JPH0847256A - レーザー用電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センター・タップ型単相全波整流回路の１次
側を流れる電流を常に一定に保てるようにして、連続放
電状態に陥った場合の電源回路やレーザー励起ランプの
破損を防止する。 【構成】 センター・タップ型単相全波整流回路を備
え、該センター・タップ型単相全波整流回路の２次側に
第１のチョークコイルＬ２、サイリスタ１、第２のチョ
ークコイルＬ３およびレーザー励起ランプ２が直列に接
続され、第１のコンデンサＣ２が並列に接続されたレー
ザー用電源回路において、上記センター・タップ型単相
全波整流回路の１次側に、電源ラインに直列に接続され
た第３のチョークコイルＬ１と、並列に接続された第２
のコンデンサＣ１とからなる共振回路が備えられたこと
を特徴とする。この共振回路は、センター・タップ型単
相全波整流回路の１次側に流れる電流を一定にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスレーザー等の励
起光源に用いられるレーザー用電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来のレーザー用電源回路であ
り、詳しくはＹＡＧレーザーの励起ランプ用の電源回路
の概略構成を示す回路図である。

【０００３】従来のレーザー用電源回路は、センター・
タップ付きトランスＴ１０により、整流素子２個を用い
て全サイクルを同方向の電流に変えるセンター・タップ
型単相全波整流回路を備え、該センター・タップ型単相
全波整流回路の２次側に、チョークコイルＬ１０、サイ
リスタ１０およびチョークコイルＬ１１が直列に接続さ
れ、コンデンサＣ１０が並列に接続された回路構成とな
っている。このレーザー用電源回路では、上記２次側の
回路の出力段にレーザー励起ランプ１１が接続される。

【０００４】上記レーザー用電源回路において、チョー
クコイルＬ１０とコンデンサＣ１０は平滑回路である。
サイリスタ１０は、ｏｆｆ状態のときに非常に高い抵抗
値を有し、ｏｎ状態のときにＰＮ接合の順方向と同様の
低い抵抗値を有するもので、トリガー電極としてゲート
端子をもつ３端子構造となっている。このサイリスタ１
０は、ゲート電流を流すか、あるいは正の電圧を耐圧
（ブレークオーバー電圧）まで印加することによって、
サイリスタ１０がｏｆｆ状態からｏｎ状態になる。ただ
し、一度ｏｎ状態となったサイリスタは、印加電圧をゼ
ロにするか、電流を非常に小さくする以外はｏｆｆ状態
に戻すことはできない。

【０００５】上述のように構成されるレーザー用電源回
路では、センター・タップ型単相全波整流回路の１次側
の電力供給が、予め設定されたコンデンサＣ１０の充電
時間および放電時間に応じてシーケンス制御される。コ
ンデンサＣ１０の充放電、レーザー励起ランプ１１への
放電は、以下のようにして行なわれる。

【０００６】センター・タップ型単相全波整流回路の１
次側に電力供給が行なわれると、センター・タップ型単
相全波整流回路によって整流された直流電流がチョーク
コイルＬ１０を介してコンデンサＣ１０に流れ、コンデ
ンサＣ１０が充電される。このとき、サイリスタ１０は
ｏｆｆ状態となっているので、レーザー励起ランプ１１
へは電流は流れない。

【０００７】センター・タップ型単相全波整流回路の１
次側に電力供給が行なわれてから所定時間経過すると、
センター・タップ型単相全波整流回路の１次側の電力供
給がｏｆｆとなり、上述のコンデンサＣ１０の充電が終
了する。次いで、サイリスタ１０に所定のゲート電流が
流れてサイリスタ１０がオン状態となる。サイリスタ１
０がオン状態となると、コンデンサＣ１０に蓄えられた
エネルギーがレーザー励起ランプ１１へ一気に放電さ
れ、レーザー励起ランプ１１からポンピング光が出射さ
れる。

【０００８】図５は、コンデンサＣ１０からレーザー励
起ランプ１１に放電された放電電流の波形図である。こ
の図では、縦軸に放電電流値、横軸にサイリスタ１０が
ｏｎ状態となってからｏｆｆ状態となるまでの放電時間
が取られており、コンデンサＣ１０における放電がほぼ
ゼロになったとき（放電時間ｔ）、サイリスタ１０がｏ
ｆｆ状態になっている。

【０００９】上述のレーザー励起ランプ１１への放電
は、図５に示すように、放電電流が放電時間ｔ後にほぼ
ゼロになってサイリスタ１０がｏｆｆ状態に戻ることに
より終了する。そして、センター・タップ型単相全波整
流回路の１次側の電力供給がｏｆｆとなってから所定時
間経過した後、再びセンター・タップ型単相全波整流回
路の１次側の電力供給がｏｎとなってコンデンサＣ１０
の充電が開始される。

【００１０】以上のように、従来のレーザー用電源回路
では、サイリスタ１０のｏｎ−ｏｆｆ状態における抵抗
値の変化を利用することによって、コンデンサＣ１０の
充放電、レーザー励起ランプ１１への放電が行なわれ、
レーザー励起ランプ１１によってポンピング光が生成さ
れる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図６は、図４に示すレ
ーザー用電源回路におけるコンデンサＣ２の充電電流を
示すグラフである。図６において、縦軸は充電電流、横
軸は充電時間を表し、充電電流はコンデンサＣ１０の絶
縁抵抗の変化に応じて変化したものとなっている。

【００１２】上述の従来のレーザー用電源回路では、セ
ンター・タップ型単相全波整流回路の１次側を流れる電
流が２次側のインピーダンスの変化に応じて変動してし
まうため、例えば、コンデンサＣ１０を充電する際に
は、図６に示すように充電電流がコンデンサＣ１０の見
掛け上のインピーダンスの変化に応じて変化してしま
う。

【００１３】また、上述の従来のレーザー用電源回路で
は、コンデンサＣ１０の温度変化による充電エネルギー
のバラツキやレーザー励起ランプ１１の温度変化による
インピーダンスの変動等によって、図５に示した放電時
間ｔに変動が生じる。そのため、センター・タップ型単
相全波整流回路の１次側の電力供給がｏｆｆとなってか
ら所定時間経過しても、レーザー励起ランプへの放電電
流がゼロにならないことがあり、この場合には、サイリ
スタ１０がｏｎ状態のままセンター・タップ型単相全波
整流回路の１次側に電力供給が行なわれる（以下、連続
放電状態という）。このような状況は、センター・タッ
プ型単相全波整流回路の１次側の電力供給におけるシー
ケンス制御の誤動作によっても発生する。

【００１４】以上のように、センター・タップ型単相全
波整流回路の１次側を流れる電流が２次側のインピーダ
ンスの変化に応じて変動してしまう従来のレーザー用電
源回路には、連続放電状態に陥った場合に、２次側のイ
ンピーダンスの変化に応じた直流電流がサイリスタ１０
を介してレーザー励起ランプ１１へ流れてしまうため、
電源回路やレーザー励起ランプ等を破損してしまうとい
う問題点がある。

【００１５】本発明の目的は、単相全波整流回路の１次
側を流れる電流を常に一定とすることによって、連続放
電状態に陥った場合の電源回路やレーザー励起ランプの
破損を防止したレーザー用電源回路を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザー用電源
回路は、単相全波整流回路を備え、該単相全波整流回路
の２次側に接続されるレーザー励起ランプに直流電流を
供給するレーザー用電源回路において、上記単相全波整
流回路の１次側に、電源ラインに直列に接続されたチョ
ークコイルと、並列に接続されたコンデンサとからなる
共振回路が備えられ、上記共振回路は、共振条件をωＬ
＝１／（ωｃ）とし、上記単相全波整流回路の１次側に
流れる電流を一定にすることを特徴とする。

【００１７】この場合、単相全波整流回路は、センター
・タップ型単相全波整流回路であってもよい。

【００１８】また、単相全波整流回路は、４個の整流素
子をブリッジ状に接続した単相全波整流回路であっても
よい。

【００１９】

【作用】従来のレーザー用電源回路では、単相全波整流
回路の１次側を流れる電流が２次側のインピーダンスの
変化に応じて変動してしまうため、連続放電状態に陥っ
た場合、２次側のインピーダンスの変化に応じた直流電
流がレーザー励起ランプ１１へ流れてしまっていた。

【００２０】上述のように構成される本発明のレーザー
用電源回路では、単相全波整流回路の１次側に設けられ
た共振回路により、１次側を流れる電流が２次側のイン
ピーダンスＺの変化に関係なく常に一定となるので、連
続放電状態に陥った場合であっても、２次側へは共振回
路のチョークコイルに依存した一定量の電流しか流れな
い。したがって、本発明では、連続放電状態に陥った場
合に、２次側のインピーダンスの変化に応じた直流電流
がレーザー励起ランプ１１へ流れて電源回路やレーザー
励起ランプを破損するということはない。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２２】図１は、本発明の第１の実施例のレーザー
用電源回路の概略構成を示す回路図である。

【００２３】本実施例のレーザー用電源回路は、センタ
ー・タップ付きトランスＴ１により、整流素子２個を用
いて全サイクルを同方向の電流に変えるセンター・タッ
プ型単相全波整流回路を備え、該センター・タップ型単
相全波整流回路の１次側に共振回路を設けることにより
１次側を流れる電流を一定にした定電流回路である。そ
の構成は、以下のようなものとなっている。

【００２４】センター・タップ型単相全波整流回路の１
次側は、電源ラインにチョークコイルＬ１が直列に挿入
され、さらにコンデンサＣ１が並列に挿入された回路構
成となっている。センター・タップ型単相全波整流回路
の２次側は、チョークコイルＬ２、サイリスタおよびチ
ョークコイルＬ３が直列に接続され、コンデンサＣ１が
並列に接続された回路構成となっている。このレーザー
用電源回路では、上記２次側の回路の出力段にレーザー
励起ランプ２が挿入される。

【００２５】上記レーザー用電源回路において、チョー
クコイルＬ１とコンデンサＣ１は共振回路を形成してい
る。この共振回路では、後述するように、２次側のイン
ピーダンスの変化に関係なくセンター・タップ型単相全
波整流回路の１次側を流れる電流が一定となる。なお、
そのセンター・タップ型単相全波整流回路の１次側を流
れる電流の大きさは上記共振回路のチョークコイルＬ１
に依存し、電源回路の構成部品やレーザー用励起ランプ
等を破損することのない大きさに予め設定されている。

【００２６】また、上述のレーザー用電源回路では、セ
ンター・タップ型単相全波整流回路の１次側の電力供給
が、予め設定されたコンデンサの充電時間および放電時
間に応じてシーケンス制御されている。

【００２７】次に、本実施例のレーザー用電源回路の動
作について説明する。

【００２８】まず、本実施例のレーザー用電源回路にお
ける定電流回路の計算式について説明する。

【００２９】このレーザー用電源回路のトランスＴ１の
２次側のインピーダンスを

【００３０】

【外１】 とし、そのトランスＴ１の１次側からみたそのインピー
ダンスを

【００３１】

【外２】 とすると、ａ、ｂ端子からみた合成インピーダンス

【００３２】

【外３】 は、

【００３３】

【数１】 で与えられる。

【００３４】ａ、ｂ端子に流れる電流、および加えられ
る電圧をそれぞれ

【００３５】

【外４】 とすると、

【００３６】

【外５】 は、

【００３７】

【数２】 となり、トランスＴ１の１次側に流れる電流Ｉは以下の
式で与えられる。

【００３８】

【数３】 ここで、ωＬ＝１／（ωｃ）の共振条件を与えると、ω
²Ｌｃ＝１であるから上記式１は、

【００３９】

【数４】 となる。

【００４０】つまり、上記式２からわかるように、本実
施例のレーザー用電源回路では、共振回路に上述の共振
条件を設定することにより、トランスＴ１の１次側に流
れる電流Ｉは２次側のインピーダンスＺに関係なく、共
振回路のチョークコイルＬ１に依存した一定の電流とな
る。

【００４１】上述のように、トランスＴ１の１次側を流
れる電流Ｉが２次側のインピーダンスＺに関係なく一定
の電流となる本実施例のレーザー用電源回路では、コン
デンサＣ２の充電、レーザー励起ランプ２への放電が以
下のようにして行なわれる。

【００４２】センター・タップ型単相全波整流回路の１
次側へ電力供給が行なわれると、センター・タップ型単
相全波整流回路によって整流された直流電流がチョーク
コイルＬ２を介してコンデンサＣ２に流れ、コンデンサ
Ｃ２が充電される。このとき、サイリスタ１はｏｆｆ状
態となっているので、レーザー励起ランプ１１へは電流
は流れない。

【００４３】図２は、図１に示すレーザー用電源回路に
おけるコンデンサＣ２の充電電流を示すグラフである。
図２において、縦軸は充電電流、横軸は充電時間であ
り、充電電流は充電開始から充電終了まで常に一定のも
のとなっている。

【００４４】上記コンデンサＣ２における充電では、共
振回路によってセンター・タップ型単相全波整流回路の
１次側に流れる電流がコンデンサＣ２の見掛け上のイン
ピーダンスの変化に関係なく一定になっているため、図
２に示すように常に一定量の充電電流で充電が行なわれ
る。

【００４５】センター・タップ型単相全波整流回路の１
次側に電力供給が行なわれてから所定時間経過すると、
センター・タップ型単相全波整流回路の１次側の電力供
給がｏｆｆとなり、上述のコンデンサＣ２の充電が終了
する。コンデンサＣ２の充電が終了すると、サイリスタ
１に所定のゲート電流が流れてサイリスタ１がオン状態
となり、コンデンサＣ２に蓄えられたエネルギーがレー
ザー励起ランプ２へ一気に放電され、レーザー励起ラン
プ２からポンピング光が出射される。

【００４６】コンデンサＣ２からレーザー励起ランプへ
の放電電流がほぼゼロになると、サイリスタがｏｆｆ状
態に戻りレーザー励起ランプ１１への放電が終了する。
そして、センター・タップ型単相全波整流回路の１次側
の電力供給がｏｆｆとなってから所定時間経過後、再び
センター・タップ型単相全波整流回路の１次側の電力供
給がｏｎとなってコンデンサＣ１の充電が開始される。

【００４７】なお、上記レーザー励起ランプへの放電電
流が、センター・タップ型単相全波整流回路の１次側の
電力供給がｏｆｆとなってから所定時間経過してもゼロ
にならなかった場合（すなわち、サイリスタがｏｆｆ状
態にならなかった場合）には、上述のレーザー用電源回
路においても従来のレーザー用電源回路と同様に連続放
電状態に陥ることになる。

【００４８】連続放電状態に陥ると、本実施例のレーザ
ー用電源回路では、図２に示した充電電流がサイリスタ
１、チョークコイルＬ３を介してレーザー励起ランプ２
へ流れる。このとき、センター・タップ型単相全波整流
回路の１次側を流れる電流は、２次側のインピーダンス
の変化に関係なく一定であり、しかもその電流の大きさ
は、電源回路の構成部品やレーザー用励起ランプ等を破
損することのない大きさに予め設定されているため、上
記２次側のインピーダンスが変化しても電源回路の構成
部品やレーザー用励起ランプ等を破損するといったこと
は生じない。

【００４９】以上のように、本実施例のレーザー用電源
回路では、センター・タップ型単相全波整流回路の１次
側に共振回路を設けることによって定電流回路を形成
し、連続放電状態に陥った場合の電源回路やレーザー用
励起ランプ等の破損を防止している。

【００５０】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。

【００５１】図３は、本発明の第２の実施例のレーザー
用電源回路の概略構成を示す回路図である。

【００５２】本実施例のレーザー用電源回路は、センタ
ー・タップ型単相全波整流回路に代えて４個の整流素子
をブリッジ状に接続した単相全波整流回路が設けられた
以外は、第１の実施例のレーザー用電源回路と同様の構
成のものである。なお、図１に示した第１の実施例のレ
ーザー用電源回路と同様の構成のものには、同じ符号を
付してある。

【００５３】本実施例のレーザー用電源回路において
も、第１の実施例のレーザー用電源回路と同様、共振回
路を所定の共振条件に設定することにより、全波整流回
路の１次側に流れる電流を、その全波整流回路の２次側
のインピーダンスの見掛け上の変化に関係なく一定のも
のとすることができる。よって、全波整流回路の２次側
に設けられたコンデンサＣ２に対する充電電流も、第１
の実施例のレーザー用電源回路と同様、図２に示したよ
うになる。

【００５４】以上のように、本実施例のレーザー用電源
回路においても、センター・タップ型単相全波整流回路
の１次側に共振回路を設けられ、この共振回路によって
定電流回路が形成されているので、第１の実施例のレー
ザー用電源回路と同様、連続放電状態に陥った場合の電
源回路やレーザー用励起ランプ等の破損を防止すること
ができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明のレーザー用電源回路は、以上説
明したように構成されているので以下に記載するような
効果を奏する。

【００５６】（１）単相全波整流回路の１次側に設けら
れた共振回路によって、１次側に流れる電流が２次側の
インピーダンスＺの変化に関係なく常に一定となるの
で、連続放電状態に陥っても２次側へは常に一定量の電
流しか流れない。したがって、連続放電状態に陥った場
合に、電源回路やレーザー励起ランプの破損を防止する
ことができるという効果がある。

【００５７】（２）単相全波整流回路の１次側に流れる
電流の大きさが共振回路のチョークコイルＬに依存した
定電流回路を形成できるので、回路設計が簡単になると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のレーザー用電源回路の
概略構成を示す回路図である。

【図２】図１に示すレーザー用電源回路におけるコンデ
ンサＣ２の充電電流を示すグラフである。

【図３】本発明の第２の実施例のレーザー用電源回路の
概略構成を示す回路図である。

【図４】従来のレーザー用電源回路の概略構成を示す回
路図である。

【図５】コンデンサＣ１０からレーザー励起ランプ１１
に放電された放電電流の波形図である。

【図６】図４に示すレーザー用電源回路におけるコンデ
ンサＣ２の充電電流を示すグラフである。

【符号の説明】

１ サイリスタ ２ レーザー励起ランプ Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ チョークコイル Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ Ｔ１ トランス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単相全波整流回路を備え、該単相全波整
   流回路の２次側に接続されるレーザー励起ランプに直流
   電流を供給するレーザー用電源回路において、 前記単相全波整流回路の１次側に、電源ラインに直列に
   接続されたチョークコイルと、並列に接続されたコンデ
   ンサとからなる共振回路が備えられ、 前記共振回路は、共振条件がωＬ＝１／（ωｃ）とさ
   れ、前記単相全波整流回路の１次側に流れる電流を一定
   にすることを特徴とするレーザー用電源回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザー用電源回路に
   おいて、 単相全波整流回路は、センター・タップ型単相全波整流
   回路であることを特徴とするレーザー用電源回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のレーザー用電源回路に
   おいて、 単相全波整流回路は、４個の整流素子をブリッジ状に接
   続した単相全波整流回路であることを特徴とするレーザ
   ー用電源回路。