專(zhuān)利名稱(chēng):具有高壓脈沖發(fā)生器的激光裝置和高壓脈沖發(fā)生器及脈沖的發(fā)生方法
本發(fā)明涉及具有高壓脈沖發(fā)生器的激光裝置及最適合于激光裝置或放電負(fù)載的高壓脈沖發(fā)生器，以及脈沖的發(fā)生方法。
常壓橫向受激(Transversely Excited Atmospheric Pressure)(TEAP)型激光裝置需要升壓時(shí)間短的高壓脈沖。以往這種脈沖發(fā)生器的電路在1933年9月30日在西德提出的序號(hào)為3335690.4的優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)書(shū)以及1984年9月28日在日本提出的JP-A-60-96182號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中皆有介紹。在這種脈沖發(fā)生電路中，有兩個(gè)并聯(lián)的充電電容器，使其中的一個(gè)通過(guò)電感放電，這樣就使該電容器的電壓換向，并與另一個(gè)電容器的電壓合成，從而得到充電電壓的倍壓，同時(shí)使可飽和扼流圈達(dá)到飽和狀態(tài)，然后就可將兩個(gè)電容器中儲(chǔ)存的電能作為輸出取出。因此需要一種能在一個(gè)電容器放電時(shí)，當(dāng)輸出的電能大約達(dá)到一半時(shí)進(jìn)行一次切換的大容量切換元件。而且，切換元件的容量或可飽和扼流圈的容量與輸出脈沖的上升時(shí)間按反比增大。另外，雖然可以增加脈沖發(fā)生電路后級(jí)的級(jí)數(shù)或容量，借以降低切換元件的容量，但是這種方法卻增加了電容器及可飽和扼流圈的件數(shù)，從而使脈沖發(fā)生電路的體積變大，同時(shí)也增加了成本，這是這種電路所存在的一些問(wèn)題。
本發(fā)明的目的，在于克服上述在以往的技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種能夠利用小容量的切換元件產(chǎn)生高壓脈沖的脈沖發(fā)生器和發(fā)生脈沖的方法，并提供一種具有這種發(fā)生器的激光裝置。
為了達(dá)到此目的，本發(fā)明的脈沖發(fā)生器是由裝有連接在變壓器的一次線(xiàn)圈上的開(kāi)關(guān)及連接在變壓器的二次線(xiàn)圈上的并聯(lián)電容器的振蕩回路(儲(chǔ)能電路)和用來(lái)控制將振蕩回路中所儲(chǔ)存的電能向輸出端傳輸?shù)目娠柡投罅魅?gòu)成的。
該脈沖發(fā)生器利用裝在變壓器的一次線(xiàn)圈上的開(kāi)關(guān)，在與二次側(cè)振蕩回路的電振蕩同步的條件下進(jìn)行多次開(kāi)關(guān)，從而使振蕩回路中儲(chǔ)存的電能增大，當(dāng)振蕩回路的電壓使可飽和扼流圈達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，就能輸出振蕩回路中所儲(chǔ)存的電能，并且可以在輸出電容器中獲得上升時(shí)間短，能量大的高壓脈沖?？傊m然在一次線(xiàn)圈中所控制的電能不大，但經(jīng)過(guò)將該電能向振蕩回路幾次之后，最終就可使所得到并能取出的電能數(shù)十倍于一次線(xiàn)圈中所控制的電能。因此，可以減小一次側(cè)開(kāi)關(guān)元件的容量，并且適合于采用半導(dǎo)體元件作切換元件，大能量的開(kāi)關(guān)可通過(guò)可飽和扼流圈實(shí)現(xiàn)，因此可以使整個(gè)裝置小型化，且能延長(zhǎng)使用壽命。
本發(fā)明的另外的目的，通過(guò)利用附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的說(shuō)明就能明白。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的激光器所用脈沖發(fā)生器的電路圖。
圖2(a)至(h)是表示圖1中各部分的信號(hào)波形的波形圖;
圖3是適用于圖1，圖4及圖5所示的脈沖發(fā)生器的控制電路方框圖;
圖4至圖6是本發(fā)明的其它實(shí)施例中的激光器所使用的脈沖發(fā)生器的電路圖;
圖7(a)～(h)是圖6所示的電路中的各部分的波形圖;
圖8A所示為適用于本發(fā)明的脈沖發(fā)生器的剩余磁通重調(diào)裝置的實(shí)施例圖;
圖8B是圖8A所示裝置的電路圖;
圖9所示為鐵心的磁場(chǎng)特性曲線(xiàn);
圖10A所示為剩余磁通重調(diào)裝置的另外的實(shí)施例圖;
圖10B是圖10A所示裝置的電路圖;
圖11A所示為剩余磁通重調(diào)裝置的又一個(gè)實(shí)施例圖;
圖11B是圖11A所示裝置的電路圖。
推薦方案說(shuō)明。
現(xiàn)參照?qǐng)D1說(shuō)明本發(fā)明的脈沖發(fā)生器的第一個(gè)實(shí)施例。
脈沖發(fā)生器100通過(guò)可飽和扼流圈103，由變壓器101二次側(cè)上的LC共振回路9接至激光裝置102。在可飽和扼流圈103的二次側(cè)，配有定時(shí)回路104和重調(diào)回路105，這兩個(gè)回路還與控制回路106相接?？刂苹芈?06的另一側(cè)與連接在變壓器101的一次線(xiàn)圈上的晶體三極管3A及3B的基極B連通。
變壓器101由一次線(xiàn)圈1和二次線(xiàn)圈2構(gòu)成。一次線(xiàn)圈的兩端連接著作開(kāi)關(guān)元件用的第一晶體三極管3A和第二晶體三極管3B。由晶體三極管3A和3B之間的一次線(xiàn)圈的中心插頭的引線(xiàn)4A連接在直流電源4上。直流電源4的另一端與兩個(gè)晶體三極管3A及3B的發(fā)射極E連通，并同時(shí)接地5。晶體三極管3A及3B的基極B與控制回路106連通。設(shè)置在控制回路106上的檢測(cè)線(xiàn)圈7(例如變流器)用來(lái)檢測(cè)流入二次線(xiàn)圈2中的電流的方向。二次線(xiàn)圈2的兩端與電容器8并聯(lián)，構(gòu)成LC諧振回路9(儲(chǔ)能回路)。LC諧振回路9與輸出電容器11及激光裝置102連通。
在激光裝置102的裝有激光氣體的放電部分12中有電極12A和12B(例如陰極及陽(yáng)極)。電極12A、12B的兩端與輸出電容器11并聯(lián)。這兩個(gè)電極及電容器11的一端一併接至11E接地。電極12A、12B及輸出電容器11和LC諧振回路9的一端串與可飽和扼流圈103串聯(lián)。
可飽和扼流圈103在鐵心13(例如環(huán)形鐵心)上繞著主線(xiàn)圈14，主線(xiàn)圈14的兩端分別與LC諧振回路9和輸出電容器11連接。在可飽和扼流圈103的二次側(cè)(控制線(xiàn)圈一側(cè))設(shè)有定時(shí)回路104和重調(diào)回路105。
定時(shí)回路104由繞在鐵心13上的控制線(xiàn)圈15，晶體三極管16及直流電源17構(gòu)成。
重調(diào)回路105在鐵心13上繞著一端為線(xiàn)圈20A，另一端為線(xiàn)圈20B的線(xiàn)圈。由兩個(gè)線(xiàn)圈20A和20B之間抽頭引出的支線(xiàn)21與直流電源22的一端連接。在直流電源22的負(fù)端上及20A，20B兩個(gè)線(xiàn)圈的另一端，分別接在晶體三極管23A、23B的發(fā)射極E和集電極C上。發(fā)射極E接至24接地。
晶體三極管16及重調(diào)晶體三極管23A和23B的基極B與控制回路106連通。
其次，再參照?qǐng)D2說(shuō)明脈沖發(fā)生器100的作用。
由來(lái)自控制回路106的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使第一晶體三極管3A導(dǎo)通，于是就有來(lái)自直流電源4的如圖2(a)所示的電流Is1流過(guò)一次線(xiàn)圈1、圖2(a)～(h)中的橫坐標(biāo)表示時(shí)間t。與一次線(xiàn)圈1電磁耦合的二次線(xiàn)圈2，由于電流Is1的作用產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并有如圖2(d)所示的電流Ic1流過(guò)。在二次線(xiàn)圈2上并聯(lián)著電容器8，構(gòu)成LC諧振回路9。由二次側(cè)電流Ic1產(chǎn)生如圖2(e)所示的二次端電壓Vc1。由檢測(cè)線(xiàn)圈7檢測(cè)LC諧振回路9中的電流Ic1的換向，并通過(guò)控制回路106使第一晶體三極管3A斷開(kāi)，使第二晶體三極管3B導(dǎo)通。這樣一來(lái)，便有如圖2(b)所示的電流Is2流動(dòng)。由該電流Is2產(chǎn)生的加在二次線(xiàn)圈上的感應(yīng)電壓，與由電流Is1產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的極性相反。因此如圖2(d)所示，電流Is1每反向一次，其大小就隨著增大一次。這樣由于第一及第二晶體三極管3A，3B的導(dǎo)通與斷開(kāi)的周期與LC諧振回路9的振蕩周期一致，所以能向LC諧振回路9中注入電能，且能使振蕩電壓和電流增大。也就是說(shuō)，能使LC諧振回路9中儲(chǔ)存的電能增大。
另一方面，當(dāng)可飽和扼流圈103的鐵心13未飽和時(shí)，主線(xiàn)圈14具有很大的電感，相對(duì)于LC諧振回路9的振蕩電壓，有很大的阻抗。因此，在電容器11上幾乎無(wú)電壓。另外，鐵心內(nèi)的磁通量與加在線(xiàn)圈14上的電壓對(duì)時(shí)間積分后的值成正比，其變化如圖2(e)中的虛線(xiàn)所示。選定構(gòu)成可飽和扼流圈103的鐵心13的橫截面積的大小及線(xiàn)圈14的圈數(shù)時(shí)，應(yīng)使LC諧振回路9的電壓Vc1尚未超過(guò)設(shè)定值之前不致飽和。于是，在LC諧振回路9的電壓在鐵心尚未達(dá)到飽和狀態(tài)之前，在與時(shí)間的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)的條件下，可飽和扼流圈103不會(huì)飽和。
也就是說(shuō)，LC諧振回路9的目標(biāo)電壓與儲(chǔ)存電量不受時(shí)間的限制。第一及第二晶體三極管3A，3B每經(jīng)過(guò)一次切換時(shí)，供給LC諧振回路9的電能如能超過(guò)LC諧振回路9經(jīng)過(guò)一次振蕩所損失(包括可飽和扼流圈中的鐵損在內(nèi))的能量即可，而這些損失比起LC諧振回路9中最終儲(chǔ)存的電能能量要小得多。為了在短時(shí)間內(nèi)能在諧振回路中儲(chǔ)存較大的能量，就要加大一次切換時(shí)的能量，也就是必須有大容量的元件。反之，若要在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存，元件的容量就可以小一些。
第一及第二晶體三極管3A，3B每切換一次只需要過(guò)去方法所需能量的1/2，相比之下，所需的能量很小。
當(dāng)LC諧振回路9的電壓達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，晶體三極管16導(dǎo)通，由直流電源17流到控制線(xiàn)圈15中的電流I 如圖2(C)所示。與該電流I 對(duì)應(yīng)的電流Icz在主線(xiàn)圈14中流動(dòng)，電容器11充電，產(chǎn)生如圖2(f)所示的電壓Vcz。由于該電壓Vcz的作用，使鐵心13飽和，線(xiàn)圈14的電感變小，阻抗下降。因此儲(chǔ)存在電容器8中的電荷放電，形成如圖2(g)所示的電流Icz。電容器11上的電壓Vo2上升，當(dāng)達(dá)到激光裝置102的起始放電電壓時(shí)，放電部件12的阻抗急劇下降，從而使電容器8和11的電荷流向放電部件12放電。流向激光發(fā)生器102的電流I 是由來(lái)自電容器8的電流和來(lái)自電容器11的電流合成的，如圖2(h)所示，形成高度急劇上升的脈沖。
再者，為了確定可飽和扼流圈103的飽和定時(shí)時(shí)間，由控制回路106檢測(cè)LC諧振回路9的電壓是否已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)值。首先要調(diào)整在尚未達(dá)到目標(biāo)電壓值之前變壓器101的二次線(xiàn)圈2的電流的極性的目標(biāo)換向次數(shù)，并由檢測(cè)回路7檢測(cè)極性的換向，并由控制回路106對(duì)換向次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到極性的目標(biāo)換向次數(shù)時(shí)，定時(shí)器將回路104中的晶體三極管16導(dǎo)通?；蛘咭部梢圆捎闷渌椒ǎ梅謮浩髦苯訖z測(cè)電壓Vc1，當(dāng)Vc1達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，導(dǎo)通晶體三極管16。
這樣，在一次線(xiàn)圈1中流動(dòng)的電流，使晶體三極管3A，3B導(dǎo)通或斷開(kāi)，將產(chǎn)生LC諧振所需較大電能儲(chǔ)存在LC諧振回路9中，并由可飽和扼流圈103控制該能量，使其能夠輸出高電壓。因此，由于也可使一次線(xiàn)圈中反復(fù)流過(guò)若干次小電流，故可使用小容量的晶體三極管，從而可以使脈沖發(fā)生回路小型化。
當(dāng)向激光裝置102輸出脈沖電壓時(shí)，對(duì)LC諧振回路9經(jīng)充電達(dá)到目標(biāo)值后，鐵心13飽和，必然會(huì)將電能輸向電容器11。當(dāng)向電容器11傳輸最大的電能時(shí)，必須使鐵心13在電容器8的電壓達(dá)到最大值附近的條件下達(dá)到飽和狀態(tài)。從而使接在控制線(xiàn)圈15上的晶體三極管16導(dǎo)通，并由直流電源17輸出電流ION。因?yàn)橹骶€(xiàn)圈14和控制線(xiàn)圈15共同構(gòu)成變壓器，所以由于電流ION的作用，在主線(xiàn)圈14中產(chǎn)生電流Ic2，并使電容器n充電。因?yàn)樵撾妷涸O(shè)定得比激光裝置16的起始放電電壓還小，所以激光裝置16不會(huì)放電。
由電流ION使電容器11充電的電壓Vc2，在進(jìn)行充電時(shí)極性與最終應(yīng)輸出的電壓的極性相反。由于處于這樣的情況，與輸向激光裝置的電壓極性相反的半波(圖2(e)中的
部分)，由于加在主線(xiàn)圈14上的電壓減小，所以鐵心中的磁通的變化量(在此情況下為減小量)也變小了。另外，在與輸出電壓的極性相同的范圍(圖2(e)中的
部分)內(nèi)，由于加在線(xiàn)圈14上的電壓變大，所以鐵心中的磁通的變化量也變大了，而且達(dá)到飽和狀態(tài)。也就是說(shuō)，由于電容器11充電，產(chǎn)生由該電壓產(chǎn)生的磁通量，利用這一現(xiàn)象，就能使鐵心13飽和。因此，使鐵心13飽和的定時(shí)時(shí)間，可通過(guò)改變電容器11的電壓的大小，也就是通過(guò)改變控制線(xiàn)圈15中的電流I的大小來(lái)調(diào)整。
通過(guò)調(diào)整鐵心13的飽和的定時(shí)時(shí)間，可以將LC諧振回路9中儲(chǔ)存的電能中的大部分傳輸?shù)捷敵龆恕?br>因此，由于設(shè)置了定時(shí)回路104，所以能將LC諧振回路中儲(chǔ)存的電能在最適宜的時(shí)間切實(shí)地輸出。
其次，再來(lái)說(shuō)明重調(diào)回路105。
LC諧振回路9的電壓Vc1是在正負(fù)之間振蕩的電壓。隨著該振蕩電壓的振蕩，鐵心13中的磁通也在正向飽和點(diǎn)和負(fù)向飽和點(diǎn)之間振蕩。當(dāng)鐵心13的磁通的初始值大約為零時(shí)，則裝置正常工作。但是，由于鐵心13的磁通的初始值受其前面的激光裝置102放電的制約，因此不一定在零附近。也就是說(shuō)，由于放電電壓的誤差和放電時(shí)間的誤差，在放電過(guò)程結(jié)束后，電容器11上剩余的電壓也出現(xiàn)誤差。因此，隨著電容器11上剩余電壓的變化而變化的鐵心13中的磁通量也出現(xiàn)誤差。
當(dāng)鐵心13中的磁通量的初始值不能大致為零時(shí)，鐵心13往往在LC諧振回路9的電能尚未達(dá)到目標(biāo)值之前就達(dá)到飽和狀態(tài)，結(jié)果就不能正常工作。因此必須將鐵心中的剩余磁通量重調(diào)為零。
為此，在本發(fā)明的重調(diào)回路105中，將一個(gè)晶體三極管23A導(dǎo)通，使鐵心13飽和。不管鐵心13中的磁通量的數(shù)值大小，為了使其向一個(gè)方向飽和，晶體三極管23A會(huì)進(jìn)行控制，以便使其獲得足夠的時(shí)間和電流。其次，再將一個(gè)晶體三極管23A斷開(kāi)，并將另一個(gè)晶體三極管23B導(dǎo)通，使鐵心13向相反的方向勵(lì)磁，當(dāng)磁通量變?yōu)榱銜r(shí)，則將另一個(gè)晶體三極管23B斷開(kāi)。
能夠使飽和磁通量變?yōu)榱闼璧碾娏髦?，電壓值和時(shí)間等，可以預(yù)先根據(jù)磁場(chǎng)特性求出。由于該回路中的控制線(xiàn)圈20B中的重調(diào)電流的作用，感應(yīng)電壓使電容器11充電。該電容器11的充電電壓又使鐵心13的磁通量發(fā)生變化。因此，將鐵心13的磁通量重調(diào)為零的晶體三極管23B的導(dǎo)通時(shí)間應(yīng)加以選定，以便使由電容器11產(chǎn)生的那一部分磁通量也變?yōu)榱恪＝?jīng)過(guò)上述處理之后，鐵心內(nèi)的磁通量的初始值總是接近于零，可飽和扼流圈103經(jīng)常在一定的電壓與時(shí)間乘積的條件下飽和，因此脈沖發(fā)生電路中的脈沖動(dòng)作經(jīng)常處于穩(wěn)定狀態(tài)。
圖8A～圖11B所示，為本發(fā)明的脈沖發(fā)生器中的重調(diào)回路的另外的一些實(shí)施例。在前面講過(guò)的實(shí)施例的重調(diào)回路中，重調(diào)過(guò)程是在控制供給控制線(xiàn)圈的重調(diào)電流的時(shí)間的條件下進(jìn)行的。而現(xiàn)在所述的實(shí)施例的特征是將可飽和扼流圈的鐵心分割成若干部分，而且采用一個(gè)切換元件。該實(shí)施例是通過(guò)選擇分割鐵心的橫截面積的大小，以及改變繞在分割鐵心上的主線(xiàn)圈的圈數(shù)，借以控制剩余磁通量，不言而喻，可以使其為零或其它任意值。另外，如果利用飽和方向彼此相反的兩個(gè)分割鐵心，則可防止由于重調(diào)電流造成輸出電容器上的充電電壓的變化，進(jìn)而防止磁通量的變化。
在圖8A中，繪出重調(diào)回路的另外的一個(gè)實(shí)施例，可飽和扼流圈的鐵心被分割成鐵心60a和60b，主線(xiàn)圈14跨繞在兩個(gè)分割鐵心上，而控制線(xiàn)圈61a和61b則分別繞在分割鐵心60a和60b上。在控制線(xiàn)圈61a、61b之間，串有直流電源62，控制電流用的電阻63及開(kāi)關(guān)64。圖8B所示為該重調(diào)裝置的電路圖。當(dāng)將開(kāi)關(guān)64打開(kāi)時(shí)，控制線(xiàn)圈61a、61b中的電流方向彼此相反。當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)64時(shí)，在控制線(xiàn)圈61a和61b中流經(jīng)的電流i則取決于由直流電源62的電壓和電阻63。為了使分割鐵心62a、60b飽和，應(yīng)將電流i的數(shù)值設(shè)定得足夠大。在圖9中給出了分割鐵心60a、60b的磁帶回線(xiàn)(實(shí)線(xiàn)所示)。由于電流i的作用，使分割鐵心60a的磁通量為P，使分割鐵心60b的磁通量為Q，且分別達(dá)到飽和狀態(tài)。一旦將開(kāi)關(guān)64打開(kāi)，電流i即變?yōu)榱?，則分割鐵心60a的剩余磁通量為R，分割鐵心60b的剩余磁通量為S。
與主線(xiàn)圈14相對(duì)應(yīng)的鐵心的整體特性，是由分割鐵心60a的特性和分割鐵心60b的特性合成的，即為圖中虛線(xiàn)所示的磁滯曲線(xiàn)。另外，當(dāng)分割鐵心60a和分割鐵心60b的特性，以及它們的橫截面積都相同時(shí)，兩者的剩余磁通量等，處于Z點(diǎn)，即為零。
現(xiàn)在來(lái)看一下在主線(xiàn)圈14上加上電壓以后的動(dòng)作情況。首先在主線(xiàn)圈14上施加一個(gè)能使分割鐵心60a、60b的磁通量增加的方向的電壓，沿著該電壓的作用方向，分割鐵心60a達(dá)到飽和狀態(tài)，故其磁通量不再增加。與此相對(duì)應(yīng)，由圖9可以明顯地看出，分割鐵心60b的磁通量則可由S增加到P點(diǎn)，所以磁通量的增加與所施加的電壓相對(duì)應(yīng)，由于該磁通量的增加，主線(xiàn)圈14的電感變得很大。而當(dāng)所施加的電壓的極性相反時(shí)，分割鐵心60a的磁通量減小，主線(xiàn)圈14的電感增大。由于這一動(dòng)作的結(jié)果，與分割鐵心60a、60b的剩余磁通量經(jīng)重調(diào)至零的情況相同。
這樣，由于控制線(xiàn)圈61a、61b中的電流的作用，分割鐵心60a、60b的剩余磁通量被重調(diào)到如圖9所示的R、S，這一結(jié)果與對(duì)應(yīng)于主線(xiàn)圈14的分割鐵心60a和60b上的剩余磁通量被重調(diào)為零的情況是等價(jià)的。
以上說(shuō)明了當(dāng)分割鐵心60a和分割鐵心60b的特性及橫截面積相同時(shí)，剩余磁通量被重調(diào)至零的情況。當(dāng)分割鐵心60a和分割鐵心60b的材質(zhì)相同時(shí)，通過(guò)改變橫截面積的方法，利用同上所述的同樣動(dòng)作，就可以將剩余磁通量重調(diào)到任意的數(shù)值。
按照本實(shí)施例所述，控制線(xiàn)圈的控制電路(電源、開(kāi)關(guān)等)可以組成一組。而且因?yàn)槟軌虿糠值乜刂畦F心的剩余磁通量，所以能夠很容易地將剩余的磁通量重調(diào)到任意數(shù)值。
圖10A所示，為重調(diào)回路的又一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，是將可飽和扼流圈的主線(xiàn)圈14a和14b各自獨(dú)立地分別繞在分割鐵心60a、60b上。主線(xiàn)圈14a、14b中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與變化的磁通量及線(xiàn)圈的圈數(shù)成正比。因此通過(guò)單獨(dú)地調(diào)整主線(xiàn)圈14a或14b各自的圈數(shù)的方法，就可以調(diào)節(jié)重調(diào)剩余磁通量的數(shù)值。也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)這樣的處理之后，不僅可以利用分割鐵心60a與60b的橫截面積之比來(lái)調(diào)節(jié)被重調(diào)剩余磁通量的大小，而且還可以利用線(xiàn)圈的圈數(shù)之比進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此按照本實(shí)施例所述，也可以利用線(xiàn)圈的圈數(shù)比來(lái)調(diào)節(jié)重調(diào)剩余磁通量的數(shù)值。圖10B所示，為圖10A中的重調(diào)回路的電路圖。
圖11A所示為本發(fā)明的重調(diào)回路的另外一個(gè)實(shí)施例。在此實(shí)施例中，鐵心被分割成60a、60b、60c共三部分，在每一部分上，分別繞有控制線(xiàn)圈61a、61b和61c。在其中的一個(gè)控制線(xiàn)圈61c上，設(shè)置了用來(lái)轉(zhuǎn)換電流方向的開(kāi)關(guān)65。切換開(kāi)關(guān)65，就可以改變分割鐵心60c上的飽和方向，因此也就改變了重調(diào)磁通量的數(shù)值。按照本實(shí)施例所述，利用設(shè)置在控制線(xiàn)圈61c上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)65，就能很容易地改變重調(diào)剩余磁通量的數(shù)值。圖11B所示，為圖11A中重調(diào)回路的電路圖。
如上所述，本實(shí)施例中的重調(diào)回路能夠很容易地將鐵心上的剩余磁通量重調(diào)為除零及飽和區(qū)域以外的其它數(shù)值，而且利用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)就能將鐵心的剩余磁通量重調(diào)為除零及飽和區(qū)域以外的其它數(shù)值。在以上所述的實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)64、65雖然是用機(jī)械開(kāi)關(guān)表示，但也可以像圖1所示的電路那樣，使用晶體三極管之類(lèi)的轉(zhuǎn)換元件，這是不言而喻的。
其次，再詳細(xì)說(shuō)明一下圖1所示的控制回路106。圖3所示為控制回路106的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖。
利用來(lái)自外部的觸發(fā)信號(hào)，首先使定時(shí)器1動(dòng)作，并產(chǎn)生脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)回路1被放大后驅(qū)動(dòng)晶體三極管23A。于是在控制線(xiàn)圈20A中便有了電流，并使鐵心13飽和。然后定時(shí)器2延遲動(dòng)作，并向驅(qū)動(dòng)回路2發(fā)出脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)回路2使晶體三極管23B導(dǎo)通。于是在控制線(xiàn)圈20B中有了電流，又使鐵心13的磁通量變?yōu)榱恪?也包括線(xiàn)圈14中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓對(duì)電容器8，11充電的電壓的影響，使磁通量為零。)通過(guò)上述過(guò)程，鐵心13的剩余磁通量被重調(diào)。然后定時(shí)器3動(dòng)作，由起動(dòng)信號(hào)發(fā)生回路產(chǎn)生脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)回路5被放大后，驅(qū)動(dòng)晶體三極管3A，在線(xiàn)圈1中的電流Is1的作用下，電容器8被充電，諧振回路9開(kāi)始振蕩(電壓和電流振蕩)。由檢測(cè)線(xiàn)圈7檢測(cè)諧振回路9中極性的轉(zhuǎn)換(振蕩)，對(duì)應(yīng)于該極性，由振蕩極性檢測(cè)回路產(chǎn)生脈沖，使晶體三極管3A、3B交替通、斷，使振蕩回路9的振蕩電壓和振蕩電流增大。
然后，定時(shí)器4在收到定時(shí)器3發(fā)出的脈沖，并經(jīng)過(guò)設(shè)定的時(shí)間后開(kāi)始動(dòng)作，并產(chǎn)生脈沖、驅(qū)動(dòng)晶體三極管16，使可飽和扼流圈103達(dá)到飽和狀態(tài)，并將諧振回路9中的能量輸至電容器11一側(cè)。
其次說(shuō)明本發(fā)明的脈沖發(fā)生器的另一個(gè)實(shí)施例。
圖4所示的實(shí)施例中的脈沖發(fā)生器，是利用晶體三極管16，由直流電源17對(duì)電容器11直接充電。在此電路中，電容器8中的電能傳輸至電容器11時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高壓，這時(shí)為了保護(hù)晶體三極管16及直流電源17免受該高壓的影響，故設(shè)置了由電阻26、29，晶體二極管28，電容器27等構(gòu)成的過(guò)電壓吸收回路30，加以保護(hù)。
圖5是本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例。這是在可飽和扼流圈103及重調(diào)回路105與激光裝置102之間，設(shè)置一個(gè)磁脈沖壓縮回路40的情況。磁脈沖壓縮回路40由可飽和扼流圈103′和電容器43構(gòu)成，它具有如下的作用在上述的定時(shí)回路104中，為了使鐵心13飽和，使圖2(c)所示的電流ION在主線(xiàn)圈14中流動(dòng)，由于該電流ION的作用，電容器1充電，產(chǎn)生如圖2(f)所示三角形波的電壓Vc2′。如果為了在短時(shí)間內(nèi)使可飽和扼流圈達(dá)到飽和狀態(tài)，而將Vc2′設(shè)定在放電電壓附近時(shí)，則由于電壓Vc2′的作用，有可能使激光裝置102產(chǎn)生誤動(dòng)作。
在本實(shí)施例中，電壓Vc2使鐵心13飽和，并使主線(xiàn)圈14的阻抗下降，于是電容器8中的電荷放電、放電電流雖然流過(guò)電容器11，但因鐵心41沒(méi)有飽和，所以可飽和扼流圈103′呈受阻狀態(tài)。隨著時(shí)間的延續(xù)，電容器11的電位升高，鐵心41飽和，于是電容器11中的電荷放電。放電電流經(jīng)過(guò)主線(xiàn)圈42，流至電容器43。在電容器43上，不出現(xiàn)上述的三角形波的電壓。因此在激光振蕩器102上只能施加目標(biāo)電壓規(guī)定的最終電壓，從而能夠防止誤動(dòng)作。其它部分的回路的動(dòng)作與圖1所示者相同，故對(duì)其說(shuō)明從略。
圖6所示是本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例，在變壓器101的一次線(xiàn)圈1和二次線(xiàn)圈2上設(shè)置了鐵心50。在本實(shí)施例中，利用變壓器101的鐵心50的飽和所產(chǎn)生的電容器8的電壓換向，構(gòu)成振蕩回路。
設(shè)變壓器101的鐵心50的飽和磁通密度為B1，鐵心的橫截面積為A1，二次線(xiàn)圈2的圈數(shù)為N1，則它們的乘積Z1為Z1＝B1×A1×N1(1)再設(shè)可飽和扼流圈103的鐵心13的飽和磁通密度為B2，鐵心的橫截面積為A2，線(xiàn)圈14的圈數(shù)為N2，則它們的乘積Z2為Z2＝B2×A2×N2(2)同時(shí)設(shè)Z1和Z2滿(mǎn)足如下條件Z1＜Z2(3)此時(shí)圖1中的定時(shí)回路104就可以省掉。其理由如下當(dāng)晶體三極管3A導(dǎo)通后，在繞在鐵心50上的一次線(xiàn)圈1中，有來(lái)自直流電源4的如圖7(a)所示的電流Is1流動(dòng)。一次線(xiàn)圈1和二次線(xiàn)圈2通過(guò)鐵心50彼此磁耦合，從而構(gòu)成變壓器101，因此，由于電流Is1的作用，在二次線(xiàn)圈2中便有如圖7(c)所示的電流Ic1流動(dòng)。電流Ic1流向電容器8，于是在電容器8上產(chǎn)生如圖7(d)所示的電壓Vc1。由于該電壓Vc1的作用，鐵心50中的磁通量增加，其變化如圖7(d)中的虛線(xiàn)所示。由于電壓Vc1同時(shí)還施加在線(xiàn)圈14上，鐵心13中的磁通量也因而增加，其變化如圖7(e)所示。在此，由于按(3)式設(shè)定變壓器101和可飽和扼流圈103的電壓與時(shí)間的乘積Z1＜Z2，因此鐵心50首先飽和，二次線(xiàn)圈2的電感變小。電容器8中的電荷以根據(jù)該電感和電容器8的容量決定的頻率通過(guò)二次線(xiàn)圈放電，放電電流Ic1為半波電流(圖7(c)
)。結(jié)果造成電容器8電壓的極性換向。這樣一來(lái)，鐵心13及鐵心50中的磁通量開(kāi)始向相反的方向變化。
檢測(cè)器7檢測(cè)電容器8的放電電流Ic1
，并由控制裝置106使晶體三極管3A斷開(kāi)，使晶體三極管3B導(dǎo)通，由于電容器8的極性換向(剛才說(shuō)過(guò))，結(jié)果使一次線(xiàn)圈1由直流電源4充電，使其所儲(chǔ)存的電能增大，鐵心50中的磁通量向反方向增大，立刻達(dá)到飽和，電容器8再次放電，因而引起電壓的極性換向，隨之，晶體三極管3A，3B的通斷狀態(tài)被調(diào)換，電容器8重新充電。
這樣，由于晶體三極管3A、3B的通、開(kāi)與電容器8的電壓極性一致，從而使容器8的電壓上升，電能增加。
另一方面，鐵心50飽和，電容器8通過(guò)二次線(xiàn)圈2放電，在其電壓極性換向的期間，電壓(圖7(d)
(斜線(xiàn)部分))雖然對(duì)鐵心50的磁通量的增減沒(méi)有影響，但卻會(huì)使鐵心13的磁通量發(fā)生變化。也就是說(shuō)，它所增加的量只相當(dāng)于在此時(shí)間內(nèi)電壓與時(shí)間的乘積的那一部分，結(jié)果將電壓加在線(xiàn)圈14上。而且該電壓與時(shí)間之積，與電容器8的充電電壓按正比例增大。由于該電壓時(shí)間積增大，變壓器101的電壓時(shí)間積(Z1)和可飽和扼流圈103的電壓時(shí)間積(Z2)i間的差值變得更大，致使鐵心13也達(dá)到飽和程度。
鐵心13一旦飽和，線(xiàn)圈14的電感就變小，電容器8中的電荷的一部分，以由該電感，電容器8及電容器11決定的頻率，向電容器11轉(zhuǎn)移。也就是說(shuō)，由于圖7(e)所示的電流Ic2的流動(dòng)，在電容器11上產(chǎn)生了電壓Vc2(圖7(f))。因?yàn)樵撾妷?圖7(f)
)具有能用下一個(gè)半波再次使鐵心13飽和的作用，所以按著鐵心13達(dá)到飽和，之后再次產(chǎn)生極性相反的高壓(圖7(f)
)，電容器8中的電荷的大部分立刻轉(zhuǎn)移到電容器11上。也就是說(shuō)，可以獲得目標(biāo)規(guī)定的電壓和電流。由于由該電壓引起的激光裝置102的放電等動(dòng)作與圖1所示者相同，故從略。
如上所述，如果本實(shí)施例得以實(shí)施，當(dāng)二次線(xiàn)圈2中設(shè)置鐵心50的電壓時(shí)間積為Z1，由鐵心13及線(xiàn)圈14構(gòu)成的可飽和扼流圈103的電壓時(shí)間積為Z2，且設(shè)Z1＜Z2時(shí)，則可不必采用使鐵心13飽和的開(kāi)關(guān)元件。
另外，一次及二次線(xiàn)圈1·2因通過(guò)鐵心電磁耦合，因此能對(duì)電容器8高效充電。
另外，在電容器8上出現(xiàn)的電壓波形Z為矩形波，因此使可飽和扼渦圈103飽和的定時(shí)器即使多少有些誤差，所輸出的電壓，電能也是恒定的。
權(quán)利要求
1.激光裝置，包括放電電極的激光裝置直流電源使來(lái)自上述的直流電源的電壓能斷續(xù)通斷的裝置一次線(xiàn)圈和二次線(xiàn)圈，該一次線(xiàn)圈連接在與上述的開(kāi)關(guān)裝置相連接的變壓器上由上述變壓器的二次線(xiàn)圈和連接在上述二次線(xiàn)圈兩端的電容器構(gòu)成的儲(chǔ)能回路，該儲(chǔ)能回路是利用上述的開(kāi)關(guān)裝置在該儲(chǔ)能回路的振蕩周期內(nèi)，使來(lái)自上述直流電源的電壓呈斷續(xù)狀態(tài)，并將來(lái)自上述直流電源的電能以電振蕩的方式儲(chǔ)存起來(lái)的回路；其主線(xiàn)圈是與上述的儲(chǔ)能回路相連接的可飽和扼流圈；當(dāng)連接在上述的可飽和扼流圈和上述的激光振蕩裝置的放電電極之間的上述可飽和扼流圈上的上述主線(xiàn)圈導(dǎo)通時(shí)，用儲(chǔ)存在上述儲(chǔ)能回路中的電能以電荷能的形式進(jìn)行充電，并將該電荷能作為脈沖，在上述的放電電極上放電的輸出電容器。
2.將高壓脈沖供給放電負(fù)載的脈沖發(fā)生器，其組成為直流電源;使來(lái)自上述直流電源的電壓斷續(xù)通斷的裝置;一次線(xiàn)圈和二次線(xiàn)圈，該一次線(xiàn)圈連接在與上述開(kāi)關(guān)裝置相連接的變壓器上;由上述變壓器的二次線(xiàn)圈和連接在上述二次線(xiàn)圈兩端的電容器構(gòu)成的儲(chǔ)能回路，該儲(chǔ)能回路是利用上述開(kāi)關(guān)裝置在該儲(chǔ)能回路的振蕩周期內(nèi)，使來(lái)自上述直流電源的電壓呈斷續(xù)狀態(tài)，并將來(lái)自上述直流電源的電能以電振蕩的方式儲(chǔ)存起來(lái)的回路;其主線(xiàn)圈是與上述的儲(chǔ)能回路相連接的可飽和扼流圈;當(dāng)連接在上述可飽和扼流圈和上述放電負(fù)載之間的上述可飽和扼流圈上的上述主線(xiàn)圈導(dǎo)通時(shí)，用上述儲(chǔ)能回路中儲(chǔ)存的電能以電荷能的形式進(jìn)行充電，并將該電荷能作為脈沖，在上述放電負(fù)載上放電的輸出電容器。
3.將高壓脈沖供給放電負(fù)載的脈沖發(fā)生器，其組成為直流電源;使來(lái)自上述直流電源的電壓斷續(xù)通斷的裝置;一次線(xiàn)圈和二次線(xiàn)圈，該一次線(xiàn)圈連接在上述開(kāi)關(guān)裝置相連接的變壓器;由上述變壓器的二次線(xiàn)圈和連接在上述二次線(xiàn)圈兩端的電容器構(gòu)成的儲(chǔ)能回路，該儲(chǔ)能回路是利用上述開(kāi)關(guān)裝置在該儲(chǔ)能回路的振蕩周期內(nèi)，使來(lái)自上述直流電源的電壓呈斷續(xù)狀態(tài)，并將來(lái)自上述直流電源的電能以電振蕩的方式儲(chǔ)存起來(lái)的回路;其主線(xiàn)圈是與上述的源能回路相連接的可飽和扼流圈;在連接在上述可飽和扼流圈和上述激光振蕩裝置的放電電極之間的上述可飽和扼流圈上的上述主線(xiàn)圈導(dǎo)通時(shí)，用儲(chǔ)存在上述儲(chǔ)能回路中的電能以電荷能的形式進(jìn)行充電，并將該電荷能作為脈沖，在上述的放電電極上放電的輸出電容器。使上述可飽和扼流圈的控制線(xiàn)圈中形成電流，將上述可飽和扼流圈中的剩余磁通量作實(shí)質(zhì)性地重調(diào)的通量重調(diào)裝置。
4.將高壓脈沖供給放電負(fù)載的脈沖發(fā)生器，其組成為直流電源;使來(lái)自上述直流電源的電壓斷續(xù)的開(kāi)關(guān)裝置;一次線(xiàn)圈和二次線(xiàn)圈，該一次線(xiàn)圈連接在與上述的開(kāi)關(guān)裝置相連接的變壓器上;由上述變壓器的二次線(xiàn)圈和連接在上述二次線(xiàn)圈兩端的電容器構(gòu)成的儲(chǔ)能回路，該儲(chǔ)能回路是利用上述開(kāi)關(guān)裝置在該儲(chǔ)能回路的振蕩周期內(nèi)，使來(lái)自上述直流電源的電壓呈斷續(xù)狀態(tài)，并將來(lái)自上述直流電源的電能以電振蕩的形式儲(chǔ)存起來(lái)的回路;其主線(xiàn)圈是與上述的儲(chǔ)能回路相連接的可飽和扼流圈;當(dāng)連接在上述的可飽和扼流圈和上述的激光振蕩裝置的放電電極之間的上述可飽和扼流圈上的上述主線(xiàn)圈導(dǎo)通時(shí)，用儲(chǔ)存在上述儲(chǔ)能回路中的電能以電荷的形式進(jìn)行充電，并將電荷能作為脈沖，在上述的放電電極上放電的輸出電容器。繞在上述可飽和扼流圈上的控制線(xiàn)圈及第二個(gè)直流電源，以及連接在上述的第二個(gè)直流電源與上述的控制線(xiàn)圈之間的第二個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，通過(guò)切換上述開(kāi)關(guān)裝置，由上述的第二個(gè)直流電源沿上述的控制線(xiàn)圈的一個(gè)方向供給電流，直到上述的可飽和扼流圈達(dá)到飽和為止，并且能使上述可飽和扼流圈的剩余磁通量實(shí)質(zhì)性地重調(diào)為零的設(shè)定電流沿上述控制線(xiàn)圈的另一個(gè)方向流通的磁通量重調(diào)裝置。
5.權(quán)利要求
的第4項(xiàng)，上述磁通量重調(diào)裝置中的上述控制線(xiàn)圈包括兩個(gè)線(xiàn)圈，上述開(kāi)關(guān)裝置包括兩個(gè)晶體三極管，上述各晶體三極管同上述各線(xiàn)圈及上述的第二個(gè)直流電源串聯(lián)，上述各線(xiàn)圈的連接方式使各線(xiàn)圈中的電流方向彼此相反。
6.權(quán)利要求
第4項(xiàng)的要求范圍，其中上述可飽和扼流圈具有若干個(gè)磁耦合的分割鐵心，上述的磁通量重調(diào)裝置含有繞在每一個(gè)分割鐵心上的控制線(xiàn)圈，上述的控制線(xiàn)圈中至少有一個(gè)線(xiàn)圈中的電流方向與另外的控制線(xiàn)圈中流通的使上述分割鐵心飽和的電流方向相反。
7.權(quán)利要求
第6項(xiàng)的要求范圍，其中上述可飽和扼流圈的主線(xiàn)圈以任意的圈數(shù)分別繞在上述若干個(gè)分割鐵心上。
8.權(quán)利要求
第6項(xiàng)的要求范圍，其中在上述的可飽和扼流圈的控制線(xiàn)圈中的至少一個(gè)線(xiàn)圈上，連接著可任意選擇電流方向的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，它可使通過(guò)該線(xiàn)圈的電流與另外的控制線(xiàn)圈中的電流方向相同或相反。
9.權(quán)利要求
的第2項(xiàng)的要求范圍，其中上述的脈沖發(fā)生器還含有用來(lái)控制上述可飽和扼流圈的導(dǎo)通時(shí)間的飽和定時(shí)控制回路。
10.權(quán)利要求
的第9項(xiàng)的要求范圍，其中上述的飽和定時(shí)控制回路含有繞在上述可飽和扼流圈上的控制線(xiàn)圈和用來(lái)控制在控制線(xiàn)圈中流通的電流，使其能夠使上述可飽和扼流圈達(dá)到飽和的控制裝置。
11.權(quán)利要求
的第10項(xiàng)的要求范圍，其中上述的飽和定時(shí)控制回路中的上述電流控制裝置含有對(duì)上述變壓器的二次線(xiàn)圈上的電壓極性換向次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的裝置，和在該計(jì)數(shù)裝置的計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)之后，作為應(yīng)答，使上述控制線(xiàn)圈中流過(guò)可以使上述可飽和扼流圈達(dá)到飽和程度的電流發(fā)生回路。
12.權(quán)利要求
第9項(xiàng)的要求范圍，其中上述飽和定時(shí)控制回路含有對(duì)上述變壓器的二次線(xiàn)圈上的電壓極性換向次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)裝置和在該計(jì)數(shù)裝置的計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)之后，作為應(yīng)答，使上述輸出電容器充電，并使上述可飽和扼流圈達(dá)到飽和的充電回路。
13.權(quán)利要求
第2項(xiàng)的要求范圍，其中上述的變壓器含有鐵心，設(shè)該鐵心的飽和磁通密度為B1，該鐵心的橫截面積為A1，上述二次線(xiàn)圈的圈數(shù)為N1，上述可飽和扼流圈的鐵心的飽和磁通密度為B2，橫截面積為A2，上述主線(xiàn)圈的圈數(shù)為N2，則這些量滿(mǎn)足以下關(guān)系B1×A1×N1＜B2×A2×N2
14.權(quán)利要求
第2項(xiàng)的要求范圍，其中上述脈沖發(fā)生器還含有串聯(lián)在上述可飽和扼流圈和上述放電性載之間的第二個(gè)可飽和扼流圈、以及與上述放電負(fù)載并聯(lián)的第二個(gè)輸出電容器。
15.用于向放電負(fù)載提供高壓脈沖的發(fā)生方法，包括以下步驟使直流電源的電壓斷續(xù)的步法;通過(guò)變壓器將上述斷續(xù)通電電源的電能輸至儲(chǔ)能回路的步驟，上述電源電壓斷續(xù)的步驟與上述儲(chǔ)能回路的振蕩周期同步;上述儲(chǔ)能回路將供給它的電能以電振蕩的方式儲(chǔ)存起來(lái)的步驟;以及當(dāng)儲(chǔ)存在上述儲(chǔ)能回路中的電能達(dá)到設(shè)定值時(shí)，向放電負(fù)載釋放的步驟。
專(zhuān)利摘要
一種備有高壓脈沖發(fā)生器的激光裝置，脈沖發(fā)生器通過(guò)變壓器，將來(lái)自直流電源的電能，以電源電壓斷續(xù)的方式供給儲(chǔ)能回路，電源電壓的斷續(xù)與儲(chǔ)能回路的共振周期同步，儲(chǔ)能回路將供給它的電能以電振蕩的方式儲(chǔ)存，當(dāng)儲(chǔ)存在儲(chǔ)能回路中的電能達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)，設(shè)置在激光裝置和儲(chǔ)能回路之間的可飽和扼流圈達(dá)到飽和狀態(tài)，將儲(chǔ)能回路中的電能釋放給激光裝置。
文檔編號(hào)H03K3/57GK87106591SQ87106591
公開(kāi)日1988年4月6日 申請(qǐng)日期1987年9月26日
發(fā)明者大橋常良, 竹森埾, 吉川利滿(mǎn), 桑原皓二, 菅原宏之 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan