호에 의해 리세트된다.
플립-플롭(83)은 비교기(82)의 신호에 의해 세트된다.
플립-플롭(83)으로부터 출력된 스위칭 제어신호(104)는 고속 스위칭회로(2)의 스위칭소자(21)에 인가된다. 플립-플롭(83)이 세트되는 경우, 스위칭소자(21)는 온 상태가 된다. 플립-플롭(83)이 리세트되는 경우 스위칭소자(21)는 오프상태로 된다.
상술한 바와 같이, 스위칭소자(21)의 온/오프 스위칭 동작은 스위칭 제어신호(104)에 따라 제어된다.
그러므로, 레이저출력 파형은 제어회로(8)로 입력되는 펄스형 제어신호(106)의 파형에 대략 순응한다.
예컨대, 제6(a)도에 도시한 계단 파형을 갖는 펄스형 제어신호(106)가 제어회로(8)로 입력될 때, 레이저 출력은 제6(b)도에 나타낸 바와 같은 파형을 나타낸다.
펄스 파형 제어신호(106)에 응답하는 레이저 출력의 출력이 약간 지연되는 것을 제외하면, 레이저 출력파형과 펄스 파형 제어신호(106)의 파형이 대략 순응함이 입증되었다.
더욱이, 제7(a)도에 도시한 경사를 갖는 펄스 파형 제어신호(106)가 제어회로(8)에 입력되어도, 펄스 파형 제어신호(106)의 파형과 대략 동일한 파형을 갖는 레이저 출력 파형이 제7(b)도에서 도시한 바와 같이 획득될 수 있다.
상술한 바와 같이, 얻어질 레이저 출력파형과 동일한 파형을 갖는 펄스 파형 제어신호(106)를 제어회로(8)에 입력함으로써, 요구되는 레이저 출력 파형이 얻어질 수 있다.
본 발명의 실시예 3의 펄스 전력 공급장치는 제1, 8도 및 제9도를 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
본 발명의 실시예 3의 펄스 전력 공급장치 또한 제어회로(8)의 구성 및 동작에 있어 제1도에 도시한 상기 실시예 1의 펄스 전력 공급장치와는 다르다.
또한, 실시예 3에서, 전술한 실시예 2에서와 같이 외부로부터 제어회로(8)에 입력되는 펄스 파형 제어신호(106)의 파형과 대략 동일한 파형을 나타내는 레이저 출력 파형이 얻어질 수 있다.
제8도를 참조하면, 실시예 3의 제어회로(8)에서 비교기(86)로부터의 출력은 비-반전 입력단자 (포지티브(정) 입력단자)로 귀환된다.
비교기(86)의 귀환량은 그의 전압 증폭율에 의해 결정되며, 이 전압 증폭율은 저항기(R1)의 저항치에 대한 저항기(R2)의 저항치의 비율에 의해 결정된다.
특히, 제어회로(8)는 비교기(86)의 귀환량에 따른 히스테리시스를 갖는 비교수단으로서 역할을 한다.
펄스 파형 제어신호(106)의 상한치와 하한치에 대응하는 레벨은 히스테리시스의 양에 따라 세트된다.
펄스 파형 제어신호(106)의 상한치와 하한치는 승산회로(7)의 전력신호(103)와 비교되므로, 전술한 실시예 2와 유사한 장점이 얻어질 수 있다.
다시 말해, 제8도에 도시한 제어회로(8)에서, 승산회로(7)의 전력신호(103)는 비교기(86)의 반전된 입력단자 (네가티브(부) 입력단자)에 입력된다.
외부로부터의 펄스 파형 제어신호(106)와 정 귀환량 (positive feed-back amount)의 합은 상술한 바와 같이 저항기(R2)의 저항치에 대한 저항기(R1)의 저항치의 비율에 의해 결정되며, 비교기(86)의 비반전된 입력단에 입력된다.
이때, 스위칭 제어신호(104)는 제9(a)도 및 제9(b)도에 도시한 타이밍에서 비교기(86)로부터 고속 스위칭 회로(2)로 출력되어 스위칭소자(21)의 온/오프 동작을 제어한다.
본 발명의 실시예 4의 펄스 파형 공급장치는 제10도를 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 실시예 4의 펄스 전력 공급 장치는 고속 스위칭 회로(2)로부터의 출력 전류를 검출하기 위한 전류 검출 회로(5)의 구성에서 실시예 1의 펄스 전력 공급 장치와 다르다.
제1도에 도시한 본 발명의 실시예 1의 펄스 전력 공급장치에 있어서는, 고속 스위칭 회로(2)와 필터링회로(3) 사이에 배열된 션트저항(51)의 양단사이의 전위차가 검출되어 고속 스위칭회로(2)로부터 출력 전류를 계산한다.
그러나, 그러한 구성은 큰 전력을 손실할 수 있고 잡음에 의해서 영향을 받을 수 있는 약간의 경우가 존재한다.
더욱이, 전류 컨버터라고 하는 트로이달 형 (toroidal-shaped) 코일을 통해 흐르는 전류를 검출하기 위한 시스템에 대해 전류의 정확한 검출이 코일에 포함된 자기코어 재료의 자기 히스테리시스 때문에 어렵다.
상기 상황을 고려한 제10도에 도시한 실시예 4의 펄스 전력 공급장치에서, 공심 코일(air-core coil)(33)은 필터링회로(3)의 리액터로서 사용된다. 소심 코일(53)이 공심 코일(33) 내부에 배치된다.
소심 코일(small-core coil)(53)에 유도된 전류신호가 검출된다. 소심 코일(53)에 유도된 전류는 작은 부하 저항(R3)에 의해 전압신호로 변환된다.
전압신호는 차동증폭기(52)에 의해 증폭되고, 증폭된 전압신호는 검출된 전류검출신호(101)로서 차동 증폭기(52)로부터 승산회로(7)로 출력된다.
이러한 구성의 전류검출회로(5)를 사용하는 경우, 전력 손실이 거의 없고 자기포화나 히스테리시스에 의한 영향없이 정확한 전류가 검출되어질 수 있다.
다음, 본 발명의 실시예 5의 펄스 전력 공급장치는 제11도를 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 실시예 5의 펄스 전력 공급장치는 고속 스위칭회로(2)로부터 출력전류를 검출하는 전류 검출회로(5)의 구성에 있어 전술한 실시예 1의 펄스 전력 공급장치와 다르다.
제11도를 참조하면, 공심 코일(33)이 필터링회로(3)의 리액터로서 사용되고, 소심 코일(53)이 공심 코일(33) 내측에 설치된다.
소심 코일(53)에 유도된 전압신호는 고저항의 저항기(R4), 커패시턴스(C) 및 차동증폭기(54)로 이루어진 적분회로(55)에 의해 적분되며, 이에 의해 공심 코일(33)을 통해 흐르는 전류가 검출된다.
다시 말해, 공심 코일(33)을 통해 흐르는 전류의 미분값에 대응하는 신호(전압에 대응하는 신호)가 소심 코일(53)에 유도되도록 작은 부하전류가 소심 코일(53)을 통해 흐른다.
펄스 동작시에, 스위치(S)는 전압에 대응하는 신호의 적분동작이 개시되도록 리세트신호(107)에 응답하여 개방된다.
따라서, 공심 코일(33)을 통해 흐르는 전류는 고 충실도로 재생될 수 있으며, 이로써 전류를 검출한다.
본 발명의 실시예 5의 전류검출회로 또한 전력손실이 거의 없으며, 자기코어 재료에 기인하는 자기포화 및 히스테리시스에 의해 영향을 받지 않는다.
더욱이, 실시예 5의 전류 검출회로는 외부의 잡음에 의해 영향을 받기 어렵다.
그러므로, 실시예 5의 전류 검출회로는 정확하게 전류를 검출할 수 있다.
실시예 4 및 5의 전류검출회로에 관한 설명에서, 리액터 전류 검출용 소심 코일(53)이 리액터 즉, 공심 코일(33)의 내부에 배치된다고 설명되었다.
소심 코일(53)은 공심 코일(33)의 외측에 인접하도록 배치될 수도 있다.
더욱이, 소심 코일(53)의 배치는 소심 코일(53)이 공심 코일(33)에 의해 발생된 자계내에 효과적으로 있는 영역 내에 소심 코일(53)이 배치되는 것에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예가 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 발명의 사상 및 범위로부터 이탈함이 없이 변화, 대체 및 교체될 수 있음이 이해되어야 한다.

Claims (23)

  1. 펄스출력을 공급하는 필터링 수단 및 고속 스위칭 수단의 직렬을 통하여 플래쉬램프에 전력을 공급하는 펄스 전력 공급장치에 있어서, 상기 필터링 수단 이전의 상기 고속 스위칭 수단으로부터, 상기 고속 스위칭 수단의 도전 상태에 따라 생성된 삼각 파형을 갖는 전류의 출력을 검출하되, 상기 필터링 수단에 의해 평활화되기 전의 전류파형 그대로 검출하는 제1 검출수단; 상기 플래쉬램프에 인가된 전압을 검출하는 제2 검출 수단; 상기 고속 스위칭 수단이 도전 상태일 때 증가하며, 상기 고속 스위칭 수단이 비도전 상태일 때 감소하는 전력 신호를 생성하도록, 상기 제1 검출수단에서 검출된 상기 전류 및 상기 제2 검출수단에서 검출된 상기 전압을 곱하는 승산수단; 및 상기 승산수단에 의해 생성된 상기 전력 신호가 제1 레벨에 이를 때까지 상기 고속 스위칭 수단이 턴-온 상태이다가 상기 제1 레벨을 넘어설 때 턴-오프되며, 상기 전력 신호가 제2 레벨에 이를 때까지 상기 고속 스위칭 수단이 턴-오프 상태이다가 상기 제2 레벨 아래로 떨어질 때 턴-온되도록, 상기 고속 스위칭수단을 제어하는 제어신호를 생성하는 제어수단을 포함하되, 상기 제1 및 제2 레벨은 소정의 레벨 위에서 및 아래에서 각각 정해지며, 상기 제어수단의 시정수가 상기 필터링 수단의 시정수와 거의 같도록 상기 고속 스위칭 수단이 제어됨으로써, 상기 펄스 출력의 파형이 상기 제어 신호의 파형이 거의 등가이도록 되는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은, 상기 제1레벨을 생성하기 위해 상기 소정의 레벨을 상승시키는 제1 레벨 시프트 수단; 상기 제2레벨을 생성하기 위해 상기 소정의 레벨을 하강시키는 제2 레벨 시프트 수단; 상기 전력 신호의 레벨을 상기 제1 레벨과 비교하며, 상기 전력 신호의 상기 레벨이 상기 제1레벨보다 더 크게 되었을 때, 상기 고속 스위칭 수단을 비도전 상태로 만드는 제1 제어 신호를 발생시키는 제1 비교기; 및 상기 전력 신호의 상기 레벨을 상기 제2 레벨과 비교하며, 상기 전력 신호의 상기 레벨이 상기 제2 레벨보다 더 작게 되었을 때, 상기 고속 스위칭 수단을 도전 상태로 만드는 제2 제어 신호를 발생시키는 제2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 포지티브 입력 단자, 네가티브 입력 단자 및 출력 단자를 갖는 비교기를 포함하며, 제어 신호가 상기 포지티브 입력 단자로 입력되며, 상기 전력 신호가 상기 네가티브 입력 단자로 입력되며, 상기 출력 단자로부터의 출력이 상기 포지티브 입력 단자로 피드백되는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 검출수단은, 상기 고속 스위칭수단과 상기 플래쉬램프 사이에 직렬 접속된 저항; 및 상기 저항의 양 단자 간의 전위차에 따라 상기 고속 스위칭 수단으로부터의 상기 전류출력을 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 고속 스위칭 수단에 직렬 접속된 리액터와, 상기 리액터와 상기 플래쉬램프의 접속노드에 접속된 일 단자와 상기 고속 스위칭수단에 접속된 다른 단자를 갖는 커패시터를 포함하는, 상기 고속 스위칭수단으로부터의 출력을 평활화하는 필터링수단을 추가로 포함하며, 상기 제1 검출수단은, 상기 리액터를 통해 흐르는 전류를 상기 고속 스위칭 수단으로부터의 상기 전류 출력으로 검출하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 고속 스위칭 수단에 직렬 접속된 공심 코일과, 상기 공심 코일과 상기 플래쉬램프의 접속노드에 접속된 일 단자와 상기 고속 스위칭 수단에 접속된 다른 단자를 갖는 커패시터를 포함하는, 상기 고속 스위칭 수단으로부터의 출력을 평활화하는 필터링수단을 추가로 포함하며, 상기 제1 검출수단은, 상기 공심 코일에 의해 발생된 자계가 유효한 영역에 배치된 소심 코일(small-core coil)과, 상기 소심 코일에 유도된 전류에 기하여 상기 공심 코일을 흐르는 전류를 계산하는 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 소심 코일이 상기 공심 코일 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 계산 수단은, 상기 소심 코일에 유도된 전류를 전압신호로 변환하는 저항과, 상기 저항의 양단의 전위차를 증폭하는 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 계산 수단은, 상기 공심 코일에 의해 소심 코일에 유도된 전압신호에 기초하여 적분값을 계산하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  10. 펄스출력을 공급하는 필터링 수단 및 고속 스위칭 수단의 직렬을 통하여 플래쉬램프에 전력을 공급하는 방법에 있어서, 상기 필터링 수단 이전의 상기 고속 스위칭 수단으로부터, 상기 고속 스위칭 수단의 도전 상태에 따라 생성된 삼각 파형을 갖는 전류의 출력을 검출하되, 상기 필터링 수단에 의해 평활화되기 전의 전류파형 그대로 검출하는 전류출력 검출 단계; 상기 플래쉬램프에 인가된 전압을 검출하는 단계; 상기 고속 스위칭 수단이 도전 상태일 때 증가하며, 상기 고속 스위칭 수단이 비도전 상태일 때 감소하는 전력 신호를 생성하도록, 상기 검출된 전류 및 상기 검출된 전압을 곱하는 단계; 및 상기 승산수단에 의해 생성된 상기 전력 신호가 제1 레벨에 이를 때까지 상기 고속 스위칭 수단이 온(on) 상태이다가 상기 제1 레벨을 넘어설 때 턴-오프 되며, 상기 전력 신호가 제2 레벨에 이를 때까지 상기 고속 스위칭 수단이 오프(off) 상태이다가 상기 제2 레벨 아래로 떨어질 때 턴-온되도록, 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호에 의해 상기 고속 스위칭 수단을 제어하는 제어 단계를 포함하되, 상기 제1 및 제2 레벨은 소정의 레벨 위에서 및 아래에서 각각 정해지며, 상기 제어 단계에서의 시정수가 상기 필터링 수단의 시정수와 거의 같도록 상기 고속 스위칭 수단이 제어됨으로써, 상기 펄스출력의 파형이 상기 제어신호의 파형과 거의 등가이도록 되는 것을 특징으로 하는 전력 공급방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어 단계는, 상기 제1레벨을 생성하기 위해 상기 소정의 레벨을 상승시키는 단계; 상기 전력 신호의 레벨을 상기 제1 레벨과 비교하며, 상기 전력 신호의 상기 레벨이 상기 제1레벨보다 더 크게 되었을 때, 상기 고속 스위칭 수단을 비도전 상태로 만드는 제1 제어 신호를 발생시키는 단계; 상기 제2레벨을 생성하기 위해 상기 소정의 레벨을 하강시키는 단계; 및 상기 전력 신호의 상기 레벨을 상기 제2레벨과 비교하며, 상기 전력 신호의 상기 레벨이 상기 제2레벨보다 더 작게 되었을 때, 상기 고속 스위칭 수단을 도전 상태로 만드는 제2 제어 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 계산 수단은 적분 회로를 더 포함하며, 상기 적분 회로는 고저항 레지스터, 커패시터 및 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 고속 스위칭 수단은, 싸이리스터, 게이트 턴-오프 싸이리스터 및 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터로 이루어지는 군으로부터 선택되는 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자가 비도전 상태일 때만 전류를 통과시키는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  14. 펄스출력을 공급하는 필터링 수단 및 고속 스위칭 수단의 직렬을 통하여 플래쉬램프에 전력을 공급하는 펄스 전력 공급장치로서, 상기 플래쉬램프는 레이저빔을 출력하는 레이저 매체를 광학적으로 여기하는, 이상의 펄스 전력 공급장치에 있어서, 상기 필터링 수단 이전의 상기 고속 스위칭 수단으로부터, 상기 고속 스위칭 수단의 도전 상태에 따라 생성된 삼각 파형을 갖는 전류 출력을 검출하되, 상기 필터링 수단에 의해 평활화되기 전의 전류파형 그대로 검출하는 제1 검출수단; 상기 플래쉬램프에 인가된 전압을 검출하는 제2 검출 수단; 상기 고속 스위칭 수단이 도전 상태일 때 증가하며, 상기 고속 스위칭 수단이 비도전 상태일 때 감소하는 전력 신호를 생성하도록, 상기 제1 검출수단에 의하여 검출된 상기 전류 및 상기 제2 검출수단에 의하여 검출된 상기 전압을 곱하는 승산수단; 및 상기 승산수단에 의해 생성된 상기 전력 신호가 제1 레벨에 이를 때까지 상기 고속 스위칭 수단이 온(on) 상태이다가 상기 제1 레벨을 넘어설 때 턴-오프되며, 상기 전력 신호가 제2 레벨에 이를 때까지 상기 고속 스위칭 수단이 오프(off) 상태이다가 상기 제2 레벨 아래로 떨어질 때 턴-온되도록, 상기 고속 스위칭 수단을 제어하는 제어신호를 생성하는 제어수단을 포함하되, 상기 제어수단의 시정수가 상기 필터링수단의 시정수와 거의 같도록 상기 고속 스위칭수단이 제어되며, 상기 제1 및 제2 레벨은, 소정의 레이저 출력의 파형과 등가의 파형을 갖는 제어 신호의 진폭 레벨 위에서 및 아래에서 각각 지정되는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고속 스위칭 수단을 통하여 상기 플래쉬램프로 공급된 상기 전력은, 컨덴서 뱅크로부터 방전되는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제어수단은, 상기 제1 레벨을 생성하기 위해 상기 제어신호의 진폭 레벨을 상승시키는 제1 레벨 시프트 수단; 상기 제2 레벨을 생성하기 위해 상기 제어신호의 진폭 레벨을 하강시키는 제2 레벨 시프트 수단; 상기 전력 신호의 레벨을 상기 제1 레벨과 비교하며, 상기 전력 신호의 상기 레벨이 상기 제1 레벨보다 더 크게 되었을 때, 상기 고속 스위칭 수단을 비도전 상태로 만드는 제1 제어 신호를 발생시키는 제1 비교기; 및 상기 전력 신호의 상기 레벨을 상기 제2 레벨과 비교하며, 상기 전력 신호의 상기 레벨이 상기 제2 레벨보다 더 작게 되었을 때, 상기 고속 스위칭 수단을 도전 상태로 만드는 제2 제어 신호를 발생시키는 제2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제어수단은 그의 네거티브 입력단에서 상기 전력 신호를 수신하고, 그의 포지티브 입력단에서 직렬로 접속된 두 저항의 비에 따라 상기 제어 신호 및 포지티브 피드백 신호의 합을 수신하는 비교기인 것을 특징으로 펄스 전력 공급장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 장치는, 상기 고속 스위칭 수단에 직렬 접속된 공심 코일과, 상기 공심 코일과 상기 플래쉬램프의 접속노드에 접속된 일 단자와 상기 고속 스위칭 수단에 접속된 다른 단자를 갖는 커패시터를 포함하는, 상기 고속 스위칭 수단으로부터의 출력을 평활화하는 필터링수단을 추가로 포함하며, 상기 제1 검출수단은, 상기 공심코일에 의해 발생된 자계가 유효한 영역에 배치된 소심 코일(small-core coil)과, 상기 소심 코일에 유도된 전류에 기하여 상기 공심 코일을 흐르는 전류를 계산하는 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 장치는, 상기 고속 스위칭 수단에 직렬 접속된 리액터와, 상기 리액터와 상기 플래쉬램프의 접속노드에 접속된 일 단자와 상기 고속 스위칭 수단에 접속된 다른 단자를 갖는 커패시터를 포함하는, 상기 고속 스위칭수단으로부터의 출력을 평활화하는 필터링수단을 추가로 포함하며, 상기 제1 검출수단은, 상기 리액터를 통해 흐르는 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 계산 수단은, 상기 공심코일에 의해 소심 코일에 유도된 전압 신호에 기초하여 적분값을 계산하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 계산 수단은 적분 회로를 더 포함하며, 상기 적분 회로는 고저항 레지스터, 커패시터 및 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  22. 제18항에 있어서, 상기 계산 수단은, 상기 소심 코일에 유도된 전류를 전압신호로 변환하는 저항과, 상기 저항의 양단의 전위차를 증폭하는 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
  23. 제18항에 있어서, 상기 소심 코일이 상기 공심 코일 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 펄스 전력 공급장치.
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