專利名稱：脈沖電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如銅蒸汽激光器、激發(fā)物激光器、二氧化碳?xì)怏w激光器等脈沖激光器發(fā)生激發(fā)能量的脈沖電源裝置。
圖5示出的是例如特開平4-200281公報(bào)揭示的現(xiàn)有脈沖電源裝置。圖中，1為發(fā)生直流電壓的直流電壓源，2為一端與直流電壓源1的正向輸出端連接的電抗器，4為與直流電壓源1并聯(lián)連接的開關(guān)。5為一端與電抗器2另一端連接的電容器，6為與電容器5另一端連接的放電負(fù)載，而9為對(duì)開關(guān)4的通斷進(jìn)行控制的控制電路。
以下說明現(xiàn)有脈沖電源裝置的動(dòng)作。
控制電路9使開關(guān)4斷開時(shí)，直流電壓源1的正向輸出端子便有電流經(jīng)電抗器2，再經(jīng)電容器5、放電負(fù)載6這一路徑流過，對(duì)電容器5充電直到達(dá)到直流電壓源的輸出電壓值。
接下來，控制電路9使開關(guān)4接通時(shí)，經(jīng)開關(guān)4便有急劇的電流流至放電負(fù)載6一側(cè)，貯存于電容器5的靜電能量釋放給放電負(fù)載6。
在放電負(fù)載6的內(nèi)部，以該能量為激發(fā)源產(chǎn)生激光振蕩，并與所釋放能量成正比獲得激光器光輸出。這些動(dòng)作結(jié)束后，再由控制電路9使開關(guān)4斷開時(shí)，便開始對(duì)電容器5充電。這些動(dòng)作在一秒鐘內(nèi)重復(fù)進(jìn)行幾百至幾千次左右。開關(guān)4要高速重復(fù)進(jìn)行高電壓大電流的開關(guān)動(dòng)作，因而利用半導(dǎo)體器件組成的半導(dǎo)體開關(guān)作為開關(guān)4。
現(xiàn)有的脈沖電源裝置如上所述構(gòu)成，因而為了使激光器輸出穩(wěn)定，需要高精度地設(shè)定電容器充電電壓值。該充電電壓值由直流電壓源的輸出電壓精度確定，因而需要直流電壓源不僅高電壓，而且高精度，因此存在裝置大型化、高成本這種問題。
本發(fā)明正是要解決上述問題，其目的在于提供一種直流電壓源不需要高精度，而且可以大幅降低其輸出電壓值，而能確保充電電壓高精度，使得裝置小型化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化的脈沖電源裝置。
為了解決上述問題，本發(fā)明權(quán)項(xiàng)1的脈沖電源裝置包括產(chǎn)生直流電壓的直流電壓源；與該直流電壓源連接的電抗器；限制流過該電抗器的電流方向?yàn)槟骋环较虻亩O管；與所述電抗器連接的充電用電容器；通過該電容器連接的放電負(fù)載；與所述電容器和所述放電負(fù)載并聯(lián)設(shè)置，接通時(shí)由所述直流電壓源和所述電抗器構(gòu)成閉合回路，在所述電抗器中貯存電磁能量，而斷開時(shí)由所述電抗器、所述電容器和所述放電負(fù)載構(gòu)成閉合回路，將所述電磁能量變?yōu)樗鲭娙萜鞯撵o電能量，并且由所述直流電壓使其充電電壓升高貯存的開關(guān)；檢測(cè)所述直流電壓源電壓的電壓檢測(cè)器；檢測(cè)所述電抗器流過的電流的電流檢測(cè)器；根據(jù)所述檢測(cè)電壓和所述檢測(cè)電流使所述開關(guān)通斷的控制電路。
本發(fā)明權(quán)項(xiàng)2的脈沖電源裝置，相對(duì)于權(quán)項(xiàng)1的脈沖電源裝置而言，將所述控制電路構(gòu)成為根據(jù)所述檢測(cè)電壓，當(dāng)所述檢測(cè)電流為規(guī)定值時(shí)將所述開關(guān)切斷。
本發(fā)明權(quán)項(xiàng)3的脈沖電源裝置，相對(duì)于權(quán)項(xiàng)1的脈沖電源裝置而言，所述控制電路按下述表達(dá)式運(yùn)算電流值，當(dāng)所述檢測(cè)電流值達(dá)到上述運(yùn)算求得的運(yùn)算值時(shí)，將所述開關(guān)切斷。
Im＝K·Is其中，K=(V*/E-1)2-1]]>Is=E·C/L]]>V*負(fù)載電容器所需的充電電壓值E直流電壓源電壓值C負(fù)載電容器靜電電容值L電抗器電感值本發(fā)明權(quán)項(xiàng)4的脈沖電源裝置，相對(duì)于權(quán)項(xiàng)1至權(quán)項(xiàng)3中任一項(xiàng)的脈沖電源裝置，所述直流電壓源由與市售交流電源連接并使其輸出電壓升壓的變壓器；與該變壓器連接使其交流電壓整流的二極管所組成的整流電路構(gòu)成。
圖1是示意本發(fā)明實(shí)施例1脈沖電源裝置組成的框圖。
圖2是示意本發(fā)明實(shí)施例2的工作時(shí)序圖。
圖3是示意本發(fā)明實(shí)施例3的控制框圖。
圖4是示意本發(fā)明實(shí)施例4的框圖。
圖5是示意現(xiàn)有脈沖電源裝置的框圖。
實(shí)施例1以下按照


本發(fā)明實(shí)施例1。圖1中，1為直流電壓源，2為其一端與直流電壓源1正向輸出端連接的電抗器，3為將電抗器2流過的電流限制為某一方向的二極管，4為一端同二極管3與下面述及的電容器5之間連接，另一端與直流電流源1負(fù)向輸出端連接的開閉用開關(guān)。
與為一端與二極管3陰極端連接的電容器，6為與電容器5另一端連接的放電負(fù)載。此外，7為與直流電壓源1兩輸出端子連接，檢測(cè)直流電壓源1電壓的電壓檢測(cè)器；8為設(shè)于直流電壓源1的負(fù)向輸出端與開關(guān)4之間，檢測(cè)電抗器2流過的電流的電流檢測(cè)器；9A為其輸入端與電壓檢測(cè)器7和電流檢測(cè)器8連接，其輸出端則與開關(guān)4的控制端子連接，輸入電壓檢測(cè)器7的檢測(cè)電壓和電流檢測(cè)器8的檢測(cè)電流，對(duì)開關(guān)4進(jìn)行通斷控制的控制電路。
另外，開關(guān)4與電容器5和放電負(fù)載6并聯(lián)設(shè)置，基接通時(shí)由直流電壓源1和電抗器2構(gòu)成閉合回路，使電磁能量貯存于電抗器2，而斷開時(shí)由電抗器2、電容器5和放電負(fù)載6構(gòu)成閉合電路，將貯存于電抗器2的電磁能量變?yōu)殡娙萜?的靜電能量，并且由直流電壓源1的輸出直流電壓使其充電電壓升壓貯存。
以下說明該實(shí)施例1的動(dòng)作。首先，使開關(guān)4接通時(shí)，直流電壓源1的兩輸出端變成由電抗器2短路，電抗器2上流過的電流I可用接通時(shí)間T、直流電壓源1的輸出電壓E和電抗器的電感值L，由下式表達(dá)。
I＝E/L×TE值在開關(guān)接通時(shí)間T期間視為一定時(shí)，與開關(guān)接通時(shí)間成正比的電流作為電磁能量貯存于電抗器2中。然后，斷開開關(guān)4時(shí)，從直流電壓源1經(jīng)電抗器2、二極管3有充電電流流過電容器5，斷開開關(guān)4之前電抗器2流過的電流Im作為初始值與此電流相加。
另一方面，無該初始電流時(shí)的充電電流最大值Is，用電容器5的靜電電容C由下式表達(dá)。Is=E·C/L]]>因而，開關(guān)4斷開后充電電流I由ImCOS(t)+IsSIN(ωt)兩項(xiàng)之和表示，但將開關(guān)4斷開時(shí)刻設(shè)為t＝0的話，上述電流I便正向流過二極管3規(guī)定時(shí)間，但電流值將減少，變?yōu)榱惚闶沟秒娏鞣较蚍聪?。但二極管3阻止這種電流反相，結(jié)束對(duì)電容器5的充電動(dòng)作。根據(jù)與升壓斬波器相同的原理，充電電壓值可以升壓為直流電壓源2倍以上輸出電壓，理論上還可以升壓為任何倍數(shù)。
然后通過接通開關(guān)4，貯存于電容器5的靜電能量通過開關(guān)4，在極短時(shí)間提供給放電負(fù)載6，同時(shí)再一次開始向電抗器2貯存電磁能量。這一系列動(dòng)作當(dāng)中，電容器5的充電電壓值Vc取決于充電電流I。
檢測(cè)出直流電壓源1的輸出電壓值E和電抗器2中流過的電流值I，便可獲得上述Im、Is，能夠?qū)Τ潆婋妷褐颠M(jìn)行控制。圖中，分別由電壓檢測(cè)器7和電流檢測(cè)器8檢測(cè)輸出電壓值和電抗器2電流值I，輸入控制電路9?？刂齐娐?用這些檢測(cè)值，如后面所述對(duì)開關(guān)進(jìn)行通斷控制，以便獲得所需的充電電壓值。
綜上所述，按照實(shí)施例1，直流電壓源不需要輸出電壓精度，能夠?qū)Τ潆婋妷褐颠M(jìn)行控制，而且直流電壓源輸出電壓可相對(duì)于充電電壓大幅低電壓化。
實(shí)施例2以下就實(shí)施例1所示的控制電路的一例動(dòng)作對(duì)本發(fā)明實(shí)施例2進(jìn)行說明。圖2是說明控制電路動(dòng)作用的時(shí)序圖。
圖2中，Im是要得到所需的充電電壓而在開關(guān)4斷開之前電抗器2應(yīng)流過的電流值，I是電流檢測(cè)器8檢測(cè)出的電抗器2的電流波形，T是開關(guān)4的通斷控制信號(hào)，V是電容器5的充電電壓波形。電抗器2流過的電流值將超過Im的時(shí)刻確定為開關(guān)4的斷開定時(shí)，對(duì)電容器5進(jìn)行充電。
充電結(jié)束后經(jīng)過了比充電開始起至充電結(jié)束這一充電時(shí)間足夠長的時(shí)間，因而對(duì)開關(guān)進(jìn)行接通指令。如后面所述，由所需充電電壓值與此時(shí)的電壓值E計(jì)算出Im，便可以通過單純的電流值比較控制開關(guān)的接通時(shí)間，可簡(jiǎn)單地獲得所需的充電電壓值。
實(shí)施例3以下作為本發(fā)明實(shí)施例3說明一例實(shí)施例2中所示的Im求法。
圖3中，V*為所需的充電電壓；10為輸入所需的充電電壓V*和電流檢測(cè)器7檢測(cè)出的檢測(cè)電壓值求得V*/E的除法器；11為與除法器10的輸出端連接，從該輸出減去1的減法器；12為與減法器11的輸出端連接，使其輸出平方的平方運(yùn)算器；13為與平方運(yùn)算器12的輸出端連接，從其輸出當(dāng)中減去1的減法器；14為與減法器13的輸出端連接，由該輸出求平方根的平方根運(yùn)算器；15為輸入檢測(cè)電壓值E和后面述及的S值，使之相乘的乘法器；16為與乘法器15的輸出端和平方根運(yùn)算器14的輸出端連接，使它們的輸出相乘得到Im的乘法器；17為與該乘法器16輸出端和電流檢測(cè)器8輸出端連接，比較這些輸出的比較電路。
這種構(gòu)成下，開關(guān)4斷開之前電抗器2應(yīng)流過的電流值Im用下式K=(V*/E-1)2-1]]>S=C/L]]>按Im＝K×E×S求得。
用上述公式進(jìn)行運(yùn)算，便可以簡(jiǎn)單正確地獲得用以得到所需充電電壓V*的電流值Im。
實(shí)施例4以下作為本發(fā)明實(shí)施例4對(duì)實(shí)施例1至3中所示的直流電壓源一具體例加以說明。
圖4中，19為與市售交流電源(圖示例中為3相，但1相也行)連接，使其輸出電壓升壓的變壓器，20為與變壓器19連接的使其交流電壓整流的橋式整流電路，由二極管組成。作為上述直流電壓源1包括如上所述組成，而且由控制電路9自如控制電容器5的充電電壓的話，便不需要直流電壓源的輸出電壓精度。而且，按照這種構(gòu)成，也能應(yīng)用400V/6.6KV等通用變壓器，因而作為脈沖電源裝置的組成還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，低成本化。
本發(fā)明權(quán)項(xiàng)1的脈沖電源裝置包括產(chǎn)生直流電壓的直流電壓源；與該直流電壓源連接的電抗器；限制流過該電抗器的電流方向?yàn)槟骋环较虻亩O管；與所述電抗器連接的充電用電容器；通過該電容器連接的放電負(fù)載；與所述電容器和所述放電負(fù)載并聯(lián)設(shè)置，接通時(shí)由所述直流電壓源和所述電抗器構(gòu)成閉合回路，在所述電抗器中貯存電磁能量，而斷開時(shí)由所述電抗器、所述電容器和所述放電負(fù)載構(gòu)成閉合回路，將所述電磁能量變?yōu)樗鲭娙萜鞯撵o電能量，并且由所述直流電壓使其充電電壓升高貯存的開關(guān)；檢測(cè)所述直流電壓源電壓的電壓檢測(cè)器；檢測(cè)所述電抗器流過的電流的電流檢測(cè)器；根據(jù)所述檢測(cè)電壓和所述檢測(cè)電流使所述開關(guān)通斷的控制電路。因而，對(duì)直流電壓源而言，不需要輸出電壓控制功能，不必直接檢測(cè)充電電壓，能夠高精度地對(duì)充電電壓進(jìn)行控制。而且，不易受放電噪聲和開關(guān)噪聲的影響，可獲得穩(wěn)定動(dòng)作。此外，可相對(duì)于充電電壓值大幅減小直流電壓值，因而直流電壓源的輸出電壓可以低電壓，而且脈沖電源裝置的組成可大幅簡(jiǎn)化，具有小型化和低成本化的效果。
而且，本發(fā)明權(quán)項(xiàng)2的脈沖電源裝置，相對(duì)于權(quán)項(xiàng)1的脈沖電源裝置而言，是將所述控制電路構(gòu)成為根據(jù)所述檢測(cè)電壓，當(dāng)所述檢測(cè)電流為規(guī)定值時(shí)將所述開關(guān)切斷。因而，除此前述效果之外，還具有可通過單純的電流值的比較，控制開關(guān)的接通時(shí)間，從而簡(jiǎn)單地獲得所需充電電壓值這種效果。
此外，本發(fā)明權(quán)項(xiàng)3的脈沖電源裝置，相對(duì)于權(quán)項(xiàng)2的脈沖電源裝置而言，所述控制電路按下述表述式運(yùn)算電流值，當(dāng)所述檢測(cè)電流值達(dá)到上述運(yùn)算求得的運(yùn)算值時(shí)，將所述開關(guān)切斷。因而，除了上述效果，具有可以簡(jiǎn)單和正確地獲得用以得到所需充電電壓V*的電流值Im。
Im＝K·Is其中，K=(V*/E-1)2-1]]>Is=E·C/L]]>V*負(fù)載電容器所需的充電電壓值E直流電壓源電壓值C負(fù)載電容器靜電電容值L電抗器電感值另外，本發(fā)明權(quán)項(xiàng)4的脈沖電源裝置，相對(duì)于權(quán)項(xiàng)1至權(quán)項(xiàng)3中任一項(xiàng)的脈沖電源裝置，所述直流電壓源由與市售交流電源連接并使其輸出電壓升壓的變壓器，與該變壓器連接使其交流電壓整流的二極管所組成的整流電路構(gòu)成。因而，除上述效果之外，直流電壓源不需要輸出電壓精度，而且可應(yīng)用通用變壓器，因而具有構(gòu)成進(jìn)一步簡(jiǎn)化，而且可以低成本化這種效果。
權(quán)利要求
1.一種脈沖電源裝置，其特征在于包括產(chǎn)生直流電壓的直流電壓源；與該直流電壓源連接的電抗器；限制流過該電抗器的電流方向?yàn)槟骋环较虻亩O管；與所述電抗器連接的充電用電容器；通過該電容器連接的放電負(fù)載；與所述電容器和所述放電負(fù)載并聯(lián)設(shè)置，接通時(shí)由所述直流電壓源和所述電抗器構(gòu)成閉合回路，在所述電抗器中貯存電磁能量，而斷開時(shí)由所述電抗器、所述電容量和所述放電負(fù)載構(gòu)成閉合回路，將所述電磁能量變?yōu)樗鲭娙萜鞯撵o電能量，并且由所述直流電壓使其充電電壓升高貯存的開關(guān)；檢測(cè)所述直流電壓源電壓的電壓檢測(cè)器；檢測(cè)所述電抗器流過的電流的電流檢測(cè)器；根據(jù)所述檢測(cè)電壓和所述檢測(cè)電流使所述開關(guān)通斷的控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的脈沖電源裝置，其特征在于，所述控制電路構(gòu)成為根據(jù)所述檢測(cè)電壓，當(dāng)所述檢測(cè)電流為規(guī)定值時(shí)將所述開關(guān)切斷。
3.如權(quán)利要求2所述的脈沖電源裝置，其特征在于，所述控制電路按下述表達(dá)式運(yùn)算電流值，Im＝K·Is其中，K=(V*/E-1)2-1]]>Is=E·C/L]]>V*負(fù)載電容器所需的充電電壓值E直流電壓源電壓值C負(fù)載電容器靜電電容值L電抗器電感值當(dāng)所述檢測(cè)電流值達(dá)到所述運(yùn)算求得的運(yùn)算值時(shí)，將所述開關(guān)切斷。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的脈沖電源裝置，其特征在于，所述直流電壓源還包括與市售交流電源連接、使其輸出電壓升壓的變壓器；以及由與該變壓器連接、使其交流輸出整流的二極管所組成的整流電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以使裝置小型化,而且實(shí)現(xiàn)低成本的脈沖電源裝置。并聯(lián)設(shè)置充電用電容器5和放電負(fù)載6,還包括一開關(guān),接通時(shí)由直流電壓源1和電抗器2構(gòu)成閉合電路,將電磁能量貯存于電抗器2,而斷開時(shí)由電抗器2、電容器5和放電負(fù)載6構(gòu)成閉合回路,將上述電磁能量變?yōu)殡娙萜?中的靜電能量,并且由直流電壓源1的電源電壓使該7充電電壓升壓貯存,并且包括檢測(cè)直流電壓源1電壓的電壓檢測(cè)器7和檢測(cè)電抗器2流過的電流的電流檢測(cè)器8,由控制電路9A根據(jù)檢測(cè)電壓和檢測(cè)電流使開關(guān)4通斷。
文檔編號(hào)H01S3/104GK1177233SQ97118049
公開日1998年3月25日 申請(qǐng)日期1997年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月6日
發(fā)明者藪內(nèi)正隆 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社