JPH02105480A - パルスレーザ用電源 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、大電流・パルスレーザ電源を実現するための
、パルスレーザ用電源に関するものである。

（従来の技術） 近年、ＴＥＲ及びＴＥＭＡＣＯ□レーザを始め、エキシ
マレーザ、銅蒸気レーザ等、各種レーザの産業への使用
が検討されており、同時にこれらのレーザのための、優
れた大電流・高繰返しパルス電源が要求される様になっ
ている。

また、同様の電源が加速器のＦａｓｔ　Ｐｕ１ｓｅｄ　
Ｍａｌ（ｎｅｔｓ用としても求められている。

この様なパルス電源には、早い電流の立上り（１００に
Ａ／７ａｓｅｅ）、大電流（〜ｌ０ＫＡ）、高電圧（〜
１５０ＫＡ）、低いインピーダンス高リアクトル比を有
する可飽和リアクトル（数Ｍ）！ｚ以上で十分に応答し
、しかも飽和時と非飽和時で大きいインダクタンスの比
を有する特性）、非常に狭いパルス幅（１００ｎｓｅＣ
）、ジッタ時間（数＋ｎ５ｅｃ以下）、長寿命（１０ｓ
〜１１程度以上）等の条件が要求されている。

上記の目的で考え出されたのが第２図に示す電気回路で
ある。第２図の電気回路において、パルス変圧器１１の
低圧側が、パルス電流を発生するためのスイッチ回路で
あり、高圧側は磁気パルス圧縮回路（Ｍａｇｎｅｔｉｃ
　Ｐｕ１ｓｅ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ＝　Ｍ　Ｐ　Ｃ
回路）と呼ばれる電気回路である。

第２図のパルス変圧器１の低圧側に形成されたスイッチ
回路において、充電電源１には、充電用リアクトル２〜
４．及び整流器５〜７を介してコンデンサ８〜１０が接
続され、パルス変圧器１１の低圧側に３並列に接続され
ている。また、スイッチ素子であるサイリスタ１２〜１
４はドライバ１５により点弧されるようになっている。

この様なスイッチ回路の動作としては、まず充電電源１
によって、充電用リアクトル２．３．４及び整流器５，
６．７を介して、コンデンサ８゜９．１０を常時一定の
電圧に充電しておく。ここでドライバ１５により、電源
全体として必要とされる周波数になるように、サイリス
タ１２〜１４を次々と点弧することにより、パルス変圧
器１１の低圧側には必要な繰返し数でパルス電流が発生
する。

なお、第２図の例ではサイリスタの数は３個、即ちパル
ス変圧器の低圧側に接続する回路は３並列としであるが
、これは電源として要求される繰返しのパルス数とサイ
リスタの能力に応じて、適当な数を選ぶことになる。例
えば、一般のサイリスタは、数百Ｈｚ、１ｋＨｚ程度の
繰返し周波数で使用するのが限界である。従って、例え
ば繰り返し周波数が５　ｋＨｚの場合にはサイリスタの
並列数は７〜１０１＆以上となる。

なお、第２図では繰返しパルス電流を発生するためのス
イッチ素子としては、特にサイリスタに限定されるもの
ではないが、上記のように厳しい条件に対して、そのス
イッチ素子として機械的スイッチを使用することは寿命
やジッタの点で問題があり、結局サイリスタが最も適し
ている。

この様なスイッチ回路に使用するスイッチ素子は、一定
のパルス幅でエネルギーを充電電源からＭＰＣ回路側に
送る役割を果たすものであり、このスイッチ素子として
サイラトロン或は半導体が最適と考えられるが、前記の
ような高電圧の電源回路ではスイッチの責務が大きく、
それだけ大型のスイッチを使用させざるを得ない。

一方、パルス変圧器１１の高圧側のＭＰＣ回路は適当な
値のコンデンサ１６〜１８と可飽和リアクトル１９〜２
１が３段に組み合わせられており、この各段の回路によ
って、パルス変圧器１１の低圧側から入力された電流の
時間幅が順次圧縮されるように構成されている。この様
な構成から、パルス変圧器の低圧側から入力された電流
の時間幅を百分の一程度にすることにより、電流の上昇
率を前記した１００ｋＡ／μｓｅｃ以上とするものであ
る。

この様なパルス変圧器１１の高圧側の動作を詳細に述べ
れば、パルス変圧器１１の高圧側に電圧が発生すると、
この電圧に比例して第一段のコンデンサ１６の極間電圧
が上昇する。この結果、コンデンサ１６の極間電圧に比
例して、第１段の可飽和リアクトル１９には僅かな電流
が流れ出すがこの電流がある値に達すると可飽和リアク
トル１９の鉄心内の磁束数は飽和磁束密度以上にいたり
、可飽和リアクトルは飽和状態となり、急激にインダク
タンスが低下し、コンデンサＩ６に蓄えられたエネルギ
ーは可飽和リアクトル１９を介して第二段のコンデンサ
１７に転移する。この場合、各段の可飽和リアクトル１
９．２０．２１の非飽和時及び飽和時のインダクタンス
を順次小さくすることにより、各段をながれる電流の周
波数を順次高周波数にすることが出来る。

ところで、第一段のコンデンサ１６と、第一段の可飽和
リアクトル１９と、第二段のコンデンサ１７との関係は
、可飽和リアクトル１９が非飽和のとき、このループに
ながれる電流の周波数における第一段のコンデンサ１６
のインピーダンスと、第一段の可飽和リアクトル１９の
非飽和時のインピーダンスを適正な値にすることにより
、第一段のコンデンサ１６から第二段のコンダンサ１７
ヘエネルギーが転移する時期を調整することが出来、可
飽和リアクトル１９が飽和のときにながれる電流周波数
における第二段のコンデンサ１７のインピーダンスより
可飽和リアクトル１９の飽和時のインピーダンスを十分
に大きくすることにより、第一段のコンデンサ１６のほ
ぼ全エネルギーをコンデンサ１７に転移させることが出
来る。

以上のように、インピーダンス関係によりエネルギー転
移の時期を調整し、エネルギー転移の効率を向上するた
めの、具体的なコンデンサと可飽和リアクトルとの組合
せは多数考えられるが、もっとも−射的なのはコンデン
サの値を一定にしておき、可飽和リアクトルの値を変化
させていく方法である。

可飽和リアクトルの特性式を示せば、 可飽和リアクトルの飽和電圧 ｃｘ：（入力周波数×巻線の２乗 ×鉄心の飽和磁束密度×鉄心の断面積）となる。

上記のように、エネルギー転移の時期を調整し。

エネルギー転移の効率を向上するために鉄心や巻線の巻
数を変えて、可飽和リアクトルの値を変えることは容易
に出来ず、簡単に操作できるものではない。

（発明が解決しようとする課り 上記のような従来のパルスレーザ用″准源については、
磁気圧縮回路が動作する電圧値（可飽和リアクトルが飽
和電圧に達したときの値を言う）は可飽和リアクトルの
構成で決まってしまうため、エネルギー転移の効率を向
上出来なかった。また、飽和電圧値は負荷となるレーザ
放電部の構成によって変化していかなければいけないが
、可飽和リアクトルの飽和電圧を変化させるのは容易で
なかったため、飽和電圧値を変えられなかった。また。

同じ放電部を使用して動作電圧を一定にして入力を調整
したい場合にも同様なことが言えた。

そこで、本発明は以上の欠点を除去するために提案され
たもので、その目的は可飽和リアクトルの飽和電圧値を
容易に変化でき、各段のエネルギー転移の効率の向上と
、入力調整が可能なレーザ電源を提供するところにある
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のパルスレーザ用電源は、磁気圧縮回路の各段の
コンデンサと直列に回路周波数調整用コンデンサを設け
ると共に、各段のコンデンサに並列に回路周波数調整用
コンデンサを設けたことにより、磁気圧縮回路入力周波
数を調整し、また、可飽和リアク１−ルの飽和電圧値を
調整するように構成したものである。

（作　　用） このような構成を有する本発明によれば、磁気圧縮回路
の各可飽和リアクトルの飽和電圧値を最適値に調整する
ことが出来、各段のエネルギー転移の効率を向上するこ
とが可能となる。

（実　施　例） 以下本発明の一実施例を第１図に基づいて具体的に説明
する。なお、第２図に示した従来型と同一の部材は同一
符号を記し説明を省略する。

本実施例においては、第１図の回路図に示したように、
パルス変圧器１１と磁気圧縮回路の一段目のコンデンサ
１６との間に回路周波数調整用コンデンサ２３が設けら
れてる。充電電源のコンデンサ８゜９．１０に貯められ
た電荷はある周波数でパルス変圧器１１と回路周波数調
整用コンデンサ２３を介して磁気圧縮回路の一段目のコ
ンデンサ１６と回路周波数調整用コンンデンサ２４に充
電される。その周波数で磁気圧縮回路の一段目のコンデ
ンサ１６に電圧が立ち上がり一段目の可飽和リアクトル
１９の飽和電圧に達したときに１回路周波数調整用コン
デンサ２５と可飽和リアクトルを介して次の段のコンデ
ンサ１７と回路周波数調整用コンデンサ２６に電荷転移
動する。同じ様に回路周波数調整用コンデンサ２７と可
飽和リアクトル２０を介して三段目のコンデンサ１８回
路周波数調整用コンデンサ２８に電荷を移動する。そし
て、最後に可飽和リアクトル２１を介して放電部へ入力
する。

この様な構成を有する本実施例のパルスレーザ電源にお
いては、第１図に示す可飽和リアクトル１９、２０．２
１の飽和電圧が入力電圧の最大値でない場合に、回路周
波数調整コンデンサ２３．２４．２５゜２６、２７．２
８の値を変化させることにより、各段の入力する回路周
波数の値を変化させて、可飽和リアクトル１９．２０．
２１の飽和電圧値を調整し入力電圧波形の最大値で飽和
電圧に達するようにすることが出来る。飽和電圧が入力
電圧の最大値になるため各段のエネルギー転移の効率が
向上することになる。

この様に、本実施例のパルスレーザ用電源を用いると、
磁気圧縮回路の各段の可飽和リアクトルについて飽和電
圧値を入力電圧値の最大値に微調整できることで各段の
エネルギー転移の効率を向上することができる。以上に
より、磁気圧縮回路の動作を最適状態で行えることが出
来、総合効率のいいパルスレーザ用電源を得ることが出
来る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、磁気圧縮回路の動
作を最適状態で行えることが出来るため、各段のエネル
ギー転移の効率を向上させ、総合効率のいいパルスレー
ザ用電源を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパルスレーザ電源回路の１実施例を示
す回路図、第２図は、従来のパルスレーザ電源回路の一
例を示す回路図である。 １・・・スイッチ回路の充電電源、 ８〜１０・・・コンデンサ。 １２〜１４・・・スイッチ素子（サイリスタ）、１５・
・・ドライバ、１１・・・パルストランス、１８〜２１
・・・可飽和リアクトル、 ２２・・・レーザ放電部、 ２３〜２８・・・回路周波数調整用コンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　充電電源に接続されたコンデンサにスイッチ素子を接
   続したスイッチ回路と可飽和リアクトルとコンデンサを
   レーザ放電部に接続してなる磁気パルス圧縮回路とを有
   するパルスレーザ用電源において、磁気パルス圧縮回路
   における各段のコンデンサと直列に回路周波数調整用コ
   ンデンサを接続したことを特徴とするパルスレーザ用電
   源。