JP2000349376A - レーザ発振器用電源装置 - Google Patents
レーザ発振器用電源装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電流指令の大小に関わらず、電流出力に立ち上
がりの突出や大きな立ち上がり時間の遅れが生じない制
御性の高いレーザ発振器用電源装置を提供する。 【解決手段】電流センサ１７の検出値をフィードバック
データとし、マイクロプロセッサ５０のソフトウェアに
よるＰＩゲイン・フィードバック制御を適用した励起ラ
ンプ制御において、フィードバック制御系３０の中に平
方根変換部３４を設けたことにより、励起ランプ１９に
流れる電流が大きい状態から小さい状態まで、固定値の
比例ゲイン、積分ゲインからなるＰＩゲインで、指令に
対する高い追従性を示す固体レーザ２０の電源装置が得
られる。
がりの突出や大きな立ち上がり時間の遅れが生じない制
御性の高いレーザ発振器用電源装置を提供する。 【解決手段】電流センサ１７の検出値をフィードバック
データとし、マイクロプロセッサ５０のソフトウェアに
よるＰＩゲイン・フィードバック制御を適用した励起ラ
ンプ制御において、フィードバック制御系３０の中に平
方根変換部３４を設けたことにより、励起ランプ１９に
流れる電流が大きい状態から小さい状態まで、固定値の
比例ゲイン、積分ゲインからなるＰＩゲインで、指令に
対する高い追従性を示す固体レーザ２０の電源装置が得
られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザロッド光励
起用ランプの励起電流にフィードバック制御を施したレ
ーザ発振器用電源装置に関する。
起用ランプの励起電流にフィードバック制御を施したレ
ーザ発振器用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体レーザ発振器用電源装置は、制御対
象である励起ランプの駆動電流を制御してランプを発光
させ、この発光によってレーザ媒体を励起し、レーザ光
を出力する働きをなしている。例えば固体レーザ発振器
の一つの用途であるパルスレーザ溶接機では、１パルス
が数１０ｍｓｅｃ程度のパルス時間幅のレーザ光を繰り
返し出射して溶接を行うが、溶接の品質を向上させるた
めに、１パルス内のエネルギーが複雑な任意の波形の指
令に対しても励起ランプに供給される電流出力がこの波
形に追従できるように、レーザ電源装置には高い制御性
が求められる。
象である励起ランプの駆動電流を制御してランプを発光
させ、この発光によってレーザ媒体を励起し、レーザ光
を出力する働きをなしている。例えば固体レーザ発振器
の一つの用途であるパルスレーザ溶接機では、１パルス
が数１０ｍｓｅｃ程度のパルス時間幅のレーザ光を繰り
返し出射して溶接を行うが、溶接の品質を向上させるた
めに、１パルス内のエネルギーが複雑な任意の波形の指
令に対しても励起ランプに供給される電流出力がこの波
形に追従できるように、レーザ電源装置には高い制御性
が求められる。
【０００３】励起ランプの電流制御を行っている従来の
レーザ電源装置の一例として、図４に特開平９−２３２
６５６に記載されている構成を示す。図中のレーザ電源
装置１１０において、励起ランプ１５４に流す電流Ｉに
スイッチング制御によるパルス幅のフィードバック制御
を行うため、この電流を検出する電流センサ１２８とラ
ンプ電流検出回路１３０を設け、ランプ電流検出値を制
御部１２６に与え、制御部１２６が、このランプ電流検
出値（ＭＩ）を設定電流値（ＳＩ）と比較し、次のサイ
クルではその比較誤差に応じたパルス幅でスイッチング
・トランジスタ１１６をオンさせてランプ電流の平均値
または実効値を設定値または設定波形に合わせる比例制
御を行っている。
レーザ電源装置の一例として、図４に特開平９−２３２
６５６に記載されている構成を示す。図中のレーザ電源
装置１１０において、励起ランプ１５４に流す電流Ｉに
スイッチング制御によるパルス幅のフィードバック制御
を行うため、この電流を検出する電流センサ１２８とラ
ンプ電流検出回路１３０を設け、ランプ電流検出値を制
御部１２６に与え、制御部１２６が、このランプ電流検
出値（ＭＩ）を設定電流値（ＳＩ）と比較し、次のサイ
クルではその比較誤差に応じたパルス幅でスイッチング
・トランジスタ１１６をオンさせてランプ電流の平均値
または実効値を設定値または設定波形に合わせる比例制
御を行っている。
【０００４】しかしながら、単なる比例制御に基づく従
来のレーザ発振器電源装置では、励起ランプの電圧電流
特性を考慮せずに、スイッチングトランジスタを制御し
ているため、図７に示すように電流指令（設定電流値）
が大きい時（図７（Ａ））には、励起ランプを流れる電
流は立ち上がりが突出した波形（図７（Ｂ）)になり、
電流指令が小さい時（図７（Ｃ））には、立ち上がり時
間が遅く（図７（Ｄ））なり、制御誤差が必然的に残留
してしまう。このことは、変化の大きい任意の波形の指
令に対しては、励起ランプに供給される電流出力がこの
波形に追従できないことになり、レーザ溶接のように精
密なレーザ加工を行う必要のある装置にこのレーザ発振
器電源装置を用いることは難かしい。この電流出力が任
意の波形の指令に対して追従できない原因は、アーク放
電に起因する励起ランプの電圧電流特性が、図６に示す
ように、Ｖ＝Ｋ0 ×Ｉ1/2 であること、すなわち、電圧
Ｖ電流Ｉの関係が単にＶ＝Ｋ0 ×Ｉの直線の比例関係で
はなく、平方根に比例した非直線の関係であることを考
慮していないからである。ここで、Ｋ0 は係数であり、
これは個々の励起ランプによって決まる定数である。
来のレーザ発振器電源装置では、励起ランプの電圧電流
特性を考慮せずに、スイッチングトランジスタを制御し
ているため、図７に示すように電流指令（設定電流値）
が大きい時（図７（Ａ））には、励起ランプを流れる電
流は立ち上がりが突出した波形（図７（Ｂ）)になり、
電流指令が小さい時（図７（Ｃ））には、立ち上がり時
間が遅く（図７（Ｄ））なり、制御誤差が必然的に残留
してしまう。このことは、変化の大きい任意の波形の指
令に対しては、励起ランプに供給される電流出力がこの
波形に追従できないことになり、レーザ溶接のように精
密なレーザ加工を行う必要のある装置にこのレーザ発振
器電源装置を用いることは難かしい。この電流出力が任
意の波形の指令に対して追従できない原因は、アーク放
電に起因する励起ランプの電圧電流特性が、図６に示す
ように、Ｖ＝Ｋ0 ×Ｉ1/2 であること、すなわち、電圧
Ｖ電流Ｉの関係が単にＶ＝Ｋ0 ×Ｉの直線の比例関係で
はなく、平方根に比例した非直線の関係であることを考
慮していないからである。ここで、Ｋ0 は係数であり、
これは個々の励起ランプによって決まる定数である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電流
指令の大小に関わらず、電流出力に立ち上がりの突出や
大きな立ち上がり時間の遅れが生じない制御性の高いレ
ーザ発振器用電源装置を提供することにある。
指令の大小に関わらず、電流出力に立ち上がりの突出や
大きな立ち上がり時間の遅れが生じない制御性の高いレ
ーザ発振器用電源装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ発振器用
電源装置は、励起ランプを流れる電流の検出値と前記励
起ランプの電流目標設定値との差分を演算し、前記励起
ランプの印加電圧に帰還して励起ランプを流れる電流を
制御するフィードバック制御系をＰＩゲイン・フィード
バック制御系で構成し、前記ＰＩゲイン・フィードバッ
ク制御系の中に前記励起ランプの電圧電流特性に基づい
て予め設定した関数関係を演算する手段を設けたこと特
徴とする。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、
レーザ媒体励起用の励起ランプに電力を供給するための
商用３相電源と交流を整流し直流に変換するコンバータ
部からなる電源部と、前記電源部と前記励起ランプとの
間に接続されたスイッチング手段と平滑用のチョークコ
イルと電流センサと、前記電流センサの出力をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器の出力から前記
スイッチング手段のスイッチング動作を制御するための
デジタル符号の電圧指令を生成する電流制御手段と、前
記デジタル符号の電圧指令から前記スイッチング手段の
スイッチ開閉のための開閉信号を出力するＰＷＭ発生回
路とを備え、前記電流制御手段が、前記励起ランプに流
す電流の目標設定値を出力する手段と該目標設定値と前
記電流センサの出力との差分を演算する手段と該差分に
ＰＩゲインを与える手段と該ＰＩゲインを与える手段の
出力に前記励起ランプの電圧電流特性に基く予め設定し
た関数関係を演算する手段とを備えることを特徴とす
る。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記予
め設定した関数関係は、電圧の大きさが電流の大きさの
平方根に比例する関数関係としたことを特徴とする。ま
た、本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記励起ラン
プの電圧電流特性に基く予め設定した関数関係を演算す
る手段は、該手段への入力信号に正規化処理を施す手段
と該正規化処理を施された信号に平方根変換を施す手段
と該平方根変換に予め定めた係数を乗ずる手段を有する
ことを特徴とする。また、本発明のレーザ発振器用電源
装置は、前記ＰＷＭ発生回路は、入力のデジタルの電圧
信号に基づいてオンオフのデューティ比を変えた波高値
一定のパルス信号を出力することを特徴とする。また、
本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記平滑用のチョ
ークコイルは、その遮断周波数が前記ＰＷＭ発生回路の
出力するパルス信号の繰り返し周波数より低いことを特
徴とする。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、
前記励起ランプの電圧電流特性に基く予め設定した関数
関係を演算する手段は、ＲＯＭを有することを特徴とす
る。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記電
流制御手段は、ＲＯＭを有するマイクロプロセッサで構
成することを特徴とする。また、本発明のレーザ発振器
用電源装置は、前記Ａ／Ｄ変換器と前記ＰＷＭ発生回路
は一つのＬＳＩに集積して構成されていることを特徴と
する。
電源装置は、励起ランプを流れる電流の検出値と前記励
起ランプの電流目標設定値との差分を演算し、前記励起
ランプの印加電圧に帰還して励起ランプを流れる電流を
制御するフィードバック制御系をＰＩゲイン・フィード
バック制御系で構成し、前記ＰＩゲイン・フィードバッ
ク制御系の中に前記励起ランプの電圧電流特性に基づい
て予め設定した関数関係を演算する手段を設けたこと特
徴とする。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、
レーザ媒体励起用の励起ランプに電力を供給するための
商用３相電源と交流を整流し直流に変換するコンバータ
部からなる電源部と、前記電源部と前記励起ランプとの
間に接続されたスイッチング手段と平滑用のチョークコ
イルと電流センサと、前記電流センサの出力をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器の出力から前記
スイッチング手段のスイッチング動作を制御するための
デジタル符号の電圧指令を生成する電流制御手段と、前
記デジタル符号の電圧指令から前記スイッチング手段の
スイッチ開閉のための開閉信号を出力するＰＷＭ発生回
路とを備え、前記電流制御手段が、前記励起ランプに流
す電流の目標設定値を出力する手段と該目標設定値と前
記電流センサの出力との差分を演算する手段と該差分に
ＰＩゲインを与える手段と該ＰＩゲインを与える手段の
出力に前記励起ランプの電圧電流特性に基く予め設定し
た関数関係を演算する手段とを備えることを特徴とす
る。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記予
め設定した関数関係は、電圧の大きさが電流の大きさの
平方根に比例する関数関係としたことを特徴とする。ま
た、本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記励起ラン
プの電圧電流特性に基く予め設定した関数関係を演算す
る手段は、該手段への入力信号に正規化処理を施す手段
と該正規化処理を施された信号に平方根変換を施す手段
と該平方根変換に予め定めた係数を乗ずる手段を有する
ことを特徴とする。また、本発明のレーザ発振器用電源
装置は、前記ＰＷＭ発生回路は、入力のデジタルの電圧
信号に基づいてオンオフのデューティ比を変えた波高値
一定のパルス信号を出力することを特徴とする。また、
本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記平滑用のチョ
ークコイルは、その遮断周波数が前記ＰＷＭ発生回路の
出力するパルス信号の繰り返し周波数より低いことを特
徴とする。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、
前記励起ランプの電圧電流特性に基く予め設定した関数
関係を演算する手段は、ＲＯＭを有することを特徴とす
る。また、本発明のレーザ発振器用電源装置は、前記電
流制御手段は、ＲＯＭを有するマイクロプロセッサで構
成することを特徴とする。また、本発明のレーザ発振器
用電源装置は、前記Ａ／Ｄ変換器と前記ＰＷＭ発生回路
は一つのＬＳＩに集積して構成されていることを特徴と
する。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【０００８】図１は、本発明の一実施形態のレーザ電源
装置の構成を示す。本レーザ発振器用電源装置は、商用
ＡＣ２００Ｖの３相交流電源１０と、この３相交流電源
１０を整流し直流電圧に変換するコンバータ部１１と、
直流電圧を蓄積するコンデンサ１３と、パルス電流を生
成するスイッチングトランジスタ１４と、チョークコイ
ル１５と、回生してくる電流を再び出力に戻す回生ダイ
オード１６と、電流センサ１７と、励起ランプにパルス
電流を印加するダイオード１８と、パルス電流に応じて
放電し励起光を発生する励起ランプ１９と、励起ランプ
の光照射によってパルスレーザ光を発生するレーザ媒体
２０と、ＰＷＭ発生回路２１にデジタルな電圧指令Ｖｃ
与えるマイクロプロセッサ５０と、電圧指令Ｖｃに応じ
てデューティ比が変化する波高値一定の高周波パルスを
スイッチングトランジスタ１４のゲートに与えるＰＷＭ
発生回路２１と、前記の電流センサ１７のアナログ出力
をデジタル化しマイクロプロセッサ５０に伝えるＡ／Ｄ
変換器２２とにより構成されている。そして、ＰＷＭ発
生回路２１とＡ／Ｄ変換器２２とは、システムＬＳＩ１
２を構成している。
装置の構成を示す。本レーザ発振器用電源装置は、商用
ＡＣ２００Ｖの３相交流電源１０と、この３相交流電源
１０を整流し直流電圧に変換するコンバータ部１１と、
直流電圧を蓄積するコンデンサ１３と、パルス電流を生
成するスイッチングトランジスタ１４と、チョークコイ
ル１５と、回生してくる電流を再び出力に戻す回生ダイ
オード１６と、電流センサ１７と、励起ランプにパルス
電流を印加するダイオード１８と、パルス電流に応じて
放電し励起光を発生する励起ランプ１９と、励起ランプ
の光照射によってパルスレーザ光を発生するレーザ媒体
２０と、ＰＷＭ発生回路２１にデジタルな電圧指令Ｖｃ
与えるマイクロプロセッサ５０と、電圧指令Ｖｃに応じ
てデューティ比が変化する波高値一定の高周波パルスを
スイッチングトランジスタ１４のゲートに与えるＰＷＭ
発生回路２１と、前記の電流センサ１７のアナログ出力
をデジタル化しマイクロプロセッサ５０に伝えるＡ／Ｄ
変換器２２とにより構成されている。そして、ＰＷＭ発
生回路２１とＡ／Ｄ変換器２２とは、システムＬＳＩ１
２を構成している。
【０００９】マイクロプロセッサ５０は、予めプログラ
ミングされた制御ソフトウェアを実行する。電流制御部
３０は、マイクロプロセッサ５０の実行する制御ソフト
ウェアの一部である。電流制御部３０は、フィードバッ
ク制御系における演算部の役割を成している。電流制御
部３０は、波形指令部３１、比較部３２、調節部３３、
及び平方根変換部３４の、それぞれ以下の機能を果たす
ソフトウェアで構成されており、波形指令部３１は、図
５（Ａ）または図５（Ｂ）に示すような、時系列的に変
化する励起ランプに流す電流の目標設定値である電流指
令値Ｉｃをデジタル符号で出力する。比較部３２は、電
流指令値Ｉｃと電流検出値Ｉｄの差分である制御誤差Ｅ
ｒを出力する。調節部３３は、制御誤差Ｅｒに対して比
例的、積分的操作を加えて、制御誤差Ｅｒが減少するよ
うな調整量Ｕを出力する。平方根変換部３４は、調整量
Ｕに対して励起ランプの電圧電流特性に対応した平方根
変換を行い、その変換結果に予め設定された比例係数を
乗じて電圧指令Ｖｃを出力する。ここで、電流指令値Ｉ
ｃ、電流検出値Ｉｄ、制御誤差Ｅｒ、調整量Ｕ、電圧指
令Ｖｃのいずれもが、アナログ値ではなくデジタル符号
である。以上の電流制御部３０とスイッチングトランジ
スタ１４と電流センサ１７を主要構成要素とする本制御
系は、ＰＩゲイン・フィードバック系内に平方根変換部
３４を新たに加えて構成されていることが特徴である。
一般的にＰＩゲイン・フィードバック制御は、固定値の
比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）ゲイン、積分（Ｉｎ
ｔｅｇｒａｌ）ゲインのＰＩゲインを定めることで、単
なる比例制御に比べて、指令に対する速い応答速度と高
い安定性が得られる。
ミングされた制御ソフトウェアを実行する。電流制御部
３０は、マイクロプロセッサ５０の実行する制御ソフト
ウェアの一部である。電流制御部３０は、フィードバッ
ク制御系における演算部の役割を成している。電流制御
部３０は、波形指令部３１、比較部３２、調節部３３、
及び平方根変換部３４の、それぞれ以下の機能を果たす
ソフトウェアで構成されており、波形指令部３１は、図
５（Ａ）または図５（Ｂ）に示すような、時系列的に変
化する励起ランプに流す電流の目標設定値である電流指
令値Ｉｃをデジタル符号で出力する。比較部３２は、電
流指令値Ｉｃと電流検出値Ｉｄの差分である制御誤差Ｅ
ｒを出力する。調節部３３は、制御誤差Ｅｒに対して比
例的、積分的操作を加えて、制御誤差Ｅｒが減少するよ
うな調整量Ｕを出力する。平方根変換部３４は、調整量
Ｕに対して励起ランプの電圧電流特性に対応した平方根
変換を行い、その変換結果に予め設定された比例係数を
乗じて電圧指令Ｖｃを出力する。ここで、電流指令値Ｉ
ｃ、電流検出値Ｉｄ、制御誤差Ｅｒ、調整量Ｕ、電圧指
令Ｖｃのいずれもが、アナログ値ではなくデジタル符号
である。以上の電流制御部３０とスイッチングトランジ
スタ１４と電流センサ１７を主要構成要素とする本制御
系は、ＰＩゲイン・フィードバック系内に平方根変換部
３４を新たに加えて構成されていることが特徴である。
一般的にＰＩゲイン・フィードバック制御は、固定値の
比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）ゲイン、積分（Ｉｎ
ｔｅｇｒａｌ）ゲインのＰＩゲインを定めることで、単
なる比例制御に比べて、指令に対する速い応答速度と高
い安定性が得られる。
【００１０】ＰＷＭ発生回路２１は、電流制御部３０の
出力であるデジタル符号の電圧指令Ｖｃに応じて、アナ
ログ信号である開閉指令Ｓｃに変換し、スイッチングト
ランジスタ１４のゲートに出力する。スイッチングトラ
ンジスタ１４は開閉指令Ｓｃに従ってスイッチングを行
うことにより励起ランプ１８の両端に掛かる電圧を変更
する。
出力であるデジタル符号の電圧指令Ｖｃに応じて、アナ
ログ信号である開閉指令Ｓｃに変換し、スイッチングト
ランジスタ１４のゲートに出力する。スイッチングトラ
ンジスタ１４は開閉指令Ｓｃに従ってスイッチングを行
うことにより励起ランプ１８の両端に掛かる電圧を変更
する。
【００１１】その動作を図２に示す。加工に用いられる
レーザ光パルスのパルス幅は、前述のように典型的には
数１０ｍｓ（繰り返し数１０Ｈｚ）程度であり、これに
対して、電流制御部３０およびシステムＬＳＩ１２は、
数１０ｋＨｚの高い繰り返し周波数（図２中Ｔｆ）で動
作する。波形指令部３１は数１０ｋＨｚのオンオフの繰
り返し周波数で電流指令Ｉｃを出力し、比較部３２、調
整部３３、平方根変換部３４は、それぞれ制御誤差Ｅ
ｒ、調整量Ｕ、電圧指令Ｖｃを同一の周波数で出力す
る。ＰＷＭ発生回路２１は、電圧指令Ｖｃの大きさに基
づいてオンオフのデューティ比（Ｔｏｎ／Ｔｆ）を変え
て、開閉指令Ｓｃをスイッチングトランジスタ１４に出
力する。コンバータ部１１からの直流電流は、スイッチ
ングトランジスタ１４で開閉指令Ｓｃに基づいて周波数
Ｔｆの高周波のパルス電流となる。このパルス電流が印
加されるチョークコイル１６は、加工に用いられるレー
ザ光パルスのパルス周波数は十分に透過するが、電流制
御部３０の動作パルス周波数Ｔｆは遮断する、低域通過
特性を持っている。このためチョークコイルに入力した
高周波パルスは平滑化される。このため、励起ランプに
かかるチョークコイルの出力電圧は、高周波パルスであ
る開閉指令Ｓｃのデューティ比、すなわちそのデューテ
ィ比を決めている、電流制御部３０の平方根変換部３４
の出力である電圧指令Ｖｃによって高低が変わる。
レーザ光パルスのパルス幅は、前述のように典型的には
数１０ｍｓ（繰り返し数１０Ｈｚ）程度であり、これに
対して、電流制御部３０およびシステムＬＳＩ１２は、
数１０ｋＨｚの高い繰り返し周波数（図２中Ｔｆ）で動
作する。波形指令部３１は数１０ｋＨｚのオンオフの繰
り返し周波数で電流指令Ｉｃを出力し、比較部３２、調
整部３３、平方根変換部３４は、それぞれ制御誤差Ｅ
ｒ、調整量Ｕ、電圧指令Ｖｃを同一の周波数で出力す
る。ＰＷＭ発生回路２１は、電圧指令Ｖｃの大きさに基
づいてオンオフのデューティ比（Ｔｏｎ／Ｔｆ）を変え
て、開閉指令Ｓｃをスイッチングトランジスタ１４に出
力する。コンバータ部１１からの直流電流は、スイッチ
ングトランジスタ１４で開閉指令Ｓｃに基づいて周波数
Ｔｆの高周波のパルス電流となる。このパルス電流が印
加されるチョークコイル１６は、加工に用いられるレー
ザ光パルスのパルス周波数は十分に透過するが、電流制
御部３０の動作パルス周波数Ｔｆは遮断する、低域通過
特性を持っている。このためチョークコイルに入力した
高周波パルスは平滑化される。このため、励起ランプに
かかるチョークコイルの出力電圧は、高周波パルスであ
る開閉指令Ｓｃのデューティ比、すなわちそのデューテ
ィ比を決めている、電流制御部３０の平方根変換部３４
の出力である電圧指令Ｖｃによって高低が変わる。
【００１２】次に平方根変換部の動作を図５を用いて説
明する。ここでは、平方根変換部は変換速度を重視し
て、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に平方
根のデータを持つことで実現する。データ数は必要な精
度により決まるが、一般的に４０９６段階（４０９６ワ
ード）程度で十分と思われる。
明する。ここでは、平方根変換部は変換速度を重視し
て、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に平方
根のデータを持つことで実現する。データ数は必要な精
度により決まるが、一般的に４０９６段階（４０９６ワ
ード）程度で十分と思われる。
【００１３】平方根変換部３４では、正規化処理４０が
ＰＩゲイン調整部３３の出力値である調整量Ｕを０〜４
０９５の範囲内に正規化する。平方根変換４１は正規化
したデータにＲＯＭの先頭アドレスＡＤＲを加算して、
その番地のデータを読み出し、係数乗算４２の係数Ｋ0
を乗じて、電圧指令Ｖｃとして出力する。
ＰＩゲイン調整部３３の出力値である調整量Ｕを０〜４
０９５の範囲内に正規化する。平方根変換４１は正規化
したデータにＲＯＭの先頭アドレスＡＤＲを加算して、
その番地のデータを読み出し、係数乗算４２の係数Ｋ0
を乗じて、電圧指令Ｖｃとして出力する。
【００１４】本発明の実施の形態、すなわち、電流セン
サの検出値をフィードバックデータとし、ランプの励起
電流を制御するフィードバック制御系を、マイクロプロ
セッサのソフトウェアによるＰＩゲイン・フィードバッ
ク制御系によって構成し、しかも、このＰＩゲイン・フ
ィードバック制御系の中に平方根変換部を設けたことに
よって、単なる比例制御に基づくフィードバック制御系
では得られない、図４に示すような効果が得られる。す
なわち、図４（Ａ）、（Ｃ）のように電流指令の大小に
関わらず、電流出力は、図４（Ｂ）、（Ｄ）のように立
ち上がりの突出や大きな立ち上がり時間の遅れを生じな
い。また、精細なレーザ加工を施すために設定する複雑
な波形の電流指令（図４（Ｅ））に対しても、追随性の
良い励起ランプへの電流出力（同図（Ｆ））が得られ
る。
サの検出値をフィードバックデータとし、ランプの励起
電流を制御するフィードバック制御系を、マイクロプロ
セッサのソフトウェアによるＰＩゲイン・フィードバッ
ク制御系によって構成し、しかも、このＰＩゲイン・フ
ィードバック制御系の中に平方根変換部を設けたことに
よって、単なる比例制御に基づくフィードバック制御系
では得られない、図４に示すような効果が得られる。す
なわち、図４（Ａ）、（Ｃ）のように電流指令の大小に
関わらず、電流出力は、図４（Ｂ）、（Ｄ）のように立
ち上がりの突出や大きな立ち上がり時間の遅れを生じな
い。また、精細なレーザ加工を施すために設定する複雑
な波形の電流指令（図４（Ｅ））に対しても、追随性の
良い励起ランプへの電流出力（同図（Ｆ））が得られ
る。
【００１５】なお、通常の固体レーザ励起用ランプに用
いられるフラッシュランプの電圧特性は電流の１／２乗
にほぼ比例しており、上記のように平方根変換を施すこ
とによって追随性の良い励起ランプ制御が実現される
が、電圧電流特性が１／２乗の関係からずれた放電ラン
プを用いる場合には、１／２乗の非直線を直線に変換す
る平方根変換部を、任意の指数を１．０の指数に変換す
る指数変換部として、内容の下記変わった別のＲＯＭに
変えることや、高速のＲＡＭを用いることでも実現でき
る。
いられるフラッシュランプの電圧特性は電流の１／２乗
にほぼ比例しており、上記のように平方根変換を施すこ
とによって追随性の良い励起ランプ制御が実現される
が、電圧電流特性が１／２乗の関係からずれた放電ラン
プを用いる場合には、１／２乗の非直線を直線に変換す
る平方根変換部を、任意の指数を１．０の指数に変換す
る指数変換部として、内容の下記変わった別のＲＯＭに
変えることや、高速のＲＡＭを用いることでも実現でき
る。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、電流センサの検出値を
フィードバックデータとし、マイクロプロセッサのソフ
トウェアによるＰＩゲイン・フィードバック制御を適用
した励起ランプ制御において、ＰＩゲイン・フィードバ
ック制御系の中に平方根変換部を設けたことにより、励
起ランプに流れる電流が大きい状態から小さい状態ま
で、固定値の比例ゲイン、積分ゲインからなるＰＩゲイ
ンで、指令に対する高い追従性を示す固体レーザの電源
装置が得られる。
フィードバックデータとし、マイクロプロセッサのソフ
トウェアによるＰＩゲイン・フィードバック制御を適用
した励起ランプ制御において、ＰＩゲイン・フィードバ
ック制御系の中に平方根変換部を設けたことにより、励
起ランプに流れる電流が大きい状態から小さい状態ま
で、固定値の比例ゲイン、積分ゲインからなるＰＩゲイ
ンで、指令に対する高い追従性を示す固体レーザの電源
装置が得られる。
【図１】本発明の一実施形態のレーザ発振器用電源装置
【図２】本発明の一実施形態中のＰＷＭ発生回路の動作
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態中の平方根変換部の動作構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の効果を示す図である。
【図５】固体レーザ媒質光励起用フラッシュランプの電
圧電流特性を示す図である。
圧電流特性を示す図である。
【図６】従来のレーザ発振器用電源装置の構成の一例を
示す図である。
示す図である。
【図７】従来のレーザ発振器用電源装置の励起ランプの
制御特性を示す図である。
制御特性を示す図である。
１０ ３相交流電源 １１ コンバータ部 １２ システムＬＳＩ １３ コンデンサ １４ スイッチングトランジスタ １５ チョークコイル １６ ダイオード １７ 電流センサ １８ ダイオード １９ 励起ランプ ２０ レーザ媒体 ２１ ＰＷＭ発生回路 ２２ Ａ／Ｄ変換器 ３０ 電流制御部 ３１ 波形指令部 ３２ 比較部 ３３ 調節部 ３４ 平方根変換部 ４０ 正規化処理 ４１ 平方根変換 ４２ 係数乗算 ５０ マイクロプロセッサ
Claims (9)
- 【請求項１】 励起ランプを流れる電流の検出値と前記
励起ランプの電流目標設定値との差分を演算し、前記励
起ランプの印加電圧に帰還して励起ランプを流れる電流
を制御するフィードバック制御系をＰＩゲイン・フィー
ドバック制御系で構成し、前記ＰＩゲイン・フィードバ
ック制御系の中に前記励起ランプの電圧電流特性に基づ
いて予め設定した関数関係を演算する手段を設けたこと
特徴とするレーザ発振器用電源装置。 - 【請求項２】 レーザ媒体励起用の励起ランプに電力を
供給するための商用３相電源と交流を整流し直流に変換
するコンバータ部からなる電源部と、前記電源部と前記
励起ランプとの間に接続されたスイッチング手段と平滑
用のチョークコイルと電流センサと、前記電流センサの
出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器
の出力から前記スイッチング手段のスイッチング動作を
制御するためのデジタル符号の電圧指令を生成する電流
制御手段と、前記デジタル符号の電圧指令から前記スイ
ッチング手段のスイッチ開閉のための開閉信号を出力す
るＰＷＭ発生回路とを備え、前記電流制御手段が、前記
励起ランプに流す電流の目標設定値を出力する手段と該
目標設定値と前記電流センサの出力との差分を演算する
手段と該差分にＰＩゲインを与える手段と該ＰＩゲイン
を与える手段の出力に前記励起ランプの電圧電流特性に
基く予め設定した関数関係を演算する手段とを備えるこ
とを特徴とするレーザ発振器用電源装置。 - 【請求項３】 前記予め設定した関数関係は、電圧の大
きさが電流の大きさの平方根に比例する関数関係とした
ことを特徴とする前記請求項１並びに請求項２記載のレ
ーザ発振器用電源装置。 - 【請求項４】 前記励起ランプの電圧電流特性に基く予
め設定した関数関係を演算する手段は、該手段への入力
信号に正規化処理を施す手段と該正規化処理を施された
信号に平方根変換を施す手段と該平方根変換に予め定め
た係数を乗ずる手段を有することを特徴とする前記請求
項２記載のレーザ発振器用電源装置。 - 【請求項５】 前記ＰＷＭ発生回路は、入力のデジタル
の電圧信号に基づいてオンオフのデューティ比を変えた
波高値一定のパルス信号を出力することを特徴とする前
記請求項２記載のレーザ発振器用電源装置。 - 【請求項６】 前記平滑用のチョークコイルは、その遮
断周波数が前記ＰＷＭ発生回路の出力するパルス信号の
繰り返し周波数より低いことを特徴とする前記請求項２
記載のレーザ発振器用電源装置。 - 【請求項７】 前記励起ランプの電圧電流特性に基く予
め設定した関数関係を演算する手段は、ＲＯＭを有する
ことを特徴とする前記請求項２記載のレーザ発振器用電
源装置。 - 【請求項８】 前記電流制御手段は、ＲＯＭを有するマ
イクロプロセッサで構成することを特徴とする前記請求
項２記載のレーザ発振器用電源装置。 - 【請求項９】 前記Ａ／Ｄ変換器と前記ＰＷＭ発生回路
は一つのＬＳＩに集積して構成されていることを特徴と
する前記請求項２記載のレーザ発振器用電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11162309A JP2000349376A (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | レーザ発振器用電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11162309A JP2000349376A (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | レーザ発振器用電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000349376A true JP2000349376A (ja) | 2000-12-15 |
Family
ID=15752075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11162309A Pending JP2000349376A (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | レーザ発振器用電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000349376A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008104244A (ja) * | 2006-10-17 | 2008-05-01 | Meidensha Corp | 直流チョッパ |
| JP2010045093A (ja) * | 2008-08-11 | 2010-02-25 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 熱処理装置 |
| US7911491B2 (en) * | 2003-11-20 | 2011-03-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for controlling power of laser diode having optical power compensation |
| WO2013168376A1 (ja) * | 2012-05-09 | 2013-11-14 | パナソニック株式会社 | 発光ダイオード駆動装置及び半導体装置 |
-
1999
- 1999-06-09 JP JP11162309A patent/JP2000349376A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7911491B2 (en) * | 2003-11-20 | 2011-03-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for controlling power of laser diode having optical power compensation |
| US8174553B2 (en) | 2003-11-20 | 2012-05-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for controlling power of laser diode having optical power compensation |
| JP2008104244A (ja) * | 2006-10-17 | 2008-05-01 | Meidensha Corp | 直流チョッパ |
| JP2010045093A (ja) * | 2008-08-11 | 2010-02-25 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 熱処理装置 |
| WO2013168376A1 (ja) * | 2012-05-09 | 2013-11-14 | パナソニック株式会社 | 発光ダイオード駆動装置及び半導体装置 |
| US9131568B2 (en) | 2012-05-09 | 2015-09-08 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Light-emitting diode driving apparatus and semiconductor device |
| JPWO2013168376A1 (ja) * | 2012-05-09 | 2016-01-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 発光ダイオード駆動装置及び半導体装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020903 |