JPH0410680A - 気体レーザ装置 - Google Patents
気体レーザ装置Info
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- JPH0410680A JPH0410680A JP2114753A JP11475390A JPH0410680A JP H0410680 A JPH0410680 A JP H0410680A JP 2114753 A JP2114753 A JP 2114753A JP 11475390 A JP11475390 A JP 11475390A JP H0410680 A JPH0410680 A JP H0410680A
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- voltage
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、炭酸ガスレーザ等の気体レーザ装置において
、特に高電圧電源の小型化を図るとともに微小電流出力
制御の容易化を図った気体レーザ装置に関する。
、特に高電圧電源の小型化を図るとともに微小電流出力
制御の容易化を図った気体レーザ装置に関する。
従来の技術
従来の気体レーザ装置の構成例を第4図に示す。第4図
において、1はレーザ共振器、2は出カ鏡、3は全反射
鏡、4a、4bは放電電極、5はレーザ共振器1内の気
体レーザ媒質の放電部、6は送風機、7は冷却器、8は
給気ダクト、9は排気ダクトである。また、10は商用
電源、11は高圧トランス、12は高圧整流ダイオード
、13は高圧抵抗、14は制御真空管である。
において、1はレーザ共振器、2は出カ鏡、3は全反射
鏡、4a、4bは放電電極、5はレーザ共振器1内の気
体レーザ媒質の放電部、6は送風機、7は冷却器、8は
給気ダクト、9は排気ダクトである。また、10は商用
電源、11は高圧トランス、12は高圧整流ダイオード
、13は高圧抵抗、14は制御真空管である。
次に前記従来例の動作について説明する。気体レーザ媒
質は、出力鏡2と全反射鏡3を取り付けたレーザ共振器
1内に送風機6により給気ダクト8を通じて供給され、
放電電極4a、4bによる放電により励起されてレーザ
光を出力する。気体レーザ媒質を放電励起させるための
高電圧は、例えば200Vの商用電源10を高圧トラン
ス11で昇圧して高圧整流ダイオード12で整流した後
、高圧抵抗13と制御真空管14により電流電圧制御し
て得ていた。
質は、出力鏡2と全反射鏡3を取り付けたレーザ共振器
1内に送風機6により給気ダクト8を通じて供給され、
放電電極4a、4bによる放電により励起されてレーザ
光を出力する。気体レーザ媒質を放電励起させるための
高電圧は、例えば200Vの商用電源10を高圧トラン
ス11で昇圧して高圧整流ダイオード12で整流した後
、高圧抵抗13と制御真空管14により電流電圧制御し
て得ていた。
発明が解決しようとする課題
一般に、この種の気体レーザ装置での放電電圧電流特性
は、30〜5QkVの放電開始電圧からその約半分の放
電維持電圧まで変化し、さらに電流が増えるにつれて電
圧が低下する特性を示している。従来の高電圧電源では
、高圧トランス11に定電圧特性を持たせ、放電電圧と
の差を高圧抵抗13と制御真空管14により負担してい
た。その結果、必要な絶縁距離を得るために寸法を大き
くした高圧用真空管等を使用しなければならず、電源が
大型化する問題点があった。
は、30〜5QkVの放電開始電圧からその約半分の放
電維持電圧まで変化し、さらに電流が増えるにつれて電
圧が低下する特性を示している。従来の高電圧電源では
、高圧トランス11に定電圧特性を持たせ、放電電圧と
の差を高圧抵抗13と制御真空管14により負担してい
た。その結果、必要な絶縁距離を得るために寸法を大き
くした高圧用真空管等を使用しなければならず、電源が
大型化する問題点があった。
また、高電圧回路上に位置した制御真空管14を用いて
電流制御するため、制卸回路と高電圧回路との絶縁が必
要になり、高電圧回路のノイズによる制御回路の破損が
頻繁に発生する問題点があった。
電流制御するため、制卸回路と高電圧回路との絶縁が必
要になり、高電圧回路のノイズによる制御回路の破損が
頻繁に発生する問題点があった。
さらにまた、大電流を出力するときは、出力を安定させ
るために高圧抵抗13と制御真空管14とで高いインピ
ーダンス値を作り、両者で負担する電圧を大きくして用
いる必要がある。逆に、微小電流を出力するときは、高
圧抵抗13と制御真空管14とで負担する電圧が殆どな
く、低いインピーダンス値にする必要がある。このため
、大電流により出力定格を定めると、最低電流を低くし
てレーザ光出力を絞ることが困難になるという問題点が
あった。
るために高圧抵抗13と制御真空管14とで高いインピ
ーダンス値を作り、両者で負担する電圧を大きくして用
いる必要がある。逆に、微小電流を出力するときは、高
圧抵抗13と制御真空管14とで負担する電圧が殆どな
く、低いインピーダンス値にする必要がある。このため
、大電流により出力定格を定めると、最低電流を低くし
てレーザ光出力を絞ることが困難になるという問題点が
あった。
本発明は、このような従来の問題点を解決するものであ
り、気体レーザ装置の高電圧電源を小型化し、高電圧ノ
イズによる制御回路の破損を防止し、高電流から低電流
までの電流制御を容易に行なうことのできる気体レーザ
装置を提供することを目的とする。
り、気体レーザ装置の高電圧電源を小型化し、高電圧ノ
イズによる制御回路の破損を防止し、高電流から低電流
までの電流制御を容易に行なうことのできる気体レーザ
装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、前記目的を達成するために、高電圧電源を、
実効電圧を変化させることのできる低電圧の交流電源と
昇圧トランスと整流回路とで構成し、昇圧トランスの2
次出力端子と整流回路との間に整流回路と並列にコンデ
ンサを接続するか、または昇圧トランスの2次コイル巻
線を電気的絶縁性を有する誘電体物質で被覆して2次コ
イルに分布容量を持たせるようにし、並列のコンデンサ
または昇圧トランスの2次コイルの分布容量の容量値に
昇圧トランス巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランスの
1次インダクタンスの並列共振周波数を、低電圧交流電
源の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9倍とした
ものである。
実効電圧を変化させることのできる低電圧の交流電源と
昇圧トランスと整流回路とで構成し、昇圧トランスの2
次出力端子と整流回路との間に整流回路と並列にコンデ
ンサを接続するか、または昇圧トランスの2次コイル巻
線を電気的絶縁性を有する誘電体物質で被覆して2次コ
イルに分布容量を持たせるようにし、並列のコンデンサ
または昇圧トランスの2次コイルの分布容量の容量値に
昇圧トランス巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランスの
1次インダクタンスの並列共振周波数を、低電圧交流電
源の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9倍とした
ものである。
作用
本発明は、前記構成により、高電圧電源の出力を制御真
空管等の高電圧素子によらずに昇圧トランス1次側の低
電圧側で制御できるので、高電圧電源を小型化できると
ともに高電圧ノイズによる制御回路の破損を防止するこ
とができ、高電流がら低電流までの電流制御を容易に行
なうことができる。
空管等の高電圧素子によらずに昇圧トランス1次側の低
電圧側で制御できるので、高電圧電源を小型化できると
ともに高電圧ノイズによる制御回路の破損を防止するこ
とができ、高電流がら低電流までの電流制御を容易に行
なうことができる。
実施例
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第1
図は本発明の一実施例の構成を示すものであり、21は
レーザ共振器、22は出力鏡、23は全反射鏡である。
図は本発明の一実施例の構成を示すものであり、21は
レーザ共振器、22は出力鏡、23は全反射鏡である。
24 a 、 ’24 bは放電電極、25はレーザ共
振器21内の気体レーザ媒質の放電部、26は送風機、
27は冷却器、28は給気ダクト、29は排気ダクトで
ある。また、30は低電圧直流電源、31は低電圧交流
電源となるインバータ回路であり、フルブリッジ接続さ
れた4個の半導体スイッチ素子312〜31dからなる
。32は1次コイルと2次コイルを絶縁構成とした昇圧
トランスであり、その1次側にインバータ回路31が接
続されている。33は昇圧トランス3202次側に並列
に接続された高周波高耐圧コンデンサ、34はコンデン
サ33に並列に接続された整流回路である。35は整流
回路34に並列に接続された平滑コンデンサであり、平
滑コンデンサ35の両端部は放電電極24a、24bに
接続されている。
振器21内の気体レーザ媒質の放電部、26は送風機、
27は冷却器、28は給気ダクト、29は排気ダクトで
ある。また、30は低電圧直流電源、31は低電圧交流
電源となるインバータ回路であり、フルブリッジ接続さ
れた4個の半導体スイッチ素子312〜31dからなる
。32は1次コイルと2次コイルを絶縁構成とした昇圧
トランスであり、その1次側にインバータ回路31が接
続されている。33は昇圧トランス3202次側に並列
に接続された高周波高耐圧コンデンサ、34はコンデン
サ33に並列に接続された整流回路である。35は整流
回路34に並列に接続された平滑コンデンサであり、平
滑コンデンサ35の両端部は放電電極24a、24bに
接続されている。
コンデンサ33の容量値は、コンデンサ33の容量値に
トランス巻数比の2乗倍した値と昇圧トランス32の1
次インダクタンスの並列共振周波数が、インバータ回路
31から出力される交流周波数の下限値の0.9倍にな
るように設定されている。
トランス巻数比の2乗倍した値と昇圧トランス32の1
次インダクタンスの並列共振周波数が、インバータ回路
31から出力される交流周波数の下限値の0.9倍にな
るように設定されている。
次に前記実施例の動作について説明する。レーザ共振器
21内へは、気体レーザ媒質が送風機26により給気ダ
クト28を通じて供給され、放電電極24a、24b間
でグロー放電を起こすことにより励起されてレーザ光を
発振する。発振されたレーザ光は、出力鏡22および全
反射鏡23の間を増幅されて往復し、最後は出力鏡22
から外へ取り出される。レーザ共振器21内の温度上昇
した気体レーザ媒質は、排気ダクト29を通じて回収さ
れ、冷却器27により冷却されて再び送風機26により
給気ダクト28を通じてレーザ共振器21内へ送られる
。
21内へは、気体レーザ媒質が送風機26により給気ダ
クト28を通じて供給され、放電電極24a、24b間
でグロー放電を起こすことにより励起されてレーザ光を
発振する。発振されたレーザ光は、出力鏡22および全
反射鏡23の間を増幅されて往復し、最後は出力鏡22
から外へ取り出される。レーザ共振器21内の温度上昇
した気体レーザ媒質は、排気ダクト29を通じて回収さ
れ、冷却器27により冷却されて再び送風機26により
給気ダクト28を通じてレーザ共振器21内へ送られる
。
低電圧直流電源30の出力は、インバータ回路31の半
導体スイッチ素子31a、31cと31b、31dとを
交互に断続することにより交流電圧を発生させ、かつそ
の断続の周期により交流周波数を変え、通電時間により
実効電圧を変化させている。昇圧トランス32で高電圧
に昇圧された交流は、整流回路34により整流され、平
滑コンデンサ35により平滑されて高電圧の直流となっ
てレーザ発振器21の放電電極24a、24bに印加さ
れる。
導体スイッチ素子31a、31cと31b、31dとを
交互に断続することにより交流電圧を発生させ、かつそ
の断続の周期により交流周波数を変え、通電時間により
実効電圧を変化させている。昇圧トランス32で高電圧
に昇圧された交流は、整流回路34により整流され、平
滑コンデンサ35により平滑されて高電圧の直流となっ
てレーザ発振器21の放電電極24a、24bに印加さ
れる。
昇圧トランス32の1次側のインバータ回路31の出力
周波数に対する昇圧トランス32の1次インピーダンス
の周波数特性は、本願の発明者らが測定した結果、第2
図に示すようにインピーダンスが極大値を示す周波数が
現れ、その周波数は、2次側のコンデンサ33の容量に
トランス巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランス32の
1次インダクタンスの並列共振周波数に一致した。さら
に、昇圧トランス32の2次側の出力電圧特性を測定す
ると、無負荷時の発生電圧は並列共振作用により出力周
波数が共振周波数付近すなわちインピーダンスが極大値
を示す点で極小値を示し、共振周波数以上の周波数では
トランス巻数比の1倍から1.5倍の電圧が周波数の増
加に応じて発生した。また、並列共振周波数がインバー
タ回路31の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9
倍としたときに、インバータ回路31の出力周波数を並
列共振周波数の1.1倍から1.4倍とすると、第3図
に示すように、高圧電源に負荷すなわちレーザ共振器2
1の放電電極24a、24bを接続したときの出力垂下
性を、気体レーザ媒質の放電電圧が放電開始電圧から放
電を維持する電圧まで低下する微小電流領域に一致させ
ることができた。一方、並列共振周波数がインバータ回
路31の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9倍を
上回るときには、例えばインバータ回路31の出力周波
数を並列共振周波数の2倍としたときには、高電圧電源
に負荷を接続したときの出力垂下が著しく、気体レーザ
媒質の微小電流領域での放電電圧が得られなかった。
周波数に対する昇圧トランス32の1次インピーダンス
の周波数特性は、本願の発明者らが測定した結果、第2
図に示すようにインピーダンスが極大値を示す周波数が
現れ、その周波数は、2次側のコンデンサ33の容量に
トランス巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランス32の
1次インダクタンスの並列共振周波数に一致した。さら
に、昇圧トランス32の2次側の出力電圧特性を測定す
ると、無負荷時の発生電圧は並列共振作用により出力周
波数が共振周波数付近すなわちインピーダンスが極大値
を示す点で極小値を示し、共振周波数以上の周波数では
トランス巻数比の1倍から1.5倍の電圧が周波数の増
加に応じて発生した。また、並列共振周波数がインバー
タ回路31の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9
倍としたときに、インバータ回路31の出力周波数を並
列共振周波数の1.1倍から1.4倍とすると、第3図
に示すように、高圧電源に負荷すなわちレーザ共振器2
1の放電電極24a、24bを接続したときの出力垂下
性を、気体レーザ媒質の放電電圧が放電開始電圧から放
電を維持する電圧まで低下する微小電流領域に一致させ
ることができた。一方、並列共振周波数がインバータ回
路31の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9倍を
上回るときには、例えばインバータ回路31の出力周波
数を並列共振周波数の2倍としたときには、高電圧電源
に負荷を接続したときの出力垂下が著しく、気体レーザ
媒質の微小電流領域での放電電圧が得られなかった。
この結果、並列コンデンサ33の容量値に昇圧トランス
32の巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランス32の1
次インダクタンスの並列共振周波数をインバータ回路3
1の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9倍とした
とき、インバータ回路31の出力周波数を並列共振周波
数の1.1倍から1.4倍にすると、微小放電電流領域
での放電開始電圧を発生させることができ、昇圧トラン
ス32の2次側の高電圧出力を、高圧制御用真空管を用
いることなく昇圧トランス32の1次側の低電圧側で制
御でき、かっ昇圧トランス32により高電圧側とは絶縁
されているので、高電圧電源を小型化できるとともに高
電圧ノイズによる制御回路の破損を防止することができ
、高電流から低電流までの電流制御を容易に行なうこと
ができる。また、高電圧側の出力は、インバータ回路3
1の断続周波数や通電時間により制御できるので、出力
の制御を容易に行なうことができる。
32の巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランス32の1
次インダクタンスの並列共振周波数をインバータ回路3
1の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9倍とした
とき、インバータ回路31の出力周波数を並列共振周波
数の1.1倍から1.4倍にすると、微小放電電流領域
での放電開始電圧を発生させることができ、昇圧トラン
ス32の2次側の高電圧出力を、高圧制御用真空管を用
いることなく昇圧トランス32の1次側の低電圧側で制
御でき、かっ昇圧トランス32により高電圧側とは絶縁
されているので、高電圧電源を小型化できるとともに高
電圧ノイズによる制御回路の破損を防止することができ
、高電流から低電流までの電流制御を容易に行なうこと
ができる。また、高電圧側の出力は、インバータ回路3
1の断続周波数や通電時間により制御できるので、出力
の制御を容易に行なうことができる。
本発明はまた、図には示していないが、コンデンサ33
を用いずに、昇圧トランス32の2次コイル巻線を電気
的絶縁性を有する誘電体物質で被覆して2次コイルに分
布容量を持たせることによっても実現することができる
。すなわち、インバータ回路31の断続周波数の017
倍から0゜9倍の周波数により昇圧トランス32の1次
インピーダンスが最大となるように、2次コイル巻線を
被覆する誘電体物質の誘電率と被覆厚とを定めればよい
。このときの周波数は、2次コイルの分布容量にトラン
ス巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランス32の1次イ
ンダクタンスの並列共振周波数となっており、第1図に
示した実施例と同じく微小電流での放電電圧を出力可能
な高電圧電源を構成することができ、昇圧トランス32
の高電圧出力を1次側の低電圧側で制御することができ
るので、前記実施例と同様な効果を得ることができる。
を用いずに、昇圧トランス32の2次コイル巻線を電気
的絶縁性を有する誘電体物質で被覆して2次コイルに分
布容量を持たせることによっても実現することができる
。すなわち、インバータ回路31の断続周波数の017
倍から0゜9倍の周波数により昇圧トランス32の1次
インピーダンスが最大となるように、2次コイル巻線を
被覆する誘電体物質の誘電率と被覆厚とを定めればよい
。このときの周波数は、2次コイルの分布容量にトラン
ス巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランス32の1次イ
ンダクタンスの並列共振周波数となっており、第1図に
示した実施例と同じく微小電流での放電電圧を出力可能
な高電圧電源を構成することができ、昇圧トランス32
の高電圧出力を1次側の低電圧側で制御することができ
るので、前記実施例と同様な効果を得ることができる。
発明の効果
以上のように、本発明の気体レーザ装置によれば、高圧
制御用真空管を用いることなく、微小電流から大電流ま
での電流制御を容易に行なうことができ、高電圧電源を
小型化することができる。
制御用真空管を用いることなく、微小電流から大電流ま
での電流制御を容易に行なうことができ、高電圧電源を
小型化することができる。
また、高電圧電源の出力を昇圧トランス1次側の低電圧
側で制御することができるので、高電圧ノイズによる制
御回路の破損を防止することができ、出力を容易に制御
することができる。
側で制御することができるので、高電圧ノイズによる制
御回路の破損を防止することができ、出力を容易に制御
することができる。
第1図は本発明の一実施例を示す気体レーザ・装置の概
略構成図、第2図a、bは本発明の一実施例における昇
圧トランスの位相と1次インピーダンスの周波数特性を
示すグラフ、第3図は本発明の一実施1例における出力
特性と放電電圧電流の相関を示すグラフ、第4図は従来
の気体レーザ装置の−例を示す概略構成図である。 21・・・レーザ共振器、22・・・出力鏡、23・・
・全反射鏡、24a、24b・・・放電電極、25・・
・気体レーザ媒質の放電部、26・・・送風機、27・
・・冷却器、28・・・給気ダクト、29・・・排気ダ
クト、30低電圧直流電源、31・・・インバータ回路
(低電圧交流電源)、312〜31d・・・半導体スイ
ッチ素子、32・・・昇圧トランス、33・・・高周波
高耐圧コンデンサ、34・・・整流回路、35・・・平
滑コンデンサ。 代理人の氏名 弁理士 蔵 合 正 博撃 早 %f+ )IJ−臥c)K
略構成図、第2図a、bは本発明の一実施例における昇
圧トランスの位相と1次インピーダンスの周波数特性を
示すグラフ、第3図は本発明の一実施1例における出力
特性と放電電圧電流の相関を示すグラフ、第4図は従来
の気体レーザ装置の−例を示す概略構成図である。 21・・・レーザ共振器、22・・・出力鏡、23・・
・全反射鏡、24a、24b・・・放電電極、25・・
・気体レーザ媒質の放電部、26・・・送風機、27・
・・冷却器、28・・・給気ダクト、29・・・排気ダ
クト、30低電圧直流電源、31・・・インバータ回路
(低電圧交流電源)、312〜31d・・・半導体スイ
ッチ素子、32・・・昇圧トランス、33・・・高周波
高耐圧コンデンサ、34・・・整流回路、35・・・平
滑コンデンサ。 代理人の氏名 弁理士 蔵 合 正 博撃 早 %f+ )IJ−臥c)K
Claims (2)
- (1)レーザ共振器内の気体レーザ媒質を高電圧電源に
接続された放電電極の放電により励起してレーザ光を発
生させる気体レーザ装置において、前記高電圧電源が、
実効電圧を変化させることのできる低電圧交流電源と昇
圧トランスと整流回路とを含み、前記昇圧トランスの2
次出力端子と前記整流回路との間に前記整流回路と並列
にコンデンサを接続し、前記コンデンサ容量に昇圧トラ
ンス巻数比の2乗倍した容量と前記昇圧トランスの1次
インダクタンスの並列共振周波数を前記低電圧交流電源
の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9倍としたこ
とを特徴とする気体レーザ装置。 - (2)レーザ共振器内の気体レーザ媒質を高電圧電源に
接続された放電電極の放電により励起してレーザ光を発
生させる気体レーザ装置において、前記高電圧電源が、
実効電圧を変化させることのできる低電圧交流電源と昇
圧トランスと整流回路とを含み、前記昇圧トランスの2
次コイル巻線を電気的絶縁性を有する誘電体物質で被覆
して分布容量を持たせ、前記誘電体物質の誘電率と被覆
厚さを、前記昇圧トランスの2次コイルの分布容量に昇
圧トランス巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランスの1
次インダクタンスの並列共振周波数が前記低電圧交流電
源の出力周波数の下限値の0.7倍から0.9倍となる
ように定めたことを特徴とする気体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11475390A JP2707357B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 気体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11475390A JP2707357B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 気体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0410680A true JPH0410680A (ja) | 1992-01-14 |
| JP2707357B2 JP2707357B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=14645822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11475390A Expired - Lifetime JP2707357B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 気体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2707357B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0935263A3 (en) * | 1998-02-05 | 1999-12-15 | City University of Hong Kong | Operating techniques for coreless printed-circuit-board (PCB) transformers |
| US6501364B1 (en) | 2001-06-15 | 2002-12-31 | City University Of Hong Kong | Planar printed-circuit-board transformers with effective electromagnetic interference (EMI) shielding |
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| US7768371B2 (en) | 1998-02-05 | 2010-08-03 | City University Of Hong Kong | Coreless printed-circuit-board (PCB) transformers and operating techniques therefor |
-
1990
- 1990-04-27 JP JP11475390A patent/JP2707357B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0935263A3 (en) * | 1998-02-05 | 1999-12-15 | City University of Hong Kong | Operating techniques for coreless printed-circuit-board (PCB) transformers |
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| JP2707357B2 (ja) | 1998-01-28 |
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