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JP4702889B2 - Gas laser device power supply circuit - Google Patents
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JP4702889B2 JP2006083029A JP2006083029A JP4702889B2 JP 4702889 B2 JP4702889 B2 JP 4702889B2 JP 2006083029 A JP2006083029 A JP 2006083029A JP 2006083029 A JP2006083029 A JP 2006083029A JP 4702889 B2 JP4702889 B2 JP 4702889B2
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Description

本発明は、複数段のコンデンサ及び磁気スイッチによってエネルギーの磁気パルス圧縮動作を行って主放電電極間で主放電を発生させ、主放電で消費されなかったエネルギーを次の主放電エネルギーとして回生し、各磁気スイッチの動作点をリセットしてから次の磁気パルス圧縮動作を行うガスレーザ装置の電源回路に関するものである。   The present invention performs a magnetic pulse compression operation of energy by a multi-stage capacitor and a magnetic switch to generate a main discharge between main discharge electrodes, and regenerates energy not consumed in the main discharge as the next main discharge energy, The present invention relates to a power supply circuit of a gas laser apparatus that performs the next magnetic pulse compression operation after resetting the operating point of each magnetic switch.

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長248nmのKrFエキシマレーザ装置が用いられている。さらに、次世代の半導体露光用光源として、波長193nmのArFエキシマレーザ装置及び波長157nmのフッ素(F2 )レーザ装置等の紫外線を放出するガスレーザ装置が有力である。KrFエキシマレーザ装置においては、フッ素(F2 )ガス、クリプトン(Kr)ガス及びバッファーガスとしてのネオン(Ne)等の希ガスからなる混合ガス、ArFエキシマレーザ装置においては、フッ素(F2 )ガス、アルゴン(Ar )ガス及びバッファーガスとしてのネオン(Ne)等の希ガスからなる混合ガス、フッ素(F2 )レーザ装置においては、フッ素(F2 )ガス及びバッファーガスとしてヘリウム(He )等の希ガスからなる混合ガスであるレーザガスが数百KPaで封入されたレーザチャンバの内部で放電を発生させることにより、レーザ媒質であるレーザガスが励起される。   With the miniaturization and high integration of semiconductor integrated circuits, improvement in resolving power is demanded in the projection exposure apparatus for production. For this reason, the wavelength of the exposure light emitted from the exposure light source is being shortened, and a KrF excimer laser device having a wavelength of 248 nm from a conventional mercury lamp is used as a light source for semiconductor exposure. Further, as a next-generation light source for semiconductor exposure, gas laser devices that emit ultraviolet rays, such as an ArF excimer laser device having a wavelength of 193 nm and a fluorine (F2) laser device having a wavelength of 157 nm, are promising. In the KrF excimer laser device, a mixed gas composed of a rare gas such as fluorine (F2) gas, krypton (Kr) gas and neon (Ne) as a buffer gas, and in the ArF excimer laser device, fluorine (F2) gas, argon (Ar) gas and a mixed gas composed of a rare gas such as neon (Ne) as a buffer gas, and in a fluorine (F2) laser apparatus, a fluorine (F2) gas and a rare gas such as helium (He) as a buffer gas A laser gas as a laser medium is excited by generating a discharge inside a laser chamber in which a laser gas as a mixed gas is sealed at several hundred KPa.

レーザチャンバ内部には、レーザガスを励起するための一対の主放電電極が、レーザ発振方向に垂直な方向に所定の距離だけ離間して対向配置されている。この一対の主放電電極には高電圧パルスが印加され、主放電電極間にかかる電圧がある値(ブレークダウン電圧)に到達すると、主放電電極間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起される。このような露光用ガスレーザ装置は主放電の繰返しによるパルス発振を行い、放出するレーザ光はパルス光となる。現状、露光に用いられているレーザ装置のレーザパルスの繰返し周波数は4KHz程度であるが、近年、スループットの増大、露光量のバラツキの減少のため、繰返し周波数6KHz以上が要請されている。   Inside the laser chamber, a pair of main discharge electrodes for exciting the laser gas are disposed facing each other at a predetermined distance in a direction perpendicular to the laser oscillation direction. A high voltage pulse is applied to the pair of main discharge electrodes, and when the voltage applied between the main discharge electrodes reaches a certain value (breakdown voltage), the laser gas between the main discharge electrodes breaks down and main discharge starts. The laser medium is excited by this main discharge. Such an exposure gas laser apparatus performs pulse oscillation by repeating main discharge, and the emitted laser light becomes pulse light. At present, the repetition frequency of the laser pulse of the laser apparatus used for exposure is about 4 KHz, but in recent years, a repetition frequency of 6 KHz or more has been demanded in order to increase the throughput and decrease the variation in exposure amount.

上記した露光用ガスレーザ装置において、上記したようにレーザチェンバ内で放電を発生させレーザガスを励起させるための高電圧パルス発生装置(以下では電源回路ということもある)の例を図4に示す。   FIG. 4 shows an example of a high voltage pulse generator (hereinafter sometimes referred to as a power supply circuit) for generating a discharge in the laser chamber and exciting the laser gas in the above-described exposure gas laser apparatus.

図4の電源回路は、高電圧電源HVに並列に接続される主コンデンサC0と、昇圧用1次巻線TC11及び昇圧用2次巻線TC12を有し当該昇圧用1次巻線TC11が前記主コンデンサC0に磁気アシストSR1及び固体スイッチSWを介して並列に接続される昇圧用トランスTC1と、回生用1次巻線TC21及び回生用2次巻線TC22を有し当該回生用1次巻線TC21が前記主コンデンサC0にダイオードD1を介して並列に接続される回生用トランスTC2と、複数の転送コンデンサC1、C2及び磁気スイッチSR2、SR3を有し1段目の転送コンデンサC1が前記昇圧用2次巻線TC12に並列に且つ前記回生用2次巻線TC22にダイオードD2を介して並列に接続されておりまたn(n=2〜k(kは2以上))段目の転送コンデンサC2がn−1段目の磁気スイッチSR2を介してn−1段目の転送コンデンサC1に並列に接続されている磁気パルス圧縮回路と、k段目の磁気スイッチSR3を介してk段目の転送コンデンサC2に並列に接続されるピーキングコンデンサCpと、前記ピーキングコンデンサCpに並列に接続される一対の主放電電極E、Eと、前記磁気アシストSR1のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気アシスト用リセット巻線LR1と、前記n段目の磁気スイッチSR2のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気スイッチ用リセット巻線LR2と、前記昇圧用トランスTC1のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする昇圧用トランスリセット巻線TC1Rと、前記回生用トランスTC2のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする回生用トランスリセット巻線TC2Rと、を備える。   The power supply circuit of FIG. 4 has a main capacitor C0 connected in parallel to the high voltage power supply HV, a boosting primary winding TC11, and a boosting secondary winding TC12, which is the boosting primary winding TC11. The primary capacitor C0 has a step-up transformer TC1 connected in parallel via a magnetic assist SR1 and a solid switch SW, a regenerative primary winding TC21 and a regenerative secondary winding TC22. TC21 has a regenerative transformer TC2 connected in parallel to the main capacitor C0 via a diode D1, a plurality of transfer capacitors C1, C2 and magnetic switches SR2, SR3, and the first stage transfer capacitor C1 is used for the boosting. A transfer capacitor C2 in the n-th stage (n = 2 to k (k is 2 or more)) is connected in parallel to the secondary winding TC12 and in parallel to the regenerative secondary winding TC22 via a diode D2. Is the n-1 stage magnetic field A magnetic pulse compression circuit connected in parallel to the (n-1) th stage transfer capacitor C1 through the switch SR2, and a parallel connection to the kth stage transfer capacitor C2 through the kth stage magnetic switch SR3. And a pair of main discharge electrodes E and E connected in parallel to the peaking capacitor Cp, and a magnetic assist that is wound around the core of the magnetic assist SR1 and resets the operating point of the core in response to energization. A reset winding LR1 for winding, a reset winding LR2 for magnetic switch that is wound around the core of the n-th magnetic switch SR2 and resets the operating point of the core in response to energization, and a core for the boosting transformer TC1 A step-up transformer reset winding TC1R that is wound and resets the operating point of the core in response to energization, and is wound around the core of the regenerative transformer TC2 and applied in response to energization. A regenerative transformer reset winding TC2R for resetting the operating point of the core.

磁気アシスト用リセット巻線LR1と、磁気スイッチ用リセット巻線LR2と、昇圧用トランスリセット巻線TC1Rと、回生用トランスリセット巻線TC2Rと、は直列に接続され、電源CSに接続されている。   The magnetic assist reset winding LR1, the magnetic switch reset winding LR2, the boosting transformer reset winding TC1R, and the regeneration transformer reset winding TC2R are connected in series and connected to the power supply CS.

図4の電源回路は、可飽和リアクトルからなる3個の磁気スイッチSR1、SR2、SR3を用いた2段の磁気パルス圧縮回路を有する。磁気スイッチSR1は、IGBT等の半導体スイッチング素子である固体スイッチSWで生ずるスイッチングロスを低減するための磁気スイッチであり、磁気アシストとも呼ばれる。なお、磁気スイッチについては後で図6、図7を用いて詳述する。   The power supply circuit of FIG. 4 has a two-stage magnetic pulse compression circuit using three magnetic switches SR1, SR2, SR3 made of a saturable reactor. The magnetic switch SR1 is a magnetic switch for reducing a switching loss generated in a solid switch SW which is a semiconductor switching element such as an IGBT, and is also called a magnetic assist. The magnetic switch will be described in detail later with reference to FIGS.

図4に示す電源回路の動作を図5を参照して説明する。
先ず固体スイッチSWがOFFにされ、電圧値Vinに調整された高電圧電源HVによって主コンデンサC0が充電される。このときの主コンデンサの充電電圧は正であるとする。固体スイッチSWがOFFからONに切り換えられると、主コンデンサC0の充電電圧Vc1は磁気アシストSR1に印加される。主コンデンサC0の充電電圧Vc0の時間積分値が磁気アシストSR1の特性で決まる限界値に達すると、磁気アシストSR1が飽和して磁気アシストSR1のインダクタンスが低下する。このタイミングを図5の時刻t1で示す。すると、主コンデンサC0、磁気アシストSR1、昇圧用トランスTC1の1次巻線TC11、固体スイッチSWのループに電流が流れる。同時に、昇圧用トランスTC1の2次巻線TC12、1段目の転送コンデンサC1のループにも電流が流れ、主コンデンサC0に蓄えられていた電荷が1段目の転送コンデンサC1に転送されて、1段目の転送コンデンサC1が負側に充電される。
The operation of the power supply circuit shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
First, the solid switch SW is turned off, and the main capacitor C0 is charged by the high voltage power supply HV adjusted to the voltage value Vin. The charging voltage of the main capacitor at this time is assumed to be positive. When the solid switch SW is switched from OFF to ON, the charging voltage Vc1 of the main capacitor C0 is applied to the magnetic assist SR1. When the time integral value of the charging voltage Vc0 of the main capacitor C0 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic assist SR1, the magnetic assist SR1 is saturated and the inductance of the magnetic assist SR1 is reduced. This timing is indicated by time t1 in FIG. Then, a current flows through the loop of the main capacitor C0, the magnetic assist SR1, the primary winding TC11 of the step-up transformer TC1, and the solid switch SW. At the same time, a current also flows through the loop of the secondary winding TC12 and the first-stage transfer capacitor C1 of the step-up transformer TC1, and the charge stored in the main capacitor C0 is transferred to the first-stage transfer capacitor C1. The first-stage transfer capacitor C1 is charged to the negative side.

1段目の転送コンデンサC1の充電電圧Vc1の時間積分値が磁気スイッチSR2の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR2が飽和して磁気スイッチSR2のインダクタンスが低下する。このタイミングを図5の時刻t2で示す。すると、1段目の転送コンデンサC1、2段目の転送コンデンサC2、磁気スイッチSR2のループに電流が流れ、1段目の転送コンデンサC1に蓄えられていた電荷が2段目の転送コンデンサC2に転送されて、2段目の転送コンデンサC2が負側に充電される。   When the time integration value of the charging voltage Vc1 of the first-stage transfer capacitor C1 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR2, the magnetic switch SR2 is saturated and the inductance of the magnetic switch SR2 decreases. This timing is indicated by time t2 in FIG. Then, a current flows through the loop of the first-stage transfer capacitor C1, the second-stage transfer capacitor C2, and the magnetic switch SR2, and the charge stored in the first-stage transfer capacitor C1 is transferred to the second-stage transfer capacitor C2. The second transfer capacitor C2 is charged to the negative side.

さらに、2段目の転送コンデンサC2の充電電圧Vc2の時間積分値が磁気スイッチSR3の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR3が飽和して磁気スイッチSR3のインダクタンスが急激に低下する。このタイミングを図5の時刻t3で示す。すると、2段目の転送コンデンサC2、ピーキングコンデンサCp、磁気スイッチSR3のループに電流が流れ、2段目の転送コンデンサC2に蓄えられていた電荷がピーキングコンデンサCpに転送されて、転送コンデンサCpが負側に充電される。   Further, when the time integration value of the charging voltage Vc2 of the second-stage transfer capacitor C2 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR3, the magnetic switch SR3 is saturated and the inductance of the magnetic switch SR3 is rapidly reduced. This timing is indicated by time t3 in FIG. Then, a current flows through the loop of the second-stage transfer capacitor C2, peaking capacitor Cp, and magnetic switch SR3, and the charge stored in the second-stage transfer capacitor C2 is transferred to the peaking capacitor Cp. Charged to the negative side.

ピーキングコンデンサCpの電圧Vcpがある値(ブレークダウン電圧)Vbに達すると、主放電電極E、E間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始される。この主放電によってレーザ媒質が励起され、光が発生する。   When the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp reaches a certain value (breakdown voltage) Vb, the laser gas between the main discharge electrodes E and E breaks down and main discharge is started. This main discharge excites the laser medium to generate light.

なお、主放電電極E、Eで大きな放電を発生させるために、1段目の転送コンデンサC1から2段目の転送コンデンサC2への電荷転送、及び2段目の転送コンデンサC2からピーキングコンデンサCpへの電荷転送の際に、電流パルスのパルス幅を順次狭くする所謂磁気パルス圧縮動作が行われるように、磁気パルス圧縮回路(C1、SR1、C2、SR2)の各素子が設計されている。   In order to generate a large discharge at the main discharge electrodes E, E, charge transfer from the first-stage transfer capacitor C1 to the second-stage transfer capacitor C2, and from the second-stage transfer capacitor C2 to the peaking capacitor Cp. Each element of the magnetic pulse compression circuit (C1, SR1, C2, SR2) is designed so that a so-called magnetic pulse compression operation for sequentially reducing the pulse width of the current pulse is performed during the charge transfer.

ところで、従来の電源回路では、主放電後にピーキングコンデンサCpと主コンデンサC0との間で電荷が逆方向に進行しさらに順方向に進行することによって、主放電に悪影響を及ぼしていた。そこで、本発明者らは、図4に示すように、主放電後にピーキングコンデンサCpから主コンデンサC0に転送される電荷を主コンデンサC0に蓄積して次の充電エネルギーの一部として回生可能にする回生回路(TC2、D1、D2)を開発した。この回生回路については下記特許文献1に開示されている。   By the way, in the conventional power supply circuit, after the main discharge, the charge travels in the reverse direction between the peaking capacitor Cp and the main capacitor C0 and further proceeds in the forward direction, thereby adversely affecting the main discharge. Therefore, as shown in FIG. 4, the present inventors accumulate the charge transferred from the peaking capacitor Cp to the main capacitor C0 after the main discharge in the main capacitor C0 so that it can be regenerated as part of the next charging energy. A regenerative circuit (TC2, D1, D2) was developed. This regenerative circuit is disclosed in Patent Document 1 below.

回生回路を利用したエネルギー回生動作について説明する。
主放電後にピーキングコンデンサCpには主放電の残留電荷等によって逆電圧が印可される。つまりピーキングコンデンサCpは正側に充電される。このタイミングを時刻t4で示す。そして、ピーキングコンデンサCpから2段目の転送コンデンサC2へ、また2段目の転送コンデンサC2から1段目の転送コンデンサC1へと電荷が順次転送される。転送コンデンサC2、C1もピーキングコンデンサCpと同様に磁気パルス圧縮動作時の充電電圧とは逆極性の電圧が印加される。つまり、転送コンデンサC2、C1も正側に充電される。それぞれのタイミングを図5の時刻t5、t6で示す。
An energy regeneration operation using the regeneration circuit will be described.
After the main discharge, a reverse voltage is applied to the peaking capacitor Cp due to residual charges of the main discharge. That is, the peaking capacitor Cp is charged to the positive side. This timing is indicated by time t4. Then, charges are sequentially transferred from the peaking capacitor Cp to the second-stage transfer capacitor C2 and from the second-stage transfer capacitor C2 to the first-stage transfer capacitor C1. Similarly to the peaking capacitor Cp, the transfer capacitors C2 and C1 are applied with a voltage having a polarity opposite to that of the charging voltage during the magnetic pulse compression operation. That is, the transfer capacitors C2 and C1 are also charged to the positive side. The respective timings are indicated by times t5 and t6 in FIG.

回生動作時に固体スイッチSWはOFFにされている。このため、1段目の転送コンデンサC1から主コンデンサC0への電荷転送は、回生用トランスTC2を介して行われる。主コンデンサC0は高電圧電源HVによって充電される電圧と同じ極性、すなわち正側に充電される。このとき固体スイッチSWはOFFにされており、また回生回路のダイオードD1、D2は逆極性で接続されているので、次に固体スイッチSWがONに切り換えられるまで、電荷は主コンデンサC0に蓄積される。   The solid switch SW is turned off during the regenerative operation. Therefore, charge transfer from the first-stage transfer capacitor C1 to the main capacitor C0 is performed via the regeneration transformer TC2. The main capacitor C0 is charged to the same polarity as the voltage charged by the high voltage power supply HV, that is, to the positive side. At this time, the solid switch SW is turned off, and the diodes D1 and D2 of the regenerative circuit are connected in reverse polarity, so that the charge is stored in the main capacitor C0 until the solid switch SW is turned on next time. The

ここで磁気スイッチの動作について、さらに詳しく説明する。
図6に磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルの一般的な構成を示し、図7に磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルのコアの磁化曲線を示す。
図6に示すようにコアCRには主巻線SRとリセット巻線LRが巻回されている。リセット巻線LRはリセット回路RCに接続されている。先ず、コアCRの動作点が図7の“0”点にあるときに、リセット巻線LRに直流電流が流れると、コアCRの動作点は(5)点に移動する。主巻線SRに励磁電流が流れると磁界強度Hが増加し、コアCRの動作点は(5)点から(4)点を通り(1)点に向かって移動する。
Here, the operation of the magnetic switch will be described in more detail.
FIG. 6 shows a general configuration of a saturable reactor constituting the magnetic switch, and FIG. 7 shows a magnetization curve of the core of the saturable reactor constituting the magnetic switch.
As shown in FIG. 6, a main winding SR and a reset winding LR are wound around the core CR. The reset winding LR is connected to the reset circuit RC. First, when a DC current flows through the reset winding LR when the operating point of the core CR is at the “0” point in FIG. 7, the operating point of the core CR moves to the point (5). When an exciting current flows through the main winding SR, the magnetic field strength H increases, and the operating point of the core CR moves from the point (5) through the point (4) toward the point (1).

コアCRの動作点が(1)点に達すると、コアCR内の磁束密度が飽和磁束密度以上となり、可飽和リアクトルは飽和する。このとき可飽和リアクトルのインダクタンスが急激に低下し、主巻線SRは導通状態となる。コアCRの動作点は、可飽和リアクトルが飽和しているときは(1)よりもはるかに磁界の力Hが大きいところにあるが、主巻線SRを流れる電流の減少とともに(1)点から(2)点に向かって移動する。このとき可飽和リアクトルのインダクタンスが急激に増加するので、主巻線SRを流れる電流は急激に減少する。主巻線SRの電流が0となったときのコアCRの動作点は(2)点で停止し、コアCRには磁束が残る(残留磁束)。   When the operating point of the core CR reaches the point (1), the magnetic flux density in the core CR becomes equal to or higher than the saturation magnetic flux density, and the saturable reactor is saturated. At this time, the inductance of the saturable reactor rapidly decreases, and the main winding SR becomes conductive. When the saturable reactor is saturated, the operating point of the core CR is at a position where the magnetic field force H is much larger than that of (1), but from the point (1) along with the decrease in the current flowing through the main winding SR. (2) Move toward the point. At this time, since the inductance of the saturable reactor increases rapidly, the current flowing through the main winding SR decreases rapidly. The operating point of the core CR when the current of the main winding SR becomes 0 stops at the point (2), and the magnetic flux remains in the core CR (residual magnetic flux).

コアCRの動作点が(2)点にある状態で再び主巻線SRに励磁電流が流れると、コアCRの動作点は(2)点から(1)点に向かって移動するが、この場合の磁束密度の変化量は(5)点から(4)点を通り(1)点に向かって移動するよりも小さい。このため非飽和時の可飽和リアクトルのインダクタンスが十分に大きくならず、磁気パルス圧縮回路における磁気パルス圧縮動作がほとんど行えなくなる。磁気パルス圧縮動作を行うためには、コアCRの動作点を図6の(2)点から(3)点を介して(5)点に戻すように磁気リセットを行う必要がある。そこで、リセット巻線LRに主巻線SRとは逆方向の直流電流(リセット電流)が流されて、主巻線SRの電流が0となった後にコアCRの動作点は(5)点に戻される。   When the excitation current flows through the main winding SR again with the operating point of the core CR at the point (2), the operating point of the core CR moves from the point (2) to the point (1). The amount of change in the magnetic flux density is smaller than moving from point (5) through point (4) toward point (1). For this reason, the inductance of the saturable reactor at the time of non-saturation is not sufficiently increased, and the magnetic pulse compression operation in the magnetic pulse compression circuit can hardly be performed. In order to perform the magnetic pulse compression operation, it is necessary to perform a magnetic reset so that the operating point of the core CR is returned from the point (2) in FIG. 6 to the point (5) via the point (3). Therefore, after the direct current (reset current) in the direction opposite to that of the main winding SR is passed through the reset winding LR and the current of the main winding SR becomes 0, the operating point of the core CR becomes the point (5). Returned.

図4に示す電源回路には、磁気スイッチSR1〜SR3に対応するリセット巻線LR1〜LR3や各トランスTC1、TC2に対応するリセット巻線TC1R、TC2Rが直列に接続されたリセット電流回路が設けられている。リセット巻線やリセット電流回路については、例えば下記特許文献2、3で開示されている。
特開2003−250279号公報 特開2003−283017号公報 特開2004−71613号公報
The power supply circuit shown in FIG. 4 includes a reset current circuit in which reset windings LR1 to LR3 corresponding to the magnetic switches SR1 to SR3 and reset windings TC1R and TC2R corresponding to the transformers TC1 and TC2 are connected in series. ing. The reset winding and the reset current circuit are disclosed in Patent Documents 2 and 3 below, for example.
JP 2003-250279 A JP 2003-283017 A JP 2004-71613 A

エネルギー回生動作によって主コンデンサC0が充電された後もリセット電流回路には電流が流れているため、転送コンデンサC1、C2及びピーキングコンデンサCpの電圧Vc1、Vc2、Vcpは変化する。エネルギー回生動作完了のタイミングで1段目の転送コンデンサC1の電圧Vc1と2段目の転送コンデンサC2の電圧Vc2とピーキングコンデンサCpの電圧Vcpは略0である。電圧Vcpと電圧Vc2は、時間経過と共に負側で下降し、磁気スイッチSR3のコアがリセットされるタイミングで一致し負側で上昇する。一方、電圧Vc1は時間経過と共に正側で上昇した後に下降する。   Since the current flows through the reset current circuit even after the main capacitor C0 is charged by the energy regeneration operation, the voltages Vc1, Vc2, and Vcp of the transfer capacitors C1, C2 and the peaking capacitor Cp change. At the timing of completion of the energy regeneration operation, the voltage Vc1 of the first-stage transfer capacitor C1, the voltage Vc2 of the second-stage transfer capacitor C2, and the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp are substantially zero. The voltage Vcp and the voltage Vc2 decrease on the negative side as time elapses, coincide with each other at the timing when the core of the magnetic switch SR3 is reset, and increase on the negative side. On the other hand, the voltage Vc1 rises on the positive side with time and then falls.

そして、磁気スイッチSR2のコアがリセットされるタイミングで電圧Vc1、Vc2、Vcpは一致して共に上昇し、昇圧用トランスTC1のコアがリセットされるタイミングで電圧Vc1、Vc2、Vcpは下降し、最終的には0に収束する。従来のようにレーザパルスの繰返し周波数が約4KHz以下であれば、パルス間隔が約250μs以上あり、主放電が発生してから次の磁気パルス圧縮動作までの間に電圧Vc1、Vc2、Vcpは0に収束する。   At the timing when the core of the magnetic switch SR2 is reset, the voltages Vc1, Vc2, and Vcp coincide and rise together, and at the timing when the core of the boosting transformer TC1 is reset, the voltages Vc1, Vc2, and Vcp fall. It converges to zero. If the repetition frequency of the laser pulse is about 4 KHz or less as in the prior art, the pulse interval is about 250 μs or more, and the voltages Vc1, Vc2, and Vcp are 0 after the main discharge occurs until the next magnetic pulse compression operation. Converge to.

しかしながら、レーザパルスの繰返し周波数が約6KHz以上であると、パルス間隔が約166μs以下であり、電圧Vc1、Vc2、Vcpが0に収束する前に次の磁気パルス圧縮動作が開始される。これは正側での電圧Vc1、Vc2、Vcpのピーク値が高く、0に収束するまでに時間を要するためである。ピーキングコンデンサCpに電圧が生じているときに磁気パルス圧縮動作によって充電が開始されると、主放電に悪影響が及ぶことになる。   However, if the repetition frequency of the laser pulse is about 6 KHz or more, the pulse interval is about 166 μs or less, and the next magnetic pulse compression operation is started before the voltages Vc1, Vc2, and Vcp converge to zero. This is because the peak values of the voltages Vc1, Vc2, and Vcp on the positive side are high and it takes time to converge to zero. If charging is started by the magnetic pulse compression operation when a voltage is generated in the peaking capacitor Cp, the main discharge is adversely affected.

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、磁気パルス圧縮動作前にリセット電流に起因してピーキングコンデンサCpに充電される電圧Vcpのピーク値を極力小さくすることによって、高繰り返し周波数のレーザ装置であっても良好な放電を得ることを目的とするものである。   The present invention has been made in view of such a situation. By reducing the peak value of the voltage Vcp charged in the peaking capacitor Cp as a result of the reset current before the magnetic pulse compression operation as much as possible, a laser with a high repetition frequency is obtained. Even if it is an apparatus, it aims at obtaining favorable discharge.

上記目的を達成するために、第1発明は、
高電圧電源(HV)に並列に接続される主コンデンサ(C0)と、
昇圧用1次巻線(TC11)及び昇圧用2次巻線(TC12)を有し当該昇圧用1次巻線(TC11)が前記主コンデンサ(C0)に磁気アシスト(SR1)及び固体スイッチ(SW)を介して並列に接続される昇圧用トランス(TC1)と、
回生用1次巻線(TC21)及び回生用2次巻線(TC22)を有し当該回生用1次巻線(TC21)が前記主コンデンサ(C0)にダイオード(D1)を介して並列に接続される回生用トランス(TC2)と、
複数の転送コンデンサ(C1、C2)及び磁気スイッチ(SR2、SR3)を有し1段目の転送コンデンサ(C1)が前記昇圧用2次巻線(TC12)に並列に且つ前記回生用2次巻線(TC22)にダイオード(D2)を介して並列に接続されておりまたn(n=2〜k(kは2以上))段目の転送コンデンサ(C2)がn−1段目の磁気スイッチ(SR2)を介してn−1段目の転送コンデンサ(C1)に並列に接続されている磁気パルス圧縮回路と、
前記磁気パルス圧縮回路のk段目の磁気スイッチ(SR3)を介してk段目の転送コンデンサ(C2)に並列に接続されるピーキングコンデンサ(Cp)と、
前記ピーキングコンデンサ(Cp)に並列に接続される一対の主放電電極(E、E)と、
前記磁気アシスト(SR1)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気アシスト用リセット巻線(LR1)と、
前記n段目の磁気スイッチ(SR2)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気スイッチ用リセット巻線(LR2)と、
前記昇圧用トランス(TC1)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする昇圧用トランスリセット巻線(TC1R)と、
前記回生用トランス(TC2)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする回生用トランスリセット巻線(TC2R)と、
を備え、
前記高電圧電源(HV)によって前記主コンデンサ(C0)に蓄積された電荷が、前記昇圧用トランス(TC1)を介して後段の各転送コンデンサ(C1、C2)に電流パルス幅が圧縮されつつ順次転送され、さらに前記ピーキングコンデンサ(Cp)に転送されて前記主放電電極(E、E)間で主放電が発生し、主放電後に電荷が前記ピーキングコンデンサ(Cp)から前段の各転送コンデンサ(C2、C1)に順次転送され、さらに前記回生用トランス(TC2)及び前記ダイオード(D1)を介して前記主コンデンサ(C0)に転送されて前記主コンデンサ(C0)で回生されるガスレーザ装置の電源回路において、
主放電後の所定の時間で、前記各リセット巻線(LR1、LR2、TC1R、TC2R)に流れる電流に起因して発生するピーキングコンデンサ(Cp)の電圧が、主放電後の所定の時間に対応して設定された上限値以下に抑制されていること
を特徴とする。
In order to achieve the above object, the first invention provides:
A main capacitor (C0) connected in parallel to a high voltage power supply (HV);
It has a primary winding for boosting (TC11) and a secondary winding for boosting (TC12), and the primary winding for boosting (TC11) has a magnetic assist (SR1) and a solid switch (SW) on the main capacitor (C0). ) Via a step-up transformer (TC1) connected in parallel via
It has a primary winding for regeneration (TC21) and a secondary winding for regeneration (TC22), and the primary winding for regeneration (TC21) is connected in parallel to the main capacitor (C0) via a diode (D1). Regenerative transformer (TC2),
A plurality of transfer capacitors (C1, C2) and magnetic switches (SR2, SR3), and the first-stage transfer capacitor (C1) is in parallel with the secondary winding for boosting (TC12) and the secondary winding for regeneration. N (n = 2 to k (k is 2 or more)) stage transfer capacitor (C2) connected in parallel to line (TC22) via diode (D2) and n−1 stage magnetic switch A magnetic pulse compression circuit connected in parallel to the transfer capacitor (C1) of the (n-1) th stage via (SR2);
A peaking capacitor (Cp) connected in parallel to the k-th transfer capacitor (C2) via the k-th magnetic switch (SR3) of the magnetic pulse compression circuit;
A pair of main discharge electrodes (E, E) connected in parallel to the peaking capacitor (Cp);
A magnetic assist reset winding (LR1) wound around the core of the magnetic assist (SR1) and resetting the operating point of the core in response to energization;
A magnetic switch reset winding (LR2) wound around the core of the n-th magnetic switch (SR2) and resetting the operating point of the core in response to energization;
A step-up transformer reset winding (TC1R) wound around the core of the step-up transformer (TC1) and resetting the operating point of the core in response to energization;
A regenerative transformer reset winding (TC2R) wound around the core of the regenerative transformer (TC2) and resetting the operating point of the core in response to energization;
With
The charges accumulated in the main capacitor (C0) by the high-voltage power supply (HV) are sequentially compressed through the step-up transformer (TC1) to the subsequent transfer capacitors (C1, C2) while the current pulse width is compressed. Then, it is further transferred to the peaking capacitor (Cp) to generate a main discharge between the main discharge electrodes (E, E). After the main discharge, electric charges are transferred from the peaking capacitor (Cp) to the transfer capacitors (C2) in the preceding stage. , C1), and further transferred to the main capacitor (C0) through the regenerative transformer (TC2) and the diode (D1) and regenerated by the main capacitor (C0). In
The voltage of the peaking capacitor (Cp) generated due to the current flowing through each of the reset windings (LR1, LR2, TC1R, TC2R) at a predetermined time after the main discharge corresponds to the predetermined time after the main discharge. It is characterized by being suppressed below the set upper limit value.

また、第2発明は、第1発明において、
前記昇圧用トランス(TC1)の昇圧用1次巻線(TC11)及び昇圧用2次巻線(TC12)の巻数比nTC12/nTC11と、前記回生用トランス(TC2)の回生用1次巻線(TC21)及び回生用2次巻線(TC22)の巻数比nTC22/nTC21と、前記主コンデンサ(C0)及び前記1段目の転送コンデンサ(C1)の容量比Cc0/Cc1と、が予め調整されており、電荷が前記ピーキングコンデンサ(Cp)から前記主コンデンサ(C0)に転送された後に、前記1段目の転送コンデンサ(C1)の電圧Vc1が負から上昇するようにされていること
を特徴とする。
Further, the second invention is the first invention,
The turn ratio n TC12 / n TC11 of the boosting primary winding (TC11) and the boosting secondary winding (TC12) of the boosting transformer (TC1) and the primary winding for regeneration of the regenerative transformer (TC2) The turn ratio n TC22 / n TC21 of the wire (TC21) and the regenerative secondary winding (TC22) and the capacitance ratio Cc0 / Cc1 of the main capacitor (C0) and the first stage transfer capacitor (C1) The voltage Vc1 of the first stage transfer capacitor (C1) rises from negative after the charge is transferred in advance and transferred from the peaking capacitor (Cp) to the main capacitor (C0). It is characterized by this.

また、第3発明は、第1発明において、
前記昇圧用トランス(TC1)の昇圧用2次巻線(TC12)の巻数nTC12及び前記昇圧用トランスリセット巻線(TC1R)の巻数nTC1Rと、前記回生用トランス(TC2)の回生用2次巻線(TC22)の巻数nTC22及び前記回生用トランスリセット巻線(TC2R)の巻数nTC2Rと、前記各転送コンデンサ(C1、C2)及び前記ピーキングコンデンサ(Cp)の容量Cc1、…Cck、Ccpと、が予め調整されており、前記ピーキングコンデンサ(Cp)の電圧上昇速度が所定速度以下になるようにされていること
を特徴とする。
Further, the third invention is the first invention,
The number of turns n TC12 of the step-up secondary winding (TC12) of the step-up transformer (TC1) and the number of turns n TC1R of the step-up transformer reset winding (TC1R), and the regenerative secondary of the regenerative transformer (TC2) and the number of turns n TC2r turns n TC22 and the regeneration transformer reset winding windings (TC22) (TC2R), the capacity of each transfer capacitor (C1, C2) and the peaking capacitor (Cp) Cc1, ... Cck, Ccp Are adjusted in advance, and the voltage rising speed of the peaking capacitor (Cp) is set to be equal to or lower than a predetermined speed.

また、第4発明は、第2発明において、
(nTC12/nTC11) > √(Cc0/Cc1)
(nTC22/nTC21) < √(Cc0/Cc1)
なる関係式が成り立つこと
を特徴とする。
Moreover, 4th invention is 2nd invention,
(N TC12 / n TC11 )> √ (Cc0 / Cc1)
(N TC22 / n TC21 ) <√ (Cc0 / Cc1)
It is characterized by the following relational expression.

また、第5発明は、第3発明において、
前記昇圧用トランスリセット巻線(TC1R)に流れるリセット電流をITC1Rとし、前記回生用トランスリセット巻線(TC2R)に流れるリセット電流をITC2Rとした場合に、
{ITC1R×(nTC12/nTC1R)−ITC2R×(nTC22/nTC2R)}
/(Cc1+…+Cck+Ccp) < K
(但し、{ITC1R×(nTC12/nTC1R)−TC2R×(nTC22/nTC2R)}>0であり、Kは定数)
なる関係式が成り立つこと
を特徴とする。
The fifth invention is the third invention, wherein
When the reset current flowing in the boosting transformer reset winding (TC1R) is ITC1R and the reset current flowing in the regeneration transformer reset winding (TC2R) is ITC2R,
{ITC1R × (n TC12 / n TC1R) -ITC2R × (n TC22 / n TC2R)}
/(Cc1+...+Cck+Ccp) <K
(However, {ITC1R × (n TC12 / n TC1R) -TC2R × (n TC22 / n TC2R)}> is 0, K is a constant)
It is characterized by the following relational expression.

第1発明を図2〜図4を用いて説明する。   The first invention will be described with reference to FIGS.

第1発明では各素子が図4に示すように接続される。高電圧電源HVによって主コンデンサC0に蓄積された電荷は、昇圧用トランスTC1、転送コンデンサC1、C2を介してピーキングコンデンサCpに順次転送される。ピーキングコンデンサCpの電圧Vcpがブレークダウン電圧に達すると、主放電電極E、E間で主放電が発生する。主放電で消費されなかった電荷は、ピーキングコンデンサCpから転送コンデンサC2、C1、回生用トランスTC2を介して主コンデンサC0に転送され、次の放電エネルギーの一部として回生される。各リセット巻線LR1〜LR3、TC1R、TC2Rにはリセット電流が流れており、回生動作完了後はこのリセット電流に起因して、転送コンデンサC1、C2及びピーキングコンデンサCpの電圧Vc1、Vc2、Vcpが共に負側から正側に上昇する。   In the first invention, each element is connected as shown in FIG. The charges accumulated in the main capacitor C0 by the high voltage power supply HV are sequentially transferred to the peaking capacitor Cp via the boosting transformer TC1 and the transfer capacitors C1 and C2. When the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp reaches the breakdown voltage, main discharge is generated between the main discharge electrodes E and E. The electric charge not consumed by the main discharge is transferred from the peaking capacitor Cp to the main capacitor C0 via the transfer capacitors C2, C1 and the regenerative transformer TC2, and is regenerated as a part of the next discharge energy. A reset current flows through each of the reset windings LR1 to LR3, TC1R, and TC2R. After the regeneration operation is completed, the voltages Vc1, Vc2, and Vcp of the transfer capacitors C1, C2 and the peaking capacitor Cp are caused by the reset current. Both rise from the negative side to the positive side.

第1発明では図3に示すように、主放電後の所定の時間Tn(例えば、Tn=1〜20μs、20〜30μs、30μs〜)で、電圧上限値VLn(例えば、Tn=1〜20μsで0v以下、Tn=20〜30μsで300v以下、Tn=30μs〜で500v以下)が設定され、ピーキングコンデンサCpの電圧Vcpが主放電後の各時間Tnで設定された電圧上限値VLn以下になるようにされている。具体的には次の2つの手段がとられている。   In the first invention, as shown in FIG. 3, at a predetermined time Tn after the main discharge (for example, Tn = 1 to 20 [mu] s, 20 to 30 [mu] s, 30 [mu] s to), the voltage upper limit value VLn (for example, Tn = 1 to 20 [mu] s) 0 V or less, Tn = 20 to 30 μs, 300 v or less, Tn = 30 μs to 500 v or less), and the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp is less than the voltage upper limit value VLn set at each time Tn after the main discharge. Has been. Specifically, the following two measures are taken.

第1の手段としては、図2に示すように、回生動作完了後に1段目の転送コンデンサC1の電圧Vc1が負から上昇するように、昇圧用トランスTC1の1次巻線TC11及び2次巻線TC12の巻数比nTC12/nTC11と、回生用トランスTC2の1次巻線TC21及び2次巻線TC22の巻数比nTC22/nTC21と、主コンデンサC0及び1段目の転送コンデンサC1の容量比Cc0/Cc1と、が予め調整されている(第2発明)。 As a first means, as shown in FIG. 2, the primary winding TC11 and the secondary winding of the step-up transformer TC1 are set so that the voltage Vc1 of the transfer capacitor C1 at the first stage rises from negative after the completion of the regeneration operation. the turns ratio n TC12 / n TC11 line TC12, the turn ratio n TC22 / n TC21 primary winding TC21 and secondary winding TC22 regenerative transformer TC2, of the main capacitor C0 and the first stage of the transfer capacitor C1 The capacity ratio Cc0 / Cc1 is adjusted in advance (second invention).

より具体的には、
(nTC12/nTC11) > √(Cc0/Cc1)
(nTC22/nTC21) < √(Cc0/Cc1)
なる関係式が成り立つように、昇圧用トランスTC1の巻数比nTC12/nTC11と回生用トランスTC2の巻線比nTC22/nTC21と、主コンデンサC0及び1段目の転送コンデンサC1の容量比Cc0/Cc1と、が調整されている(第4発明)。
More specifically,
(N TC12 / n TC11 )> √ (Cc0 / Cc1)
(N TC22 / n TC21 ) <√ (Cc0 / Cc1)
As relational expression is satisfied, the volume ratio of the turns ratio n TC12 / n TC11 and the turns ratio n TC22 / n TC21 regenerative transformer TC2, the main capacitor C0 and the first stage of the transfer capacitor C1 of the step-up transformer TC1 Cc0 / Cc1 is adjusted (fourth invention).

第2の手段としては、電圧Vc1、Vc2、Vcpの電圧上昇速度が所定速度以下になるように、昇圧用トランスTC1の2次巻線TC12の巻数nTC12及びリセット巻線TC1Rの巻数nTC1Rと、回生用トランスTC2の2次巻線TC22の巻数nTC22及びリセット巻線TC2Rの巻数nTC2Rと、各転送コンデンサC1、C2及びピーキングコンデンサCpの容量Cc1、…Cck、Ccpと、が予め調整されている(第3発明)。 As a second means, the number of turns n TC12 of the secondary winding TC12 of the boosting transformer TC1 and the number of turns n TC1R of the reset winding TC1R are set so that the voltage rising speeds of the voltages Vc1, Vc2, and Vcp are below a predetermined speed. the number of turns n TC2r turns n TC22 and reset winding TC2r secondary winding TC22 regenerative transformer TC2, each transfer capacitor C1, C2 and peaking capacitance of Cp Cc1, ... Cck, and Ccp, but is preconditioned (Third invention).

より具体的には、昇圧用トランスTC1のリセット巻線TC1Rに流れるリセット電流をITC1Rとし、回生用トランスTC2のリセット巻線TC2Rに流れるリセット電流をITC2Rとした場合に、
{ITC1R×(nTC12/nTC1R)−ITC2R×(nTC22/nTC2R)}
/(Cc1+…+Cck+Ccp) < K
(但し、{ITC1R×(nTC12/nTC1R)−ITC2R×(nTC22/nTC2R)}>0であり、Kは定数)
なる関係式が成り立つように、昇圧用トランスTC1の2次巻線TC12の巻数nTC12及びリセット巻線TC1Rの巻数nTC1Rと、回生用トランスTC2の2次巻線TC22の巻数nTC22及びリセット巻線TC2Rの巻数nTC2Rと、各転送コンデンサC1、…Ck及びピーキングコンデンサCpの容量Cc1、…Cck、Ccpと、が予め調整されている(第5発明)。
More specifically, when the reset current flowing through the reset winding TC1R of the boosting transformer TC1 is ITC1R and the reset current flowing through the reset winding TC2R of the regenerative transformer TC2 is ITC2R,
{ITC1R × (n TC12 / n TC1R) -ITC2R × (n TC22 / n TC2R)}
/(Cc1+...+Cck+Ccp) <K
(However, {ITC1R × (n TC12 / n TC1R) -ITC2R × (n TC22 / n TC2R)}> is 0, K is a constant)
It made so that the relationship equation holds, the secondary winding and the number of turns n TC1R turns n TC12 and reset winding TC1R of TC12, turns n TC22 and reset winding of the secondary winding TC22 regenerative transformer TC2 of the step-up transformer TC1 and the number of turns n TC2r line TC2r, each transfer capacitor C1, ... Ck and peaking capacitance of Cp Cc1, ... Cck, and Ccp, but are previously adjusted (fifth invention).

本発明によれば、昇圧用トランスの巻線数や回生用トランスの巻線数等の各素子の調整によって、主放電後のピーキングコンデンサCpの電圧上昇が抑制され、電圧Vcpのピーク値が小さくなるため、電圧Vcpが0に収束し易くなる。したがって、高繰り返し周波数のレーザ装置であっても磁気パルス圧縮動作時にピーキングコンデンサCpの電圧Vcpを0にすることができ、良好な放電を得ることができる。   According to the present invention, by adjusting each element such as the number of windings of the boosting transformer and the number of windings of the regenerative transformer, the voltage rise of the peaking capacitor Cp after the main discharge is suppressed, and the peak value of the voltage Vcp is small. Therefore, the voltage Vcp tends to converge to 0. Accordingly, even in a laser device having a high repetition frequency, the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp can be set to 0 during the magnetic pulse compression operation, and a good discharge can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態における電源回路の構成は図4に示す従来の電源回路の構成と同一であるため、前述した図4の説明をもって本実施形態の回路構成の説明とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Since the configuration of the power supply circuit in this embodiment is the same as that of the conventional power supply circuit shown in FIG. 4, the description of FIG. 4 described above will be used as the description of the circuit configuration of this embodiment.

本実施形態の最大の特徴は、主放電後のピーキングコンデンサCpの電圧Vcpが上限値VLn以下になるように、昇圧用トランスTC1における1次巻線TC11、2次巻線TC12、リセット巻線TC1Rの各巻数と、回生用トランスTC2における1次巻線TC21、2次巻線TC22、リセット巻線TC2Rの各巻数と、各コンデンサC1、C2、Cpの容量と、が予め調整されている点にある。   The greatest feature of this embodiment is that the primary winding TC11, the secondary winding TC12, and the reset winding TC1R in the step-up transformer TC1 are set so that the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp after the main discharge is equal to or lower than the upper limit value VLn. The number of turns, the number of turns of the primary winding TC21, secondary winding TC22 and reset winding TC2R in the regenerative transformer TC2, and the capacities of the capacitors C1, C2, and Cp are adjusted in advance. is there.

本実施形態ではピーキングコンデンサCpの電圧Vcpを上限値VLn以下に抑制するために2つの手段がとられている。第1の手段は回生動作完了後の1段目の転送コンデンサC1の電圧Vc1を負にする方法であり、第2の手段は回生動作完了後のピーキングコンデンサCpの電圧Vcpの上昇速度を抑制する方法である。   In the present embodiment, two measures are taken to suppress the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp below the upper limit value VLn. The first means makes the voltage Vc1 of the first-stage transfer capacitor C1 negative after completion of the regenerative operation, and the second means suppresses the rising speed of the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp after completion of the regenerative operation. Is the method.

ここで、本明細書で使用する文字を定義しておく。
Cc0:主コンデンサC0の容量
Cc1:1段目の転送コンデンサC1の容量
Cc2:2段目の転送コンデンサC2の容量
Ccn:n段目の転送コンデンサCnの容量
TC11:昇圧用トランスTC1の1次巻線TC11の巻数
TC12:昇圧用トランスTC1の2次巻線TC12の巻数
TC21:回生用トランスTC2の1次巻線TC21の巻数
TC22:回生用トランスTC2の2次巻線TC22の巻数
ITC1R:昇圧用トランスTC1のリセット巻線TC1Rに流れる電流
ITC2R:回生用トランスTC2のリセット巻線TC2Rに流れる電流
ITC12:磁気リセット時に昇圧用2次巻線TC12に流れる電流
ITC22:磁気リセット時に回生用2次巻線TC22に流れる電流
以下で、第1、第2の手段について説明する。
Here, characters used in this specification are defined.
Cc0: Capacity of main capacitor C0 Cc1: Capacity of transfer capacitor C1 at the first stage Cc2: Capacity of transfer capacitor C2 at the second stage Ccn: Capacity of transfer capacitor Cn at the nth stage nTC11 : Primary of boosting transformer TC1 turns n TC12 winding TC11: turns n TC21 secondary winding TC12 of the step-up transformer TC1: turns n TC22 of the primary winding TC21 regenerative transformer TC2: number of turns of the secondary winding TC22 regenerative transformer TC2 ITC1R: Current that flows in the reset winding TC1R of the boosting transformer TC1 ITC2R: Current that flows in the reset winding TC2R of the regenerative transformer TC2 ITC12: Current that flows in the secondary winding TC12 for boosting during magnetic reset ITC22: For regeneration during magnetic reset The current flowing in the secondary winding TC22 The first and second means will be described below.

先ず、第1の手段では、昇圧用トランスTC1の1次巻線TC11及び2次巻線TC12の巻数比nTC12/nTC11と、回生用トランスTC2の1次巻線TC21及び2次巻線TC22の巻数比nTC22/nTC21と、主コンデンサC0及び1段目の転送コンデンサC1の容量比Cc0/Cc1と、が予め調整される。 First, in the first means, the turns ratio n TC12 / n TC11 of the primary winding TC11 and secondary winding TC12 of the step-up transformer TC1, and the primary winding TC21 and secondary winding TC22 of the regeneration transformer TC2 are used. Turns ratio n TC22 / n TC21 and the capacitance ratio Cc 0 / Cc 1 of the main capacitor C 0 and the first-stage transfer capacitor C 1 are adjusted in advance.

ここで、一般にトランスを介して1次側のコンデンサと2次側のコンデンサとの間で電荷を転送する場合に、トランスの1次巻線及び2次巻線の巻線比(n1/n2)と1次側のコンデンサ及び2次側のコンデンサの容量比(C1/C2)との間に成り立つ関係について考える。(n2/n1)と(C1/C2)との間に成り立つ関係には次の3つが考えられる。   Here, in general, when charge is transferred between the primary side capacitor and the secondary side capacitor via the transformer, the turns ratio (n1 / n2) of the primary winding and the secondary winding of the transformer. And the capacitance ratio (C1 / C2) of the primary side capacitor and the secondary side capacitor will be considered. The following three relations are conceivable between (n2 / n1) and (C1 / C2).

第1の関係は、
(n2/n1) = √(C1/C2)
なる式で表される。この式が成り立つ場合に、1次側のコンデンサから2次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に1次側のコンデンサの電圧は0になる。逆に、2次側のコンデンサから1次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に2次側のコンデンサの電圧は0になる。通常の回路はこの関係が成り立つように巻線比n1/n2と容量比C1/C2とが調整される。
The first relationship is
(N2 / n1) = √ (C1 / C2)
It is expressed by the following formula. When this equation holds, if the charge is transferred from the primary capacitor to the secondary capacitor, the voltage of the primary capacitor becomes 0 after the charge transfer. Conversely, when charge is transferred from the secondary side capacitor to the primary side capacitor, the voltage of the secondary side capacitor becomes 0 after the charge transfer. In a normal circuit, the winding ratio n1 / n2 and the capacitance ratio C1 / C2 are adjusted so that this relationship is established.

第2の関係は、
(n2/n1) > √(C1/C2)
なる式で表される。この式が成り立つ場合に、1次側のコンデンサから2次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に1次側のコンデンサの電圧は負になる。逆に、2次側のコンデンサから1次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に2次側のコンデンサの電圧は正になる。
The second relationship is
(N2 / n1)> √ (C1 / C2)
It is expressed by the following formula. When this equation holds, if the charge is transferred from the primary capacitor to the secondary capacitor, the voltage of the primary capacitor becomes negative after the charge transfer. Conversely, when charge is transferred from the secondary capacitor to the primary capacitor, the secondary capacitor voltage becomes positive after the charge transfer.

第3の関係は、
(n2/n1) < √(C1/C2)
なる式で表される。この式が成り立つ場合に、1次側のコンデンサから2次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に1次側のコンデンサの電圧は正になる。逆に、2次側のコンデンサから1次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に2次側のコンデンサの電圧は負になる。
The third relationship is
(N2 / n1) <√ (C1 / C2)
It is expressed by the following formula. When this equation holds, if the charge is transferred from the primary capacitor to the secondary capacitor, the voltage of the primary capacitor becomes positive after the charge transfer. Conversely, when charge is transferred from the secondary side capacitor to the primary side capacitor, the voltage of the secondary side capacitor becomes negative after the charge transfer.

本実施形態は、回生動作完了後すなわち回生用トランスTC2を介して1段目の転送コンデンサC1から主コンデンサC0に電荷を転送した後に、1段目の転送コンデンサC1の電圧を負にすることを目的の一つとしている。前述した3つの関係を考慮すると、回生用トランスTC2の1次巻線TC21及び2次巻線TC22の巻数比nTC22/nTC21と、主コンデンサC0及び1段目の転送コンデンサC1の容量比Cc0/Cc1との間には、
(nTC22/nTC21) < √(Cc0/Cc1) … (1)
なる関係が成り立てばよいことが解る。
In the present embodiment, after the regeneration operation is completed, that is, after the charge is transferred from the first-stage transfer capacitor C1 to the main capacitor C0 via the regeneration transformer TC2, the voltage of the first-stage transfer capacitor C1 is made negative. One of the purposes. Considering the above three relationships, the turn ratio n TC22 / n TC21 of the primary winding TC21 and secondary winding TC22 of the regenerative transformer TC2, and the capacitance ratio Cc0 of the main capacitor C0 and the first stage transfer capacitor C1 / Between Cc1
(N TC22 / n TC21 ) <√ (Cc0 / Cc1) (1)
It can be understood that the following relationship should be established.

また、図4に示す電源回路では回生用トランスTC2と並列に昇圧用トランスTC1が接続されていることから、上記(1)式を成り立たせるためには、昇圧用トランスTC1の1次巻線TC11及び2次巻線TC12の巻数比nTC12/nTC11と、主コンデンサC0及び1段目の転送コンデンサC1の容量比Cc0/Cc1との間に、
(nTC12/nTC11) > √(Cc0/Cc1) … (2)
なる関係が成り立つ必要がある。
Further, in the power supply circuit shown in FIG. 4, since the boosting transformer TC1 is connected in parallel with the regenerative transformer TC2, the primary winding TC11 of the boosting transformer TC1 is satisfied in order to satisfy the above equation (1). And the winding ratio n TC12 / n TC11 of the secondary winding TC12 and the capacitance ratio Cc0 / Cc1 of the main capacitor C0 and the transfer capacitor C1 of the first stage,
(N TC12 / n TC11 )> √ (Cc0 / Cc1) (2)
It is necessary to hold the relationship.

したがって、回路構成時に昇圧用トランスTC1の1次巻線TC11の巻数nTC11と、昇圧用トランスTC1の2次巻線TC12の巻数nTC12と、回生用トランスTC2の1次巻線TC21の巻数nTC21と、回生用トランスTC2の2次巻線TC22の巻数nTC22と、1段目の転送コンデンサC1の容量Cc1と、主コンデンサC0の容量Cc0と、が上記(1)、(2)式を満たすように調整される。こうすることによって回生動作完了後の1段目の転送コンデンサC1の電圧を負にすることが可能になる。 Accordingly, when the circuit is configured, the number of turns n TC11 of the primary winding TC11 of the boosting transformer TC1, the number of turns n TC12 of the secondary winding TC12 of the boosting transformer TC1, and the number of turns n of the primary winding TC21 of the regenerative transformer TC2. and TC21, the number of turns n TC22 secondary winding TC22 regenerative transformer TC2, the capacitance Cc1 of the first-stage transfer capacitor C1, the capacitance Cc0 of the main capacitor C0, but the (1), a (2) Adjusted to meet. This makes it possible to make the voltage of the transfer capacitor C1 in the first stage after completion of the regenerative operation negative.

次に、第2の手段では、昇圧用トランスTC1の2次巻線TC12の巻数nTC12及びリセット巻線TC1Rの巻数nTC1Rと、回生用トランスTC2の2次巻線TC22の巻数nTC22及びリセット巻線TC2Rの巻数nTC2Rと、各転送コンデンサC1、C2及びピーキングコンデンサCpの容量Cc1、…Cck、Ccpと、が予め調整される。 Next, in the second means, the number of turns n TC22 and resetting of the secondary winding TC22 turns n TC12 and the number of turns n TC1R the reset winding TC1R, regeneration transformer TC2 secondary winding TC12 of the step-up transformer TC1 The number of turns TC2R of the winding TC2R and the capacitances Cc1,... Cck, Ccp of the transfer capacitors C1, C2 and the peaking capacitor Cp are adjusted in advance.

各トランスTC1、TC2は各磁気スイッチSR1〜SR3と共にリセット電流によってリセットされる。このとき各トランスTC1、TC2のリセット巻線TC1R、TC2Rにはリセット電流ITC1R、ITC2Rが流れ、それに伴い各トランスTC1、TC2の2次巻線TC12、TC22に電流ITC12、ITC22が流れる。このような場合は一般に、
ITC12 = ITC1R×(nTC12/nTC1R
ITC22 = ITC2R×(nTC22/nTC2R
なる関係が成り立つ。なお、昇圧用トランスTC1のリセット巻線TC1Rに流れるリセット電流ITC1R及び2次巻線TC12に流れる電流ITC12は、1段目の転送コンデンサC1を正に充電する方向に流れる。また、回生用トランスTC2のリセット巻線TC2Rに流れるリセット電流ITC2R及び2次巻線TC22に流れる電流ITC22は、1段目の転送コンデンサC1を負に充電する方向に流れる。
Each transformer TC1, TC2 is reset by a reset current together with each magnetic switch SR1-SR3. At this time, reset currents ITC1R and ITC2R flow through the reset windings TC1R and TC2R of the transformers TC1 and TC2, and accordingly, currents ITC12 and ITC22 flow through the secondary windings TC12 and TC22 of the transformers TC1 and TC2. In such cases, in general,
ITC12 = ITC1R × (n TC12 / n TC1R)
ITC22 = ITC2R x ( nTC22 / nTC2R )
The relationship becomes true. Note that the reset current ITC1R flowing in the reset winding TC1R of the boosting transformer TC1 and the current ITC12 flowing in the secondary winding TC12 flow in the direction of positively charging the first-stage transfer capacitor C1. In addition, the reset current ITC2R flowing through the reset winding TC2R of the regeneration transformer TC2 and the current ITC22 flowing through the secondary winding TC22 flow in the direction of negatively charging the first-stage transfer capacitor C1.

昇圧用トランスTC1を磁気リセットするためには、1段目の転送コンデンサC1を正に充電する必要がある。すなわち、
ITC12 −ITC22
= ITC1R×(nTC12/nTC1R)− ITC2R×(nTC22/nTC2R) > 0
なる関係が成り立つ必要がある。
In order to magnetically reset the step-up transformer TC1, it is necessary to positively charge the first-stage transfer capacitor C1. That is,
ITC12 -ITC22
= ITC1R × (n TC12 / n TC1R) - ITC2R × (n TC22 / n TC2R)> 0
It is necessary to hold the relationship.

また、主放電後に行われる磁気スイッチSR2、SR3のリセットは、昇圧用トランスTC1のリセットよりも早く完了し、ピーキングコンデンサCpの電圧上昇速度をK(v/μs)以下に抑制する必要がある。そのためには、
(ITC12 −ITC22 )/(Cc1+Cc2+Ccp)
={ITC1R×(nTC12/nTC1R)−ITC2R×(nTC22/nTC2R)}
/(Cc1+Cc2+Ccp) < K … (3)
なる関係が成り立つようにする。なお、Kは定数であって、実験によって所望の値を求めればよい。
Further, the reset of the magnetic switches SR2 and SR3 performed after the main discharge is completed earlier than the reset of the boosting transformer TC1, and it is necessary to suppress the voltage rising speed of the peaking capacitor Cp to K (v / μs) or less. for that purpose,
(ITC12 -ITC22) / (Cc1 + Cc2 + Ccp)
= {ITC1R × (n TC12 / n TC1R) -ITC2R × (n TC22 / n TC2R)}
/ (Cc1 + Cc2 + Ccp) <K (3)
To establish a relationship. Note that K is a constant, and a desired value may be obtained by experiment.

したがって、回路構成時に昇圧用トランスTC1の2次巻線TC12の巻数nTC12と、昇圧用トランスTC1のリセット巻線TC1Rの巻線nTC1Rと、回生用トランスTC2の2次巻線TC22の巻数nTC22と、回生用トランスTC2のリセット巻線TC2Rの巻線nTC2Rと、1段目の転送コンデンサC1の容量Cc1と、2段目の転送コンデンサC2の容量Cc2と、ピーキングコンデンサCpの容量Ccpと、が上記(3)式を満たすように調整される。こうすることによって回生動作完了後のピーキングコンデンサCpの電圧上昇速度をK未満に抑制することが可能になる。 Therefore, the number of turns n TC12 secondary winding TC12 of the step-up transformer TC1 during circuit configuration, a winding n TC1R the reset winding TC1R of the step-up transformer TC1, turns n of the secondary winding TC22 regenerative transformer TC2 TC22 , the winding n TC2R of the reset winding TC2R of the regeneration transformer TC2, the capacitance Cc1 of the first-stage transfer capacitor C1, the capacitance Cc2 of the second-stage transfer capacitor C2, and the capacitance Ccp of the peaking capacitor Cp Are adjusted so as to satisfy the above expression (3). By doing so, the voltage rising speed of the peaking capacitor Cp after completion of the regenerative operation can be suppressed to less than K.

なお、本実施形態の電源回路は2段の磁気パルス圧縮回路を備えているが、電源回路がn(n=2〜k(kは2以上))段の磁気パルス圧縮回路を備える場合は、
{ITC1R×(nTC12/nTC1R)−ITC2R×(nTC22/nTC2R)}
/(Cc1+…+Cck+Ccp) < K … (3)′
なる関係が成り立つようにすればよい。
The power supply circuit of this embodiment includes a two-stage magnetic pulse compression circuit, but when the power supply circuit includes an n (n = 2 to k (k is 2 or more)) magnetic pulse compression circuit,
{ITC1R × (n TC12 / n TC1R) -ITC2R × (n TC22 / n TC2R)}
/(Cc1+...+Cck+Ccp) <K ... (3) '
It is sufficient that the relationship is established.

次に、本実施形態によって得られる電圧特性について説明する。
図1は磁気パルス圧縮動作及びエネルギー回生動作の際の各コンデンサの電圧特性を示している。
図1に示すように、本実施形態によって磁気パルス圧縮動作及びエネルギー回生動作の際に生ずる電圧特性は、図5に示す従来の電圧特性と大きくは同じである。したがって、本実施形態による磁気パルス圧縮動作やエネルギー回生動作の基本的な流れは、従来と同じである。異なるのは、主コンデンサC0の電荷が1段目の転送コンデンサC1に転送された後に主コンデンサC0の電圧Vc0が負になるという点(図1中のa)と、1段目の転送コンデンサC1の電荷が主コンデンサC0に転送された後に1段目の転送コンデンサC1の電圧Vc1が負になるという点(図1中のb)である。
Next, voltage characteristics obtained by this embodiment will be described.
FIG. 1 shows voltage characteristics of each capacitor during the magnetic pulse compression operation and the energy regeneration operation.
As shown in FIG. 1, the voltage characteristics generated in the magnetic pulse compression operation and the energy regeneration operation according to this embodiment are largely the same as the conventional voltage characteristics shown in FIG. Therefore, the basic flow of the magnetic pulse compression operation and the energy regeneration operation according to this embodiment is the same as the conventional one. The difference is that the voltage Vc0 of the main capacitor C0 becomes negative after the charge of the main capacitor C0 is transferred to the first-stage transfer capacitor C1 (a in FIG. 1), and the first-stage transfer capacitor C1. The voltage Vc1 of the first-stage transfer capacitor C1 becomes negative after the first charge is transferred to the main capacitor C0 (b in FIG. 1).

図1中のaで示すように電荷転送後に主コンデンサC0が負になるのは、上記(2)式を満たすように各素子を調整したためである。また、図1中のbで示すように電荷転送後に1段目の転送コンデンサC1が負になるのは、上記(1)式を満たすように各素子を調整したためである。   The reason why the main capacitor C0 becomes negative after charge transfer as indicated by a in FIG. 1 is that each element is adjusted so as to satisfy the above equation (2). In addition, as indicated by b in FIG. 1, the first-stage transfer capacitor C1 becomes negative after charge transfer because each element is adjusted so as to satisfy the above equation (1).

図2はエネルギー回生動作完了後のコンデンサC1、C2、Cpの電圧特性を示している。
図2に示すように、エネルギー回生動作完了のタイミング(図2中のa)で2段目の転送コンデンサC2の電圧Vc2とピーキングコンデンサCpの電圧Vcpは略0であり、1段目の転送コンデンサC1の電圧Vc1は負である。電圧Vcpと電圧Vc2は、時間経過と共に負側で下降し、磁気スイッチSR3のコアがリセットされるタイミング(図2中のb)で一致し負側で上昇する。一方、電圧Vc1は時間経過と共に負側で上昇し、正側に転じた後に再び下降する。
FIG. 2 shows voltage characteristics of the capacitors C1, C2, and Cp after completion of the energy regeneration operation.
As shown in FIG. 2, the voltage Vc2 of the second stage transfer capacitor C2 and the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp are substantially 0 at the timing of completion of the energy regeneration operation (a in FIG. 2). The voltage Vc1 of C1 is negative. The voltage Vcp and the voltage Vc2 decrease on the negative side with time, coincide with each other at the timing (b in FIG. 2) when the core of the magnetic switch SR3 is reset, and increase on the negative side. On the other hand, the voltage Vc1 rises on the negative side as time passes, falls again after turning to the positive side.

そして、磁気スイッチSR2のコアがリセットされるタイミング(図2中のc)で電圧Vc1、Vc2、Vcpは一致して共に上昇し、昇圧用トランスTC1のコアがリセットされるタイミング(図2中のd)で電圧Vc1、Vc2、Vcpはピーク値から下降する。上記(3)式を満たすように各素子を設定することによって、磁気スイッチSR2のコアがリセットされた後の電圧Vc1、Vc2、Vcpの上昇速度を調整することが可能となる。   Then, the voltages Vc1, Vc2, and Vcp rise together at the timing when the core of the magnetic switch SR2 is reset (c in FIG. 2), and rise together, and the timing when the core of the boosting transformer TC1 is reset (in FIG. 2) In d), the voltages Vc1, Vc2, and Vcp drop from the peak values. By setting each element so as to satisfy the above equation (3), it is possible to adjust the rising speed of the voltages Vc1, Vc2, and Vcp after the core of the magnetic switch SR2 is reset.

ここで本発明者らが実施した試験について説明する。
本発明者らは、高繰り返し周波数(6KHz)に好適なピーキングコンデンサCpの電圧上限値VLnをつぎのように設定した。
Here, the test conducted by the present inventors will be described.
The inventors set the voltage upper limit value VLn of the peaking capacitor Cp suitable for a high repetition frequency (6 KHz) as follows.

・主放電後 1μs〜20μsの期間で上限値VL10V
・主放電後20μs〜30μsの期間で上限値VL2300V
・主放電後30μs〜 の期間で上限値VL3500V
そして上記条件を満たすように、前述した第1、第2の手段に基づいて各巻線の巻数やコンデンサの容量を調整した。この際、上記(3)式の定数Kを、
K = 500[V]/40[μs] = 12.5[V/μs]
に設定した。その結果、図3に示す電圧特性を得た。
・ Upper limit VL10V in the period of 1μs ~ 20μs after main discharge
・ Upper limit VL2300V in the period from 20μs to 30μs after main discharge
・ Upper limit VL3500V for 30μs ~ after main discharge
The number of turns of each winding and the capacitance of the capacitor were adjusted based on the first and second means described above so as to satisfy the above conditions. At this time, the constant K in the above equation (3) is
K = 500 [V] / 40 [μs] = 12.5 [V / μs]
Set to. As a result, the voltage characteristic shown in FIG. 3 was obtained.

図3は主放電前後に計測されたピーキングコンデンサCpの電圧特性を示している。主放電発生直後(1μs未満)はピーキングコンデンサCpの電圧Vcpがごく短時間で正負間を振動する。このため、図3では主放電発生直後の電圧特性がほぼ垂直な直線で示されている。   FIG. 3 shows voltage characteristics of the peaking capacitor Cp measured before and after the main discharge. Immediately after the main discharge occurs (less than 1 μs), the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp vibrates between positive and negative in a very short time. For this reason, in FIG. 3, the voltage characteristic immediately after the main discharge is generated is shown by a substantially vertical straight line.

図3で示すように、ピーキングコンデンサCpの電圧Vcpは、設定した条件の通り、主放電後1μs〜20μsの期間で上限値VL1(=0V)以下となり、主放電後20μs〜30μsの期間で上限値VL2(=300V)以下となり、主放電後30μs〜の期間で上限値VL3(=500V)以下となっている。つまり主放電後のピーキングコンデンサCpの電圧上昇は抑制され、電圧Vcpのピーク値が抑制されているため、結果として早期に電圧Vcpが0に収束する。したがって、高繰り返し周波数のレーザ装置であっても、良好な放電を得ることが可能となる。   As shown in FIG. 3, the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp is lower than the upper limit value VL1 (= 0V) in the period of 1 μs to 20 μs after the main discharge and the upper limit in the period of 20 μs to 30 μs after the main discharge, as set. The value is less than the value VL2 (= 300V), and less than the upper limit value VL3 (= 500V) in the period of 30 μs after the main discharge. That is, since the voltage rise of the peaking capacitor Cp after the main discharge is suppressed and the peak value of the voltage Vcp is suppressed, the voltage Vcp converges to 0 early as a result. Therefore, even with a high repetition frequency laser device, it is possible to obtain good discharge.

図1は本実施形態において得られる磁気パルス圧縮動作及びエネルギー回生動作の際の各コンデンサの電圧特性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the voltage characteristics of each capacitor during the magnetic pulse compression operation and the energy regeneration operation obtained in this embodiment. 図2はエネルギー回生動作完了後のコンデンサC1、C2、Cpの電圧特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating voltage characteristics of the capacitors C1, C2, and Cp after completion of the energy regeneration operation. 図3は主放電前後に計測されたピーキングコンデンサCpの電圧特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing voltage characteristics of the peaking capacitor Cp measured before and after the main discharge. 図4はガスレーザ装置の電源回路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a power supply circuit of the gas laser device. 図5は従来装置において得られる磁気パルス圧縮動作及びエネルギー回生動作の際の各コンデンサの電圧特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the voltage characteristics of each capacitor during the magnetic pulse compression operation and the energy regeneration operation obtained in the conventional apparatus. 図6は磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルの一般的な構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a general configuration of a saturable reactor constituting the magnetic switch. 図7は磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルのコアの磁化曲線を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the magnetization curve of the core of the saturable reactor constituting the magnetic switch.

符号の説明Explanation of symbols

C0…主コンデンサ C1、C2…転送コンデンサ Cp…ピーキングコンデンサ
SR1、SR2、SR3…磁気スイッチ
TC1…昇圧用トランス TC11…1次巻線 TC12…2次巻線
TC1R…リセット巻線
TR2…回生用トランス TC21…1次巻線 TC22…2次巻線
TC2R…リセット巻線
LR1、LR2、LR3…リセット巻線
HV…高電圧電源 D1、D2…ダイオード E…主放電電極
C0 ... Main capacitors C1, C2 ... Transfer capacitors Cp ... Peaking capacitors SR1, SR2, SR3 ... Magnetic switch TC1 ... Boosting transformer TC11 ... Primary winding TC12 ... Secondary winding TC1R ... Reset winding TR2 ... Regenerative transformer TC21 ... Primary winding TC22 ... Secondary winding TC2R ... Reset winding LR1, LR2, LR3 ... Reset winding HV ... High voltage power supply D1, D2 ... Diode E ... Main discharge electrode

Claims (6)

高電圧電源(HV)に並列に接続される主コンデンサ(C0)と、
昇圧用1次巻線(TC11)及び昇圧用2次巻線(TC12)を有し当該昇圧用1次巻線(TC11)が前記主コンデンサ(C0)に磁気アシスト(SR1)及び固体スイッチ(SW)を介して並列に接続される昇圧用トランス(TC1)と、
回生用1次巻線(TC21)及び回生用2次巻線(TC22)を有し当該回生用1次巻線(TC21)が前記主コンデンサ(C0)にダイオード(D1)を介して並列に接続される回生用トランス(TC2)と、
複数の転送コンデンサ(C1、C2)及び磁気スイッチ(SR2、SR3)を有し1段目の転送コンデンサ(C1)が前記昇圧用2次巻線(TC12)に並列に且つ前記回生用2次巻線(TC22)にダイオード(D2)を介して並列に接続されておりまたn(n=2〜k(kは2以上))段目の転送コンデンサ(C2)がn−1段目の磁気スイッチ(SR2)を介してn−1段目の転送コンデンサ(C1)に並列に接続されている磁気パルス圧縮回路と、
前記磁気パルス圧縮回路のk段目の磁気スイッチ(SR3)を介してk段目の転送コンデンサ(C2)に並列に接続されるピーキングコンデンサ(Cp)と、
前記ピーキングコンデンサ(Cp)に並列に接続される一対の主放電電極(E、E)と、
前記磁気アシスト(SR1)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気アシスト用リセット巻線(LR1)と、
前記n段目の磁気スイッチ(SR2)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気スイッチ用リセット巻線(LR2)と、
前記昇圧用トランス(TC1)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする昇圧用トランスリセット巻線(TC1R)と、
前記回生用トランス(TC2)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする回生用トランスリセット巻線(TC2R)と、
を備え、
前記高電圧電源(HV)によって前記主コンデンサ(C0)に蓄積された電荷が、前記昇圧用トランス(TC1)を介して後段の各転送コンデンサ(C1、C2)に電流パルス幅が圧縮されつつ順次転送され、さらに前記ピーキングコンデンサ(Cp)に転送されて前記主放電電極(E、E)間で主放電が発生し、主放電後に電荷が前記ピーキングコンデンサ(Cp)から前段の各転送コンデンサ(C2、C1)に順次転送され、さらに前記回生用トランス(TC2)及び前記ダイオード(D1)を介して前記主コンデンサ(C0)に転送されて前記主コンデンサ(C0)で回生されるガスレーザ装置の電源回路において、
前記各リセット巻線(LR1、LR2、TC1R、TC2R)に流れる電流に起因して発生するピーキングコンデンサ(Cp)の電圧が、主放電後の時間の経過に伴って段階的に上昇するよう設定される上限値以下に抑制されていること
を特徴とするガスレーザ装置の電源回路。
A main capacitor (C0) connected in parallel to a high voltage power supply (HV);
It has a primary winding for boosting (TC11) and a secondary winding for boosting (TC12), and the primary winding for boosting (TC11) has a magnetic assist (SR1) and a solid switch (SW) on the main capacitor (C0). ) Via a step-up transformer (TC1) connected in parallel via
It has a primary winding for regeneration (TC21) and a secondary winding for regeneration (TC22), and the primary winding for regeneration (TC21) is connected in parallel to the main capacitor (C0) via a diode (D1). Regenerative transformer (TC2),
A plurality of transfer capacitors (C1, C2) and magnetic switches (SR2, SR3), and the first-stage transfer capacitor (C1) is in parallel with the secondary winding for boosting (TC12) and the secondary winding for regeneration. N (n = 2 to k (k is 2 or more)) stage transfer capacitor (C2) connected in parallel to line (TC22) via diode (D2) and n−1 stage magnetic switch A magnetic pulse compression circuit connected in parallel to the transfer capacitor (C1) of the (n-1) th stage via (SR2);
A peaking capacitor (Cp) connected in parallel to the k-th transfer capacitor (C2) via the k-th magnetic switch (SR3) of the magnetic pulse compression circuit;
A pair of main discharge electrodes (E, E) connected in parallel to the peaking capacitor (Cp);
A magnetic assist reset winding (LR1) wound around the core of the magnetic assist (SR1) and resetting the operating point of the core in response to energization;
A magnetic switch reset winding (LR2) wound around the core of the n-th magnetic switch (SR2) and resetting the operating point of the core in response to energization;
A step-up transformer reset winding (TC1R) wound around the core of the step-up transformer (TC1) and resetting the operating point of the core in response to energization;
A regenerative transformer reset winding (TC2R) wound around the core of the regenerative transformer (TC2) and resetting the operating point of the core in response to energization;
With
The charges accumulated in the main capacitor (C0) by the high-voltage power supply (HV) are sequentially compressed through the step-up transformer (TC1) to the subsequent transfer capacitors (C1, C2) while the current pulse width is compressed. Then, it is further transferred to the peaking capacitor (Cp) to generate a main discharge between the main discharge electrodes (E, E). After the main discharge, electric charges are transferred from the peaking capacitor (Cp) to the transfer capacitors (C2) in the preceding stage. , C1), and further transferred to the main capacitor (C0) through the regenerative transformer (TC2) and the diode (D1) and regenerated by the main capacitor (C0). In
The voltage of the peaking capacitor (Cp) generated due to the current flowing through each of the reset windings (LR1, LR2, TC1R, TC2R) is set to increase stepwise with the passage of time after the main discharge. The power supply circuit of the gas laser device is characterized by being suppressed to an upper limit value or less.
前記昇圧用トランス(TC1)の昇圧用1次巻線(TC11)及び昇圧用2次巻線(TC12)の巻数比nTC12/nTC11と、前記回生用トランス(TC2)の回生用1次巻線(TC21)及び回生用2次巻線(TC22)の巻数比nTC22/nTC21と、前記主コンデンサ(C0)及び前記1段目の転送コンデンサ(C1)の容量比Cc0/Cc1と、が予め調整されており、電荷が前記ピーキングコンデンサ(Cp)から前記主コンデンサ(C0)に転送された後に、前記1段目の転送コンデンサ(C1)の電圧Vc1が負から上昇するようにされていること
を特徴とする請求項1記載のガスレーザ装置の電源回路。
The turn ratio n TC12 / n TC11 of the boosting primary winding (TC11) and the boosting secondary winding (TC12) of the boosting transformer (TC1) and the primary winding for regeneration of the regenerative transformer (TC2) The turn ratio n TC22 / n TC21 of the wire (TC21) and the regenerative secondary winding (TC22) and the capacitance ratio Cc0 / Cc1 of the main capacitor (C0) and the first stage transfer capacitor (C1) The voltage Vc1 of the first stage transfer capacitor (C1) rises from negative after the charge is transferred in advance and transferred from the peaking capacitor (Cp) to the main capacitor (C0). The power circuit of the gas laser device according to claim 1.
高電圧電源(HV)に並列に接続される主コンデンサ(C0)と、A main capacitor (C0) connected in parallel to a high voltage power supply (HV);
昇圧用1次巻線(TC11)及び昇圧用2次巻線(TC12)を有し当該昇圧用1次巻線(TC11)が前記主コンデンサ(C0)に磁気アシスト(SR1)及び固体スイッチ(SW)を介して並列に接続される昇圧用トランス(TC1)と、It has a primary winding for boosting (TC11) and a secondary winding for boosting (TC12), and the primary winding for boosting (TC11) has a magnetic assist (SR1) and a solid switch (SW) on the main capacitor (C0). ) Via a step-up transformer (TC1) connected in parallel via
回生用1次巻線(TC21)及び回生用2次巻線(TC22)を有し当該回生用1次巻線(TC21)が前記主コンデンサ(C0)にダイオード(D1)を介して並列に接続される回生用トランス(TC2)と、It has a primary winding for regeneration (TC21) and a secondary winding for regeneration (TC22), and the primary winding for regeneration (TC21) is connected in parallel to the main capacitor (C0) via a diode (D1). Regenerative transformer (TC2),
複数の転送コンデンサ(C1、C2)及び磁気スイッチ(SR2、SR3)を有し1段目の転送コンデンサ(C1)が前記昇圧用2次巻線(TC12)に並列に且つ前記回生用2次巻線(TC22)にダイオード(D2)を介して並列に接続されており、n(n=2〜k(kは2以上))段目の転送コンデンサ(C2)がn−1段目の磁気スイッチ(SR2)を介してn−1段目の転送コンデンサ(C1)に並列に接続されている磁気パルス圧縮回路と、A plurality of transfer capacitors (C1, C2) and magnetic switches (SR2, SR3), and the first-stage transfer capacitor (C1) is in parallel with the secondary winding for boosting (TC12) and the secondary winding for regeneration. The n-th stage magnetic switch is connected to the line (TC22) in parallel via a diode (D2), and the n-th (n = 2 to k (k is 2 or more)) stage transfer capacitor (C2). A magnetic pulse compression circuit connected in parallel to the transfer capacitor (C1) of the (n-1) th stage via (SR2);
前記磁気パルス圧縮回路のk段目の磁気スイッチ(SR3)を介してk段目の転送コンデンサ(C2)に並列に接続されるピーキングコンデンサ(Cp)と、A peaking capacitor (Cp) connected in parallel to the k-th transfer capacitor (C2) via the k-th magnetic switch (SR3) of the magnetic pulse compression circuit;
前記ピーキングコンデンサ(Cp)に並列に接続される一対の主放電電極(E、E)と、A pair of main discharge electrodes (E, E) connected in parallel to the peaking capacitor (Cp);
前記磁気アシスト(SR1)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気アシスト用リセット巻線(LR1)と、A magnetic assist reset winding (LR1) wound around the core of the magnetic assist (SR1) and resetting the operating point of the core in response to energization;
前記n段目の磁気スイッチ(SR2)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気スイッチ用リセット巻線(LR2)と、A magnetic switch reset winding (LR2) wound around the core of the n-th magnetic switch (SR2) and resetting the operating point of the core in response to energization;
前記昇圧用トランス(TC1)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする昇圧用トランスリセット巻線(TC1R)と、A step-up transformer reset winding (TC1R) wound around the core of the step-up transformer (TC1) and resetting the operating point of the core in response to energization;
前記回生用トランス(TC2)のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする回生用トランスリセット巻線(TC2R)と、A regenerative transformer reset winding (TC2R) wound around the core of the regenerative transformer (TC2) and resetting the operating point of the core in response to energization;
を備え、With
前記高電圧電源(HV)によって前記主コンデンサ(C0)に蓄積された電荷が、前記昇圧用トランス(TC1)を介して後段の各転送コンデンサ(C1、C2)に電流パルス幅が圧縮されつつ順次転送され、さらに前記ピーキングコンデンサ(Cp)に転送されて前記主放電電極(E、E)間で主放電が発生し、主放電後に電荷が前記ピーキングコンデンサ(Cp)から前段の各転送コンデンサ(C2、C1)に順次転送され、さらに前記回生用トランス(TC2)及び前記ダイオード(D1)を介して前記主コンデンサ(C0)に転送されて前記主コンデンサ(C0)で回生されるガスレーザ装置の電源回路において、The charges accumulated in the main capacitor (C0) by the high-voltage power supply (HV) are sequentially compressed through the step-up transformer (TC1) to the subsequent transfer capacitors (C1, C2) while the current pulse width is compressed. Then, it is further transferred to the peaking capacitor (Cp) to generate a main discharge between the main discharge electrodes (E, E). After the main discharge, electric charges are transferred from the peaking capacitor (Cp) to the transfer capacitors (C2) in the preceding stage. , C1), and further transferred to the main capacitor (C0) through the regenerative transformer (TC2) and the diode (D1) and regenerated by the main capacitor (C0). In
前記昇圧用トランス(TC1)の昇圧用1次巻線(TC11)及び昇圧用2次巻線(TC12)の巻数比nThe turn ratio n of the boosting primary winding (TC11) and the boosting secondary winding (TC12) of the boosting transformer (TC1) TC12TC12 /n/ N TC11TC11 と、前記回生用トランス(TC2)の回生用1次巻線(TC21)及び回生用2次巻線(TC22)の巻数比nAnd the turn ratio n of the primary winding (TC21) for regeneration and the secondary winding (TC22) for regeneration of the transformer for regeneration (TC2) TC22TC22 /n/ N TC21TC21 と、前記主コンデンサ(C0)及び前記1段目の転送コンデンサ(C1)の容量比Cc0/Cc1と、が予め調整されており、電荷が前記ピーキングコンデンサ(Cp)から前記主コンデンサ(C0)に転送された後に、前記1段目の転送コンデンサ(C1)の電圧Vc1が負から上昇するようにされていることAnd the capacitance ratio Cc0 / Cc1 of the main capacitor (C0) and the first-stage transfer capacitor (C1) are adjusted in advance, and the charge is transferred from the peaking capacitor (Cp) to the main capacitor (C0). After the transfer, the voltage Vc1 of the transfer capacitor (C1) at the first stage rises from negative.
を特徴とするガスレーザ装置の電源回路。A power supply circuit for a gas laser device.
前記昇圧用トランス(TC1)の昇圧用2次巻線(TC12)の巻数nTC12及び前記昇圧用トランスリセット巻線(TC1R)の巻数nTC1Rと、前記回生用トランス(TC2)の回生用2次巻線(TC22)の巻数nTC22及び前記回生用トランスリセット巻線(TC2R)の巻数nTC2Rと、前記各転送コンデンサ(C1、C2)及び前記ピーキングコンデンサ(Cp)の容量Cc1、…Cck、Ccpと、が予め調整されており、前記ピーキングコンデンサ(Cp)の単位時間当たりの電圧によって示される電圧上昇速度が、ピーキングコンデンサ(Cp)の、主放電後の時間の経過に伴って段階的に上昇するよう設定される電圧の上限値を超えない速度以下になるようにされていること
を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のガスレーザ装置の電源回路。
The number of turns n TC12 of the step-up secondary winding (TC12) of the step-up transformer (TC1) and the number of turns n TC1R of the step-up transformer reset winding (TC1R), and the regenerative secondary of the regenerative transformer (TC2) and the number of turns n TC2r turns n TC22 and the regeneration transformer reset winding windings (TC22) (TC2R), the capacity of each transfer capacitor (C1, C2) and the peaking capacitor (Cp) Cc1, ... Cck, Ccp Are adjusted in advance, and the voltage increase rate indicated by the voltage per unit time of the peaking capacitor (Cp) increases stepwise with the passage of time after the main discharge of the peaking capacitor (Cp). The power supply circuit for a gas laser device according to any one of claims 1 to 3, wherein the power supply circuit is configured to have a speed not exceeding an upper limit value of a voltage to be set .
(nTC12/nTC11) > √(Cc0/Cc1)
(nTC22/nTC21) < √(Cc0/Cc1)
なる関係式が成り立つこと
を特徴とする請求項2又は3記載のガスレーザ装置の電源回路。
(N TC12 / n TC11 )> √ (Cc0 / Cc1)
(N TC22 / n TC21 ) <√ (Cc0 / Cc1)
Power supply circuit of the gas laser device according to claim 2 or 3, wherein the relational expression holds.
前記昇圧用トランスリセット巻線(TC1R)に流れるリセット電流をITC1Rとし、前記回生用トランスリセット巻線(TC2R)に流れるリセット電流をITC2Rとした場合に、
{ITC1R×(nTC12/nTC1R)−ITC2R×(nTC22/nTC2R)}
/(Cc1+…+Cck+Ccp) < K
(但し、{ITC1R×(nTC12/nTC1R)−TC2R×(nTC22/nTC2R)}>0であり、Kはピーキングコンデンサ(Cp)の電圧上昇速度であって、電源回路の試験によって得られる定数)
なる関係式が成り立つこと
を特徴とする請求項記載のガスレーザ装置の電源回路。
When the reset current flowing in the boosting transformer reset winding (TC1R) is ITC1R and the reset current flowing in the regeneration transformer reset winding (TC2R) is ITC2R,
{ITC1R × (n TC12 / n TC1R) -ITC2R × (n TC22 / n TC2R)}
/(Cc1+...+Cck+Ccp) <K
(However, {ITC1R × (n TC12 / n TC1R ) −TC2R × (n TC22 / n TC2R )}> 0, K is the voltage rise rate of the peaking capacitor (Cp), and is obtained by testing the power supply circuit. are constant)
The power supply circuit of the gas laser device according to claim 4, wherein:
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