JPH0528070B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、電源装置に関し、特にレーザ発振
器のような連続モードとパルスモードとに電源の
の切換えが必要な器機に対して使用できる電源装
置に関する。

［発明の技術的背景及びその問題点］ 一般に、CO₂ガスレーザ発振器の電源の仕様と
しては、(1)連続モードとして対象レーザ放電部の
電圧（1000V以上）、電流に合致した直流、(2)パ
ルスモードとして連続モード時の電圧、電流をパ
ルス状に断続したもので、周波数200−1kHz、デ
ユーテイ比10−50％、の２つのモードが要求され
る。そしてさらに、第１２図に示すように連続モ
ード時とパルスモード時の平均電力が等しくなる
ように、パルスモード時にはそのピーク電圧、ピ
ーク電流が連続モード時よりも大きいことが望ま
しい。（エンハンスパルスモード） このような仕様を満たすため従来、１つの方式
として高周波コンバータを用いた電源装置があ
る。この電源装置は第１３図に示すように、商用
電源１を可変電圧整流回路３、平滑回路５によつ
て直流に変換してスイツチング回路７に通じ、そ
の直流電源をスイツチング回路７によつてキヤリ
ア周波数でスイツチングして出力トランス９に与
え、出力トランス９において昇圧した後、整流平
滑回路１１によつてキヤリア信号を平滑し、整流
することにより脈流直流電源として出力するよう
に構成している。そしてスイツチング回路７にお
けるスイツチング信号は、キヤリア発生器１３か
らのキヤリア信号をパルスパターン発生器１５か
らのパルスパターンにキヤリアゲート１７におい
て重畳し、スイツチング回路７に与えるようにし
ている。

しかしながら、このような高周波コンバータを
中心とした回路構成の場合、構成が複雑になり、
高周波部品が高価であること、さらにはエンハン
スパルスモードを実現するには部品の電力容量を
大きくしなければならないといつた問題があつ
た。

また従来、電源装置の別の構成として、第１４
図に示すように商用電源１を交流可変電圧装置１
９において電圧変更し、昇圧トランスによつて昇
圧させた後、整流平滑回路２３において直流に変
換してスイツチング回路２５に与え、このスイツ
チング回路２５においてパルスパターン発生器２
７から与えられるパルスパターンに従つてスイツ
チングし、脈流直流電源として出力する構成も考
えられるが、この場合には高電圧のためスイツチ
ングが難しく、また昇圧トランスは商用囲数用の
ために大型となるといつた問題がある。

［発明の目的］ この発明は、このような従来の問題に鑑みてな
されたものであつて、用いるトランスが小さくて
すみ、連続モード、エンハンスパルスモードの両
モードがスイツチング回路のデユーテイ比を変え
ることなく出力できる電源装置を提供することを
目的とする。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために、本発明は、並列に
接続されたＮ個（Ｎ≧２）のパルス増幅部と；こ
の各パルス増幅部に連続モード時にはデユーテイ
比１／Ｎ以上の入力パルスを、パルスモード時に
はデユーテイ比１／Ｎ以下の入力パルスを与える
パルス発生器と；前記連続モード時には前記各パ
ルス増幅部へ与える各入力パルスの位相をずら
し、前記パルスモード時には前記各パルス増幅部
へ与える各入力パルスの位相が同位相となるよう
に前記各パルス増幅部に入力される入力パルス信
号の位相を制御する位相制御部と、前記パルス発
生器のパルス周波数よりも極めて高い周波数のキ
ヤリアを発生するキヤリア発生器と、前記パルス
発生器から前記各パルス増幅部へ入力される入力
パルスに前記キヤリアを重畳するキヤリアゲート
とを備えてなり、前記各パルス増幅部は、パルス
増幅器及び整流回路をそれぞれ備え、かつ平滑回
路を共用してなるものである。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示し、パルス増
幅部を２系統（Ｎ＝２）にした実施例である。商
用交流電源３１は整流平滑回路３３によつて整
流、平滑されて直流電源となり、第１パルス増幅
部３５と第２パルス増幅部３７とに入力される。
一方の第１パルス増幅部３５に対してはパルス発
生器３９から一定パルスパターンの入力パルス信
号が直接に与えられ、他方の第２パルス増幅部３
７に対しては位相制御部４１を介して入力パルス
信号が与えられるようにしてある。そして前記第
１、第２パルス増幅部３５，３７の出力は重畳さ
れて１つの直流出力とされる。

第２図は上記実施例の電源装置の具体的な回路
構成を示すものであり、整流平滑回路３３は整流
用ダイオードD₁−D₆、フリーホイールダイオー
ドD₇、さらに平滑用コイルＬ、コンデンサＣに
よつて構成されている。そして商用電源３１を整
流、平滑して直流電源とし、並列に接続された第
１パルス増幅部３５、第２パルス増幅部３７に入
力されている。第１パルス増幅部３５、第２パル
ス増幅部３７は同一の回路構成を有するものであ
り、それぞれスイツチング素子としてのトランジ
スタQ₁₁−Q₁₄；Q₂₁−Q₂₄によつていわゆるブリ
ツジ型増幅器を構成している。そして各トランジ
スタQ₁₁，Q₁₄は入力パルス信号P₁₁によつてドラ
イブされ、Q₁₂，Q₁₃は共に入力パルス信号P₁₂に
よつてドライブされる。同様に第２パルス増幅部
３７のトランジスタQ₂₁，Q₂₄は入力パルス信号
P₂₁によつてドライブされ、トランジスタQ₂₂，
Q₂₃は入力パルス信号P₂₂によつてドライブされる
ようになつている。

このスイツチング回路の出力は出力トランス
T₁，T₂によつて昇圧され、それぞれ整流ダイオ
ードD₁₁−D₁₄；D₂₁−D₂₄によつて整流されて出
力するようになつている。

次に上記構成の電源装置の動作を説明する。説
明の便宜のために、第２図に示した一方の第１パ
ルス増幅部３５に与えられる入力パルス信号と整
流出力との関係のみが第３図に示されている。入
力パルスP₁₁，P₁₂は180°位相がずれたものであ
り、トランジスタQ₁₁，Q₁₄の組とトランジスタ
Q₁₂，Q₁₃の組とを交互にパルス周波数がオンす
るようにしている。また両パルス信号P₁₁，P₁₂に
はデツドタイムTdが設定されており、両方の組
のトランジスタが同時にオンしないようにしてあ
る。このスイツチング回路の交互のオン、オフの
動作により、トランスT₁には正負の出力が交互
に得られる。そしてこのトランスT₁における出
力は整流用ダイオードD₁₁−D₁₄によつて整流さ
れ、脈流としての整流出力が得られる。

上記の説明では第１パルス増幅部３５について
の動作を示したが、第２パルス増幅部３７によつ
ても同様の動作が得られ、入力パルス信号P₂₁，
P₂₂の入力によつて、トランジスタの組Q₂₁，
Q₂₄；Q₂₂，Q₂₃が交互にオン、オフし、出力トラ
ンスT₂には正負交互の出力が得られ、整流出力
として脈流出力が得られるのである。

上記入力パルス信号P₁₁，P₁₂，P₂₁，P₂₂は第１
図において示したパルス発生器３９によつて与え
られるパルスパターンに基づくものであるが、第
２パルス増幅部３７に対する入力パルス信号P₂₁，
P₂₂については位相制御部４１によつてある角度
だけ位相を遅延させるように制御がなされてい
る。この位相制御の態様を第４図及び第５図に基
づいて説明する。

(A) 連続モード 第１パルス増幅部３５、第２パルス増幅部３
７の入力パルス信号は180°位相をずらしてあ
り、デユーテイ比は１／２以上（すなわち、50
％以上）にし、合成出力を直流連続出力にする
のである。第４図はこの連続モードの出力パル
ス状態を示している。第１パルス増幅部３５と
第２パルス増幅部３７との出力パルスは位相が
180°ずれており、そのデユーテイ比はともに50
％としてある。したがつて合成出力は両者を重
畳したものとして、一定レベルの連続出力とな
る。

(B) エンハンスパルスモード 第１パルス増幅部３５と第２パルス増幅部３
７との入力パルス信号P₁₁，P₂₁と入力パルス信
号P₁₂，P₂₂とがそれぞれ同位相、同デユーテイ
比となるように位相制御回路４１を制御する
時、両パルス増幅部３５，３７の出力パルスは
第５図のようになる。つまり出力パルスは同位
相、同デユーテイ比になり、合成出力は両出力
パルスの重畳したものとしてそのピーク出力電
力が両系統の和の値となるのである。但し、平
均出力電力は連続モードの場合と同じである。

このようにして、第１図および第２図に示した
パルス発生部３９からの入力パルス信号に位相制
御を行ない、第１、第２パルス増幅部３５，３７
に対する入力パルス信号の位相を制御することに
より、連続モードとエンハンスパルスモードとの
両方の出力態様が得られるのである。尚、上記実
施例ではＮ＝２と設定し、第１パルス増幅部と第
２パルス増幅部とを用い、それぞれの出力パルス
のデユーテイ比を50％としたが、このＮの値は２
以上の適宜の値をとることができるものであり、
第６図乃至第８図にＮ＝３の場合の実施例を示し
ている。この場合には、第２図において示した第
１、第２パルス増幅部に加えて第３パルス増幅部
を並列に接続するようにし、第６図に示すように
１／Ｎ、つまり１／３（＝33％）のデユーテイ比
を持つように設定するのである。したがつて、１
系統の能力がピーク出力1Amax、平均出力
0.333Amaxとするのである。

そして第７図に示すように、第１、第２、第３
パルス増幅部の出力パルスの位相が120゜ずつずれ
るように設定するならば、合成出力は全体として
1Aの連続出力が得られるのである。

さらに、第８図に示すように各系統の出力パル
スの位相を一致させるならば、その合成出力はピ
ークにおいて3Aとなり、平均出力は1Aとなるエ
ンハンスパルス出力が得られるのである。

第９図及び第１０図はパルス増幅部として上記
実施例の直接増幅型に変えて、キヤリア変調型パ
ルス増幅部を仕様した実施例を示している。つま
りパルス周波数よりもずつと高い周波数のキヤリ
アを用いて直流入力を増幅する方式のものであ
り、取扱う周波数が高いために昇圧トランスを小
型化することができる利点を有するものである。

このキヤリア変調型パルス増幅器を用いた電源
装置の構成は、まず、キヤリア発生部４３からの
キヤリアが夫々パルスゲート４５Ａ，４５Ｂに送
られる。パルス発生部４７からのパルスはパルス
ゲート４５Ａと、位相制御部６５で位相を変えて
パルスゲート４５Ｂとに送られる。パルスゲート
４５Ａ，４５Ｂにおいて、一定パターンのパルス
に重畳し、そのキヤリアパルス信号をＮ個（この
実施例では、Ｎ＝２。）の並列に設置された各パ
ルス増幅器４９，５１に入力するのである。

各パルス増幅器４９，５１においては、直流入
力をこの入力パルス信号によつてパルス化し、増
幅出力パルスとして整流器５３，５５に与える。
整流器５３，５５はその出力パルスを整流し、平
滑回路５７，５９に与え、そこでキヤリア信号を
除去し、直流パルス出力として出力するのであ
る。

こうして平滑回路５７，５９から出力されるパ
ルス出力は合成されて連続モード、あるいはエン
ハンスパルスモードの出力として出力端子から取
出される。

上記増幅器４９、整流回路５３、平滑回路５７
は第１パルス増幅部６１を構成し、他方の増幅器
５１、整流回路５５、平滑回路５９は第２のパル
ス増幅部６３を構成するものである。そしてこの
第２パルス増幅部６３に対する入力パルス信号は
位相制御部６５によつて位相制御され、その入力
パルス信号の位相制御により合成出力を連続モー
ドあるいはエンハンスパルスモードに切換えるこ
とができるのである。

第１０図は上記第９図で示した実施例における
パルス増幅部６１，６３の具体的な回路構成を示
すものである。パルス増幅器４９，５１は４個の
トランジスタQ₃₁−Q₃₄によつてブリツジ型増幅
として構成されている。そしてこの各トランジス
タのうちQ₃₁，Q₃₄の組には同一のパルス入力信
号が与えられて同時にオン、オフし、他の組のト
ランジスタQ₃₂，Q₃₃に対しては180°位相のずれた
入力パルス信号が同時に与えられてオン、オフ制
御される。こうして、出力トランスT₁₀に対して
正、逆交互のパルス出力が与えられることにな
る。そしてこの出力トランスT₁₀の二次側にはダ
イオードD₃₁−D₃₄で構成される整流回路５３，
５５が接続され、さらにコイルL₁₀、コンデンサ
C₁₀によつて構成される平滑回路５７，５９によ
つてキヤリア信号を除去して平滑化し、増幅パル
ス出力を得るのである。なお、この実施例の場合
には平滑回路５７，５９にさらにダイオード
D₁₀，D₁₀を設け、第１パルス増幅部６１、第２
パルス増幅部６３のパルス出力を交互に取出せる
ようにOR回路を構成し、平滑回路５７，５９に
他方の系統の出力パルスが入力しないようにして
いる。

この実施例において、各パルス増幅器４９，５
１に与えられる図示しない直流電力がパルス出力
として取出され、第１パルス増幅部６１と第２パ
ルス増幅部６３との入力パルス信号の位相を制御
することにより、連続モード、エンハンスパルス
モードの出力を得ることができるのである。

第１１図はキヤリア変調型パルス増幅部を備え
た他の実施例を示している。この実施例の場合に
は前記第１０図で示した実施例における平滑回路
５７，５９の部分を共用するようにし、第１パル
ス増幅部６１の整流回路５３の整流出力と、第２
パルス増幅部６３の整流回路５５の整流出力とを
共に１つの平滑回路５７に入力するようにし、整
流出力に含まれているキヤリアを１つの平滑回路
５７によつて除去し、パルス出力を得るようにし
たものである。なお、この第１１図の実施例の場
合、そのパルス増幅器４９，５１の部分は第１０
図の実施例と同様の構成をとるものであり、２次
側回路のみを明示している。このような構成のキ
ヤリア変調型のパルス増幅部を用いた電源装置に
あつては、OR回路を構成するダイオードD₁₀，
D₁₀を削除することができるとともに、さらに平
滑回路を１つで共用することができ、より回路の
単純化が図れる利点がある。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるよう
に、要するにこの発明は、並列に接続されたＮ個
（Ｎ≧２）パルス増幅部６１，６３と；この各パ
ルス増幅部６１，６３に連続モード時にはデユー
テイ比１／Ｎ以上の入力パルスを、パルスモード
時にはデユーテイ比１／Ｎ以下の入力パルスを与
えるパルス発生器４７と；前記連続モード時には
前記各パルス増幅部６１，６３へ与える各入力パ
ルスの位相をずらし、前記パルスモード時には前
記各パルス増幅部６１，６３へ与える各入力パル
スの位相が同位相となるように前記各パルス増幅
部６１，６３に入力される入力パルス信号の位相
を制御する位相制御部６５と、前記パルス発生器
４７のパルス周波数よりも極めて高い周波数のキ
ヤリアを発生するキヤリア発生器４３と、前記パ
ルス発生器４７から前記各パルス増幅部６１，６
３へ入力される入力パルスに前記キヤリアを重畳
するキヤリアゲート４５Ａ，４５Ｂとを備えてな
り、前記各パルス増幅部６１，６３は、パルス増
幅器４９，５１及び整流回路５３，５５をそれぞ
れ備え、かつ平滑回路５７を共用してなるもので
ある。

上記構成より明らかなように、本発明において
は、パルス発生器４７は連続モード時とパルスモ
ード時において各パルス増幅部６１，６３に与え
る入力パルスのデユーテイ比を変更するものであ
り、また位相制御部６５は前記連続モード時には
各パルス増幅部６１，６３へ与える各入力パルス
の位相をずらし、パルスモード時には上記各入力
パルスの位相が同位相となるように制御するもの
である。

したがつて、本発明においては、並列に接続し
た各パルス増幅部３５，３７の合成出力を連続出
力又はパルス出力として得ることができるもので
ある。

また、本発明においては、前記パルス発生器４
７から各パルス増幅部６１，６３へ入力される入
力パルスに、キヤリア発生器４３から発生される
高周波数のキヤリアを重畳する構成であるから、
各パルス増幅部６１，６３におけるパルス増幅器
４９，５１の昇圧トランスを小型化できるもので
ある。

さらに、各パルス増幅部６１，６３は平滑回路
５７を共用しているから、回路構成がより簡単に
なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路ブロツク
図、第２図は同上実施例の具体的な回路図、第３
図乃至第５図は同上実施例の動作を示すタイムチ
ヤート、第６図乃至第８図はパルス増幅部を３個
有する実施例の動作を示すタイムチヤート、第９
図はパルス増幅部にキヤリア変調方式を用いた実
施例の回路ブロツク図、第１０図は同上実施例の
パルス増幅部の具体的な回路図、第１１図はキヤ
リア変調型パルス増幅部を用いた実施例の他の例
を示す回路図、第１２図はレーザ電源としての連
続モードとエンハンスパルスモードとの比較を示
すグラフ、第１３図及び第１４図はそれぞれ従来
例の回路ブロツク図である。 ３１……商用交流電源、３３……整流平滑回
路、３５……第１パルス増幅部、３７……第２パ
ルス増幅部、３９……パルス発生部、４１……位
相制御部、４３……キヤリア発生器、４５……パ
ルスゲート、４７……パルス発生器、４９，５１
……パルス増幅器、５３，５５……整流回路、５
７，５９……平滑回路、６１……第１パルス増幅
部、６３……第２パルス増幅部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 並列に接続されたＮ個（Ｎ≧２）のパルス増
   幅部６１，６３と；この各パルス増幅部６１，６
   ３に連続モード時にはデユーテイ比１／Ｎ以上の
   入力パルスを、パルスモード時にはデユーテイ比
   １／Ｎ以下の入力パルスを与えるパルス発生器４
   ７と；前記連続モード時には前記各パルス増幅部
   ６１，６３へ与える各入力パルスの位相をずら
   し、前記パルスモード時には前記各パルス増幅部
   ６１，６３へ与える各入力パルスの位相が同位相
   となるように前記各パルス増幅部６１，６３に入
   力される入力パルス信号の位相を制御する位相制
   御部６５と、前記パルス発生器４７のパルス周波
   数よりも極めて高い周波数のキヤリアを発生する
   キヤリア発生器４３と、前記パルス発生器４７か
   ら前記各パルス増幅部６１，６３へ入力される入
   力パルスに前記キヤリアを重畳するキヤリアゲー
   ト４５Ａ，４５Ｂとを備えてなり、前記各パルス
   増幅部６１，６３は、パルス増幅器４９，５１及
   び整流回路５３，５５をそれぞれ備え、かつ平滑
   回路５７を共用してなることを特徴とする電源装
   置。