KR920008042B1 - 고전압 펄스발생장치를 구비한 레이저장치와 고전압 펄스발생장치 및 펄스발생방법 - Google Patents

고전압 펄스발생장치를 구비한 레이저장치와 고전압 펄스발생장치 및 펄스발생방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

고전압 펄스발생장치를 구비한 레이저장치와 고전압 펄스발생장치 및 펄스발생방법
제1도는 본 발명의 실시예인 레이저용 펄스발생장치의 회로도.
제2a도 내지 2h도는 제1도의 각부의 신호파형을 나타낸 파형도.
제3도는 제1도, 제4도, 제5도의 펄스발생장치에 적용되는 제어회로의 블록도.
제4도는 내지 제6도는 본 발명의 다른 실시예의 레이저용 펄스발생장치의 회로도.
제7a도∼7h도는 제6도의 회로의 각부 파형도.
제8a도는 본 발명의 펄스발생장치에 적용할 수 있는 잔류자속 리세트장치의 실시예를 나타낸 도.
제8b도는 제8a도의 회로도.
제9도는 철심의 자기특성을 나타낸 도.
제10a도는 잔류자속 리세트장치의 다른 실시예를 나타낸 도.
제10b도는 제10a도의 회로도.
제11a도는 잔류자속 리세트장치의 다른 실시예를 나타낸 도.
제11b도는 제11a도의 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 1차 권선 2 : 2차 권선
3A, 3B, 1b, 23A, 23B : 트랜지스터 4, 17, 22, 62 : 직류전원
8, 11 : 콘덴서 9 : LC 공진회로
12 : 방전부 13, 60a, 60b : 철심
14 : 주권선 15 : 제어권선
21 : 분기선 61a, 62b : 제어권선
64, 65 : 스위치 100 : 펄스발생장치
101 : 변압기 102 : 레이저장치
103 : 가포화 리액터 104 : 타이밍회로
105 : 리세트회로 106 : 제어회로
본 발명은 고전압 펄스발생장치를 구비한 레이저장치와 레이저장치 혹은 방전성부하에 가장 적합한 고전압 펄스발생장치 및 펄스발생방법에 관한 것이다.
TEAP형(Transversely Excited Atmospheric Pressure Type) 레이저장치에서는 상승시간(rise time)이 짧은 고전압펄스를 필요로 한다. 종래 이 종류의 펄스발생회로로서는, 1983년 9월 30일에 서독일국에 출원된 특허출원번호 No 3335690.4를 우선권주장으로 하여 일본국에 1984년 9월 28일자로 특허출원된 일본국공개 JP-A-60-96182호 공보에 개시된 것이 있다. 이 펄스발생회로에서는 병열로 충전된 두 개의 콘덴서의 한쪽을 인덕턴스를 통하여 방전하므로서, 그 한쪽의 콘덴서 전압을 반전하고, 다른 콘덴서의 전압과 합성하여 충전전압의 배(倍)전압을 얻음과 동시에, 가포화 리액터의 포화에 의하여 양콘덴서에 충전된 전기에너지를 출력으로 인출하게 된다. 따라서 한쪽의 콘덴서가 방전할때에는 출력해야할 전기에너지의 거의 절반(1/2)을 한번에 스위칭할 수 있는 대용량의 스위칭 소자가 요구된다. 또, 출력펄스의 상승시간에 반비례하여 스위칭소자 또는 가포화 리액터의 용량은 증대한다. 또, 펄스발생회로의 후단의 단수나 용량을 증가시켜 스위치소자의 용량을 저감할 수 있으나, 이 방법에 있어서는 콘덴서와 가포화 리액터의 수가 증가하여 펄스발생회로가 대형화됨에 동시에 가격이 상승한다는 등의 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 극복하고, 작은 용량의 스위칭소자에 의하여 고전압펄스를 발생할 수 있는 펄스발생장치와 펄스발생방법 및 그와 같은 장치를 구비한 레이저장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 펄스발생장치는 변압기의 1차 권선에 접속한 스위치와 변압기의 2차 권선에 병렬 접속한 콘덴서를 가지는 공진회로(탱크회로)와, 공진회로에 축전된 전기에너지의 출력의 전달을 제어하는 가포화 리액터로 구성하였다. 이 펄스발생장치에서는 변압기의 1차 권선에 설치한 스위치를 2차측의 공진회로의 전기진동에 동기시켜 복수회 개폐하므로서, 공진회에 축적되는 전기에너지를 증대시키고, 공진회로의 전압으로 가포화 리액터가 포화하면 공진회로에 축적된 전기에너지는 출력되므로 출력콘덴서에는 상승시간이 짧은 큰 에너지인 고전압펄스를 얻을 수가 있다. 즉, 1차 권선에서 제어되는 전기에너지는 작으나, 그 전기에너지를 복수회 공진회로에 축적하므로서 최종적으로 취출되는 전기에너지는 1차 권선에서 제어되는 에너지의 수십배의 것을 얻을 수가 있다. 따라서 1차측 스위치소자의 용량을 저감시킬 수 있어 스위치용 반도체소자의 적용이 용이해지고 큰 에너지의 스위치는 가포화 리액터에 의하여 행하기 때문에 장치의 소형화, 장수명화가 가능하게 된다.
본 발명의 또 다른 목적은 도면에 따른 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 펄스발생회로의 제1실시예를 제1도를 참조하여 설명한다.
펄스발생장치(100)는 변압기(101)의 2차측의 LC 공진회로(9)로부터 가포화 리액터(103)를 거쳐 레이저 장치(102)에 접속되어 있다. 가포화 리액터(103)의 2차측에는 타이밍회로(104) 및 리세트회로(105)를 배치하고 이들 회로는 또 제어회로(106)에도 접속되어 있다. 제어회로(106)의 한쪽은 변압기(101)의 1차 권선에 접속된 트랜지스터(3A, 3B)의 베이스(B)에 접속되어 있다. 변압기(101)는 1차 권선(1)과 2차 권선(2)으로 구성되어 있다. 1차 권선(1)의 양측에는 스위치소자인 제1트랜지스터(3A) 및 제2트랜지스터(3B)가 접속되어 있다. 트랜지스터(3A)와 트랜지스터(3B)와의 사이의 1차 권선(1)의 중간으로부터 인출된 인출선(4A)은 직류전원(4)에 접속된다. 직류전원(4)의 일단은 양 트랜지스터(3A, 3B)의 에미터(E)와 접지(5)에 접속되어 있다. 트랜지스터(3A, 3B)의 베이스(B)는 제어회로(106)에 접속되어 있다. 제어회로(106)에 설치된 검출권선(7), 예를들면 변류기는 2차 권선(2)에 흐르는 전류의 방향을 검출한다. 2차 권선(2)의 양단은 콘덴서(8)를 병렬 접속하여 LC 공진회로(9)(탱크회로)를 구성하고 있다. LC 공진회로(9)는 출력콘덴서(11) 및 레이저장치(102)에 접속되어 있다.
레이저장치(102)는 레이저가스를 가지는 방전부(12) 내의 전극(12A, 12B) 예를들면 음극 및 양극이 배치되어 있다. 전극(12A, 12B)의 양단은 출력콘덴서(11)가 병렬 접속되어 있다. 이들 전극 및 콘덴서(11)의 한쪽 단자는 접지(11E)되어 있다. 전극(12A, 12B) 및 출력콘덴서(11)와 LC 공진회로(9)와의 한쪽에는 가포화 리액터(103)가 직렬 접속되어 있다.
가포화 리액터(103)는 철심(13), 예를들면 환상(ring)철심에 주권선(14)의 감겨있고, 주권선(14)의 양단은 LC 공진회로(9)와 출력콘덴서(11)에 접속되어 있다. 가포화 리액터(103)의 2차측(제어권선)에는 타이밍회로(104)와 리세트회로(105)가 배치되어 있다.
타이밍회로(104)는 철심(13)에 감겨진 제어권선(15), 트랜지스터(16) 및 직류전원(17)으로 구성되어 있다.
리세트회로(105)는 철심(13)에 일측권선(20A)과 타측권선(20B)이 감겨져 있다. 양권선(20A, 20B) 사이에서 인출된 분기선(21)은 직류전원(22)의 일단과 접속된다. 직류전원(22)의 부(-)측과 양권선(20A, 20B)의 일측은 각각 트랜지스터(23A, 23B)의 에미저(E)과 콜렉터(C)에 접속되어 있다. 에미터(E)는 접지(24)되어 있다. 트랜지스터(16) 및 리세트 트랜지스터(23A, 23B)의 베이스(B)는 제어회로(106)에 접속되어 있다.
다음에, 펄스발생장치(100)의 작용을 제2도를 참조하여 설명한다.
제어회로(106)로 부터의 구동신호에 의하여 제1트랜지스터(3A)가 ON되면, 직류전원(4)에 의하여 1차권선(1)에 제2a도와 같은 전류(IS1)가 흐른다. 또한, 제2a도∼2h의 횡축은 시간(t)이다. 1차 권선(1)과 전자기적으로 결합된 2차 권선(2)에는 전류(IS1)에 의하여 전압이 유기되어 제2d도와 같은 전류(IC1)가 흐른다. 2차 권선(2)에는 병렬로 콘덴서(8)가 접속되어 LC 공진회로(9)를 형성하고 있다. 2차측전류(IC1)에 의하여 제2e도에 나타낸 바와 같은 2차측 전압(Vc1)이 발생한다. 검출권선(7)에 의하여 LC공진회로(9)의 전류(IC1)의 반전을 검출하고 제어회로(106)에 의하여 제1트랜지스터(3A)를 OFF, 제2트랜지스터(3B)를 ON시킨다. 이에 의하여 제2b도에 나타낸 바와 같은 전류(IS2)가 흐른다. 이 전류(IS2)에 의해 2차 권선(2)에서의 유기전압은 전류(IC1)에 의한 것과는 역극성이 된다. 따라서, 제2d도로부터 알수 있는 바와 같이 전류(IC1)가 반전할 때 마다 그 크기가 증대한다. 이와 같이 LC 공진회로(9)의 진동주기에 맞추어 제1 및 제2트랜지스터(3A, 3B)를 ON, OFF 시키므로서, LC 공진회로(9)에 전기 에너지를 주입할 수 있어 진동전압 및 전류를 증대시킬 수가 있다. 즉, LC 공진회로(9)에 축척되는 전기에너지를 증대시키게 된다.
한편, 철심(13)이 포화하지 않는 한, 가포화 리액터(103)의 주권선(14)은 큰 인덕턴스를 가지고 LC 공진회로(9)의 진동전압에 대하여 큰 임피이던스를 갖는다. 이 때문에 콘덴서(11)에는 거의 전압의 나타나지 않는다. 또 철심내의 자속은 권선(14)에 가해진 전압의 시간적 적분값에 비례하여 제2e도에 파선으로 나타낸 바와 같이 변화한다. 가포화 리액터(103)를 형성하는 철심(13)의 단면적 권선(14)의 권수는 LC 공진회로(9)의 전압(VC1)이 목적치를 초과할때까지 포화하지 않는 값으로 설정한다. 이에 의하여 LC 공진회로(9)의 전압이 철심포화레벨이 될 때까지, 시간에 관계없이 가포화 리액터(103)는 포화하지 않는다. 즉, LC 공진회로(9)에 목적하는 전압에너지를 축적하기 위한 시간에 제한은 없다. 제1 및 제2트랜지스터(3A, 3B)의 1회의 스위칭으로 LC 공진회로(9)에 공급되어야할 전기에너지는 LC 공진회로(9)의 1회의 진동에 의한 손실(가포화 리액터에서의 철손을 포함한다.)을 초과하는 것이면 되고, 그것은 LC 공진회로(9)에 최종적으로 축척되어야 할 전기에너지에 비하여 충분히 작다. 단시간에 큰 에너지를 공진회로에 축척하기 위해서는 한번의 스위칭 에 있어서의 에너지를 크게하기 위하여 용량이 큰소자가 필요하게 된다. 장시간을 소비하여 축척하는 경우에는 반대로 소자의 용량을 훨씬 작은 것으로 할 수가 있다.
따라서 제1 및 제2트랜지스터(3A, 3B)의 용량을 종래의 출력해야 할 전기에너지의 약 1/2을 한번의 스위칭으로 공급하는 방법에 비하여 충분히 작게할 수가 있다. LC 공진회로(9)의 전압이 목적치가 된 시점에서 트랜지스터(16)를 ON하여 직류전원(7)에 의하여 제어권선(15)에 제2c도에 나타낸 바와 같은 전류(ION)를 흐르게 한다. 이 전류(ION)에 대응하는 전류(Ic2)가 주권선(14)에 흘러 콘덴서(11)가 충전되어 제2f도에 나타낸 전압(VC2')을 발생한다. 이 전압(VC2')에 의하여 철심(13)이 포화되고 권선(14)의 인덕턴스가 작아져 임피이던스가 저하한다. 이에 의하여 콘덴서(8)에 축적된 저하가 방전하여 전류(IC2)가 제2g도와 같이 흐른다. 콘덴서(11)에 인가되는 전압(VC2)이 상승하여 레이저장치(102)의 방전개시 전압에 달하면 방전부(12)의 임피이던스가 급격히 저하되어 콘덴서(8, 11)로부터 방전부(12)로 전하가 방전된다. 레이저장치(102)에서의 전류(ID)는 콘덴서(8)로 부터의 전류와 콘덴서(11)로 부터의 전류가 가산된 것이 되어 제2h도와 같은 상승이 급격한 펄스가 된다.
또한, 가포화 리액터(103)의 포화 타이밍을 결정하기 위하여 LC 공진회로(9)의 전압이 목적치가 된 것을 검출하는 것은 제어회로(106)가 행한다. 미리 목표전압치에 달할때까지의 변압기(101)의 2차 권선(2)의 전류의 목표극성 반전횟수를 조사해두고, 검출회로(7)가 극성반전을 검출하고 제어회로(106)가 그 회로를 계수하여, 계수치가 목표극성 반전횟수에 도달한 시점에서 타이밍회로(104)의 트랜지스터(16)을 턴온한다. 혹은 다른 방법으로는 전압(VC1)을 분압기에서 직접 측정하여 이 목표치가 되었을때에 트랜지스터(16)을 턴온해도 좋다.
이와 같이 1차 권선(1)에 흐르는 전류는 트랜지스터(3A, 3B)를 개폐시켜 LC 공진회로(9)에서 LC 공진을 행하여 큰 전기에너지를 축적하고, 이 에너지를 가포화 리액터(103)에서 제어하여 고전압을 출력하도록 되어 있다. 따라서 1차 권선은 작은 전류를 복수회 흐르게 하면 되기 때문에, 트랜지스터는 소용량의 것을 사용할 수 있으므로 펄스발생회로를 소형화 할 수가 있다. 레이저장치(102)에 펄스전압을 출력하기 위해서는 LC 공진회로(9)에 목적하는 전기에너지가 충전된 후, 철심(13)을 포화시켜, 전기에너지를 콘덴서(11)에 옮길 필요가 있다. 콘덴서(11)에 최대의 전기에너지를 옮기는데는 콘덴서(8)의 전압최대치 근방에서 철심(13)을 포화시키지 않으면 안된다. 이를 위하여 제어권선(15)에 접속된 트랜지스터(16)를 ON시켜, 직류전원(17)에 의하여 전류(ION)를 흐르게 한다. 주권선(14)과 제어권선(15)은 변압기를 형성하고 있으므로 전류(ION)에 의하여 주권선(14)에 전류(IC2)가 발생하여 콘덴서(11)를 충전한다. 이 전압을 레이저장치(102)의 방전개시 전압보다도 작게 설정하므로 레이저장치(102)가 방전하는 일은 없다. 전류(ION)에 의하여 콘덴서(11)에 충전되는 전압(VC2)은 최종적으로 출력해야 하는 전압과 영극성인 전압을 충전한다. 이로 인하여 레이저장치에 출력되는 전압의 극성과 영극성인 반파(제2e도의
Figure kpo00001
부)에서는 주권선(14)에 가해지는 전압이 감소하기 때문에 철심내의 자속의 변화량(이경우 감소량)도 작아진다. 또 출력전압과 동일극성이 된 범위(제2e도의
Figure kpo00002
부)에서는 주권선(14)에 가해지는 전압이 커지기 때문에 철심내의 자속의 변화량이 커져 포화한다. 즉 콘덴서(11)를 충전하므로서 그 전압에 따른 자속이 발생하고 그것을 이용하여 철심(13)을 포화시킬 수가 있다.
따라서 철심(13)의 포화하는 타이밍은 콘덴서(11)가 전압의 크기 즉 제어권선(15)에 흐르는 전류(ION)의 크기에 따라 조절할 수 있다. 철심(13)의 포화 타이밍을 조절하므로서, LC 공진회로(9)에 축적된 전기에너지의 대부분을 출력측으로 옮길 수가 있다.
따라서 타이밍회로(104)를 설치하므로서, LC 공진회로(9)에 축적된 전기에너지를 최적시기에 확실하게 출력할 수 있다.
다음에 리세트회로(105)에 관하여 설명한다.
즉 LC 공진회로(9)의 전압(Vc1)은 정, 부(+, -) 사이를 진동하는 전압이다. 이 진동전압에 따라 철심(13)내의 자속도 정방향, 부방향의 포화점 사이에서 진동한다. 철심(13)의 자속 초기치가 대략 영(0)이면, 정상적인 동작을 한다. 그러나 철심(13)의 자속 초기치가 앞서의 레이저장치(102)의 방전에 따라 좌우되므로, 반드시 영(0) 가까이는 되지 않는다. 즉, 방전전압의 불균일 및 방전시간의 불균일로 인해 방전동작후 콘덴서(11)의 잔류전압은 불균일하다. 따라서 콘덴서(11)의 잔류 전압에 의하여 변동하는 철심(13)내의 자속도 변동하게 된다. 철심(13)내의 자속 초기치가 영(0) 근방으로부터 어긋나면 LC 공진회로(9)의 전기에너지가 목적치에 달하기 전에 철심(13)이 포화되는 일이 있어 정상적인 동작을 하지 못한다. 따라서 철심의 잔류자속을 영(0)으로 리세트할 필요가 생긴다. 이를 위하여 본 발명의 리세트회로(105)에서는 한쪽의 트랜지스터(23A)를 ON하여, 철심(13)을 포화시킨다. 트랜지스터(23A) 느 철심(13)내의 자속이 어떤 값이던간에 한쪽 방향으로 포화하는데 충분한 시간과 전류를 부여하도록 제어한다. 다음에 한쪽의 트랜지스터(23A)를 OFF하고 다른쪽의 트랜지스터(23B)를 ON하여 철심(13)을 역방향으로 여자하여 자속이 영(0)이 된 시점에서 다른쪽의 트랜지스터(23B)를 OFF한다. 포화자속을 영으로 하기 위한 전류치와 전압 및 시간은 미리 자기특성으로부터 알 수가 있다. 이 제어권선(20B)의 리세트전류에 의하여 콘덴서(11)에 유기전압이 충전된다. 이 콘덴서(11)의 충전전압은 다시 철심(13)의 자속을 변화시킨다. 따라서 철심(13)의 자속을 영으로 리세트하는 트랜지스터(23B)의 ON시간은 이 콘덴서(11)에 의한 자속분을 포함하여 영이 되게하는 값으로 선정된다. 이와같이 하므로서, 철심내 자속의 초기치는 항상 영 근방이 되고, 가포화 리액터(103)는 항상 일정한 전압 시간곱으로 포화하므로 펄스발생회로의 펄스동작은 항상 안정된다.
제8a도 내지 제11b도는 본 발명의 펄스발생장치에 있어서 리세트회로의 다른 실시예를 나타낸다. 위에서 설명한 실시예의 리세트회로에서는 리세트를 제어권선으로의 리세트전류의 공급시간을 제어하므로서 행하고 있다. 이 실시예의 특징은 가포화 리액터의 철심을 복수로 분할하고 또한 스위칭소자를 한 개로 한데에 있다. 이 실시예에 따라 분할철심의 단면적을 선택하거나 분할철심에서 주권선의 권수(淃數)를 변화시키므로서 잔류자속을 영은 물론 임의의 값으로 제어할 수가 있다. 또 각각 다른방향으로 포화하는 두 개의 분할 철심을 사용하면, 리세트전류에 의한 출력콘덴서의 충전전압에 의한 자속의 변동을 방지할 수가 있다.
제8a도에는 리세트회로의 다른 실시예가 도시되어 있다. 가포화 리액터의 철심은 두 개의 철심(60a, 60b)으로 분할되어 있고, 주권선(14)은 분할철심(60a, 60b)을 통해 감겨지며, 제어권선(61a, 61b)은 분할철심(60a, 60b)에 각각 감겨져 있다. 제어권선(61a, 61b)에는 직류전원(62), 전류제어용저항(63) 및 스위치(64)가 직렬로 접속되어 있다.
제8b도는 이 리세트장치의 회로도를 나타낸다. 스위치(64)를 폐쇄(ON)하면, 제어권선(61a)과 제어권선(61b)의 전류방향은 각각 반대(역방향)가 된다. 스위치(64)를 폐쇄(ON)하므로서 제어권선(61a, 61b)에 직류전원(62)의 전압과 저항(63)에 의하여 결정되는 전류(i)가 흐른다. 이 전류(i)는 분할철심(60a, 60b)을 포화시키는데 충분한 전류치로 설정되어 있다.
제9도에는 분할철심(60a, 60b)의 히스테리시스 곡선(실선)이 표시되어 있다. 전류(i)에 의하여 분할철심(60a)의 자속은 P로, 분할철심(60b)의 자속은 Q로 가각 포화한다. 스위치를 개방(OFF)하여 전류(i)가 영이 되면 분할철심(60a)의 잔류자속은 R에, 분할철심(60b)의 잔류자속은 S에 각각 리세트 된다. 주권선(14)에 대한 철심전체의 특성은 분할철심(60a)과 분할철심(60b)과의 특성을 종합한 것이 도면중 파선으로 나타낸 히스테리시스 곡선이 된다. 또 분할철심(60a)과 붑할철심(60b)과의 특성 및 그 단면적이 동일한 경우 잔류자속은 등가적으로는 Z, 즉 영이 된다.
주권선(14)에 전압을 인가했을 경우의 동작에 대하여 설명한다. 먼저 주권선(14)에 분할철심(60a, 60b)의 자속이 증가하는 방향으로 전압을 인가하면, 그 방향으로 분할철심(60a)이 포화상태에 있기 때문에 자속은 증가하지 않는다. 이에 비하여 분할철심(60b)은 제9도로부터 명백한 바와 같이 S점에서 P점으로 자속의 증대가 가능하므로 인가된 전압에 따라 자속이 증가한다. 이 자속의 증가에 의하여 주권선(14)의 인덕턴스가 커진다. 인가하는 전압의 극성이 반대인 경우에는 분할철심(60a)의 자속이 감소하여 주권선(14)의 인덕턴스를 크게 한다. 이와 같은 동작의 결과는 분할철심(60a, 60b)의 잔류자속이 영으로 리세트되어 있는 경우와 동일하다.
이와 같이 제어권선(61a, 61b)에 흐르는 전류(i)에 의하여 분할철심(60a, 60b)의 잔류자속이 제9도의 R, S에 리세트된 결과는 주권선(14)에 대해서는 분할철심(60a, 60b)의 잔류자속이 영으로 리세트된 것과 등가이다.
이상은 분할철심(60a)과 분할철심(60b)과의 특성, 단면적을 같게 하여 잔류자속을 영으로 리세트하는 경우에 대하여 설명했다. 동일한 동작에 의하여 분할철심(60a)과 분할철심(60b)과의 재질은 같고 단면적을 변화시키므로서 잔류자속을 임의의 값으로 리세트할 수가 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면 제어권선이 단지 하나의 제어회로(전원, 스위치등)만을 필요로 하고, 또한 철심의 잔류자속을 부분적으로 제어할 수 있으므로 용이하게 잔류자속을 임의의 값으로 리세트할 수가 있다.
제10a도는 리세트회로의 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 가포화 리액터의 주권선(14a, 14b)이 분할철심(60a, 60b)에 독립되어 설치되어 있다. 주권선(14a, 14b)에서의 유도 기전력은 변화하는 자속량과 권수에 비례한다. 따라서 각각의 주권선( 14a, 14b)의 권수를 독립적으로 조정하므로서, 리세트되는 잔류자속의 값을 조정할 수가 있다. 즉, 이와 같이 하므로서 리세트되는 잔류자속을 분할철심(60a, 60b)의 단면적의 비뿐만 아니라, 권수의 비에 의해서도 조절할 수 있다. 즉, 이와같이 본 실시예의 의하면 권수비에 의해서도 리세트되는 잔류자속의 값을 조정할 수가 있다. 제10b도는 제10a도의 리세트회로의 회로도이다.
제11a도는 본 발명의 리세트회로의 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 철심을 60a, 60b, 60c로 3분할하고, 각각에 제어권선(61a, 61b, 61c)을 감았다. 그중 하나의 제어권선(61c)에는 전류의 방향을 절환하는 스위치(65)가 설치되어 있다. 스위치(650를 절환하므로서 그 분할철심(60c)이 포화하는 방향이 반전하기 때문에 리세트되는 잔류자속의 값도 변한다. 이와 같이 본 실시예에 의하면 제어권선(61c)에 설치된 절환스위치(65)에 의하여 리세트되는 잔류자속의 값을 용이하게 변경할 수 있다. 제11b도는 제11a도의 리세트회로의 회로도이다.
상기한 바와 같이 본 실시예의 리세트회로는 철심의 잔류자속을 영(0) 또는 포화영역 이내로 용이하게 리세트할 수가 있게 되어 있어 철심의 잔류자속을 영 또는 포화영역이내에서 용이하게 간단한 구성으로 리세트할 수가 있게 된다.
이상의 실시예에서 스위치(64, 65)는 기계적 스위치로 표시되어 있으나, 제1도의 회로와 같이 트랜지스터와 같은 스위칭소자를 사용할 수 있음은 말할것도 없다.
다음에 제1도의 제어회로(106)에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 제3도는 제어회로(106)의 내부구성을 나타낸 블록도이다.
외부로 부터의 트리거 신호에 의하여 먼저 타이머 1이 동작하여 펄스신호를 출력한다. 이 펄스신호는 구동회로 1에 의하여 증폭되어 트랜지스터(23A)를 구동한다. 이에 의하여 제어권선(20A)에 전류가 흘러 철심(13)을 포화시킨다. 다음에 타이머 2가 늦게 동작하여 구동회로 2에 펄스신호를 인가하고 구동회로 2는 트랜지스터(23B)를 ON시킨다. 제어권선(20B)에 전류가 흘러 철심(13)의 자속을 영으로 복귀시킨다. (권선(14)에 발생하는 유기전압으로 콘덴서(8, 11)에 충전되는 전압의 영향도 포함하여 영으로 한다) 이상에 의하여 철심(13)의 잔류자속을 리세트한다.
다음에 타이머 3이 동작하여 기동신호 발생회로가 펄스신호를 발생한다. 이 신호가 구동회로 5에 의하여 증폭되어 트랜지스터(3A)를 구동하고, 권선(1)의 전류(Is1)에 의하여 콘덴서(8)가 충전되므로시 공진회로(9)의 진동(전압, 전류의 진동)이 개시된다. 공진회로(9)의 극성반전(진동)을 검출권선(7)에 의하여 검출하고, 그 극성에 따라 진동극성 검출회로에 의하여 펄스를 발생하여 트랜지스터(3A, 3B)를 교대로 ON, OFF시킴으로서 진동회로(9)의 진동전압, 전류를 증대시킨다.
다음에 타이머 3의 출력펄스를 받은 후 소정시간 경과후에 타이머 4가 동작하여 펄스를 발생하고 트랜지스터(16)를 구동시켜 가포화 리액터(103)를 포화시킴으로서 공진회로(9)의 에너지를 콘덴서(11)측에 출력한다.
다음에 본 발명의 펄스발생장치의 다른 실시예를 설명한다. 제4도의 실시예의 펄스발생장치에서는 직류 전원(17)으로부터 트랜지스터(16)를 사용하여 콘덴서(11)를 직접 충전하도록 한 것이다. 이 회로에서는 콘덴서(8)의 전기에너지가 콘덴서(11)에 옮겨지고 고전압을 발생했을때에 그 고전압으로부터 트랜지스터(16), 직류전원(17)을 보호하기 위하여 저항(26, 29), 다이오드(28), 콘덴서(27)로 이루어지는 서어지흡수로 (30)를 설치하여 보호하고 있다.
본 발명의 또 다른 실시예인 제5도는 가포화 리액터(103) 및 리세트회로(105)와 레이저장치(102)와의 사이에 자기펄스 압축회로(40)를 설치한 경우이고, 자기펄스 압축회로(40)는 가포화 리액터(103')와 콘덴서(43)로 구성되어 있고, 다음과 같은 작용효과를 가진다. 즉, 상기 타이밍회로(104)에서는 철심(13)을 포화시키기 위하여 주권선(14)에 제2c도의 전류(ION)를 흐르게 하고, 이 전류(ION)에 의하여 콘덴서(11)가 충전되어 제2f도에 나타낸 톱니파 형상의 전압(Vc2')을 발생한다.
만일, 단시간에 가포화 리액터를 포화시키기 위하여 Vc를 방전전압 가깝게 설정하면, 전압(Vc2')에 의하여 레이저장치(102)가 오동작할 염려가 있다. 그러므로 본 실시예에서는 전압(Vc2)에서 철심(13)이 포화하여 주권선(14)의 임피이던스가 저하하면, 콘덴서(8)의 전하가 방전되어 방전전류가 콘덴서(11)에 흐르나, 철심(41)은 포화되어 있지 않으므로 가포화 리액터(103')에 저지된 상태가 되어 있다. 시간이 경과함에 따라 콘덴서(11)의 전위가 높아져 철심(41)이 포화하므로서, 콘덴서(11)의 전하가 방전되고 그 방전전류는 주권선(42)을 거쳐 콘덴서(43)에 흐른다. 콘덴서(43)에 상기한 톱니파 전압을 나타나지 않는다. 따라서 레이저장치(102)에는 목적하는 최종적인 전압만이 인가되므로 오동작을 방지할 수가 있다. 기타의 회로부분에 대해서는 제1도의 것과 동일한 동작을 하는 것이므로 설명을 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시예인 제6도는 변압기(101)의 1차 권선(1)과 2차 권선(2)에 철심(50)을 배치한 경우이다. 이 실시예에서는 변압기(101)의 철심(50)의 포화에 의한 콘덴서(8)의 전압반전을 이용하여 공진회로를 구성하고 있다. 변압기(101)는 철심(50)의 포화자속밀도(B1)와 그 단면적(A1)과 2차 권선(2)의 권회수(N1) 와의 곱을 Z1이라 하면
Figure kpo00003
가포화 리액터(103)는 철심(13)의 포화자속밀도(B2), 그 단면적(A2) 과 권선(14)의 권회수(N2) 와의 곱을 Z2라 하면
Figure kpo00004
그리고, Z1과 Z2와의 조건을
Figure kpo00005
로 하면, 제1도의 타이밍회로(104)를 생략할 수 있다.
이하 그 이유를 설명한다.
트랜지스터(3A)를 ON하면, 철심(50)에 감겨있는 1차 권선(1)에 직류전원(4)으로부터 제7a도에 나타낸 바와 같은 전류(Is1)가 흐른다. 1차권선(1)과 2차 권선(2)에는 철심(50)에 의하여 자기적을 결합되어 변압기(101)를 형성하고 있으므로 전류(Is1)에 의하여 2차 권선(2)에 제7c도에 나타낸 바와 같은 전류(Ic1)가 흐른다. 이 전류(Ic1)는 콘덴서(8)에 흘러 콘덴서(8)에서 제7d도에 나타낸 바와 같은 전압(Vc1)을 발생한다. 이 전압(Vc1)에 의하여 철심(50)내의 자속이 증가하여 제7d의 파선과 같이 변화한다. 전압(VC1)은 권선(14)에도 인가되어 철심(13)내의 자속도 증가하여 제7e도와 같이 변화한다. 여기서 철심(101)과 가포화 리액터(103)의 전압시간곱은 (3)식과 같이 Z1＜Z2가 되도록 설정되어 있으므로, 철심(50)이 먼저 포화하여 2차 권선(2)의 인덕턴스가 작아진다. 그 인덕턴스와 콘덴서(8)의 용량으로 결정되는 주파수로 콘덴서(8)의 전하가 2차 권선을 통하여 방전하고, 그 방전전류(Ic1)는 반파(제7c도
Figure kpo00006
)로 흐른다. 그 결과, 콘덴서(8)의 전압 극성이 반전한다. 이로 인하여 철심(13), 철심(50)내의 자속은 역방향으로 변화하기 시작한다.
콘덴서(8)의 방전전류(Ic1또는
Figure kpo00007
)를 검출권선(7)에 의하여 검출하고, 제어장치(106)에 의하여 트랜지스터(3A)를 OFF하고, 트랜지스터(3B)를 ON한다. 그 결과, 콘덴서(8)는 앞서와는 반대의 역극성으로 1차 권선(1), 직류전원(4)에 의하여 충전되고 그 축적되는 전기 에너지는 증대한다. 철심(50)내의 자속이 역방향으로 증대하여 포화하면 다시 콘덴서(8)의 방전에 의하여 전압의 극성반전이 일어난다. 이에 따라 트랜지스터(3A, 3B)의 ON, OFF도 반전되어 콘덴서(8)를 충전한다.
이와 같이 콘덴서(8)의 전압극성에 맞추어 트랜지스터(3A, 3B)를 ON, OFF하므로서, 콘덴서(8)의 전압은 상승하고 그 전기에너지는 증대한다. 한편, 철심(50)이 포화하고 콘덴서(8)가 2차 권선(2)을 통해 방전하여 그 전압극성을 반전하고 있는 동안의 전압(제7d도
Figure kpo00008
(사선부)은 철심(50)의 자속 증감에는 영향을 미치지 않으나, 철심(13)의 자속은 변동한다. 즉 이 기간의 전압기간곱에 상당하는 분만큼 길게 권선(14)에 전압이 가해지게 된다. 그리고 이 전압에 의한 전압기간곱은 콘덴서(8)에 충전된 전압에 비례하여 증대한다. 이 전압시간곱이 증대하므로서 변압기(101)의 전압시간곱(Z1) 과 가포화리액터(103)의 전압시간곱(Z2)의 차보다 커지게 되어, 철심(13)도 또한 포화하게 된다. 철심(13)이 포화하면 권선(14)의 인덕턴스가 작아지고 그 인덕턴스와 콘덴서(8), 콘덴서(11)에 의하여 결정되는 주파수로 콘덴서(8) 전하의 일부가 콘덴서(11)로 옮겨진다. 즉, 제7e도에 나타낸 전류(Ic2)가 흐르므로서 콘덴서(11)에 전압(Vc2)(제7f도))을 발생한다. 이 전압(제7f도
Figure kpo00009
)은 다음의 반파에서 다시 철심(13)을 포화시키도록 작용하기 때문에 다음에 철심(13)이 포화했을 때에 더욱 높은 역극성의 전압(제7f도
Figure kpo00010
)을 발생시키므로 콘덴서(8) 전하의 대부분이 콘덴서(11)에 옮겨지게 된다. 즉 목적하는 전압전류를 얻을 수가 있게 된다. 이 전압에 의한 레이저장치(102)의 방전동작에 대해서는 제1도와 동일하므로 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면 2차 권선(2)에 철심(50)을 설치하고 그 전압시간곱을 Z1, 철심(13), 권선(14)에 의한 가포화 리액터(103)의 전압시간곱을 Z2라 했을 경우
Figure kpo00011
가 되도록 설정하므로서, 철심(13)을 포화시키기 위한 스위칭소자가 불필요하게 된다. 또 1차 및 2차 권선(1, 2)이 철심에 의하여 전자기적으로 결합되므로 효율적으로 콘덴서(8)를 충전할 수 있다.
또 콘덴서(8)에 나타나는 전압파형(Z)이 구형파 형상이기 때문에 가포화 리액터(103)가 포화하는 타이밍이 다소 늦어도 출력되는 전압, 전기에너지는 거의 일정하다.

Claims (15)

  1. 방전전극을 가지는 레이저 발생수단과; 직류전원과; 상기 직류전원으로 부터의 전압을 단속하는 스위칭수단과; 1차 권선과 2차 권선을 구비하고, 그 1차 권선이 상기 스위칭수단에 접속하는 변압기와; 상기 2차 권선의 양단에 접속된 콘덴서와 상기 변압기의 2차 권선을 포함하여 병렬 접속된 인덕턴스-커패시턴스회로로 구성되고, 상기 스위치수단이 직류전원으로 부터의 전압을 탱크회로의 진동주기로 단속함으로서 상기 스위칭수단의 반복적인 스위칭에 따라 상기 직류전원으로 부터의 전기에너지를 소정치의 공진상태로 축적하는 상기 탱크회로와, 그 주권선이 상기 탱크회로에 접속된 가포화 리액터와, 상기 가포화 리액터와 상기 레이저 발생수단의 방전전극 사이에 접속되고, 상기 가포화 리액터의 상기 주권선이 전기에너지를 소정치의 공진상태로 축적하는 상기 탱크회로에 따라서 도통하면, 상기 탱크회로에 축적된 전기에너지를 전하 에너지의 형태로 충전하고 그 전하에너지를 상기 방전전극에 펄스로 방전하는 출력콘덴서로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저장치.
  2. 방전성부하에 고전압 펄스를 공급하는 펄스발생장치에 있어서, 직류전원과; 상기 직류전원으로 부터의 전압을 단속하는 스위칭수단과; 1차 권선과 2차 권선을 구비하고, 그 1차 권선이 상기 스위칭수단에 접속되는 변압기와; 상기 2차 권선의 양단에 접속된 콘덴서와 상기 변압기의 2차 권선을 포함하여 병렬 접속된 인덕턴스-커패시턴스회로로 구성되고, 상기 스위칭수단이 직류전원으로 부터의 전압을 탱크회로의 진동주기로 단속함으로서 상기 스위칭수단의 반복적인 스위칭에 따라 상기 직류전원으로 부터의 전기에너지를 소정치의 공정상태로 축적하는 상기 탱크회로와; 그 주권선이 상기 탱크회로에 접속된 가포화 리액터와, 상기 가포화 리액터와 상기 방전성부하 사이에 접속되고, 상기 가포화 리액터의 상기 주권선이 전기에너지를 소정치의 공진상태로 축적하는 상기 탱크회로에 따라서 도통하면, 상기 탱크회로에 축적된 전기에너지를 전하에너지의 형태로 충전하고 그 전하에너지를 상기 방전성부하에 펄스로 방전하는 출력콘덴서로 이루어진 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  3. 방전성부하에 고전압 펄스를 공급하는 펄스발생장치에 있어서, 직류전원과; 상기 직류전원으로부터의 전압을 단속하는 스위칭수단과; 1차 권선과 2차 권선을 구비하고, 그 1차 권선이 상기 스위칭수단에 접속되는 변압기와; 상기 2차 권선의 양단에 접속된 콘덴서와 상기 변압기의 2차 권선을 포함하여 병렬 접속된 인덕턴스-커패시턴스회로로 구성되고, 상기 스위칭수단이 직류전원으로 부터의 전압을 탱크회로의 진동주기로 단속함으로서 상기 스위칭수단의 반복적인 스위칭에 따라 상기 직류전원으로 부터의 전기에너지를 소정치의 공진상태로 축적하는 상기 탱크회로와; 상기 탱크회로에 접속된 주권선과 제어권선을 구비한 가포화리액터와; 상기 가포화 리액터와 상기 방전성부하 사이에 접속되고, 상기 가포화 리액터의 상기 주권선이 전기에너지를 소정치의 공진상태로 축적하는 상기 탱크회로에 따라서, 도통하면, 상기 탱크회로에 축적된 전기에너지를 전하에너지의 형태로 충전하고 그 전하에너지를 상기 방전성부하에 펄스로 방전하는 출력콘덴서와; 상기 가포화 리액터의 상기 제어권선에 전류를 공급하여 상기 가포화 리액터의 잔류자속을 실질적으로 소거하는 자속리세트수단을 구비한 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  4. 방전성부하에 고전압 펄스를 공급하는 펄스발생장치에 있어서, 직류전원과; 상기 직류전원으로부터의 전압을 단속하는 스위칭수단과; 1차 권선과 2차 권선을 구비하고, 그 1차 권선이 상기 스위칭수단에 접속되는 변압기와; 상기 2차 권선의 양단에 접속된 콘덴서와 상기 변압기의 2차 권선을 포함하여 병렬 접속된 인덕턴스-커패시턴스회로로 구성되고, 상기 스위칭수단이 직류전원으로 부터의 전압을 탱크회로의 진동주기로 단속함으로서 상기 스위칭수단의 반복적인 스위칭에 따라 상기 직류전원으로 부터의 전기에너지를 소정치의 공진상놓로 축적하는 상기 탱크회로와; 상기 탱크회로에 접속된 주권선과 제어권선을 구비한 가포화 리액터와; 상기 가포화 리액터와 상기 방전성부하 사이에 접속되고, 상기 가포화 리액터의 상기 주권선이 전기에너지를 소정치의 공진상태로 축적하는 상기 탱크회로에 따라서 도통하면, 상기 탱크회로에 축적된 전기에너지를 전하에너지의 형태로 충전하고 그 전하에너지를 상기 방전성부하에 펄스로 방전하는 출력콘덴서와; 상기 가포화 리액터에 감겨진 상기 제어권선, 제2직류전원 및 상기 제2직류전원과 상기 제어권선 사이에 접속된 제2스위칭수단을 구비하고, 상기 제2직류전원과 상기 제어권선 사이에 흐르는 전류의 방향을 변경하여 상기 가포화 리액터의 잔류자속을 실질적으로 영으로 감소시키며, 상기 제2스위칭수단의 스위칭 동작을 통해 상기 제2직류전원과 상기 제어권선사이에 흐르는 전류를 반대방향으로 흐르게 하는 자속리세트수단을 구비한 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 자속리세트수단의 상기 제어권선이 두 개의 권선을 포함하고, 상기 제2스위칭 수단이 두 개의 트랜지스터를 포함하며, 상기 각 트랜지스터가 상기 제어권선과 상기 제2직류전원에 직렬로 접속되므로서 상기 제어권선의 전류방향이 서로 역방향이 되는 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 가포화 리액터가 서로 자기적으로 결합되어 있는 적어도 두 개의 분할철심을 구비하고, 상기 자속리세트수단이 상기 각 분할철심 마다에 감겨진 적어도 두 개의 제어권선을 포함하며, 상기 제어권선의 적어도 한쪽이 상기 제어권선의 다른쪽의 역방향으로 상기 분할철심을 포화시키는 전류를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가포화 리액터의 주권선이 상기 각각의 분할철심에 각각 임의의 권수로 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 가포화 리액터의 제어권선의 적어도 한쪽에 다른 제어권선의 전류방향과 동일방향 또는 역방향중 어느 한 방향으로 선택적으로 절환하는 스위치가 접속된 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 펄스발생장치가 상기 가포화 리액터의 도통시기를 제어하는 포화타이밍 제어회로를 포함한 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 포화타이밍 제어회로가 상기 가포화 리액터에 감겨진 제어권선과, 상기 제어권선에 상기 가포화 리액터를 포화시키기 위한 전류를 흐르게 하는 전류제어수단을 포함한 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 포화타이밍 제어회로의 상기 전류제어수단이 상기 변압기의 2차권선의 전압극성의 반전횟수를 계수하는 계수수단과, 상기 계수수단이 소정횟수를 계수한 것에 응답하여 상기 제어권선에 상기 가포화 리액터를 포화시키기 위한 전류를 흐르게 하는 전류발생회로를 포함한 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 포화타이밍 제어회로가 상기 변압기의 2차 권선의 전압의 극성반전횟수를 계수하는 계수수단과, 상기 계수수단이 소정횟수를 계수한 것에 응답하여 상기 출력콘덴서를 충전하여 상기 가포화 리액터를 포화시키는 충전회로를 포함한 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  13. 제2항에 있어서, 상기 변압기는 철심을 가지며, 상기 철심의 포화자속밀도를 B1, 상기 철심의 단면적을 A1, 상기 2차 권선의 권수를 N1, 상기 가포화 리액터의 철심의 포화자속밀도를 B2, 상기 철심의 단면적을 A2, 상기 주권선의 권수를 N2라 할 때,
    Figure kpo00012
    의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  14. 제2항에 있어서, 상기 펄스발생장치가 상기 가포화 리액터와 상기 방전성부하 사이에 직렬로 접속된 제2가포화 리액터와, 상기 방전성부하에 병렬로 접속된 제2출력콘덴서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치.
  15. 방전성부하에 고전압 펄스를 발생하는 방법에 있어서, 직류전원의 전원전압을 단속하는 단계와; 탱크회로의 진동주파수에 동기되어 단속되는 상기 전원전압의 전기에너지를 변압기를 거쳐 탱크회로에 공급하는 단계와; 상기 전기에너지를 상기 전원전압이 상기 탱크회로의 진동주파수로 동기단속됨에 따라 형성된 공진상태로 상기 탱크회로에 축적하는 단계와; 공진상태로 축적된 상기 전기에너지가 소정치에 달했을 때, 상기 탱크회로에 축적된 상기 전기에너지를 상기 방전성부하에 방전하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고전압 펄스발생방법.
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