KR100317390B1 - 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치 - Google Patents

전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100317390B1
KR100317390B1 KR1019990052244A KR19990052244A KR100317390B1 KR 100317390 B1 KR100317390 B1 KR 100317390B1 KR 1019990052244 A KR1019990052244 A KR 1019990052244A KR 19990052244 A KR19990052244 A KR 19990052244A KR 100317390 B1 KR100317390 B1 KR 100317390B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
charging
power
power supply
charge
output
Prior art date
Application number
KR1019990052244A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010047855A (ko
Inventor
강욱
김희제
Original Assignee
권영한
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 권영한, 한국전기연구원 filed Critical 권영한
Priority to KR1019990052244A priority Critical patent/KR100317390B1/ko
Publication of KR20010047855A publication Critical patent/KR20010047855A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100317390B1 publication Critical patent/KR100317390B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/10—Constant-current supply systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0259—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements
    • H01L27/0262—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements including a PNP transistor and a NPN transistor, wherein each of said transistors has its base coupled to the collector of the other transistor, e.g. silicon controlled rectifier [SCR] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

본 발명은 저가의 상용 주파수용 콘덴서를 이용하여 고반복 및 고출력을 구현할 수 있도록 된 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치에 관한 것으로서, 입력전원을 변압하는 변압부(110); 상기 변압부(110)에 의해 변압된 전원을 정류하는 정류부(120); 복수개의 충전소자를 구비하여 상기 정류부(120)에 의해 정류된 전원을 충전 및 방전하는 충방전부(130); 상기 각 충전 소자의 충전 및 방전 경로를 단속하는 단속부(140); 및 상기 충방전부(13)의 상기 복수개의 충전 소자가 순차적으로 충전 및 방전되어 부하(170)에 안정된 전원이 공급되도록 상기 단속부(140)의 단속 동작을 제어하는 제어부(150)로 구성되어 있으며, 상기 단속부(140)의 스위칭소자를 실리콘제어정류기(SCR)로 구성할 경우, 상기 제어부(150)의 제어에 따라 상기 실리콘제어정류기를 트리거 하는 트리거회로(160)를 구비된 것을 특징으로 하여, 전원장치의 제작단가를 저렴하게 하고, 충전시간을 충분히 확보할 수 있어 안정적인 고압 펄스를 발생시켜 안정된 출력을 얻을 수 있는 매우 효과적이고, 안정된 전원장치이다

Description

전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원 장치{Power controlling apparatus and a pulsed laser power supplying apparatus using the same}
본 발명은 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상용 주파수용 콘덴서를 이용하여 고반복 및 고출력을 구현할 수 있도록 된 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 전원장치에서는 전계효과트랜지스터(MOSFET)등과 같은 반도체 스위칭소자를 이용한 인버터방식으로 변압기의 1차측 전압을 조정하여 2차측의 출력전압을 제어하는 방식과, 1차측 전압의 펄스 폭을 조정하는 펄스변조(PWM)방식으로 2차측의 출력전압을 조정하는 방식을 채택하고 있다.
그러나, 이러한 방식의 종래 전원장치는 일정 주기 안에 고조파 성분을 많이 포함하고 있기 때문에, 고조파를 제거하기 위한 별도의 부가 장치 등이 있어야 하고, 출력전압의 변동이 큰 단점이 있다, 또한, 교류 입력전원을 직류로 변환시키고 다시 1차측 인버터를 통한 구형파 전압으로 변환하여 변압한 후, 그 변압된 2차측 구형파 전압을 정류하여 부하특성에 알맞은 직류로 만들어 출력하는 데, 이와 같이 전압 변환과정이 반복되는 번거로움이 있었다.
과거의 싸이라트론(THYRATON) 등의 제어방식과 결국 마찬가지며 고전력반도체소자을 주로 사용함으로 제어하기가 어렵고 복잡성을 띄고 있으며, MOSFET는 스위칭 주파수가 높다. 특히 중??소출력용에 적합하고, 싸이라트론(THYRATON)은 대출력용에 적합한 경향이 있고 가격 면에서 고가라는 단점이 있다.
또한 기존의 레이저 전원장치나 고반복, 고출력용 펄스파워 전원장치는 고가의 반도체 스위칭소자 및 고주파용 콘덴서를 이용하므로 고가이며, 안정된 전원의 공급을 위해서는 전류리미터, 피이드백 회로(Feedback circuit), 전류증폭 회로, 소프터 스타트(Soft start), 소프터 스톱(Soft stop) 기능을 위한 별도의 복잡한 회로장치를 설치해야 하고, 스위칭소자 게이트(Gate)의 턴온신호(Turn-on signal)에 따른 점호신호와 이에 반대로 소호신호를 고반복률 일 때 소자가 이에 따라가지 못하는 경우에 강제로 오프신호(Turn-off signal)를 주든지, 유지전류를 이하로 만들어 주는 폐루프 등의 추가적인 회로가 첨부되어야 하기 때문에, 장치가 복잡해지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 저가의 상용 주파수용 충전 소자 및 제어가 용이한 저가의 스위칭 소자를 사용하여 고반복, 고출력 특성을 구현하도록 된 전원 출력 제어장치 및 그 전원 출력 제어장치를 이용하여 상기 특성을 모두 구현함과 아울러 별도의 회로장치 없이 안정된 출력 특성을 구현하도록 된 펄스형 레이저 전원 장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저 전원장치의 블록도,
도 2는 도 1의 변압부 및 정류부의 회로도,
도 3은 도 1의 충방전부, 단속부 및 제어부의 유기적 구성을 나타낸 회로도,
도 4는 도 1의 트리거회로를 나타낸 도면,
도 5는 도 1의 부하로서 제논 플레쉬램프 도시한 도면,
도 6은 도 1의 회로도로서, 도 2 내지 도 5를 유기적으로 결합한 전체 구성도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저 전원장치를 실제 적용한 Nd:YAG 레이저 장치의 구성도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저 전원장치의 단속부 및 트리거회로의 각 스위칭 소자의 게이트에 인가되는 게이트 입력파형도,
도 9는 본 발명의 펄스형 레이저 전원장치의 부하 플래쉬 램프의 전류 파형도,
도 10은 도 9의 한 펄스를 확대한 도면,
도 11은 본 발명의 단속부의 반복율에 따른 도 7의 레이저 장치의 출력도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저 전원장치를 실제 적용한 펄스형 CO2레이저 장치의 구성도,
도 13은 도 12의 출력 전압 파형도,
도 14는 일정 압력하에서 단속부의 펄스 반복율에 따른 도 12의 레이저 장치의 출력 특성 그래프,
도 15는 일정 반복율하에서 동작압력에 따른 도 12의 레이저 장치의 출력 특성 그래프이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 변압부 120 : 정류부
130 : 충방전부 140 : 단속부
150 : 제어부 160 : 트리거회로
170 : 부하
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전원 출력 제어 장치는, 복수개의 충전 소자로 이루어진 충방전 수단; 상기 각 충전 소자의 충전 및 방전 경로를 단속하는 단속수단; 및 상기 복수개의 충전 소자가 순차적으로 충전 및 방전되도록 상기 단속 수단의 단속 동작을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되되, 상기 단속수단은 전원의 입력단과 출력단 사이에 상호 직렬 접속된 한 쌍의 스위칭 소자가 다단의 병렬로 연결되어 있으며, 상기 충방전 수단은 상기 각 쌍의 스위칭 소자의 공통 접점에 일단이 연결되고 타단은 접지된 상기 복수개의 충전 소자로 구성된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 펄스형 레이저 전원장치는, 입력전원을 변압하는 변압수단; 상기 변압된 전원을 정류하는 정류수단; 복수개의 충전소자를 구비하여 상기 정류된 전원을 충방전하는 충방전 수단; 상기 각 충전 소자의 충전 및 방전 경로를 단속하는 단속수단; 및 상기 복수개의 충전 소자가 순차적으로 충전 및 방전되도록 상기 단속 수단의 단속 동작을 제어하는 제어수단을 포함하여 되며, 특히 상기 단속수단은 실리콘제어정류기(SCR)로 구성되되, 상기 제어수단의 제어에 따라 상기 실리콘제어정류기를 트리거 하는 트리거수단을 더 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 상기 충방전수단을 고가의 고주파용 콘덴서를 사용하지 않고 저가의 상용주파수용 콘덴서를 사용하여 구성하여도 그 콘덴서를 순차적으로 충·방전함으로써 충분한 충전시간을 확보할 수 있어 출력의 안정성을 높일 수 있으며, 아울러 상기 단속수단을 제어가 용이한 저가의 실리콘제어정류기를 사용하여 구성함으로써, 경제적인, 소형화된 고출력, 고반복 전원장치를 제작할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원 출력제어장치 및 펄스형 레이저 전원장치의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저 전원장치의 블록도로서, 입력전원을 변압하는 변압부(110); 상기 변압부(110)에 의해 변압된 전원을 정류하는 정류부(120); 복수개의 충전소자를 구비하여 상기 정류부(120)에 의해 정류된 전원을 충전 및 방전하는 충방전부(130); 상기 각 충전 소자의 충전 및 방전 경로를 단속하는 단속부(140); 및 상기 충방전부(13)의 상기 복수개의 충전 소자가 순차적으로 충전 및 방전되어 부하(170)에 안정된 전원이 공급되도록 상기 단속부(140)의 단속 동작을 제어하는 제어부(150)로 구성되어 있으며, 상기 단속부(140)의 스위칭소자를 실리콘제어정류기(SCR)로 구성할 경우, 상기 제어부(150)의 제어에 따라 상기 실리콘제어정류기를 트리거 하는 트리거회로(160)를 구비한다.
도 2는 도 1의 상기 변압부(110) 및 정류부(120)의 회로도로서, 상기 변압부(110)는 소정의 권수비에 따라 1차측으로 입력되는 전원을 변압하여 2차측으로 유도하는 변압기로 구성되어 있고, 상기 정류부(120)는 브리지형 전파정류회로로 구성되어 있으며, 상기 정류부(120)의 출력단에 상기 정류된 전원을 분압하도록저항(R1)과 콘덴서(C1)로 구성된 분압회로가 연결되어 있고, 및 그 분압된 전원의 출력방향에 순방향으로 다이오드(D1)가 연결되어 있다.
도 3은 도 1의 상기 충방전부(130), 상기 단속부(140) 및 상기 제어부(150)의 유기적 구성을 나타낸 회로도로서, 상기 단속부(140)는 상기 분압회로(R1,C1)와 상기 다이오드(D1)를 매개로 하는 상기 정류부(120)의 출력 신호를 단속하되, 입력단(①)과 출력단(③) 사이에 상호 순방향으로 직렬 접속된 한쌍의 실리콘제어정류기(S1과S4, S2와S5 또는 S3과S6)가 3단 병렬로 연결되어 있다. 상기 충방전부(130)는 상기 각 쌍의 실리콘제어정류기(S1과S4, S2와S5 또는 S3과S6)의 공통 접점에 일단이 연결되고 타단은 접지된 3개의 상용 주파수용 콘덴서(C2,C3,C4)로 구성되어 있다. 상기 제어부(150)는 상기 각 실리콘제어정류기(S1∼S6)의 게이트에 제어신호를 인가하여 그 실리콘제어정류기(S1∼S6)의 온/오프를 제어하도록 되어 있다. 또한, 상기 단속부(140)의 출력단에는 다이오드(D2)와 인덕터(L)이 직렬연결되어 있다. 상술된 바와 같이, 도 1의 상기 충방전부(130), 상기 단속부(140) 및 상기 제어부(150)의 결합 구성은 본 발명의 전원 출력제어장치로서, 도 1의 펄스형 레이저 전원장치에 적용된 일 실시예를 나타낸다.
도 4는 상기 트리거회로(160)를 나타낸 것으로서, 상기 변압기(110)의 1차측 권선의 전원 입력단(⑧)에 각각 순방향 및 역방향으로 연결된 2개의 다이오드(D3,D4), 상기 다이오드(D3)의 음극과 상기 다이오드(D4)의 양극 사이에 상호 직렬 연결되되 공통 접속점은 접지되어 있는 2개의 콘덴서(C5,C6), 상기 다이오드(D3)와 상기 콘덴서(C5)의 공통접점에 일단이 연결되고 타단은 상기다이오드(D4)와 상기 콘덴서(C6)의 공통접점에 연결된 저항(R2), 일단이 상기 콘덴서(C5)와 상기 저항(R2)의 공통접점에 연결된 저항(R3), 상기 저항( R3)의 타단에 저항(R4)을 매개로 애노드가 연결되고 캐소드는 상기 콘덴서(C6)와 상기 저항(R2)의 공통접점에 연결되고 게이트는 상기 제어부(150)에 연결되어 제어되는 실리콘제어정류기(S7), 상기 저항(R3,R4)의 공통접점에 일단이 연결된 콘덴서(C7), 상기 콘덴서(C7)의 타단에 양극이 연결되고 음극은 상기 실리콘제어정류기(S7)의 캐소드에 연결된 다이오드(D5), 음극이 상기 저항(R4)과 상기 콘덴서(C7)의 공통접점에 연결된 다이오드(D6), 및 상기 다이오드(D6)의 양극과 상기 다이오드(D5)의 음극에 양단이 연결된 1차측 권선과, 상기 다이오드(D2)와 인덕터(L)을 통한 상기 단속부(140)의 출력단(③)과 상기 접지(④) 사이에 도 5의 제논 플레쉬램프(Xe Flashlamp)와 같은 상기 부하(170)의 양단과 함께 양단이 연결된 2차측 권선을 가진 펄스변압기로 구성되어 있다.
도 6은 상기 도 1의 회로도로서, 상술된 도 2 내지 도 5를 유기적으로 결합한 전체 구성도이다.
이어, 상술된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 전원 출력제어장치 및 펄스형 레이저 전원장치의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 입력전원은 상기 변압부(110)를 통하여 변압되고, 상기 정류부(1200를 통하여 정류된 후, 상기 단속부(140)에 제공된다. 이때, 상기 제공되는 전원의 펄스 반복율이 150pps(pulse per second)라면, 상기 제어부(150)의 제어에 따른 상기 단속부(140)의 상기 실리콘제어정류기(S1∼S6)의 순차적인 온오프 동작으로 인해상기 충방전부(130)의 상기 콘덴서(C2∼C4)는 순차적으로 충방전되기 때문에, 각 콘덴서(C2,C3,C4)는 실제로 펄스반복율이 50pps 씩 동작하게 된다. 즉 150pps의 총 펄스반복율을 3개의 콘덴서(C2,C3,C4)가 3 등분하여 동작하므로, 기존의 단일 콘덴서가 펄스반복율 150pps로 구동 될 때에 비하여 콘덴서에 더 많은 에너지가 저장된다. 따라서, 그 콘덴서(C2,C3,C4)의 충전시간을 더 많이 확보하면서 고출력을 얻을 수 있다.
상기 콘덴서(C2∼C4)는, 상기 제어부(150)를 통하여 상기 각 실리콘제어정류기(S1∼S6)의 게이트 신호를 제어함으로서, 순차적인 충·방전 동작을 반복하게 되는 바, 2개의 실리콘제어정류기(S2,S4)가 온(ON) 시에는 상기 콘덴서(C2)에 충전된 에너지가 상기 부하 플래쉬램프(170)로 방전됨과 동시에 상기 콘덴서(C3)에 충전되기 시작하고, 다른 2개의 실리콘제어정류기(S1,S6)가 온(ON) 시에는 상기 콘덴서(C4)에 충전된 에너지가 상기 부하 플래쉬램프(170)로 방전됨과 동시에 상기 콘덴서(C2)에 충전되기 시작하며, 또 다른 2개의 실리콘제어정류기(S3,S5)가 온(ON) 시에는 상기 콘덴서(C3)에 충전된 에너지가 상기 부하 플래쉬램프(170)로 방전됨과 동시에 상기 콘덴서(C4)에 충전되기 시작한다. 이와 같은 3단 순차 충·방전 방식에서 각 콘덴서(C2,C3,C4)의 충·방전 순서는 선충전(FIRST-CHARGE), 후방전(LAST-DISCHARGE) 형식으로 순차적 충·방전되도록 상기 제어부(150)는 상술된 바와 같이 각 실리콘제어정류기(S1∼S6)의 온/오프 동작을 제어하도록 한다. 이때, 상기 오프 동작은 상기 트리거회로(160)의 실리콘제어정류기(S7)의 게이트에 통전 제어신호를 인가하여 상기 실리콘제어정류기(S1∼S6)를 트리거함으로써 이루어진다.
또한, 본 발명에서 구현한 새로운 방식인 3단 순차 충??방전 방식은 고정시킨 일정 주파수 방식에 의한 스위칭방식의 직류 고전압 발생장치로 위상차 제어회로에 의한 안정된 직류 고전압을 발생시킬 수 있고, 상기 저항(R1)과 상기 콘덴서(C1)으로 구성된 RC(Resistor and Condenser) 분압회로와 상기 인덕터(L) 및 콘덴서를 적절하게 조합함으로서 안정된 고전압 펄스를 만들어 수 있으며, 상기 제어부(150)에 의한 정밀제어가 가능하므로 단순하고 안정된 동작을 한다.
이와 같은 방식은 스위칭소자인 상기 실리콘제어정류기(S1∼S6)를 고임피던스 전원에서 낮은 레벨의 신호로 트리거 시킬 수 있고, 래칭커런트(latching current)는 대용량 SCR에 비해 매우 작기 때문에 고 유도성의 부하 등에 대해서도 펄스 게이트(Pulse Gate) 신호로 인버터(Inverter) 동작이 가능하다.
또한, 출력 단에 상기 펄스변압기(Pulse Transformer)를 사용하였는 바, 상기 펄스변압기를 사용 할 때에는 권선 간의 절연이 매우 중요하며 절연은 공급전압의 피크치(Peak value)를 유지할 수가 있을 정도의 용량을 가지지 않으면 안 된다. 실제 다른 방식들 중에는 낮은 임피던스를 가진 소자가 높은 게이트 임피던스를 가진 소자로의 게이트 신호를 바이패스(Bypass)시키는 것을 방지하기 위해 각 게이트(Gate)에 리드저항(Lead Resistor)을 넣거나 누설리액턴스에 의해 트랜스에 임피던스가 생기지 않도록 하는 이중의 복잡한 방식을 사용하기도 한다.
본 발명에서 제안된 방식의 시정수 RC(Resistor and Condenser)는 턴온시에 상기 저항(R1)에 의해 정해지므로, 상기 콘덴서(C2-C4)에 전하가 완전히 충전하도록 충분히 작게 하였다. 결국 상기 저항(R1)을 이용하여 게이트 전류의 피크치(Peak value)를 제한할 수 있으므로 손실을 증가시키지 않고 불균등한 부하의 영향을 줄일 수 있고, 상승시간이 빠른 펄스를 만들 수 있다.
도 7은 상술된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저 전원장치를 실제 적용한 Nd:YAG 레이저 장치의 구성도로서, 상기 부하(170)로서의 제논 플래쉬램프(xe flashlamp)에 전원을 공급하는 도 1의 전원장치(100); 캐비티(cavity), 제논 플래쉬램프(xe flashlamp), Nd:YAG Rod로 구성된 레이저 헤드와, 전반사경(Full mirror)과, 부분반사경(Partial mirror)으로 구성된 레이저 공진기(200); 및 상기 플래쉬램프(xe flashlamp)와 상기 Nd:YAG Rod를 냉각 시키기 위한 냉각장치(300)로 구성되어 있다.
도 7의 레이저 장치를, 입력전압 1000V, 펄스반복율 범위 30∼150pps, 상기 플래쉬 램프의 전류파형 측정장치는 오실로스크프와 0.001V/A 변류기, 및 레이저 장치의 레이저 출력 측정장치는 Nd:YAG용 에너지미터로 하는 조건에서 실험한 결과를 설명하면 다음과 같다.
도 8은 상기 제어부(150)로부터 상기 전원장치(100)의 각 실리콘제어정류기(S1∼S7)에 인가되는 파형도로서, 상기 제어부(150)는 쌍을 이루는 두 개의 실리콘어정류기(S2와S4, S1과S6, S3과S5)의 턴온 시간 동기를 쉽게 맞추기 위하여 단일접합트랜지스터(UJT)를 사용하지 않고 범용 클럭펄스 발생 집적회로(IC)로 널리 사용되고 있는 NE555를 사용한다. 또한 BCD 카운터 집적회로와 디코더 집적회로를 적절히 조합하여 이들의 출력 펄스를 상기 실리콘제어정류기(S7)에 인가하여 상기 실리콘제어정류기(S1∼S6)의 게이트 트리거로 사용한다.
또한, 상기 게이트 트리거펄스가 각 SCR의 턴오프 시간에 미치는 영향을 최소로 줄임과 동시에 목표로하는 최대 펄스반복율 180[pps]을 얻고자 구형파인 모든 게이트 트리거펄스를 미분회로로 거쳐 펄스폭이 짧은 파형으로 변환시켰다. 이렇게 변환된 펄스폭이 짧은 파형은 각 SCR 게이트 구동전류로는 미약하기에 고속 스위칭용 트랜지스터를 사용하여 전류 및 전압을 증폭시켰다.
이와 같이 한 후, 콘덴서에 충전전압을 1000[V], 본 발명에 따른 단속부(140)의 스위칭 반복율을 120[pps]로 했을 경우, 플래쉬램프의 전류파형은 도 9와 같으며, 부족제동(underdamping)이 거의 없는 안정된 동작을 함을 확인할 수 있으며, 도 10은 도 9의 한 펄스를 확대한 것으로서, 0.001V/A의 특성을 가지고 있는 펄스 변류기로 플래위 램프의 전류를 측정한 결과 충전 전압 1000[V]일 때 최대전류의 환산치는 800[A]가 됨을 알 수 있다.
또한, 도 11은 상기 단속부(140)의 스위칭 펄스반복율에 따른 도 7의 레이저 장치의 레이저 출력 특성을 나타낸 그래프로서, 충전전압을 1000[V ]인가했을 경우, 펄스 반복율을 30∼150[pps]까지, 30[pps]씩 증가시켰을 때, 레이저출력 특성을 나타낸다. 펄스반복율을 증가시킬수록 레이저 출력특성은 증가하는 반면 출력효율은 다소 감소하는 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 12는 상술된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저 전원장치를 실제 적용한 펄스형 CO2레이저 장치의 구성도로서, 본 장치에 전원을 공급하는 도 1의 전원장치(100); 방전관과, 전반사경(Full mirror)과, 부분반사경(Partial mirror)과, 두 개의 전극으로 구성된 레이저 공진기(400); 및 상기 방전관 및 출력을 안정화시키기 위한 냉각장치(500)로 구성되어 있다.
도 12와 같은 레이저 장치를, 광공진기 내의 동작압력 4∼16Torr, 펄스 반복율 범위 4∼180Hz, 가스 혼합 비율은 CO2:N2:He = 1:3:10으로, 레이저 출력 측정장치는 CO2 레이저용 에너지 미터로, 출력전압파형 측정장치는 오실로스크프와 1000:1 분압기로 하는 조건에서 실험한 결과를 설명하면 다음과 같다.
상기 조건에서, 광공진기내의 동작 압력을 12 Torr로하여 방전관에 고압의 펄스를 인가하였을 때 양 전극사이의 전압파형을 1000:1 분압기(Tektronix:P6015A Opt.1R)를 사용하여 측정하였을 경우, 도 13과 같은 파형이 나오고, 동 도면에서 알 수 있듯이 동작압력 12 Torr에서 글로우(Glow) 방전이 안정되게 지속될 때, 한 개의 펄스파형을 포착하여 펄스폭을 측정하였더니 약 80 ㎲였다.
또한, 일정 압력 하에서 펄스 반복율에 따른 도 12의 레이저 장치의 출력 특성은 도 14와 같으며, 도 14의 각 실험 데이터는 5회 실험한 결과의 평균치를 표시한 것으로, 4㎐에서 발진을 시작하여 180㎐에서 최대치에 도달하였고, 특히 12 Torr에서 최대 19.3 W를 얻었다. 이 때, 단상 교류 전력계(Hwashin사 모델명 7013)로 측정한 전기 입력은 약 160 W였으므로 출력 효율은 약 12 %가 된다. 본 실험에서는 SCR의 턴-온, 턴-오프가 소자 특성상 200Hz 이상에서는 안정되게 동작하지 않으므로 180Hz 까지만 실험하였다. 반복율이 증가함에 따라 레이저 출력도 증가하고있지만 그 증가폭이 120Hz 부터 점점 감소하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 광공진기 내의 동작압력에 따른 레이저 출력의 변화는, 도 15와 같이 나타나며, 이는 동작압력을 4 Torr에서 16 Torr까지 2 Torr씩 증가시키면서 출력을 측정한 것으로서, 반복율이 일정할 때 압력이 증가하면 출력도 증가하였지만 약 12 Torr 부근에서 최대치를 보이고 12 Torr 이상에서는 그 출력이 감소함을 알 수 있다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원 장치는, 고가의 고주파용 콘덴서 및 고가의 스위칭소자를 사용하지 않고, 저가의 상용주파수용 콘덴서 및 제어가 용이한 저가의 스위칭소자인 실리콘제어정류기(SCR)를 사용하여 고출력, 고반복 전원장치를 구현할 수 있으므로 전원장치의 제작단가를 저렴하게 할 수 있으며, 상용주파수용 콘덴서를 여러 단으로 연결하여 순차 충??방전함으로서 충전시간을 충분히 확보할 수 있어 안정적인 고압 펄스를 발생시켜 안정된 출력을 얻을 수 있는 매우 효과적이고, 안정된 전원장치이다

Claims (5)

  1. 전원 장치에 있어서,
    복수개의 충전 소자로 이루어진 충방전 수단;
    상기 각 충전 소자의 충전 및 방전 경로를 단속하는 단속수단; 및
    상기 복수개의 충전 소자가 순차적으로 충전 및 방전되도록 상기 단속 수단의 단속 동작을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전원 출력 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단속수단은 전원의 입력단과 출력단 사이에 상호 직렬 접속된 한 쌍의 스위칭 소자가 다단의 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전원 출력 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충방전 수단은 상기 각 쌍의 스위칭 소자의 공통 접점에 일단이 연결되고 타단은 접지된 상기 복수개의 충전 소자로 구성된 것을 특징으로 하는 전원 출력 제어 장치.
  4. 입력전원을 변압하는 변압수단;
    상기 변압된 전원을 정류하는 정류수단;
    복수개의 충전소자를 구비하여 상기 정류된 전원을 충방전하는 충방전 수단;
    상기 각 충전 소자의 충전 및 방전 경로를 단속하는 단속수단; 및
    상기 복수개의 충전 소자가 순차적으로 충전 및 방전되도록 상기 단속 수단의 단속 동작을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 펄스형 레이저 전원장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단속수단은 실리콘제어정류기(SCR)로 구성되되, 상기 제어수단의 제어에 따라 상기 실리콘제어정류기를 트리거 하는 트리거회로를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 펄스형 레이저 전원장치.
KR1019990052244A 1999-11-23 1999-11-23 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치 KR100317390B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990052244A KR100317390B1 (ko) 1999-11-23 1999-11-23 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990052244A KR100317390B1 (ko) 1999-11-23 1999-11-23 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010047855A KR20010047855A (ko) 2001-06-15
KR100317390B1 true KR100317390B1 (ko) 2001-12-24

Family

ID=19621452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990052244A KR100317390B1 (ko) 1999-11-23 1999-11-23 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100317390B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100966515B1 (ko) * 2009-10-23 2010-06-29 한국전기연구원 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치
WO2012105976A1 (en) * 2011-02-03 2012-08-09 Ipg Photonics Corporation System for driving pulsed laser diode pump
KR101780589B1 (ko) 2016-04-07 2017-09-21 주식회사 한화 레이저 자이로 및 이의 동작 방법
US11621540B2 (en) 2020-03-31 2023-04-04 Ipg Photonics Corporation High powered laser electronics

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100393260B1 (ko) * 2000-10-06 2003-07-31 김규 제로 크로싱 제어방식을 이용한 펄스파워 전원장치
KR100956112B1 (ko) * 2009-12-14 2010-05-07 조재원 용접기 인버터 회로 장치 및 그 구동 방법
WO2018016832A1 (ko) * 2016-07-19 2018-01-25 한국전기연구원 전원공급장치 및 이를 포함하는 레이저 장치
JP7132718B2 (ja) * 2018-01-17 2022-09-07 住友重機械工業株式会社 電源装置、レーザ装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100966515B1 (ko) * 2009-10-23 2010-06-29 한국전기연구원 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치
WO2012105976A1 (en) * 2011-02-03 2012-08-09 Ipg Photonics Corporation System for driving pulsed laser diode pump
US8724669B2 (en) 2011-02-03 2014-05-13 Ipg Photonics Corporation System for driving pulsed laser diode pump
KR101780589B1 (ko) 2016-04-07 2017-09-21 주식회사 한화 레이저 자이로 및 이의 동작 방법
US11621540B2 (en) 2020-03-31 2023-04-04 Ipg Photonics Corporation High powered laser electronics

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010047855A (ko) 2001-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7208882B2 (en) Lighting device for discharge lamp
US5895984A (en) Circuit arrangement for feeding a pulse output stage
JPH03226266A (ja) パルス電源装置
US8174202B2 (en) Lamp driving circuit
KR100317390B1 (ko) 전원 출력 제어 장치 및 그를 이용한 펄스형 레이저 전원장치
US20100123412A1 (en) Pulse generating circuit
JPH0990482A (ja) 閃光装置
US7944149B2 (en) Starting an electronic ballast
JPH08250288A (ja) 高圧放電ランプの駆動方法及び回路装置
KR100276020B1 (ko) 비선형 커패시터를 이용한 고압펄스발생 장치
US4069442A (en) Pulse circuit for gaseous discharge lamps
KR100393260B1 (ko) 제로 크로싱 제어방식을 이용한 펄스파워 전원장치
JP2870137B2 (ja) 高圧放電灯点灯装置
EP1686837A1 (en) Ignition circuit and ballast for a high intensity discharge lamp
JP4544718B2 (ja) 放電灯点灯装置
JPH01223789A (ja) 固体レーザ励起用ランプの電源装置
RU2114053C1 (ru) Установка для производства озона
JP2001274492A (ja) パルスレーザ電源
US20060097652A1 (en) Circuit and method for providing power to a load, especially a high-intensity discharge lamp
CN210518138U (zh) 一种用于氙灯的强脉冲光驱动电源及相应的光子嫩肤机
KR100347303B1 (ko) 메탈핼라이드 램프의 음향 공명 현상 감소 장치
RU2071171C1 (ru) Импульсный модулятор
JPS644312Y2 (ko)
JPH11135279A (ja) パルス発生装置及び放電灯点灯装置
JPWO2008123274A1 (ja) 高輝度放電ランプ点灯装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121031

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131105

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141106

Year of fee payment: 14

LAPS Lapse due to unpaid annual fee