KR20210081247A

KR20210081247A - 전원장치 및 레이저장치

Info

Publication number: KR20210081247A
Application number: KR1020200167950A
Authority: KR
Inventors: 야스히사 타사카
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2021-07-01
Also published as: TWI777322B; JP7455572B2; CN113098268A; TW202125959A; JP2021100348A

Abstract

부하의 동작개시시점부터, 부하를 안정적으로 동작시키는 것이 가능한 전원장치를 제공한다.
충전전원이, 간헐동작하는 부하의 동작에 동기하여, 콘덴서의 단자 간 전압을 전압목푯값에 근접시키는 충전동작을 행한다. 충전전원은, 콘덴서의 단자 간 전압이 제1 전압허용범위로부터 벗어나면, 콘덴서의 단자 간 전압을 전압목푯값에 근접시키는 보조충방전동작을 행하는 제1 동작모드와, 콘덴서의 단자 간 전압이 제1 전압허용범위보다 좁은 제2 전압허용범위로부터 벗어나면, 보조충방전동작을 행하는 제2 동작모드로 전환하는 기능을 구비하고 있다.

Description

전원장치 및 레이저장치{POWER SUPPLY APPARATUS AND LASER APPARATUS}

본 출원은 2019년 12월 23일에 출원된 일본 특허출원 제2019-231735호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 전원장치 및 레이저장치에 관한 것이다.

산업용의 가공툴로서, 레이저가공장치가 널리 보급되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 레이저가공장치는, 예를 들면 탄산가스레이저발진기 등의 펄스레이저발진기, 고주파전원, 및 전원장치를 포함한다. 전원장치는 고주파전원에 직류전력을 공급하고, 고주파전원은, 직류전력을 교류전력으로 변환하여, 레이저발진기의 방전전극에 공급한다.

전원장치는 콘덴서를 갖고, 이 콘덴서에 고주파전원 등의 부하가 접속된다. 콘덴서에 직류전력이 축적되고, 콘덴서로부터 부하에 직류전력이 공급된다. 부하에 의하여 전력이 소비되면 콘덴서의 단자 간 전압이 저하된다. 전원장치는, 콘덴서의 단자 간 전압(전원장치의 출력전압)을 목푯값에 근접시키는 피드백제어를 행한다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2002-254186호

부하가 대기상태일 때, 즉 부하에 의하여 거의 전력이 소비되지 않는 상태일 때에도, 자연방전이나, 대기 시의 약간의 전력소비에 의하여, 출력전압이 서서히 저하된다. 출력전압이 저하되어 전압허용범위로부터 벗어나면, 출력전압을 목푯값으로 되돌리는 피드백제어를 행한다.

출력전압이 전압허용범위의 하한값 근방일 때에 부하가 동작을 개시하면, 부하의 동작에 의하여 전원장치의 출력전압이 저하되어 전압허용범위로부터 크게 벗어나 버리는 경우가 있다. 출력전압이 전압허용범위로부터 크게 벗어나면, 부하에 공급되는 전력이 감소되어, 부하의 동작의 안정성이 저하되어 버린다.

본 발명의 목적은, 부하의 동작개시시점부터, 부하를 안정적으로 동작시키는 것이 가능한 전원장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 이 전원장치를 탑재한 레이저장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 관점에 의하면,

간헐동작하는 부하의 동작에 동기하여, 콘덴서의 단자 간 전압을 전압목푯값에 근접시키는 충전동작을 행하는 충전전원을 갖고,

상기 충전전원은,

상기 콘덴서의 단자 간 전압이 제1 전압허용범위로부터 벗어나면, 상기 콘덴서의 단자 간 전압을 상기 전압목푯값에 근접시키는 보조충방전동작을 행하는 제1 동작모드와,

상기 콘덴서의 단자 간 전압이 상기 제1 전압허용범위보다 좁은 제2 전압허용범위로부터 벗어나면, 상기 보조충방전동작을 행하는 제2 동작모드를 전환하는 기능을 구비한 전원장치가 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 의하면,

간헐동작하는 부하가 접속되는 콘덴서와,

상기 부하의 동작에 동기하여, 상기 콘덴서의 단자 간 전압을 전압목푯값에 근접시키는 충전동작을 행하는 충전전원을 갖고,

상기 충전전원은,

로우사이드스위칭소자를 구비한 스위칭컨버터를 포함하며, 상기 로우사이드스위칭소자의 스위칭을 행함으로써 상기 충전동작을 행하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온(ON)시간에 따른 전류를 상기 콘덴서에 공급하고,

상기 전압목푯값으로부터의 상기 콘덴서의 단자 간 전압의 편차, 및 상기 부하의 동작 시에 있어서의 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간의 실제의 값에 근거하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간을 결정하는 기능을 구비한 전원장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면,

방전전극을 구비하고, 펄스발진하는 레이저발진기와,

트리거신호에 동기하여 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상기 방전전극에 펄스적으로 공급하는 고주파전원과,

상기 고주파전원에 직류전력을 공급하는 전원장치를 가지며,

상기 전원장치는,

상기 고주파전원에 공급하는 직류전력을 축적하는 콘덴서와,

상기 트리거신호에 동기하여, 상기 콘덴서의 단자 간 전압을 전압목푯값에 근접시키는 충전동작을 행하는 충전전원을 갖고,

상기 충전전원은,

상기 콘덴서의 단자 간 전압이 상기 제1 전압허용범위보다 좁은 제2 전압허용범위로부터 벗어나면, 상기 보조충방전동작을 행하는 제2 동작모드를 전환하는 기능을 구비한 레이저장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면,

방전전극을 구비하고, 펄스발진하는 레이저발진기와,

트리거신호에 동기하여 상기 방전전극에 교류전력을 펄스적으로 공급하는 고주파전원과,

상기 전원장치는,

상기 충전전원은,

로우사이드스위칭소자를 구비한 스위칭컨버터를 포함하며, 상기 로우사이드스위칭소자의 스위칭을 행함으로써 상기 충전동작을 행하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간에 따른 전류를 상기 콘덴서에 공급하고,

상기 전압목푯값으로부터의 상기 콘덴서의 단자 간 전압의 편차, 및 상기 충전동작을 행했을 때의 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간의 실제의 값에 근거하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간을 결정하는 기능을 구비한 레이저장치가 제공된다.

제2 동작모드가 제1 동작모드로 전환된 시점에서, 콘덴서의 단자 간 전압은 상대적으로 좁은 제2 허용범위에 들어가 있다. 콘덴서의 단자 간 전압이, 보다 넓은 제1 전압허용범위 내에서 변동하고 있는 경우와 비교하여, 제1 동작모드의 개시시점부터, 부하를 안정적으로 동작시키는 것이 가능하다.

도 1은, 실시예에 의한 전원장치의 일부를 등가회로로 나타낸 전원장치의 블록도, 및 전원장치의 부하의 블록도이다.
도 2는, 트리거신호, 로우사이드스위칭소자의 온오프상태, 리액터를 흐르는 전류, 콘덴서를 흐르는 전류, 및 콘덴서의 단자 간 전압의 시간변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 컨버터컨트롤러의 피드백제어의 기능을 나타내는 블록도이다.
도 4는, 주충전제어부의 제어에 의한 충전 후의 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)의 하한값을 하회하고 있는 경우의, 트리거신호(Trg), 출력전압(VC), 로우사이드스위칭소자(Q1)의 온오프상태, 및 콘덴서를 흐르는 전류(IC)의 시간변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 주충전제어부의 제어에 의한 충전 후의 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)의 상한값을 상회하고 있는 경우의, 트리거신호(Trg), 출력전압(VC), 로우사이드스위칭소자(Q1)의 온오프상태, 하이사이드스위칭소자(Q2)의 온오프상태, 및 콘덴서를 흐르는 전류(IC)의 시간변화를 나타내는 그래프이다.
도 6의 6A는, 부하가 대기 중으로부터 가동 중으로 전환되는 시점의 전후의 기간의 출력전압(VC)의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 6의 6B는, 비교예에 의한 피드백제어방법을 적용하는 경우에, 부하가 대기 중으로부터 가동 중으로 전환되는 시점의 전후의 기간의 출력전압(VC)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 다른 실시예에 의한 전원장치에 탑재된 컨버터컨트롤러의 피드백제어의 기능을 나타내는 블록도이다.
도 8은, 온시간설정부에 기억되는 온시간최종값(TonL)을 기억하는 테이블을 나타내는 도표이다.
도 9의 9A는, 부하의 동작조건과, 가산기에 부여되는 온시간설정값(TonS)의 시간변화의 일례를 나타내는 도이며, 도 9의 9B는, 동작조건이 ID00, ID01의 사이에서 전환되는 경우의, 부하의 동작조건과, 가산기에 부여되는 온시간설정값(TonS)의 시간변화의 일례를 나타내는 도이다.
도 10은, 또 다른 실시예에 의한 레이저장치의 블록도이다.
도 11은, 출력장치에 표시된 화상의 일례를 나타내는 도이다.
도 12는, 현시점의 온시간최종값(TonL)이 출력장치에 표시된 상태의 화상의 일례를 나타내는 도이다.

도 1~도 6의 6B를 참조하여, 실시예에 의한 전원장치에 대하여 설명한다.

도 1은, 실시예에 의한 전원장치의 일부를 등가회로로 나타낸 전원장치의 블록도, 및 전원장치의 부하의 블록도이다. 전원장치(10)가, 충전전원(20) 및 콘덴서(40)를 포함한다. 충전전원(20)에 외부전원(70)으로부터 전압(Vin)의 직류전력이 공급된다. 충전전원(20)은, 전압(Vin)을 승압하여 콘덴서(40)를 충전한다. 콘덴서(40)의 단자 간 전압이 전원장치(10)의 출력전압(VC)이 된다.

콘덴서(40)에 부하(50)가 접속되어 있다. 부하(50)는, 상위컨트롤러(60)로부터의 트리거신호(Trg)에 근거하여 간헐동작한다. 부하(50)는, 고주파전원(51) 및 레이저발진기(52)를 포함한다. 레이저발진기(52)는, 예를 들면 탄산가스레이저발진기 등의 가스레이저발진기이며, 한 쌍의 방전전극(53)을 구비하고 있다. 고주파전원(51)은, 상위컨트롤러(60)로부터의 트리거신호(Trg)에 근거하여, 전원장치(10)로부터 공급된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 레이저발진기(52)의 방전전극(53)에 공급한다. 고주파전원(51)으로서, 예를 들면 인버터가 이용된다. 콘덴서(40)는, 그 단체(單體)로 부하(50)에 전력을 공급하는 축전디바이스와 같은 직류전원으로 파악할 수 있다. 이와 같은 콘덴서는, 뱅크콘덴서라고 불리는 경우가 있다.

충전전원(20)은, 스위칭컨버터(25), 및 컨버터컨트롤러(30)를 포함한다. 콘덴서(40)는, 부하(50)의 1회의 동작사이클의 방전과정에 있어서도, 출력전압(VC)이 허용범위의 하한값을 하회하지 않는 큰 정전용량을 갖는다. 충전전원(20)은, 트리거신호(Trg)에 동기하여, 콘덴서(40)를 충전하는 충전동작을 행한다.

스위칭컨버터(25)는, 승압컨버터의 토폴로지를 갖는다. 구체적으로는, 스위칭컨버터(25)는, 로우사이드스위칭소자(Q1), 하이사이드스위칭소자(Q2), 프리휠다이오드(D1, D2), 및 리액터(L)를 포함한다. 로우사이드스위칭소자(Q1) 및 하이사이드스위칭소자(Q2)로서, 전계효과트랜지스터(FET), 바이폴러트랜지스터, 절연(絶緣)게이트바이폴러트랜지스터(IGBT) 등을 이용할 수 있다. 컨버터컨트롤러(30)는, 로우사이드스위칭소자(Q1) 및 하이사이드스위칭소자(Q2)의 온오프를 제어한다.

외부전원(70), 리액터(L), 및 로우사이드스위칭소자(Q1)에 의하여, 하나의 폐회로가 구성된다. 로우사이드스위칭소자(Q1)에 프리휠다이오드(D1)가 접속되어 있다. 또한, 외부전원(70), 리액터(L), 하이사이드스위칭소자(Q2), 및 콘덴서(40)에 의하여, 다른 하나의 폐회로가 구성된다. 하이사이드스위칭소자(Q2)에 프리휠다이오드(D2)가 접속되어 있다.

로우사이드스위칭소자(Q1)를 온상태로 하고, 그 후 오프상태로 되돌리면, 전압(Vin)이 승압되어 콘덴서(40)의 충전이 행해져, 출력전압(VC)이 상승한다. 스위칭소자를 온상태로 하고, 그 후 오프상태로 되돌리는 제어를, 스위칭이라고 한다. 하이사이드스위칭소자(Q2)의 스위칭을 행하면, 콘덴서(40)로부터 외부전원(70)에 전력이 되돌려져, 콘덴서(40)의 출력전압(VC)이 저하된다.

상위컨트롤러(60)가, 컨버터컨트롤러(30) 및 고주파전원(51)에, 트리거신호(Trg)를 부여한다. 고주파전원(51)은, 트리거신호(Trg)에 동기하여, 수 kHz 정도의 반복주파수, 듀티비 5% 정도로 간헐동작한다. 고주파전원(51)의 동작에 의하여, 콘덴서(40)가 방전되어 방전전극(53)에 교류전력이 공급된다. 이로써, 방전전극(53)의 사이의 공간에 방전이 발생하고, 1숏의 펄스레이저빔이 출력된다. 예를 들면, 트리거신호(Trg)는 하이레벨과 로우레벨의 2값을 취하고, 트리거신호(Trg)가 하이레벨인 기간, 고주파전원(51)이 방전전극(53)에 교류전력을 공급한다.

컨버터컨트롤러(30)는, 트리거신호(Trg)에 동기하여, 스위칭컨버터(25)를 동작시켜, 콘덴서(40)의 충전을 행한다. 이때의 충전전력량은, 트리거신호(Trg)의 1회분의 콘덴서(40)의 방전전력량에 상당하도록 설정된다.

다음으로, 도 2를 참조하여, 트리거신호(Trg)의 1회분에 상당하는 로우사이드스위칭소자(Q1)의 스위칭을 행할 때의 스위칭컨버터(25)의 동작에 대하여 설명한다.

도 2는, 트리거신호(Trg), 로우사이드스위칭소자(Q1)의 온오프상태, 리액터(L)를 흐르는 전류(IL), 콘덴서(40)를 흐르는 전류(IC), 및 출력전압(VC)의 시간변화를 나타내는 그래프이다. 시각 t0에 있어서 트리거신호(Trg)가 발생하고, 여진기간(Pex)이 경과한 시점(시각 t1)에서 소멸된다. 트리거신호(Trg)의 발생시점(시각 t0)에 있어서, 출력전압(VC)은 전압허용범위(Var) 내에 들어가 있다.

트리거신호(Trg)가 발생하면, 여진기간(Pex) 동안, 부하(50)가 동작한다. 부하(50)의 동작에 의하여 콘덴서(40)의 전하가 방전되고, 출력전압(VC)이 저하폭(ΔV)만큼 저하된다. 콘덴서(40)의 용량이 방전량에 비하여 충분히 크기 때문에, 출력전압(VC)은 전압허용범위(Var)의 하한값을 하회하지 않는다.

컨버터컨트롤러(30)는, 트리거신호(Trg)에 동기하여 로우사이드스위칭소자(Q1)를 스위칭한다. 예를 들면, 컨버터컨트롤러(30)는, 트리거신호(Trg)의 발생과 동시에, 로우사이드스위칭소자(Q1)를 온상태로 한다. 그 후, 컨버터컨트롤러(30)는, 로우사이드스위칭소자(Q1)를 온상태로 한 시점부터 온시간(Ton1)이 경과한 시점(시각 t2)에 오프상태로 되돌린다. 온시간(Ton1)은 여진기간(Pex)보다 길다.

로우사이드스위칭소자(Q1)가 온상태로 되어 있는 기간, 리액터(L)에 흐르는 전류(IL)가 증가한다. 이때, 전류(IL)는 로우사이드스위칭소자(Q1)에 흐르기 때문에, 콘덴서(40)에 흘러드는 전류(IC)는 제로이다. 이 때문에, 트리거신호(Trg)가 소멸된 시점(시각 t1)부터 로우사이드스위칭소자(Q1)가 오프상태가 되는 시점(시각 t2)까지의 기간은, 콘덴서(40)의 출력전압(VC)은 대략 일정하다.

시각 t2에 있어서 로우사이드스위칭소자(Q1)가 오프상태가 되면, 리액터(L)를 흐르고 있던 전류(IL)가 프리휠다이오드(D2)를 통하여 콘덴서(40)에 흐르기 시작한다. 이로써, 콘덴서(40)를 흐르는 전류(IC)가 발생하고, 출력전압(VC)이 상승하기 시작한다. 리액터(L)를 흐르는 전류(IL) 및 콘덴서(40)를 흐르는 전류(IC)는, 시간의 경과와 함께 감소하여, 시각 t3에 있어서 대략 제로가 된다.

시각 t2부터 시각 t3까지의 출력전압(VC)의 상승폭은, 온시간(Ton1)에 의존한다. 온시간(Ton1)은, 출력전압(VC)의 상승폭이 부하(50)의 1회의 동작사이클에 의한 콘덴서(40)의 출력전압의 저하폭(ΔV)과 대략 동일해지도록 설정되어 있다. 이 때문에, 출력전압(VC)은, 시각 t3에 있어서 대략 본래의 전압레벨까지 회복한다.

온시간(Ton1)을 고정값으로 하면, 부하변동이나 입력전압변동 등에 기인하여, 출력전압(VC)의 상승폭이 저하폭(ΔV)과 동일하지 않은 경우가 발생할 수 있다. 출력전압(VC)의 상승폭과 저하폭(ΔV)이 동일하지 않은 상태가 계속되면, 출력전압(VC)이 전압허용범위(Var)로부터 벗어나 버린다. 본 실시예에서는, 컨버터컨트롤러(30)는, 출력전압(VC)을 전압목푯값(Vref)에 근접시키는 것 같은 피드백제어를 행한다.

도 3은, 컨버터컨트롤러(30)의 피드백제어의 기능을 나타내는 블록도이다. 컨버터컨트롤러(30)의 피드백제어기능의 주요부는, 소프트웨어프로그램과 그것을 실행하는 프로세서와의 조합으로 실현해도 되고, 하드웨어로 실현해도 된다.

컨버터컨트롤러(30)는, 피드백제어부(31) 및 펄스폭변조기(32)를 포함한다. 피드백제어부(31)는, 주충전제어부(313), 보조충방전제어부(314), 동작모드전환부(318), 및 유효제어부선택부(317)를 포함한다. 유효제어부선택부(317)는, 주충전제어부(313) 및 보조충방전제어부(314) 중 일방을 유효하게 한다. 동작모드전환부(318)로 설정되어 있는 동작모드에 의하여, 주충전제어부(313)가 유효한 상태로부터 보조충방전제어부(314)가 유효한 상태로 전환하는 조건이 다르다. 유효하게 된 제어부에 의하여 피드백제어가 행해진다.

먼저, 주충전제어부(313)가 유효하게 되어 있을 때의 제어에 대하여 설명한다. 소정의 동작사이클의 충전 후의 출력전압(VC)이 AD컨버터(35)에 의하여 디지털값으로 변환된다. 감산기(311)가, 전압목푯값(Vref)으로부터 출력전압(VC)을 감산함으로써, 전압목푯값(Vref)으로부터의 출력전압(VC)의 편차(Verr)를 생성한다. 주충전제어부(313)는, 편차(Verr)가 제로에 근접하도록, 다음의 동작사이클의 온시간보정값(ΔTon1)을 생성한다. 주충전제어부(313)에서는, PID제어 또는 PI제어가 채용된다.

가산기(315)에 의하여, 온시간고정값(TonF)과 온시간보정값(ΔTon1)이 가산되고, 다음의 동작사이클의 온시간(Ton1)이 결정된다. 결정된 온시간(Ton1)에 근거하여, 펄스폭변조기(32)가 스위칭컨버터(25)를 제어한다. 이로써, 출력전압(VC)이 전압목푯값(Vref)에 근접하도록 피드백제어가 행해진다.

다음으로, 보조충방전제어부(314)가 유효하게 되어 있을 때의 제어에 대하여 설명한다. 보조충방전제어부(314)는, 출력전압(VC)이 전압허용범위(Var)(도 2)로부터 벗어났을 때에, 유효제어부선택부(317)에 의하여 유효하게 된다. 보조충방전제어부(314)에서는, P제어, PI제어, 또는 PID제어가 채용된다. 보조충방전제어부(314)는, 편차(Verr)가 제로에 근접하도록, 온시간(Ton2)을 생성한다. 펄스폭변조기(32)는, 온시간(Ton2)에 근거하여, 스위칭컨버터(25)를 제어한다. 출력전압(VC)이 전압허용범위(Var)(도 2)로부터 벗어났을 때에, 보조충방전제어부(314)를 유효하게 하여, 스위칭컨버터(25)를 제어하는 동작을, 보조충방전동작이라고 한다.

동작모드전환부(318)는, 상위컨트롤러(60)로부터 간헐적으로 트리거신호(Trg)가 출력되고 있는지 여부에 근거하여, 충전전원(20)(도 1)의 동작모드를 전환한다. 상위컨트롤러(60)가 부하(50)를 간헐동작시키고 있는 기간(이하, 가동 중이라고 함)은, 충전전원(20)의 동작모드를 제1 동작모드로 설정해 둔다. 상위컨트롤러(60)가 부하(50)를 가동시키지 않고, 부하(50)가 대기 중일 때에는, 충전전원(20)의 동작모드를 제2 동작모드로 설정한다. 이와 같이, 동작모드전환부(318)는, 제1 동작모드와 제2 동작모드의 전환을 행한다.

충전전원(20)의 동작모드가 제1 동작모드일 때와 제2 동작모드일 때에서, 전압허용범위(Var)(도 2)가 다르다. 제1 동작모드일 때의 전압허용범위를 제1 전압허용범위(Var1)라고 하고, 제2 동작모드일 때의 전압허용범위를 제2 전압허용범위(Var2)라고 하기로 한다. 제1 전압허용범위(Var1) 및 제2 전압허용범위(Var2)의 크기를 특정하는 정보는, 동작모드전환부(318)에 기억되어 있다.

다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여, 충전전원(20)의 동작모드가 제1 동작모드일 때의 제어에 대하여 설명한다. 충전전원(20)의 동작모드가 제1 동작모드일 때, 상위컨트롤러(60)가 고주파전원(51)(도 1) 및 컨버터컨트롤러(30)(도 1)에 간헐적으로 트리거신호(Trg)를 공급함으로써, 부하(50)를 가동시킨다.

도 4는, 주충전제어부(313)의 제어에 의한 충전 후의 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)의 하한값을 하회하고 있는 경우의, 트리거신호(Trg), 출력전압(VC), 로우사이드스위칭소자(Q1)의 온오프상태, 및 콘덴서(40)를 흐르는 전류(IC)의 시간변화를 나타내는 그래프이다. 시각 t0에서 트리거신호(Trg)가 발생함과 함께, 로우사이드스위칭소자(Q1)가 온상태가 된다. 시각 t1에서 트리거신호(Trg)가 소멸되고, 시각 t2에서 로우사이드스위칭소자(Q1)가 오프상태가 된다. 로우사이드스위칭소자(Q1)의 온시간(Ton1)은, 주충전제어부(313)(도 1)에 의하여 생성된 온시간보정값(ΔTon1)과, 온시간고정값(TonF)을 합계함으로써 결정된다.

로우사이드스위칭소자(Q1)가 오프상태가 되면, 콘덴서(40)를 충전하는 전류(IC)가 발생하고, 출력전압(VC)이 상승하기 시작한다. 콘덴서(40)를 충전하는 전류(IC)가 대략 제로가 된 시각 t3에 있어서, 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)의 하한값까지 도달하고 있지 않다. 이와 같은 상황은, 예를 들면 트리거신호(Trg)의 발생시각 t0에 있어서의 출력전압(VC)이, 제1 전압허용범위(Var1)의 하한값에 가깝고, 부하(50)(도 1)의 1회의 동작사이클에 의한 소비전력이 상정값보다 컸던 경우에 발생할 수 있다.

유효제어부선택부(317)(도 3)는, 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)의 하한값보다 낮은 것을 검지하면, 보조충방전제어부(314)를 유효하게 한다. 제1 전압허용범위(Var1)의 하한값 및 상한값을 특정하는 정보는, 동작모드전환부(318)로부터 유효제어부선택부(317)에 부여된다. 보조충방전제어부(314)는, 출력전압(VC)이 전압목푯값(Vref)에 근접하도록, 온시간(Ton2)을 생성한다.

펄스폭변조기(32)는, 온시간(Ton2)만큼 로우사이드스위칭소자(Q1)를 온상태로 한다. 로우사이드스위칭소자(Q1)가 온상태로부터 오프상태로 전환된 시각 t4 후, 콘덴서(40)를 충전하는 전류(IC)가 흘러, 출력전압(VC)이 상승한다. 출력전압(VC)의 상승폭은 온시간(Ton2)에 의존하고, 온시간(Ton2)은, 전압목푯값(Vref)으로부터의 출력전압(VC)의 편차(Verr)가 제로에 근접하도록 결정되어 있기 때문에, 출력전압(VC)은 전압목푯값(Vref)에 근접한다. 이로써, 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1) 내에 들어간다.

도 5는, 주충전제어부(313)의 제어에 의한 충전 후의 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)의 상한값을 상회하고 있는 경우의, 트리거신호(Trg), 출력전압(VC), 로우사이드스위칭소자(Q1)의 온오프상태, 하이사이드스위칭소자(Q2)의 온오프상태, 및 콘덴서(40)를 흐르는 전류(IC)의 시간변화를 나타내는 그래프이다. 1회의 동작사이클 후, 콘덴서(40)를 충전하는 전류(IC)가 대략 제로가 된 시각 t3에 있어서, 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)의 상한값을 초과하고 있다. 이와 같은 상황은, 예를 들면 트리거신호(Trg)의 발생시각 t0에 있어서의 출력전압(VC)이, 제1 전압허용범위(Var1)의 상한값에 가깝고, 부하(50)(도 1)의 1회의 동작사이클에 의한 소비전력이 상정값보다 작았던 경우에 발생할 수 있다.

유효제어부선택부(317)(도 3)는, 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)의 상한값을 상회하고 있는 것을 검지하면, 보조충방전제어부(314)를 유효하게 한다. 보조충방전제어부(314)는, 출력전압(VC)이 전압목푯값(Vref)에 근접하도록, 온시간(Ton2)을 생성한다. 현시점의 출력전압(VC)이 전압목푯값(Vref)보다 높은 경우에는, 온시간(Ton2)으로서 음의 값을 생성한다.

펄스폭변조기(32)는, 온시간(Ton2)이 음일 때, 온시간(Ton2)의 절댓값에 상당하는 시간만큼 하이사이드스위칭소자(Q2)를 온상태로 한다. 하이사이드스위칭소자(Q2)가 온상태인 동안, 콘덴서(40)를 방전하는 전류(IC)가 흘러, 출력전압(VC)이 저하된다. 출력전압(VC)의 저하폭은 온시간(Ton2)의 절댓값에 의존하고, 온시간(Ton2)은, 전압목푯값(Vref)으로부터의 출력전압(VC)의 편차(Verr)가 제로에 근접하도록 결정되어 있기 때문에, 출력전압(VC)은 전압목푯값(Vref)에 근접한다. 이로써, 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1) 내에 들어간다.

도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 충전전원(20)의 동작모드가 제1 동작모드일 때, 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)로부터 벗어나면, 제1 전압허용범위(Var1)에 들어가도록 피드백제어된다.

다음으로, 도 6의 6A를 참조하여, 충전전원(20)의 동작모드가 제2 동작모드일 때의 피드백제어에 대하여 설명한다.

도 6의 6A는, 부하(50)가 대기 중으로부터 가동 중(간헐동작 상태)으로 전환되는 시점의 전후의 기간의 출력전압(VC)의 변화를 나타내는 그래프이다. 제2 전압허용범위(Var2)는, 제1 전압허용범위(Var1)보다 좁고, 제1 전압허용범위(Var1)에 포함되어 있다.

충전전원(20)의 동작모드가 제2 동작모드일 때, 부하(50)의 간헐동작은 행해지지 않지만, 다양한 원인에 의하여 콘덴서(40)의 출력전압(VC)이 서서히 저하된다. 예를 들면, 콘덴서(40)가 자연방전함으로써 출력전압(VC)이 저하된다. 또, 레이저발진기(52)(도 1)로부터 펄스레이저빔이 출력되고 있지 않은 대기 중일 때에도, 레이저발진이 발생하지 않을 정도의 단시간, 방전전극(53)(도 1)에 고주파전력을 공급하는 경우가 있다. 이와 같이, 레이저발진이 발생하지 않을 정도의 단시간 공급되는 고주파전력의 펄스는 시머펄스라고 한다. 방전전극(53)에 시머펄스를 공급함으로써, 출력전압(VC)이 저하된다.

충전전원(20)의 동작모드가 제2 동작모드인 기간에, 출력전압(VC)이 제2 전압허용범위(Var2)의 하한값 미만이 되면, 유효제어부선택부(317)(도 3)가 보조충방전제어부(314)를 유효하게 한다. 이로써, 온시간(Ton2)(도 3)에 따라 콘덴서(40)가 충전되고, 출력전압(VC)이 상승하여 전압목푯값(Vref)에 근접한다. 그 결과, 부하(50)가 대기 중인 기간, 출력전압(VC)이 대략 제2 전압허용범위(Var2) 내에 들어가도록 제어된다.

부하(50)가 가동 중이 되면, 충전전원(20)은 제2 동작모드로부터 제1 동작모드로 전환된다. 이로써, 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)에 들어가도록 제어된다.

다음으로, 도 6의 6B에 나타낸 비교예와 비교하면서, 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.

도 6의 6B는, 비교예에 의한 피드백제어방법을 적용하는 경우에, 부하(50)가 대기 중으로부터 가동 중으로 전환되는 시점의 전후의 기간의 출력전압(VC)의 변화를 나타내는 그래프이다. 비교예에서는, 대기 중의 전압허용범위와 가동 중의 전압허용범위가 동일하다. 예를 들면, 비교예에 있어서의 전압허용범위를, 도 6의 6A의 제1 전압허용범위(Var1)와 동일하게 한다.

부하(50)가 대기 중일 때에, 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)에 들어가도록 피드백제어된다. 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)의 하한값 근방에 위치하는 시점에서 부하(50)가 가동 중이 되면, 첫회의 동작사이클에 있어서 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)로부터 크게 벗어나 버린다. 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1)로부터 크게 벗어나면, 부하(50)에 공급되는 교류전력이 저하된다. 이 때문에, 레이저발진기(52)(도 1)로부터 출력되는 펄스레이저빔의 1펄스당 에너지(이하, 펄스에너지라고 함)가 목푯값보다 저하되어 버린다. 그 결과, 레이저가공의 품질이 저하된다.

이것에 대하여 도 6의 6A에 나타낸 실시예에 있어서는, 대기 중에 있어서의 출력전압(VC)이, 제1 전압허용범위(Var1)보다 좁은 제2 전압허용범위(Var2)에 들어가도록 피드백제어된다. 이 때문에, 가동 중이 된 첫회의 동작사이클 시점에 있어서의 출력전압(VC)의 편차가 작아진다. 그 결과, 첫회의 동작사이클부터, 안정된 교류전력을 부하(50)에 공급할 수 있다. 이로써, 레이저가공품질의 저하를 억제할 수 있다.

부하(50)가 가동 중이 된 후의 첫회의 동작사이클 시의 출력전압(VC)의 편차를 억제하는 충분한 효과를 얻기 위하여, 제2 전압허용범위(Var2)의 크기를, 제1 전압허용범위(Var1)의 크기의 1/5 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 첫회의 동작사이클에 있어서 저하된 출력전압(VC)이 제1 전압허용범위(Var1) 내에 들어가도록, 제2 전압허용범위(Var2)의 하한값을, 제1 전압허용범위(Var1)의 중앙값 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 실시예에 의한 충전전원(20)은, 도 1에 나타낸 고주파전원(51)에 전력을 공급하는 콘덴서(40) 이외의 다른 콘덴서를 충전하기 위한 충전전원으로서 이용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 상기 실시예에 의한 충전전원(20)은, 간헐동작하는 부하에 접속되어, 이 부하에 전력을 공급하는 콘덴서를 충전하기 위한 충전전원에 적용할 수 있다.

다음으로, 도 7~도 9의 9B를 참조하여, 다른 실시예에 의한 전원장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 6의 6A에 나타낸 실시예에 의한 전원장치와 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 7은, 본 실시예에 의한 전원장치에 탑재된 컨버터컨트롤러(30)의 피드백제어의 기능을 나타내는 블록도이다. 도 3에 나타낸 실시예에서는, 가산기(315)로의 입력파라미터가, 일정한 온시간고정값(TonF)이다. 이것에 대하여 본 실시예에서는, 온시간설정부(316)로부터 온시간설정값(TonS)이, 가산기(315)에 입력된다.

다음으로, 온시간설정부(316)의 기능에 대하여 설명한다. 상위컨트롤러(60)로부터 온시간설정부(316)에, 동작조건식별정보(ID) 및 트리거신호(Trg)가 입력된다. 동작조건식별정보(ID)는, 부하(50)의 동작조건을 특정하기 위한 정보이다. 예를 들면, 레이저발진기(52)(도 1)는, 펄스에너지, 펄스폭 등의 다양한 동작조건에 근거하여 펄스레이저빔을 출력한다. 동작조건식별정보(ID)에 의하여, 이들 동작조건이 특정된다. 부하(50)의 동작조건이 다르면, 일반적으로 1회의 동작사이클의 소비전력이 다르다. 이 때문에, 동작조건이 다르면, 1회의 동작사이클에 있어서의 출력전압(VC)의 저하폭(ΔV)(도 2)도 다르다.

도 8은, 온시간설정부(316)에 기억되는 온시간최종값(TonL)을 기억하는 테이블을 나타내는 도표이다. 온시간최종값(TonL)이, 부하(50)의 동작조건마다 기억된다. 온시간설정부(316)는, 부하(50)의 동작사이클마다, 트리거신호(Trg)에 동기하여, 가산기(315)에서 생성되는 온시간(Ton1)을 취득하고, 현시점의 동작조건식별정보(ID)와 관련지어, 온시간최종값(TonL)으로서 기억한다. 즉, 온시간설정부(316)는, 도 8에 나타낸 테이블의 온시간최종값(TonL)을, 최신의 온시간(Ton1)의 값으로 변경기입한다.

부하(50)가 대기 중으로부터 가동 중으로 전환되면, 온시간설정부(316)는, 현시점의 동작조건식별정보(ID)에 대응하는 온시간최종값(TonL)을 도 8에 나타낸 테이블로부터 독출하여, 온시간설정값(TonS)을 온시간최종값(TonL)의 값으로 설정한다. 동일 동작조건에서의 가동 중은, 이 온시간설정값(TonS)이 가산기(315)에 부여된다. 동작조건이 변경이 된 경우, 또는 대기 중으로부터 가동 중으로 전환된 경우, 온시간설정값(TonS)을, 대응하는 동작조건의 온시간최종값(TonL)의 값으로 재설정한다.

도 9의 9A는, 부하(50)의 동작조건과, 가산기(315)에 부여되는 온시간설정값(TonS)의 시간변화의 일례를 나타내는 도이다. 도 9의 9A에서는, 부하(50)의 동작조건이 ID00으로 불변인 예를 나타내고 있다. 본 실시예에 의한 전원장치(10)에 접속된 부하(50)(도 1)의 전원이 투입되면, 먼저 동작조건 ID00으로 난기운전을 행한다. 그 후, 부하(50)는, 대기상태의 기간을 사이에 두면서 동작조건 ID00으로 동작한다.

난기운전 중, 1회의 동작사이클마다, 즉 트리거신호(Trg)가 출력될 때마다, 온시간(Ton1)의 값이 온시간최종값(TonL)으로서 설정된다. 다만, 난기운전 중의 온시간설정값(TonS)으로서, 예를 들면 도 3에 나타낸 온시간고정값(TonF)을 사용한다. 난기운전이 종료된 시점에서, 최종의 온시간(Ton1)의 값이, 온시간최종값(TonL)으로서 설정된다.

대기상태 후에 동작조건 ID00으로 부하(50)를 동작시킬 때, 현시점의 온시간최종값(TonL)을 온시간설정값(TonS)으로 설정한다. 부하(50)가 동작조건 ID00으로 동작하고 있는 기간은, 설정된 온시간설정값(TonS)을 사용한다. 또, 동작조건 ID00으로 동작하고 있는 기간 중, 동작사이클마다, 즉 트리거신호(Trg)가 출력될 때마다, 온시간(Ton1)의 값이 온시간최종값(TonL)으로서 설정된다.

도 9의 9B는, 동작조건이 ID00, ID01의 사이에서 전환되는 경우의, 부하(50)의 동작조건과, 가산기(315)에 부여되는 온시간설정값(TonS)의 시간변화의 일례를 나타내는 도이다. 동작조건 ID00으로 동작한 후, 동작조건 ID01로 동작하고, 그 후 동작조건 ID00으로 동작한다. 동작조건 ID01로부터 동작조건 ID00으로 전환되었을 때, 동작조건 ID00의 온시간최종값(TonL)을, 온시간설정값(TonS)으로서 설정한다.

동작조건 ID01로 동작을 개시하는 경우에는, 동일한 동작조건 ID01로 동작하고 있을 때에 마지막에 적용된 온시간(Ton1)인 온시간최종값(TonL)을, 온시간설정값(TonS)으로서 설정한다.

이와 같이, 대기 중으로부터 가동 중으로 이행할 때에, 현재의 동작조건과 동일한 동작조건으로 가동하고 있던 기간에 있어서의 최종의 동작사이클로 적용된 온시간(Ton1)의 값이, 온시간설정값(TonS)으로서 설정된다.

다음으로, 도 7~도 9의 9B에 나타낸 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.

도 3에 나타낸 실시예와 같이, 가산기(315)에 입력되는 파라미터로서 온시간고정값(TonF)을 이용하는 경우, 온시간고정값(TonF)은, 부하(50)의 1회의 동작사이클에 있어서의 출력전압(VC)의 저하폭(ΔV)(도 2)의 상정값에 근거하여 설정된다. 가산기(315)에 입력되는 파라미터로서 온시간고정값(TonF)을 이용하는 모드를, 온시간고정모드라고 하기로 한다. 이것에 대하여 가산기(315)에 입력되는 파라미터로서 온시간설정값(TonS)을 이용하는 모드를, 온시간가변모드라고 하기로 한다.

다양한 요인으로 1회의 동작사이클에 있어서의 출력전압(VC)의 저하폭(ΔV)이 상정값으로부터 크게 벗어나는 경우가 있다. 출력전압(VC)의 저하폭(ΔV)이 상정값으로부터 크게 벗어나는 다양한 요인으로서, 예를 들면 외부전원(70)(도 1)으로부터 공급되고 있는 전압(Vin)의 변동, 레이저발진기(52)의 여진조건의 변동 등을 들 수 있다.

부하(50)의 1회의 동작사이클에 있어서의 출력전압(VC)의 저하폭(ΔV)이, 상정값으로부터 크게 벗어난 경우, 도 3에 나타낸 온시간보정값(ΔTon1)을 변화시키는 피드백제어를 행함으로써, 온시간(Ton1)을 적정값으로 설정할 수 있다. 그런데, 온시간(Ton1)이 적정값에 수렴되기까지는, 부하(50)의 동작사이클을 여러 번 반복해야만 한다. 온시간(Ton1)이 적정값에 수렴되고, 출력전압(VC)이 안정될 때까지는, 레이저발진기(52)(도 1)로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스에너지가 안정되지 않는다. 펄스에너지가 안정되지 않는 기간의 펄스레이저빔은, 레이저가공에 사용할 수 없다. 이 때문에, 전원장치(10) 및 부하(50)의 동작개시부터, 펄스에너지가 안정될 때까지 실제의 레이저가공을 기다려야만 한다.

이것에 대하여 본 실시예에서는, 도 9의 9A에 나타낸 난기운전을 행하고 있는 기간에, 온시간최종값(TonL)에 현시점의 실제의 온시간(Ton1)의 값이 설정된다. 실제의 레이저가공을 행하기 위하여 부하(50)를 가동시킬 때에, 난기운전 중의 마지막 동작사이클에 적용된 온시간(Ton1)의 값이, 온시간설정값(TonS)으로 설정된다. 이 때문에, 최초의 동작사이클부터 온시간설정값(TonS)으로서 적절한 값을 이용하여, 부하(50)를 가동시킬 수 있다.

또, 동작조건이 전환되었을 때에도, 전환 후의 동작조건과 동일한 동작조건으로 가동하고 있었을 때의 최종의 동작사이클에 적용된 온시간(Ton1)의 값이, 온시간설정값(TonS)으로서 설정된다. 이 때문에, 동작조건변경 후에, 온시간설정값(TonS)으로서 적절한 값을 이용하여 부하(50)를 가동시킬 수 있다.

이 때문에, 난기운전 후, 및 동작조건이 전환된 직후의 최초의 동작사이클부터, 펄스에너지를 안정시키는 것이 가능해진다. 이로써, 즉시 레이저가공을 행하는 것이 가능해져, 레이저가공장치의 처리능력이 높아진다는 우수한 효과가 얻어진다.

또, 본 실시예에서는, 부하(50)를 가동시키고 있는 기간, 온시간(Ton1)이 결정될 때마다, 새로운 온시간(Ton1)의 값으로 온시간최종값(TonL)을 갱신하고 있다. 이 때문에, 부하(50)의 가동이 종료된 시점에서, 온시간최종값(TonL)에는, 항상 최신의 온시간(Ton1)의 값이 설정되어 있게 된다. 이로써, 동일 동작조건에서의 부하(50)의 가동재개 시에, 온시간설정값(TonS)으로서 적절한 값을 사용하여 부하(50)를 가동시킬 수 있다.

다음으로, 도 7~도 9의 9B에 나타낸 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.

도 7~도 9의 9B에 나타낸 실시예에서는, 부하(50)가 가동하기 시작했을 때에, 동일한 동작조건으로 부하(50)를 가동시키고 있을 때에 적용된 온시간(Ton1)의 최종의 값을, 온시간설정값(TonS)으로서 사용한다. 온시간설정값(TonS)으로서 사용하는 값은, 반드시 온시간(Ton1)의 최종의 값일 필요는 없고, 과거에 동일한 동작조건으로 가동하고 있었을 때에 적용된 온시간(Ton1)의 값을, 온시간설정값(TonS)으로서 사용해도 된다. 그 외에, 복수의 온시간(Ton1)의 값의 통계적 대푯값, 예를 들면 평균값, 최빈값, 중앙값 등을, 온시간설정값(TonS)으로서 사용해도 된다.

도 9의 9A에서는, 난기운전의 기간과, 동작조건 ID00으로 가동하는 기간의 사이에, 대기상태의 기간을 삽입하여, 동작조건이 다른 2개의 가동기간의 사이에 대기상태의 기간을 삽입하고 있지만, 대기상태의 기간을 없애도 된다.

다음으로, 도 10~도 12를 참조하여, 또 다른 실시예에 의한 레이저장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 6의 6B에 나타낸 실시예, 도 7~도 9의 9B에 나타낸 실시예와 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 10은, 본 실시예에 의한 레이저장치의 블록도이다. 본 실시예에 의한 레이저장치는, 프린트기판 등의 가공대상물(58)에 천공가공을 행한다. 전원장치(10), 고주파전원(51), 레이저발진기(52), 및 상위컨트롤러(60)의 구성은, 도 1에 나타낸 구성과 동일하다. 입력장치(61)로부터 상위컨트롤러(60)에, 전원장치(10)를 동작시키기 위하여 필요한 다양한 정보나, 동작지령 등이 입력된다. 입력장치(61)로서, 예를 들면 키보드, 포인팅디바이스, 리무버블미디어의 리더 등이 이용된다. 상위컨트롤러(60)는, 출력장치(62)에 다양한 정보를 출력한다. 출력장치(62)로서, 예를 들면 디스플레이가 이용된다. 입력장치(61) 및 출력장치(62)로서 양자를 겸하는 터치패널을 이용해도 된다.

가동스테이지(56)에, 프린트기판 등의 가공대상물(58)이 지지되어 있다. 레이저발진기(52)로부터 출력된 펄스레이저빔이, 광학계(55)를 통과하여 가공대상물(58)에 입사한다. 광학계(55)는, 빔익스팬더, 애퍼처, 빔주사기, 집광렌즈 등을 포함한다.

상위컨트롤러(60)가, 전원장치(10)에 트리거신호(Trg) 및 동작조건식별정보(ID)를 공급하고, 고주파전원(51)에 트리거신호(Trg)를 공급한다. 상위컨트롤러(60)는, 또한 광학계(55)의 빔주사기를 제어함으로써, 가공대상물(58)의 표면 상에서 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시킨다. 또, 상위컨트롤러(60)는, 가동스테이지(56)를 제어함으로써, 가공대상물(58)을 그 표면에 평행하고, 서로 직교하는 두 방향으로 이동시킨다.

펄스레이저빔을 가공대상물(58)에 입사시킴으로써, 천공가공이 행해진다. 고품질의 구멍을 형성하기 위하여, 펄스레이저빔의 펄스폭, 피크강도 등의 제어를 행한다. 예를 들면, 펄스폭의 조정은, 트리거신호(Trg)가 하이레벨이 되는 시간(Pex)(도 2)을 변화시킴으로써 행해진다. 피크강도의 조정은, 고주파전원(51)의 인버터의 듀티비를 변화시킴으로써 행해진다.

도 11은, 출력장치(62)에 표시된 화상의 일례를 나타내는 도이다. 출력장치(62)에, 제1 전압허용범위(Var1)(도 4, 도 6의 6A)를 특정하는 정보, 및 제2 전압허용범위(Var2)(도 6의 6A)를 특정하는 정보를 유저에게 입력시키기 위한 입력윈도가 표시된다. 또한, 이 입력윈도에는, 온시간(Ton1)을 결정하는 기초가 되는 정보로서, 온시간설정값(TonS)(도 7)을 사용할지, 온시간고정값(TonF)(도 3)을 사용할지를 유저에게 선택시키기 위한 라디오버튼이 포함된다. 제1 전압허용범위(Var1) 및 제2 전압허용범위(Var2)를 특정하는 정보로서, 예를 들면 전압허용범위의 상한값과 하한값이 채용된다.

유저는, 키보드나 포인팅디바이스 등의 입력장치(61)를 조작하여, 제1 전압허용범위(Var1)를 특정하는 정보, 제2 전압허용범위(Var2)를 특정하는 정보를 입력할 수 있다. 또한, 온시간(Ton1)을 결정하는 기초가 되는 정보로서, 온시간설정값(TonS)(도 7)을 사용할지, 온시간고정값(TonF)(도 3)을 사용할지를 선택할 수 있다.

온시간(Ton1)을 결정하는 기초가 되는 정보로서 온시간설정값(TonS)이 선택된 경우에는, 컨버터컨트롤러(30)는 온시간가변모드로 충전전원(20)을 동작시킨다. 온시간(Ton1)을 결정하는 기초가 되는 정보로서 온시간고정값(TonF)이 선택된 경우에는, 컨버터컨트롤러(30)는 온시간고정모드로 충전전원(20)을 동작시킨다.

컨버터컨트롤러(30)는, 현시점의 온시간최종값(TonL)을 동작조건과 대응지어 출력장치(62)에 출력하는 기능을 갖는다.

도 12는, 현시점의 온시간최종값(TonL)이 출력장치(62)에 표시된 상태의 화상의 일례를 나타내는 도이다. 온시간최종값(TonL)의 값이, 동작조건식별정보(ID)와 관련지어 표시되어 있다.

다음으로, 도 10~도 12에 나타낸 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.

레이저장치의 전원장치(10)에, 도 3 또는 도 7에 나타낸 컨버터컨트롤러(30)를 이용함으로써, 레이저발진기(52)의 펄스레이저빔출력개시시점에 있어서의 펄스에너지의 불안정성을 경감시킬 수 있다. 이로써, 펄스레이저빔출력개시시점부터 레이저가공을 행하는 것이 가능해진다.

유저는, 제1 전압허용범위(Var1), 및 제2 전압허용범위(Var2)를 설정할 수 있기 때문에, 레이저장치의 운전상태나, 가공품질을 평가하여, 제1 전압허용범위(Var1) 및 제2 전압허용범위(Var2)를 최적화할 수 있다. 또한, 유저는, 출력장치(62)에 출력된 온시간최종값(TonL)의 값을 확인함으로써, 레이저장치의 상태를 추측할 수 있다.

상술한 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예로 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 복수의 실시예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예별로 따로 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.

10 전원장치
20 충전전원
25 스위칭컨버터
30 컨버터컨트롤러
31 피드백제어부
311 감산기
313 주충전제어부
314 보조충방전제어부
315 가산기
316 온시간설정부
317 유효제어부선택부
318 동작모드전환부
32 펄스폭변조기
35 AD컨버터
40 콘덴서
50 부하
51 고주파전원
52 레이저발진기
53 방전전극
55 광학계
56 가동스테이지
58 가공대상물
60 상위컨트롤러
61 입력장치
62 출력장치
70 외부전원
D1, D2 프리휠다이오드
L 리액터
Q1 로우사이드스위칭소자
Q2 하이사이드스위칭소자

Claims

간헐동작하는 부하의 동작에 동기하여, 콘덴서의 단자 간 전압을 전압목푯값에 근접시키는 충전동작을 행하는 충전전원을 갖고,
상기 충전전원은,
상기 콘덴서의 단자 간 전압이 제1 전압허용범위로부터 벗어나면, 상기 콘덴서의 단자 간 전압을 상기 전압목푯값에 근접시키는 보조충방전동작을 행하는 제1 동작모드와,
상기 콘덴서의 단자 간 전압이 상기 제1 전압허용범위보다 좁은 제2 전압허용범위로부터 벗어나면, 상기 보조충방전동작을 행하는 제2 동작모드를 전환하는 기능을 구비한 전원장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 전압허용범위 및 상기 제2 전압허용범위를 특정하는 정보가 입력되는 입력장치를 더 갖고,
상기 충전전원은, 상기 입력장치에 입력된 상기 제1 전압허용범위 및 상기 제2 전압허용범위를 특정하는 정보에 근거하여, 상기 제1 동작모드 및 상기 제2 동작모드 중 일방의 상기 보조충방전동작을 행하는 전원장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 충전전원은,
로우사이드스위칭소자를 구비한 스위칭컨버터를 포함하고, 상기 로우사이드스위칭소자의 스위칭을 행함으로써 상기 충전동작을 행하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간에 따른 전류를 상기 콘덴서에 공급하며,
상기 전압목푯값으로부터의 상기 콘덴서의 단자 간 전압의 편차, 및 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간설정값에 근거하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간을 결정하여 상기 충전동작을 행하는 기능을 갖고,
상기 부하의 동작 시에 있어서의 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간의 실제의 값에 근거하여, 상기 온시간설정값을 재설정하는 전원장치.
제3항에 있어서,
상기 부하는, 1회의 동작사이클의 소비전력이 다른 복수의 동작조건으로 동작하고,
상기 충전전원은, 상기 부하의 동작조건마다 상기 온시간설정값을 기억하는 전원장치.
제3항에 있어서,
상기 충전전원은, 상기 전압목푯값으로부터의 상기 콘덴서의 단자 간 전압의 편차, 및 미리 결정되어 있는 온시간고정값에 근거하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간을 결정하여 상기 충전동작을 행하는 온시간고정모드와, 상기 로우사이드스위칭소자의 상기 온시간설정값에 근거하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간을 결정하여 상기 충전동작을 행하는 온시간가변모드의 전환을 행하는 기능을 갖는 전원장치.
제5항에 있어서,
상기 충전전원은, 상기 온시간가변모드 및 상기 온시간고정모드 중 어느 모드로 동작하는지의 지령을, 유저에게 입력시키는 기능을 갖는 전원장치.
간헐동작하는 부하가 접속되는 콘덴서와,
상기 부하의 동작에 동기하여, 상기 콘덴서의 단자 간 전압을 전압목푯값에 근접시키는 충전동작을 행하는 충전전원을 갖고,
상기 충전전원은,
로우사이드스위칭소자를 구비한 스위칭컨버터를 포함하며, 상기 로우사이드스위칭소자의 스위칭을 행함으로써 상기 충전동작을 행하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간에 따른 전류를 상기 콘덴서에 공급하고,
상기 전압목푯값으로부터의 상기 콘덴서의 단자 간 전압의 편차, 및 상기 부하의 동작 시에 있어서의 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간의 실제의 값에 근거하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간을 결정하는 기능을 구비한 전원장치.
방전전극을 구비하고, 펄스발진하는 레이저발진기와,
트리거신호에 동기하여 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상기 방전전극에 펄스적으로 공급하는 고주파전원과,
상기 고주파전원에 직류전력을 공급하는 전원장치를 가지며,
상기 전원장치는,
상기 고주파전원에 공급하는 직류전력을 축적하는 콘덴서와,
상기 트리거신호에 동기하여, 상기 콘덴서의 단자 간 전압을 전압목푯값에 근접시키는 충전동작을 행하는 충전전원을 갖고,
상기 충전전원은,
상기 콘덴서의 단자 간 전압이 제1 전압허용범위로부터 벗어나면, 상기 콘덴서의 단자 간 전압을 상기 전압목푯값에 근접시키는 보조충방전동작을 행하는 제1 동작모드와,
상기 콘덴서의 단자 간 전압이 상기 제1 전압허용범위보다 좁은 제2 전압허용범위로부터 벗어나면, 상기 보조충방전동작을 행하는 제2 동작모드를 전환하는 기능을 구비한 레이저장치.
방전전극을 구비하고, 펄스발진하는 레이저발진기와,
트리거신호에 동기하여 상기 방전전극에 교류전력을 펄스적으로 공급하는 고주파전원과,
상기 고주파전원에 직류전력을 공급하는 전원장치를 가지며,
상기 전원장치는,
상기 고주파전원에 공급하는 직류전력을 축적하는 콘덴서와,
상기 트리거신호에 동기하여, 상기 콘덴서의 단자 간 전압을 전압목푯값에 근접시키는 충전동작을 행하는 충전전원을 갖고,
상기 충전전원은,
로우사이드스위칭소자를 구비한 스위칭컨버터를 포함하며, 상기 로우사이드스위칭소자의 스위칭을 행함으로써 상기 충전동작을 행하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간에 따른 전류를 상기 콘덴서에 공급하고,
상기 전압목푯값으로부터의 상기 콘덴서의 단자 간 전압의 편차, 및 상기 충전동작을 행했을 때의 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간의 실제의 값에 근거하여, 상기 로우사이드스위칭소자의 온시간을 결정하는 기능을 구비한 레이저장치.