高频电源及激光装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种能够提高间歇动作的负载的动作频率的电源装置。高频电源(200A)具备全桥电路(210)、变压器(T1)及滤波器(220A)。变压器(T1)的一次绕组(W1)与全桥电路(210)连接。滤波器(220A)至少包括串联电感器，并且以使从全桥电路(210)观察负载时的阻抗(Zin)在开关频率(Fsw)以及3次谐波(3Fsw)及5次谐波(5Fsw)下成为电感性的方式配置于全桥电路(210)与负载之间。载之间。载之间。

【技术实现步骤摘要】
高频电源及激光装置
[0001]本申请主张基于2022年2月17日申请的日本专利申请第2022
‑
023215号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。


[0002]本专利技术涉及一种高频电源及激光装置。

技术介绍

[0003]作为工业用的加工工具，激光加工装置被广泛普及。图1是激光加工装置1r的框图。激光加工装置1r具备CO2激光器等激光光源2及向激光光源2供给交流电力以使其激励的激光驱动装置4r。激光驱动装置4r具备直流电源6及高频电源8。直流电源6为恒压电源，通过使用PID(Proportional
‑
Integral
‑
Differential：比例积分微分)控制或PI控制等进行的反馈控制，其输出(即，直流电压V
DC
)稳定在目标值。
[0004]高频电源8接受直流电压V
DC
，并将直流电力转换为所期望的高频电力。交流电力供给到负载(即，激光光源2)。
[0005]图2是高频电源8及激光光源2的等效电路图。高频电源8包括全桥电路(H桥电路)20和变压器T1。全桥电路20具备包括高侧晶体管MH1及低侧晶体管ML1的支线(leg)和包括高侧晶体管MH2及低侧晶体管ML2的支线。变压器T1的一次绕组与全桥电路20连接。
[0006]激光光源2具备激光谐振腔24和电感器L1、L2。激光谐振腔24包括彼此对置的放电电极对，放电电极对形成静电电容。在变压器T1的二次绕组与激光谐振腔24之间插入有电感器L1、L2。通过电感器L1、L2将负载22的谐振频率调节为与高频电源8的开关频率一致。
[0007]专利文献1：日本特开1997
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129953号公报
[0008]本专利技术人对图2的高频电源8及激光光源2进行了研究，其结果认识到了以下课题。
[0009]图3是图2的全桥电路20的等效电路图。在图3中示出了包括高侧晶体管MH1及低侧晶体管ML1的一个支线。高侧晶体管MH1的栅极施加有高电压，处于导通状态，低侧晶体管ML1的栅极施加有低电压，处于断开状态。在该状态下，全桥电路20的输出电压Vout为高(Vcc)，高侧晶体管MH1的漏极电流Ids供给到负载22。
[0010]如上所述，负载22的谐振频率被设计为与高频电源8的开关频率一致。然而，变压器T1及配线包含寄生电容，受到该寄生电容的影响，负载22的阻抗有时会成为电容性。在负载阻抗为电容性的情况下，流过高侧晶体管MH1的位移电流(时间变动成分)di/dt(即，交流成分)会增大。
[0011]高侧晶体管MH1及低侧晶体管ML1在栅极
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源极之间、栅极
‑
漏极之间具有寄生电容。电流Ids的时间变动成分经由低侧晶体管ML1的栅极
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漏极间电容Cgd后对低侧晶体管ML1的栅极电容进行充电。其结果，低侧晶体管ML1的栅极
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源极间电压(Gate
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Source Voltage)Vgs会上升，若其超出阈值电压，则低侧晶体管ML1会导通(称为栅极错误触发)。其结果，高侧晶体管MH1和低侧晶体管ML1会同时导通导致直通电流(Flow
‑
through Current)流过。尤其，在激光电源等要求大电容、高频开关的应用(application)中，逆变器的功率晶
体管采用能够进行高速动作的SiC装置。若使SiC装置在MHz频段进行开关，则根据栅极漏极之间的寄生电容Cgd等参数而有可能会产生栅极错误触发。
[0012]图4是图2的全桥电路20的动作波形图。图4的上段示出了输出电压Vout，下段示出了低侧晶体管ML1的栅极电压Vgs。时刻t0～t1为低输出期间，高侧晶体管MH1断开，低侧晶体管ML1导通。在低输出期间，低侧晶体管ML1的栅极电压Vgs成为高电压。
[0013]在时刻t1，从低输出期间变为高输出期间。在高输出期间，高侧晶体管MH1导通，低侧晶体管ML1断开。在时刻t1，低(0V)的栅极电压Vgs施加于低侧晶体管ML1的栅极。若在时刻t2产生栅极错误触发，则栅极电压Vgs会振荡。若栅极电压Vgs超出晶体管的栅极负侧的容许电压(耐压)，则会对晶体管的可靠性带来不良影响。尤其，SiC装置的负侧的耐压低，因此需要抑制负电压的施加。

技术实现思路

[0014]本专利技术是鉴于上述状况而完成的，其一种实施方式的例示性目的之一在于提供一种能够抑制晶体管的错误触发的高频电源。
[0015]本专利技术的一种实施方式的高频电源具备：全桥电路；变压器，其一次绕组与全桥电路连接；及滤波器电路，至少包括串联电感器，并且以使从全桥电路观察负载时的阻抗在开关频率以及3次谐波及5次谐波下成为电感性的方式配置于全桥电路与负载之间。
[0016]另外，以上构成要件的任意组合或将构成要件或表达在方法、装置及系统等之间相互替换的实施方式也作为本专利技术的方式而有效。
[0017]根据本专利技术的一种实施方式，能够抑制晶体管的错误触发。
附图说明
[0018]图1是激光加工装置的框图。
[0019]图2是高频电源及激光光源的等效电路图。
[0020]图3是图2的逆变器的等效电路图。
[0021]图4是图2的逆变器的动作波形图。
[0022]图5是第一实施方式所涉及的激光装置的框图。
[0023]图6中(a)～(d)是表示滤波器的结构例的电路图。
[0024]图7是表示从全桥电路观察负载时的阻抗Zin的史密斯圆图。
[0025]图8是第二实施方式所涉及的激光装置的框图。
[0026]图9中(a)～(d)是表示滤波器的结构例的电路图。
[0027]图10是表示具备激光装置的激光加工装置的图。
[0028]图中：100
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激光装置，200
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高频电源，210
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全桥电路，220
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滤波器，T1
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变压器，W1
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一次绕组，W2
‑
二次绕组，MH
‑
高侧晶体管，ML
‑
低侧晶体管，110
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激光光源，112
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激光谐振腔，114
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负载。
具体实施方式
[0029]对本专利技术的若干个例示性实施方式的概要进行说明。该概要作为后述的详细说明的前言，其目的在于理解实施方式，简化说明了一个或多个实施方式的若干个概念，其并不
用于对专利技术或公开的范围进行限定。该概要并不是总括了能够考虑的所有实施方式的概要，并不用于限定所有实施方式的重要要件，也不用于划分一部分或所有实施方式的范围。为了便于说明，“一实施方式”有时指本说明书中公开的一个实施方式(实施例或变形例)或多个实施方式(实施例或变形例)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频电源，其特征在于，具备：全桥电路；变压器，其一次绕组与所述全桥电路连接；及滤波器电路，至少包括串联电感器，并且以使从所述全桥电路观察负载时的阻抗在开关频率以及3次谐波及5次谐波下成为电感性的方式配置于所述全桥电路与所述负载之间。2.根据权利要求1所述的高频电源，其特征在于，所述滤波器电路设置于所述变压器的二次绕组与所述负载之间。3.根据权利要求1所述的高频电源，其特征在于，所述滤波器电路设置于所述全桥电路与所述变压器的所述一次绕组之间。4.根据权利要求1至3中任一项所述的高频电源，其特征在于，所述滤波器电路为LC滤波器。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：宮嵜洸一，
申请(专利权)人：住友重机械工业株式会社，
类型：发明
国别省市：