專利名稱: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為3335690.4的優(yōu)先權申請書以及1984年9月28日在日本提出的JP-A-60-96182號專利申請公報中皆有介紹。在這種脈沖發(fā)生電路中，有兩個并聯(lián)的充電電容器，使其中的一個通過電感放電，這樣就使該電容器的電壓換向，并與另一個電容器的電壓合成，從而得到充電電壓的倍壓，同時使可飽和扼流圈達到飽和狀態(tài)，然后就可將兩個電容器中儲存的電能作為輸出取出。因此需要一種能在一個電容器放電時，當輸出的電能大約達到一半時進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間按反比增大。另外，雖然可以增加脈沖發(fā)生電路后級的級數(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，同時也增加了成本，這是這種電路所存在的一些問題。
本發(fā)明的目的，在于克服上述在以往的技術中存在的問題，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圈上的開關及連接在變壓器的二次線圈上的并聯(lián)電容器的振蕩回路(儲能電路)和用來控制將振蕩回路中所儲存的電能向輸出端傳輸?shù)目娠柡投罅魅嫵傻摹?br>該脈沖發(fā)生器利用裝在變壓器的一次線圈上的開關，在與二次側振蕩回路的電振蕩同步的條件下進行多次開關，從而使振蕩回路中儲存的電能增大，當振蕩回路的電壓使可飽和扼流圈達到飽和狀態(tài)時，就能輸出振蕩回路中所儲存的電能，并且可以在輸出電容器中獲得上升時間短，能量大的高壓脈沖?？傊m然在一次線圈中所控制的電能不大，但經(jīng)過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)十倍于一次線圈中所控制的電能。因此，可以減小一次側開關元件的容量，并且適合于采用半導體元件作切換元件，大能量的開關可通過可飽和扼流圈實現(xiàn)，因此可以使整個裝置小型化，且能延長使用壽命。
本發(fā)明的另外的目的，通過利用附圖對實施例進行的說明就能明白。
圖1是本發(fā)明實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裝置的實施例圖;
圖8B是圖8A所示裝置的電路圖;
圖9所示為鐵心的磁場特性曲線;
圖10A所示為剩余磁通重調裝置的另外的實施例圖;
圖10B是圖10A所示裝置的電路圖;
圖11A所示為剩余磁通重調裝置的又一個實施例圖;
圖11B是圖11A所示裝置的電路圖。
推薦方案說明。
現(xiàn)參照圖1說明本發(fā)明的脈沖發(fā)生器的第一個實施例。
脈沖發(fā)生器100通過可飽和扼流圈103，由變壓器101二次側上的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，配有定時回路104和重調回路105，這兩個回路還與控制回路106相接?？刂苹芈?06的另一側與連接在變壓器101的一次線圈上的晶體三極管3A及3B的基極B連通。
變壓器101由一次線圈1和二次線圈2構成。一次線圈的兩端連接著作開關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之間的一次線圈的中心插頭的引線4A連接在直流電源4上。直流電源4的另一端與兩個晶體三極管3A及3B的發(fā)射極E連通，并同時接地5。晶體三極管3A及3B的基極B與控制回路106連通。設置在控制回路106上的檢測線圈7(例如變流器)用來檢測流入二次線圈2中的電流的方向。二次線圈2的兩端與電容器8并聯(lián)，構成LC諧振回路9(儲能回路)。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(例如陰極及陽極)。電極12A、12B的兩端與輸出電容器11并聯(lián)。這兩個電極及電容器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)上繞著主線圈14，主線圈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(控制線圈一側)設有定時回路104和重調回路105。
定時回路104由繞在鐵心13上的控制線圈15，晶體三極管16及直流電源17構成。
重調回路105在鐵心13上繞著一端為線圈20A，另一端為線圈20B的線圈。由兩個線圈20A和20B之間抽頭引出的支線21與直流電源22的一端連接。在直流電源22的負端上及20A，20B兩個線圈的另一端，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，再參照圖2說明脈沖發(fā)生器100的作用。
由來自控制回路106的驅動信號，使第一晶體三極管3A導通，于是就有來自直流電源4的如圖2(a)所示的電流Is1流過一次線圈1、圖2(a)～(h)中的橫坐標表示時間t。與一次線圈1電磁耦合的二次線圈2，由于電流Is1的作用產(chǎn)生感應電壓，并有如圖2(d)所示的電流Ic1流過。在二次線圈2上并聯(lián)著電容器8，構成LC諧振回路9。由二次側電流Ic1產(chǎn)生如圖2(e)所示的二次端電壓Vc1。由檢測線圈7檢測LC諧振回路9中的電流Ic1的換向，并通過控制回路106使第一晶體三極管3A斷開，使第二晶體三極管3B導通。這樣一來，便有如圖2(b)所示的電流Is2流動。由該電流Is2產(chǎn)生的加在二次線圈上的感應電壓，與由電流Is1產(chǎn)生的感應電壓的極性相反。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的導通與斷開的周期與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，能使LC諧振回路9中儲存的電能增大。
另一方面，當可飽和扼流圈103的鐵心13未飽和時，主線圈14具有很大的電感，相對于LC諧振回路9的振蕩電壓，有很大的阻抗。因此，在電容器11上幾乎無電壓。另外，鐵心內的磁通量與加在線圈14上的電壓對時間積分后的值成正比，其變化如圖2(e)中的虛線所示。選定構成可飽和扼流圈103的鐵心13的橫截面積的大小及線圈14的圈數(shù)時，應使LC諧振回路9的電壓Vc1尚未超過設定值之前不致飽和。于是，在LC諧振回路9的電壓在鐵心尚未達到飽和狀態(tài)之前，在與時間的長短無關的條件下，可飽和扼流圈103不會飽和。
也就是說，LC諧振回路9的目標電壓與儲存電量不受時間的限制。第一及第二晶體三極管3A，3B每經(jīng)過一次切換時，供給LC諧振回路9的電能如能超過LC諧振回路9經(jīng)過一次振蕩所損失(包括可飽和扼流圈中的鐵損在內)的能量即可，而這些損失比起LC諧振回路9中最終儲存的電能能量要小得多。為了在短時間內能在諧振回路中儲存較大的能量，就要加大一次切換時的能量，也就是必須有大容量的元件。反之，若要在長時間內儲存，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去方法所需能量的1/2，相比之下，所需的能量很小。
當LC諧振回路9的電壓達到目標值時，晶體三極管16導通，由直流電源17流到控制線圈15中的電流I 如圖2(C)所示。與該電流I 對應的電流Icz在主線圈14中流動，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，線圈14的電感變小，阻抗下降。因此儲存在電容器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，當達到激光裝置102的起始放電電壓時，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 是由來自電容器8的電流和來自電容器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的飽和定時時間，由控制回路106檢測LC諧振回路9的電壓是否已經(jīng)達到目標值。首先要調整在尚未達到目標電壓值之前變壓器101的二次線圈2的電流的極性的目標換向次數(shù)，并由檢測回路7檢測極性的換向，并由控制回路106對換向次數(shù)進行計數(shù)，當計數(shù)值達到極性的目標換向次數(shù)時，定時器將回路104中的晶體三極管16導通?；蛘咭部梢圆捎闷渌椒ǎ梅謮浩髦苯訖z測電壓Vc1，當Vc1達到目標值時，導通晶體三極管16。
這樣，在一次線圈1中流動的電流，使晶體三極管3A，3B導通或斷開，將產(chǎn)生LC諧振所需較大電能儲存在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，由于也可使一次線圈中反復流過若干次小電流，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。
當向激光裝置102輸出脈沖電壓時，對LC諧振回路9經(jīng)充電達到目標值后，鐵心13飽和，必然會將電能輸向電容器11。當向電容器11傳輸最大的電能時，必須使鐵心13在電容器8的電壓達到最大值附近的條件下達到飽和狀態(tài)。從而使接在控制線圈15上的晶體三極管16導通，并由直流電源17輸出電流ION。因為主線圈14和控制線圈15共同構成變壓器，所以由于電流ION的作用，在主線圈14中產(chǎn)生電流Ic2，并使電容器n充電。因為該電壓設定得比激光裝置16的起始放電電壓還小，所以激光裝置16不會放電。
由電流ION使電容器11充電的電壓Vc2，在進行充電時極性與最終應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，由于加在線圈14上的電壓變大，所以鐵心中的磁通的變化量也變大了，而且達到飽和狀態(tài)。也就是說，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飽和的定時時間，可通過改變電容器11的電壓的大小，也就是通過改變控制線圈15中的電流I的大小來調整。
通過調整鐵心13的飽和的定時時間，可以將LC諧振回路9中儲存的電能中的大部分傳輸?shù)捷敵龆恕?br>因此，由于設置了定時回路104，所以能將LC諧振回路中儲存的電能在最適宜的時間切實地輸出。
其次，再來說明重調回路105。
LC諧振回路9的電壓Vc1是在正負之間振蕩的電壓。隨著該振蕩電壓的振蕩，鐵心13中的磁通也在正向飽和點和負向飽和點之間振蕩。當鐵心13的磁通的初始值大約為零時，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，由于放電電壓的誤差和放電時間的誤差，在放電過程結束后，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。
當鐵心13中的磁通量的初始值不能大致為零時，鐵心13往往在LC諧振回路9的電能尚未達到目標值之前就達到飽和狀態(tài)，結果就不能正常工作。因此必須將鐵心中的剩余磁通量重調為零。
為此，在本發(fā)明的重調回路105中，將一個晶體三極管23A導通，使鐵心13飽和。不管鐵心13中的磁通量的數(shù)值大小，為了使其向一個方向飽和，晶體三極管23A會進行控制，以便使其獲得足夠的時間和電流。其次，再將一個晶體三極管23A斷開，并將另一個晶體三極管23B導通，使鐵心13向相反的方向勵磁，當磁通量變?yōu)榱銜r，則將另一個晶體三極管23B斷開。
能夠使飽和磁通量變?yōu)榱闼璧碾娏髦?，電壓值和時間等，可以預先根據(jù)磁場特性求出。由于該回路中的控制線圈20B中的重調電流的作用，感應電壓使電容器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的磁通量重調為零的晶體三極管23B的導通時間應加以選定，以便使由電容器11產(chǎn)生的那一部分磁通量也變?yōu)榱?。?jīng)過上述處理之后，鐵心內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間乘積的條件下飽和，因此脈沖發(fā)生電路中的脈沖動作經(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)生器中的重調回路的另外的一些實施例。在前面講過的實施例的重調回路中，重調過程是在控制供給控制線圈的重調電流的時間的條件下進行的。而現(xiàn)在所述的實施例的特征是將可飽和扼流圈的鐵心分割成若干部分，而且采用一個切換元件。該實施例是通過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分割鐵心，則可防止由于重調電流造成輸出電容器上的充電電壓的變化，進而防止磁通量的變化。
在圖8A中，繪出重調回路的另外的一個實施例，可飽和扼流圈的鐵心被分割成鐵心60a和60b，主線圈14跨繞在兩個分割鐵心上，而控制線圈61a和61b則分別繞在分割鐵心60a和60b上。在控制線圈61a、61b之間，串有直流電源62，控制電流用的電阻63及開關64。圖8B所示為該重調裝置的電路圖。當將開關64打開時，控制線圈61a、61b中的電流方向彼此相反。當閉合開關64時，在控制線圈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，應將電流i的數(shù)值設定得足夠大。在圖9中給出了分割鐵心60a、60b的磁帶回線(實線所示)。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，且分別達到飽和狀態(tài)。一旦將開關64打開，電流i即變?yōu)榱悖瑒t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。
與主線圈14相對應的鐵心的整體特性，是由分割鐵心60a的特性和分割鐵心60b的特性合成的，即為圖中虛線所示的磁滯曲線。另外，當分割鐵心60a和分割鐵心60b的特性，以及它們的橫截面積都相同時，兩者的剩余磁通量等，處于Z點，即為零。
現(xiàn)在來看一下在主線圈14上加上電壓以后的動作情況。首先在主線圈14上施加一個能使分割鐵心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達到飽和狀態(tài)，故其磁通量不再增加。與此相對應，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，所以磁通量的增加與所施加的電壓相對應，由于該磁通量的增加，主線圈14的電感變得很大。而當所施加的電壓的極性相反時，分割鐵心60a的磁通量減小，主線圈14的電感增大。由于這一動作的結果，與分割鐵心60a、60b的剩余磁通量經(jīng)重調至零的情況相同。
這樣，由于控制線圈61a、61b中的電流的作用，分割鐵心60a、60b的剩余磁通量被重調到如圖9所示的R、S，這一結果與對應于主線圈14的分割鐵心60a和60b上的剩余磁通量被重調為零的情況是等價的。
以上說明了當分割鐵心60a和分割鐵心60b的特性及橫截面積相同時，剩余磁通量被重調至零的情況。當分割鐵心60a和分割鐵心60b的材質相同時，通過改變橫截面積的方法，利用同上所述的同樣動作，就可以將剩余磁通量重調到任意的數(shù)值。
按照本實施例所述，控制線圈的控制電路(電源、開關等)可以組成一組。而且因為能夠部分地控制鐵心的剩余磁通量，所以能夠很容易地將剩余的磁通量重調到任意數(shù)值。
圖10A所示，為重調回路的又一個實施例。在該實施例中，是將可飽和扼流圈的主線圈14a和14b各自獨立地分別繞在分割鐵心60a、60b上。主線圈14a、14b中產(chǎn)生的感應電動勢與變化的磁通量及線圈的圈數(shù)成正比。因此通過單獨地調整主線圈14a或14b各自的圈數(shù)的方法，就可以調節(jié)重調剩余磁通量的數(shù)值。也就是說，經(jīng)過這樣的處理之后，不僅可以利用分割鐵心60a與60b的橫截面積之比來調節(jié)被重調剩余磁通量的大小，而且還可以利用線圈的圈數(shù)之比進行調節(jié)。因此按照本實施例所述，也可以利用線圈的圈數(shù)比來調節(jié)重調剩余磁通量的數(shù)值。圖10B所示，為圖10A中的重調回路的電路圖。
圖11A所示為本發(fā)明的重調回路的另外一個實施例。在此實施例中，鐵心被分割成60a、60b、60c共三部分，在每一部分上，分別繞有控制線圈61a、61b和61c。在其中的一個控制線圈61c上，設置了用來轉換電流方向的開關65。切換開關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磁通量的數(shù)值。按照本實施例所述，利用設置在控制線圈61c上的轉換開關65，就能很容易地改變重調剩余磁通量的數(shù)值。圖11B所示，為圖11A中重調回路的電路圖。
如上所述，本實施例中的重調回路能夠很容易地將鐵心上的剩余磁通量重調為除零及飽和區(qū)域以外的其它數(shù)值，而且利用簡單的結構就能將鐵心的剩余磁通量重調為除零及飽和區(qū)域以外的其它數(shù)值。在以上所述的實施例中，開關64、65雖然是用機械開關表示，但也可以像圖1所示的電路那樣，使用晶體三極管之類的轉換元件，這是不言而喻的。
其次，再詳細說明一下圖1所示的控制回路106。圖3所示為控制回路106的內部結構的方框圖。
利用來自外部的觸發(fā)信號，首先使定時器1動作，并產(chǎn)生脈沖信號。該脈沖信號經(jīng)過驅動回路1被放大后驅動晶體三極管23A。于是在控制線圈20A中便有了電流，并使鐵心13飽和。然后定時器2延遲動作，并向驅動回路2發(fā)出脈沖信號，驅動回路2使晶體三極管23B導通。于是在控制線圈20B中有了電流，又使鐵心13的磁通量變?yōu)榱恪?也包括線圈14中產(chǎn)生的感應電壓對電容器8，11充電的電壓的影響，使磁通量為零。)通過上述過程，鐵心13的剩余磁通量被重調。然后定時器3動作，由起動信號發(fā)生回路產(chǎn)生脈沖信號。該信號經(jīng)過驅動回路5被放大后，驅動晶體三極管3A，在線圈1中的電流Is1的作用下，電容器8被充電，諧振回路9開始振蕩(電壓和電流振蕩)。由檢測線圈7檢測諧振回路9中極性的轉換(振蕩)，對應于該極性，由振蕩極性檢測回路產(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，定時器4在收到定時器3發(fā)出的脈沖，并經(jīng)過設定的時間后開始動作，并產(chǎn)生脈沖、驅動晶體三極管16，使可飽和扼流圈103達到飽和狀態(tài)，并將諧振回路9中的能量輸至電容器11一側。
其次說明本發(fā)明的脈沖發(fā)生器的另一個實施例。
圖4所示的實施例中的脈沖發(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，會產(chǎn)生高壓，這時為了保護晶體三極管16及直流電源17免受該高壓的影響，故設置了由電阻26、29，晶體二極管28，電容器27等構成的過電壓吸收回路30，加以保護。
圖5是本發(fā)明的又一個實施例。這是在可飽和扼流圈103及重調回路105與激光裝置102之間，設置一個磁脈沖壓縮回路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構成，它具有如下的作用在上述的定時回路104中，為了使鐵心13飽和，使圖2(c)所示的電流ION在主線圈14中流動，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′。如果為了在短時間內使可飽和扼流圈達到飽和狀態(tài)，而將Vc2′設定在放電電壓附近時，則由于電壓Vc2′的作用，有可能使激光裝置102產(chǎn)生誤動作。
在本實施例中，電壓Vc2使鐵心13飽和，并使主線圈14的阻抗下降，于是電容器8中的電荷放電、放電電流雖然流過電容器11，但因鐵心41沒有飽和，所以可飽和扼流圈103′呈受阻狀態(tài)。隨著時間的延續(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)過主線圈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上只能施加目標電壓規(guī)定的最終電壓，從而能夠防止誤動作。其它部分的回路的動作與圖1所示者相同，故對其說明從略。
圖6所示是本發(fā)明的另外一個實施例，在變壓器101的一次線圈1和二次線圈2上設置了鐵心50。在本實施例中，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，構成振蕩回路。
設變壓器101的鐵心50的飽和磁通密度為B1，鐵心的橫截面積為A1，二次線圈2的圈數(shù)為N1，則它們的乘積Z1為Z1＝B1×A1×N1(1)再設可飽和扼流圈103的鐵心13的飽和磁通密度為B2，鐵心的橫截面積為A2，線圈14的圈數(shù)為N2，則它們的乘積Z2為Z2＝B2×A2×N2(2)同時設Z1和Z2滿足如下條件Z1＜Z2(3)此時圖1中的定時回路104就可以省掉。其理由如下當晶體三極管3A導通后，在繞在鐵心50上的一次線圈1中，有來自直流電源4的如圖7(a)所示的電流Is1流動。一次線圈1和二次線圈2通過鐵心50彼此磁耦合，從而構成變壓器101，因此，由于電流Is1的作用，在二次線圈2中便有如圖7(c)所示的電流Ic1流動。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)中的虛線所示。由于電壓Vc1同時還施加在線圈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)式設定變壓器101和可飽和扼流圈103的電壓與時間的乘積Z1＜Z2，因此鐵心50首先飽和，二次線圈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二次線圈放電，放電電流Ic1為半波電流(圖7(c)
)。結果造成電容器8電壓的極性換向。這樣一來，鐵心13及鐵心50中的磁通量開始向相反的方向變化。
檢測器7檢測電容器8的放電電流Ic1
，并由控制裝置106使晶體三極管3A斷開，使晶體三極管3B導通，由于電容器8的極性換向(剛才說過)，結果使一次線圈1由直流電源4充電，使其所儲存的電能增大，鐵心50中的磁通量向反方向增大，立刻達到飽和，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)被調換，電容器8重新充電。
這樣，由于晶體三極管3A、3B的通、開與電容器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通過二次線圈2放電，在其電壓極性換向的期間，電壓(圖7(d)
(斜線部分))雖然對鐵心50的磁通量的增減沒有影響，但卻會使鐵心13的磁通量發(fā)生變化。也就是說，它所增加的量只相當于在此時間內電壓與時間的乘積的那一部分，結果將電壓加在線圈14上。而且該電壓與時間之積，與電容器8的充電電壓按正比例增大。由于該電壓時間積增大，變壓器101的電壓時間積(Z1)和可飽和扼流圈103的電壓時間積(Z2)i間的差值變得更大，致使鐵心13也達到飽和程度。
鐵心13一旦飽和，線圈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轉移。也就是說，由于圖7(e)所示的電流Ic2的流動，在電容器11上產(chǎn)生了電壓Vc2(圖7(f))。因為該電壓(圖7(f)
)具有能用下一個半波再次使鐵心13飽和的作用，所以按著鐵心13達到飽和，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移到電容器11上。也就是說，可以獲得目標規(guī)定的電壓和電流。由于由該電壓引起的激光裝置102的放電等動作與圖1所示者相同，故從略。
如上所述，如果本實施例得以實施，當二次線圈2中設置鐵心50的電壓時間積為Z1，由鐵心13及線圈14構成的可飽和扼流圈103的電壓時間積為Z2，且設Z1＜Z2時，則可不必采用使鐵心13飽和的開關元件。
另外，一次及二次線圈1·2因通過鐵心電磁耦合，因此能對電容器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飽和的定時器即使多少有些誤差，所輸出的電壓，電能也是恒定的。
權利要求
1.激光裝置，包括放電電極的激光裝置直流電源使來自上述的直流電源的電壓能斷續(xù)通斷的裝置一次線圈和二次線圈，該一次線圈連接在與上述的開關裝置相連接的變壓器上由上述變壓器的二次線圈和連接在上述二次線圈兩端的電容器構成的儲能回路，該儲能回路是利用上述的開關裝置在該儲能回路的振蕩周期內，使來自上述直流電源的電壓呈斷續(xù)狀態(tài)，并將來自上述直流電源的電能以電振蕩的方式儲存起來的回路；其主線圈是與上述的儲能回路相連接的可飽和扼流圈；當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圈導通時，用儲存在上述儲能回路中的電能以電荷能的形式進行充電，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載的脈沖發(fā)生器，其組成為直流電源;使來自上述直流電源的電壓斷續(xù)通斷的裝置;一次線圈和二次線圈，該一次線圈連接在與上述開關裝置相連接的變壓器上;由上述變壓器的二次線圈和連接在上述二次線圈兩端的電容器構成的儲能回路，該儲能回路是利用上述開關裝置在該儲能回路的振蕩周期內，使來自上述直流電源的電壓呈斷續(xù)狀態(tài)，并將來自上述直流電源的電能以電振蕩的方式儲存起來的回路;其主線圈是與上述的儲能回路相連接的可飽和扼流圈;當連接在上述可飽和扼流圈和上述放電負載之間的上述可飽和扼流圈上的上述主線圈導通時，用上述儲能回路中儲存的電能以電荷能的形式進行充電，并將該電荷能作為脈沖，在上述放電負載上放電的輸出電容器。
3.將高壓脈沖供給放電負載的脈沖發(fā)生器，其組成為直流電源;使來自上述直流電源的電壓斷續(xù)通斷的裝置;一次線圈和二次線圈，該一次線圈連接在上述開關裝置相連接的變壓器;由上述變壓器的二次線圈和連接在上述二次線圈兩端的電容器構成的儲能回路，該儲能回路是利用上述開關裝置在該儲能回路的振蕩周期內，使來自上述直流電源的電壓呈斷續(xù)狀態(tài)，并將來自上述直流電源的電能以電振蕩的方式儲存起來的回路;其主線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圈導通時，用儲存在上述儲能回路中的電能以電荷能的形式進行充電，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圈中形成電流，將上述可飽和扼流圈中的剩余磁通量作實質性地重調的通量重調裝置。
4.將高壓脈沖供給放電負載的脈沖發(fā)生器，其組成為直流電源;使來自上述直流電源的電壓斷續(xù)的開關裝置;一次線圈和二次線圈，該一次線圈連接在與上述的開關裝置相連接的變壓器上;由上述變壓器的二次線圈和連接在上述二次線圈兩端的電容器構成的儲能回路，該儲能回路是利用上述開關裝置在該儲能回路的振蕩周期內，使來自上述直流電源的電壓呈斷續(xù)狀態(tài)，并將來自上述直流電源的電能以電振蕩的形式儲存起來的回路;其主線圈是與上述的儲能回路相連接的可飽和扼流圈;當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圈導通時，用儲存在上述儲能回路中的電能以電荷的形式進行充電，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圈及第二個直流電源，以及連接在上述的第二個直流電源與上述的控制線圈之間的第二個開關裝置，通過切換上述開關裝置，由上述的第二個直流電源沿上述的控制線圈的一個方向供給電流，直到上述的可飽和扼流圈達到飽和為止，并且能使上述可飽和扼流圈的剩余磁通量實質性地重調為零的設定電流沿上述控制線圈的另一個方向流通的磁通量重調裝置。
5.權利要求
的第4項，上述磁通量重調裝置中的上述控制線圈包括兩個線圈，上述開關裝置包括兩個晶體三極管，上述各晶體三極管同上述各線圈及上述的第二個直流電源串聯(lián)，上述各線圈的連接方式使各線圈中的電流方向彼此相反。
6.權利要求
第4項的要求范圍，其中上述可飽和扼流圈具有若干個磁耦合的分割鐵心，上述的磁通量重調裝置含有繞在每一個分割鐵心上的控制線圈，上述的控制線圈中至少有一個線圈中的電流方向與另外的控制線圈中流通的使上述分割鐵心飽和的電流方向相反。
7.權利要求
第6項的要求范圍，其中上述可飽和扼流圈的主線圈以任意的圈數(shù)分別繞在上述若干個分割鐵心上。
8.權利要求
第6項的要求范圍，其中在上述的可飽和扼流圈的控制線圈中的至少一個線圈上，連接著可任意選擇電流方向的轉換開關，它可使通過該線圈的電流與另外的控制線圈中的電流方向相同或相反。
9.權利要求
的第2項的要求范圍，其中上述的脈沖發(fā)生器還含有用來控制上述可飽和扼流圈的導通時間的飽和定時控制回路。
10.權利要求
的第9項的要求范圍，其中上述的飽和定時控制回路含有繞在上述可飽和扼流圈上的控制線圈和用來控制在控制線圈中流通的電流，使其能夠使上述可飽和扼流圈達到飽和的控制裝置。
11.權利要求
的第10項的要求范圍，其中上述的飽和定時控制回路中的上述電流控制裝置含有對上述變壓器的二次線圈上的電壓極性換向次數(shù)進行計數(shù)的裝置，和在該計數(shù)裝置的計數(shù)達到設定次數(shù)之后，作為應答，使上述控制線圈中流過可以使上述可飽和扼流圈達到飽和程度的電流發(fā)生回路。
12.權利要求
第9項的要求范圍，其中上述飽和定時控制回路含有對上述變壓器的二次線圈上的電壓極性換向次數(shù)進行計數(shù)的計數(shù)裝置和在該計數(shù)裝置的計數(shù)達到設定次數(shù)之后，作為應答，使上述輸出電容器充電，并使上述可飽和扼流圈達到飽和的充電回路。
13.權利要求
第2項的要求范圍，其中上述的變壓器含有鐵心，設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，上述主線圈的圈數(shù)為N2，則這些量滿足以下關系B1×A1×N1＜B2×A2×N2
14.權利要求
第2項的要求范圍，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可飽和扼流圈、以及與上述放電負載并聯(lián)的第二個輸出電容器。
15.用于向放電負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;通過變壓器將上述斷續(xù)通電電源的電能輸至儲能回路的步驟，上述電源電壓斷續(xù)的步驟與上述儲能回路的振蕩周期同步;上述儲能回路將供給它的電能以電振蕩的方式儲存起來的步驟;以及當儲存在上述儲能回路中的電能達到設定值時，向放電負載釋放的步驟。
專利摘要
一種備有高壓脈沖發(fā)生器的激光裝置，脈沖發(fā)生器通過變壓器，將來自直流電源的電能，以電源電壓斷續(xù)的方式供給儲能回路，電源電壓的斷續(xù)與儲能回路的共振周期同步，儲能回路將供給它的電能以電振蕩的方式儲存，當儲存在儲能回路中的電能達到設定數(shù)值時，設置在激光裝置和儲能回路之間的可飽和扼流圈達到飽和狀態(tài)，將儲能回路中的電能釋放給激光裝置。
文檔編號H03K3/57GK87106591SQ87106591
公開日1988年4月6日 申請日期1987年9月26日
發(fā)明者大橋常良, 竹森埾, 吉川利滿, 桑原皓二, 菅原宏之 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan