JPH0683035B2 - パルス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えばエキシマレーザや炭酸ガスレーザな
どのパルスレーザの電源に用いられて好適なパルス発生
装置に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は例えばオプトロニクス（1983）No.12の第57ペ
ージに示された２段構成の磁気パルス圧縮回路を用いた
従来のパルス発生装置を示す回路図であり、図において
（１）は充電用抵抗器であって、この充電用抵抗器
（１）はその一端が高圧電源端子＋HVに接続され、その
他端がスイッチ素子例えばサイラトロン（２）を介して
接地される。（３）は充電用コンデンサであって、この
充電用コンデンサ（３）はその一端が充電用抵抗器
（１）とサイラトロン（２）の接続点に接続され、その
他端がリアクトル（７）及びパルス圧縮用コンデンサ
（４）から成る直列回路を介して接地される。（８）は
磁気パルス圧縮用可飽和リアクトルであって、この可飽
和リアクトル（８）はその一端がリアクトル（７）とパ
ルス圧縮用コンデンサ（４）の接続点に接続され、その
他端がパルス圧縮用コンデンサ（５）を介して接地され
る。（９）は磁気パルス圧縮用可飽和リアクトルであっ
て、この可飽和リアクトル（９）はその一端が可飽和リ
アクトル（８）とパルス圧縮用コンデンサ（５）の接続
点に接続され、その他端がパルス圧縮用コンデンサ
（６）を介して接地される。そして、このパルス圧縮用
コンデンサ（６）の両端間にレーザ発振器（10）と充電
用リアクトル（11）が並列接続される。

従来のパルス発生装置は上述したように構成されてお
り、以下にその動作を詳しく説明する。第４図は従来の
パルス発生装置の動作中における各部の電圧，電流を示
す波形図である。第３図及び第４図において、まず、高
圧電源端子＋HVと大地間に電圧V₀＝Ｖを印加して、充電
用抵抗器（１），充電用コンデンサ（３），リアクトル
（７），可飽和リアクトル（８），（９），充電用リア
クトル（11）を通して電流を流し、充電用コンデンサ
（３）を所定の電圧V₁＝−Ｖまで充電する。この場合、
充電用コンデンサ（３）がゆるやかに充電されるので、
リアクトル（７），可飽和リアクトル（８），（９）お
よび充電用リアクトル（11）にほとんど電圧は加わらな
い。

次に、サイラトロン（２）を時刻t₀で点弧すると、充電
用コンデンサ（３）、サイラトロン（２）、パルス圧縮
用コンデンサ（４）、リアクトル（７）のループに時刻
t₀から時刻t₁まで通電幅τ_１（＝t₁−t₀）、波高値Ip₁
のパルス電流I₁が流れ、パルス圧縮用コンデンサ（４）
にパルス電圧V₂が発生する。時刻t₁でパルス電流I₁が零
となり、パルス電圧V₂が波高値−Vp₂に達すると、時刻t
₀から時刻t₁までのパルス電圧V₂の電圧時間積 によって可飽和リアクトル（８）が飽和し、低インピー
ダンスとなる。その結果、パルス圧縮用コンデンサ
（４），（５），可飽和リアクトル（８）のループに時
刻t₁から時刻t₂まで通電幅τ_２（＝t₂−t₁）、波高値Ip
₂のパルス電流I₂が流れ、パルス圧縮用コンデンサ
（５）にパルス電圧V₃が発生する。パルス圧縮用コンデ
ンサ（４），（５）、飽和した可飽和リアクトル（８）
のループのインダクタンスが充電用コンデンサ（３）、
サイラトロン（２）、パルス圧縮用コンデンサ（４）、
リアクトル（７）のループのインダクタンスよりも小さ
く設定されているので、パルス電流I₂はパルス電流I₁と
比べて波高値が大きく（Ip₂＜Ip₁）、通電幅が小さくな
る（τ_２＜τ_１）、即ち、１段目のパルス圧縮が行なわ
れる。

次に、時刻t₂でパルス電流I₂が零となり、パルス圧縮用
コンデンサ（５）に印加されるパルス電圧V₃が波高値−
Vp₃に達すると、時刻t₁から時刻t₂までのパルス電圧V₃
の電圧時間積 によって可飽和リアクトル（９）は飽和し、低インピー
ダンスとなる。その結果、パルス圧縮用コンデンサ
（５），（６）、可飽和リアクトル（９）のループに時
刻t₂からt₃まで通電幅τ_３（＝t₃−t₂）、波高値Ip₃の
パルス電流I₃が流れ、パルス圧縮用コンデンサ（６）に
パルス電圧V₄が発生する。パルス圧縮用コンデンサ
（５），（６）、飽和した可飽和リアクトル（９）のル
ープのインダクタンスがパルス圧縮用コンデンサ
（４），（５）、飽和した可飽和リアクリル（８）のル
ープのインダクタンスよりも小さく設定されているの
で、パルス電流I₃はパルス電流I₂と比べて波高値が大き
く（Ip₃＞Ip₂）、通電幅が小さくなる（τ_３＜τ_２）、
即ち、２段目のパルス圧縮が行なわれる。

最後に、時刻t₃でパルス電流I₃が零となり、パルス圧縮
用コンデンサ（６）に印加されるパルス電圧V₄が波高値
−Vp₄に達すると、波高値−Vp₄はレーザ発振器（10）内
に設けられた一対の電極間のブレークダウン電圧に等し
く設定されているので、電極間にグロー放電が生じる。
その結果、パルス圧縮用コンデンサ（６）、レーザ発振
器（10）のループにパルス電流I₄が流れ、パルス圧縮用
コンデンサ（６）に蓄積された電気エネルギーはレーザ
発振器（10）内のガス空間に注入されて、レーザ光が出
力される。

［発明が解決しようとする課題］ 磁気パルス圧縮回路を用いた従来のパルス発生装置で
は、１段目のパルス圧縮が行なわれる時刻t₁から時刻t₂
においてパルス電流I₁が時刻t₀から時刻t₁までとは逆向
きに流れる。その結果、充電用コンデンサ（３）に蓄積
された電気エネルギーの一部しかレーザ発振器（10）に
伝達されず、充電用コンデンサ（３）に残った電気エネ
ルギーは最終的にはサイロトロン（２）や可飽和リアク
トル（８）などのパルス発生装置各構成要素の損失とし
て消費されることになるため、パルス発生装置の効率が
低下するという問題点があった。

この発明は、上述したような問題点を解決するためにな
されたもので、１段目のパルス圧縮が行なわれる時刻t₁
以後逆向きのパルス電流I₁が流れるのを阻止し、効率の
良いパルス発生装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るパルス発生装置は、１段目のパルス圧縮
が行なわれている期間に印加される電圧により、飽和し
ないために必要な大きさの電圧時間積を持つ逆電流阻止
用可飽和リアクトルを設けたものである。

［作 用］ この発明においては、逆電流阻止用可飽和リアクトル
は、１段目のパルス圧縮が行なわれている期間には非飽
和状態で高インピーダンスとなるので、パルス電流が逆
向きに流れるのを阻止する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明に係るパルス発生装置の一実施例を示す回
路図であり、図において（１）から（６），（８）から
（11）までは上記従来装置と全く同一のものである。
（12）は逆電流阻止用可飽和リアクトルであって、その
一端が充電用コンデンサ（３）の他端に接続され、その
他端がパルス圧縮用コンデンサ（４）と可飽和リアクト
ル（８）の接続点に接続される。

次に動作について説明する。第２図はこの発明によるパ
ルス発生装置の動作中における各部の電圧、電流を示す
波形図である。第１図及び第２図において、まず、高圧
電源端子＋HVと大地間に電圧V₀＝Ｖを印加して、充電用
抵抗器（１），充電用コンデンサ（３），逆電流阻止用
可飽和リアクトル（12），可飽和リアクトル（８），
（９），充電用リアクトル（11）を通して電流を流し、
充電用コンデンサ（３）を所定の電圧V₁＝−Ｖまで充電
する。この場合、充電用コンデンサ（３）がゆるやかに
充電されるので、逆電流阻止用可飽和リアクトル（1
2），可飽和リアクトル（８），（９）、充電リアクト
ル（11）にはほとんど電圧は加わらない。

次に、サイラトロン（２）を時刻t₀で点弧すると、サイ
ラトロン（２）が低インピーダンスとなるので、非飽和
状態で高インピーダンスとなっている逆電流阻止用可飽
和リアクトル（12）に電圧V_SRが印加される。逆電流阻
止用可飽和リアクトル（12）に印加されるV_SRの電圧時
間積 が設計された一定の値に時刻ｔ′_０で達すると、逆電流
阻止用可飽和リアクトル（12）は飽和し、低インピーダ
ンスとなる。その結果、充電用コンデンサ（３）、サイ
ラトロン（２）、コンデンサ（４）、逆電流阻止用可飽
和リアクトル（12）のループに時刻ｔ′_０から時刻ｔ′
_１まで通電幅τ′_１（＝ｔ′_１−ｔ′_０）、波高値Ｉ′
p₁のパルス電流I₁が流れ、パルス圧縮用コンデンサ
（４）にパルス電圧V₂が発生する。

次に、時刻ｔ′_１でパルス電流I₁が零となり、パルス電
圧V₂が波高値−Ｖ′p₂に達すると、時刻ｔ′_０から時刻
ｔ′_１までのパルス電圧V₂の電圧時間積 によって可飽和リアクトル（８）は飽和し、低インピー
ダンスとなる。その結果、パルス圧縮用コンデンサ
（４），（５）、可飽和リアクトル（８）のループに時
刻ｔ′_１からｔ′_２まで通電幅τ′_２（＝ｔ′_２−ｔ′
_１）、波高値Ip′_２のパルス電流I₂が流れ、パルス圧縮
用コンデンサ（５）にパルス電圧V₃が発生する。パルス
圧縮用コンデンサ（４），（５）、飽和した可飽和リア
クトル（８）のループのインダクタンがパルス充電用コ
ンデンサ（３）、サイラトロン（２）、パルス圧縮用コ
ンデンサ（４）、飽和した逆電流阻止用可飽和リアクト
ル（12）のループのインダクタンスよりも小さく設定さ
れているので、パルス電流I₂はパルス電流I₁と比べて波
高値が大きく（Ip′_２＞Ｉ′p₁）、通電幅が小さくな
る。（τ′_２＜τ′_１）、即ち、１段目のパルス圧縮が
行なわれる。

この場合、時刻ｔ′_１でパルス電流I₁が零になると、逆
電流阻止用可飽和リアクトル（12）には時刻t₀から時刻
ｔ′_０からの期間印加される電圧とは逆極性の電圧が第
２図に斜線で示すように時刻ｔ′_１まで時刻ｔ′_２まで
の期間印加されるので、逆電流阻止用可飽和リアクトル
（12）は時刻ｔ′_１において直ちに非飽和状態となる。
その結果、逆電流阻止用可飽和リアクトル（12）が高イ
ンピーダンスとなるので、パルス電流I₁は阻止され、逆
向きには流れない。また、逆電流阻止用可飽和リアクト
ル（12）は1/2Vτ′_２よりも大きな電圧時間積を有する
ように設計されている。即ち、 η△BS≧1/2Vτ′_２ （ただし、ηは巻線数、△Ｂは磁心の磁束密度変化量、
Ｓは磁心の有効断面積）と設計されているので、１段目
のパルス圧縮においてパルス圧縮用コンデンサ（４）に
蓄積された電気エネルギーがパルス圧縮用コンデンサ
（５）に移行する時刻ｔ′_１から時刻ｔ′_２までの間パ
ルス電流I₁が逆向きに流れるのを阻止することができ
る。

次に、２段目のパルス圧縮、レーザ光の出力が行なわれ
るが、これらの動作は従来のパルス発生装置と同様であ
る。

［発明の効果］ 以上、詳述したように、この発明は１段目のパルス圧縮
が行なわれている間飽和しないために必要な大きさの電
圧時間積を持つ逆電流阻止用可飽和リアクトルを設けた
ので、１段目のパルス圧縮が行なわれている間パルス電
流が逆向きに流れるのを阻止でき、これにより効率の良
いパルス発生装置が得られると云う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るパルス発生装置の一実施例を示
す回路図、第２図はその動作を説明するための電圧，電
流を示す波形図、第３図は従来のパルス発生装置を示す
回路図、第４図はその動作を説明するための電圧，電流
を示す波形図である。 図において、（２）はサイラトロン、（４），（５），
（６）はパルス圧縮用コンデンサ、（８），（９）は可
飽和リアクトル、（12）は逆電流阻止用可飽和リアクト
ルである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源の両端間に接続され、スイッチングに
   よりパルスを発生するスイッチ素子と、このスイッチ素
   子に電気的に接続され、可飽和リアクトルおよび一対の
   コンデンサから成り、上記パルスを圧縮して立上りがよ
   り急峻なパルスを発生するパルス圧縮回路と、このパル
   ス圧縮回路と上記スイッチ素子の間に挿入され、上記可
   飽和リアクトルが飽和し、パルス圧縮が行われている期
   間に印加される電圧により、飽和しないために必要な大
   きさの電圧時間積を持つ他の可飽和リアクトルとを備え
   たことを特徴とするパルス発生装置。