(57)【要約】入力電圧が変動した際に、出力電流指令信号、電流検出値、または制御ゲインのいずれかを調整する調整器である電流変動低減制御手段（ＣＦＣ）を有する制御装置（ＣＭ）により、入力電圧の変動による出力電流の応答性変動を低減する。
2018186082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するための電流をレーザ発振器に対して供給し、前記レーザ発振器を駆動するためのレーザ駆動電源であって、
交流電力の入力電圧を整流し直流電圧に変換する一次整流回路と、
前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータユニットと、
前記交流電圧を電力変換して二次電流を生成する電力変換トランスと、
前記二次電流を整流し前記レーザ発振器に供給される出力電流に変換する二次整流回路と、
前記インバータユニットを構成する半導体スイッチを駆動するドライブ信号を出力するドライブ回路と、
前記出力電流を検出し電流検出値を出力する出力電流検出手段と、
を有する電力変換器と、
前記出力電流の応答性に対して、前記出力電流の制御目標である出力電流指令信号の変化が速い場合、前記電流検出値、前記出力電流指令信号、および、前記電流検出値と前記出力電流指令信号の偏差に対して制御する操作量の演算に用いる制御ゲインの、少なくともいずれか一つの信号を、前記入力電圧の変動による前記出力電流の応答性の変動を低減するように調整して調整器信号を生成し、前記調整器信号を出力する電流変動低減制御手段と、
前記電流検出値、前記出力電流指令信号、および、前記制御ゲインの内で、前記電流変動低減制御手段で調整されなかった信号と前記調整器信号とを用いて、前記出力電流を制御するために前記ドライブ回路に入力する出力電流制御信号を出力する出力電流制御手段と、
を有する制御装置と、
を有するレーザ駆動電源。
【請求項２】
前記少なくともいずれか一つの信号は、前記出力電流指令信号であり、
前記電力変換器は、前記入力電圧に対して保障する電圧範囲を有し、
前記制御装置における前記電流変動低減制御手段は、前記保障された電圧範囲において、最も遅い前記出力電流の応答性に対応して、前記出力電流指令信号の変化が遅くなるように前記出力電流指令信号を調整する電流指令調整器を有し、
前記電流指令調整器は前記出力電流指令信号に一次遅れを発生させて前記調整器信号を生成する一次遅れ要素を有し、
前記出力電流指令信号の変化を遅らせることで、前記入力電圧の変動に関係なく、前記調整器信号に対して遅れなく、または、わずかな遅れで前記出力電流を制御可能とする、
請求項１記載のレーザ駆動電源。
【請求項３】
前記少なくともいずれか一つの信号は、前記制御ゲインであり、
前記電力変換器は、前記入力電圧、または前記直流電圧を検出し電圧検出値を出力する入力電圧検出手段を有し、
前記制御装置の前記電流変動低減制御手段は、前記電圧検出値に反比例した係数を前記制御ゲインに乗算することで、前記制御ゲインを前記電圧検出値に応じて調整するゲイン調整器を有し、
前記電圧検出値に応じて前記インバータユニットの導通率を制御し、前記出力電流の応答性を制御することで、前記出力電流の応答性変動を低減する請求項１記載のレーザ駆動電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ溶接・切断機といったレーザ加工機のレーザ発振器に電流を供給するレーザ駆動電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属加工分野での高速・高品質化の要求が高まっている。この要求を満たすため、ファイバーレーザやダイレクトダイオードレーザといった半導体レーザ発振器を搭載した加工機の導入が進んでいる。【０００３】
半導体レーザ発振器は電流を供給することでレーザ光を出力するため、駆動電源の出力電流特性の影響を受ける。半導体レーザ加工機の導入が進む上で、この駆動電源にも高性能・高品質なものが求められている。【０００４】
駆動電源の出力電流応答性は入力電圧の変動の影響を受けており、入力電圧が低くなると応答性が遅く、入力電圧が高くなると応答性は速くなる。この応答性の変動は、特に、パルス電流出力といった急峻な変化を要する際に影響が大きくなる。レーザ加工機において、出力電流の変動が加工材料に与える熱量の変動となり、加工材料への入熱に影響を与える。そのため、レーザ切断及び溶接の加工精度低下といった課題を有していた。【０００５】
従来技術では、駆動電源のインバータ部の前段にインバータ部への入力電圧を一定電圧に制御する電力変換器を備えた構成が開示されている。このような電力変換器を追加することで、入力電圧が変動してもインバータ部への入力電圧を一定に保つことができる（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−４１７７８号公報
【発明の概要】
【０００７】
しかし、従来技術のように、一定電圧制御用の電力変換器を設けて、入力電圧の変動による影響を後段に与えないようにする構成では、コスト増加、損失増大、機器の大型化という課題を有していた。
【０００８】
本開示の一態様は、追加の電力変換器を要さずに、入力電圧の変動による出力電流の変動を解消するレーザ駆動電源を提供する。
【０００９】
本開示の一態様のレーザ駆動電源は、レーザ光を出力するための電流をレーザ発振器に対して供給し、レーザ発振器を駆動するためのレーザ駆動電源であって、交流電力の入力電圧を整流し直流電圧に変換する一次整流回路と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータユニットと、交流電圧を電力変換して二次電流を生成する電力変換トランスと、二次電流を整流しレーザ発振器に供給される出力電流に変換する二次整流回路と、インバータユニットを構成する半導体スイッチを駆動するドライブ信号を出力するドライブ回路と、出力電流を検出し電流検出値を出力する出力電流検出手段と、を有する電力変換器と、出力電流の応答性に対して、出力電流の制御目標である出力電流指令信号の変化が速い場合、電流検出値、出力電流指令信号、および、電流検出値と出力電流指令信号の偏差に対して制御する操作量の演算に用いる制御ゲインの、少なくともいずれか一つの信号を、入力電圧の変動による出力電流の応答性の変動を低減するように調整して調整器信号を生成し、調整器信号を出力する電流変動低減制御手段と、電流検出値、出力電流指令信号、および、制御ゲインの内で、電流変動低減制御手段で調整されなかった信号と調整器信号とを用いて、出力電流を制御するためにドライブ回路に入力する出力電流制御信号を出力する出力電流制御手段と、を有する制御装置と、を有するものである。
【００１０】
本開示の一態様に係るレーザ駆動電源は、追加の電力変換器を要さずに、入力電圧の変動による出力電流の変動を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一態様に係るレーザ駆動電源の構成図
【図２】本開示の実施の形態１におけるレーザ駆動電源の電気接続図
【図３】電流指令調整器を追加していない駆動電源において、パルス電流指令信号に対して、入力電圧の変動による出力電流の応答性の変化の一例を示す図
【図４】出力電流指令信号と電流指令調整器信号の一例を示す図
【図５】本開示の実施の形態２におけるレーザ駆動電源の電気接続図
【図６】本開示の実施の形態２における電圧検出値とゲイン調整器信号の関係の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
本実施の形態について、図１から図４を用いて説明をする。図１は本開示の一態様によるレーザ発振器のレーザ用の駆動電源の構成を示している。この駆動電源は、電力変換器ＰＣＣと制御装置ＣＭとを備え、レーザ発振器ＬＤに適した電流と電圧を得るための電力変換を行うレーザ駆動電源である。電力変換器ＰＣＣは、一次整流回路ＤＲ１と、インバータユニットＩＵと、電力変換トランスＭＴｒと、二次整流回路ＤＲ２と、を備える。一次整流回路ＤＲ１は、交流電力の入力電圧Ｖｉｎを整流し、直流電圧に変換する。インバータユニットＩＵは、直流電圧を交流電圧に変換する。電力変換トランスＭＴｒは、交流電圧を電力変換して二次電流を生成する。二次整流回路ＤＲ２は、二次電流を整流しレーザ発振器ＬＤに供給される出力電流に変換する。
【００１３】
電力変換器ＰＣＣは、さらに、ドライブ回路ＤｒＣと、出力電流検出回路ＣＴと、を備える。ドライブ回路ＤｒＣは、インバータユニットＩＵを構成する半導体スイッチを駆動するドライブ信号ＤＳを出力する。出力電流検出回路ＣＴは、出力電流ｉｏを検出し、出力電流検出値ｉｃｔを出力する。また、制御装置ＣＭは、電流変動低減制御手段ＣＦＣと、出力電流制御手段ＯＣＣと、制御ゲインＣｇと、を備える。電流変動低減制御手段ＣＦＣは、入力電圧の変動による出力電流ｉｏの応答性の変動を低減するための調整器信号ＩＫを出力する。出力電流制御手段ＯＣＣは、出力電流ｉｏが制御目標である出力電流指令信号ＩＳと等しくなるようにインバータユニットＩＵを制御する。制御ゲインＣｇは、出力電流ｉｏを示す出力電流検出値iｃｔと制御目標を示す出力電流指令信号ＩＳとの偏差に対して制御する操作量の演算に用いられる。
【００１４】
図２は本開示の実施の形態１によるレーザ発振器のレーザ駆動電源の構成を示している。
【００１５】
一次整流回路ＤＲ１は三相交流である入力電圧Ｖｉｎを整流して直流電圧である整流電圧ＶＤＲに変換する。また、インバータユニットＩＵは、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とを有する第１回路部と、第３のスイッチング素子Ｑ３と第４のスイッチング素子Ｑ４とを有する第２回路部とを備える。第１回路部は、第２回路部に並列接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ１は第２のスイッチング素子Ｑ２に直列接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ３は第４のスイッチング素子Ｑ４に直列接続されている。インバータユニットＩＵは整流電圧ＶＤＲを各スイッチング素子の制御により、交流電圧に変換する。
【００１６】
なお、スイッチング素子はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  ＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチであってもよい。
【００１７】
電力変換トランスＭＴｒは一次側コイルと二次側コイルとを含む。一次側コイルは、第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタと第４のスイッチング素子Ｑ４のコレクタとの間に接続される。電力変換トランスＭＴｒは一次側コイルに入力された交流電圧を変換して、レーザ発振器ＬＤに適した電圧および電流を二次側コイルから出力する。また、電力変換トランスＭＴｒの二次側コイルは中間タップを有する。
【００１８】
二次整流回路ＤＲ２は第１のダイオードＤ１のカソードと第２のダイオードＤ２のカソードを接続した構成である。電力変換トランスＭＴｒの二次側の交流電流を直流電流である出力電流ｉｏに変換する。電力変換トランスＭＴｒの二次側コイルの一端に第１のダイオードＤ１のアノードが接続され、二次側コイルの他端に第２のダイオードＤ２のアノードが接続される。第１のダイオードＤ１と第２のダイオードＤ２の各カソードがレーザ発振器ＬＤの＋端子に接続される。
【００１９】
電力変換トランスＭＴｒの中間タップと直流リアクトルＤＣＬの一端が接続され、直流リアクトルＤＣＬのもう一端とレーザ発振器ＬＤの−端子が接続される。直流リアクトルＤＣＬは出力電流ｉｏを平滑する。これにより、電力変換器ＰＣＣは、レーザ発振器ＬＤに適した出力電流ｉｏをレーザ発振器ＬＤに供給する。出力電流検出回路ＣＴは、レーザ発振器ＬＤに接続される配線上に設置され、出力電流検出値ｉｃｔを出力する。
【００２０】
次に電力変換器ＰＣＣの制御を行う制御装置ＣＭについて説明する。制御装置ＣＭは出力電流制御手段ＯＣＣ、制御ゲインＣｇ、出力電流ｉｏの応答性の変動を低減する電流変動低減制御手段ＣＦＣである電流指令調整器Ｋｓで構成される。
【００２１】
出力電流指令信号ＩＳは、外部入力、または内部生成され、作業者によって調整される出力電流ｉｏに係る設定値信号であり、出力電流ｉｏの制御目標を示す信号である。
【００２２】
出力電流指令信号ＩＳは、電流指令調整器Ｋｓに入力される。電流指令調整器Ｋｓは一次遅れを発生させる一次遅れ要素（例えば、一次ローパスフィルタなど）で構成される。電流指令調整器Ｋｓのフィルタ設計方法を図２、図３、および図４を用いて説明する。
【００２３】
図３に出力電流指令信号ＩＳを入力した際の出力電流ｉｏの応答性の変動を示す。このように、出力電流指令信号ＩＳにパルス信号を入力した場合、一点鎖線で表す様に入力電圧Ｖｉｎが高くなると出力電流ｉｏの応答性は速く、二点鎖線で表す様に入力電圧Ｖｉｎが低くなると出力電流の応答性は遅くなる。そのため、入力電圧Ｖｉｎの変動により出力電流ｉｏの波形が変化する。
【００２４】
レーザ駆動電源の最も遅い応答性に対して、出力電流指令信号ＩＳの変化が同等またはそれ以下であれば、出力電流ｉｏの波形は、入力電圧Ｖｉｎの変動の影響を受けない。この場合、出力電流ｉｏの波形を出力電流指令信号ＩＳの波形と同等にすることが可能である。図４に出力電流指令信号ＩＳを入力した際の電流指令調整器信号ＩＫｓの生成をしめす。このように、電流指令調整器Ｋｓは、破線で表す出力電流指令信号ＩＳに対して、上述の様に、遅れを付与した、実線で表す電流指令調整器信号ＩＫｓを生成する。
【００２５】
例えば、出力電流ｉｏの応答性が最も遅くなるのは、レーザ駆動電源が保障する入力電圧Ｖｉｎの範囲で最低電圧Ｖｍの時である。そのため、入力電圧Ｖｉｎとして最低電圧Ｖｍを入力し、出力電流指令信号ＩＳとしてパルス信号を入力してレーザ駆動電源を動作させた際の、出力電流ｉｏの応答性を測定する。パルス信号の変化が測定した応答性と同等またはそれ以下となるように電流指令調整器Ｋｓ内の一次遅れフィルタのフィルタ特性を設計する。
【００２６】
出力電流制御手段ＯＣＣは、出力電流検出値ｉｃｔと、電流指令調整器信号ＩＫｓと、制御ゲインＣｇを用いて出力電流制御信号ＯＣＳを生成する。制御ゲインＣｇは、出力電流検出値ｉｃｔと電流指令調整器信号ＩＫｓの偏差に対して制御する操作量の演算に用いられる。出力電流制御信号ＯＣＳは、出力電流ｉｏが電流指令調整器信号ＩＫｓと等しくなるようにインバータユニットＩＵを制御するための信号である。
【００２７】
ドライブ回路ＤｒＣは、出力電流制御信号ＯＣＳに基づいて、第１のドライブ信号ＤＳ１、第２のドライブ信号ＤＳ２、第３のドライブ信号ＤＳ３、第４のドライブ信号ＤＳ４を生成する。第１のドライブ信号ＤＳ１は第１のスイッチング素子Ｑ１を駆動する。第２のドライブ信号ＤＳ２は第２のスイッチング素子Ｑ２を駆動する。第３のドライブ信号ＤＳ３は第３のスイッチング素子Ｑ３を駆動する。第４のドライブ信号ＤＳ４は第４のスイッチング素子Ｑ４を駆動する。これにより、出力電流ｉｏが制御される。
【００２８】
上記の構成によって、出力電流指令信号ＩＳを調整することで、入力電圧Ｖｉｎの変動による応答性の変動を低減した出力電流ｉｏを供給することが可能である。
【００２９】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について図５から図６を用いて説明する。図５は本開示の実施の形態２によるレーザ発振器のレーザ駆動電源の構成を示している。実施の形態１では、電流指令調整器Ｋｓが、制御装置ＣＭが有する出力電流ｉｏの応答性変動を低減する電流変動低減制御手段ＣＦＣとして採用されている。これに対して、実施の形態２では、ゲイン調整器Ｋｇが、電流変動低減制御手段ＣＦＣとして採用されている。さらに、実施の形態２では、電力変換器ＰＣＣは、一次整流回路ＤＲ１により入力電圧Ｖｉｎが整流された後の電圧である整流電圧ＶＤＲを検出する電圧検出回路ＶＳを備える。主な回路動作は実施の形態１と同様なため、実施の形態１と異なる制御装置ＣＭの、制御方法についてのみ説明する。
【００３０】
電圧検出回路ＶＳは、一次整流回路ＤＲ１の出力端子間の整流電圧ＶＤＲを検出するために、一次整流回路ＤＲ１に並列接続される。電圧検出回路ＶＳより得られた電圧検出値Ｖｓｅｎと制御ゲインＣｇとがゲイン調整器Ｋｇに入力される。ゲイン調整器Ｋｇは制御ゲインＣｇに電圧検出値Ｖｓｅｎに反比例する係数を乗算する。ゲイン調整器Ｋｇの係数は基準入力電圧Ｖｒｅｆを電圧検出値Ｖｓｅｎで除算した値である。ゲイン調整器Ｋｇはゲイン調整器Ｋｇの係数を制御ゲインＣｇに乗算してゲイン調整器信号ＩＫｇを生成する。図６は電圧検出値Ｖｓｅｎとゲイン調整器信号ＩＫｇの関係を示す。
【００３１】
このように、電圧検出値Ｖｓｅｎとゲイン調整器信号ＩＫｇは反比例の関係である。また、基準入力電圧Ｖｒｅｆは入力電圧Ｖｉｎの変動の中央値の場合における、電圧検出値Ｖｓｅｎと同等の値である。例えば、基準入力電圧Ｖｒｅｆは、入力電圧Ｖｉｎの保障範囲が１６０Ｖから２４０Ｖの場合、中央値２００Ｖ時の電圧検出値Ｖｓｅｎに一致する。
【００３２】
出力電流制御手段ＯＣＣは、ゲイン調整器信号ＩＫｇと出力電流検出値ｉｃｔと出力電流指令信号ＩＳを用いて出力電流制御信号ＯＣＳを生成する。出力電流制御信号ＯＣＳは、出力電流ｉｏが出力電流指令信号ＩＳと等しくなるようにインバータユニットＩＵを制御するための信号である。具体的には、出力電流制御信号ＯＣＳは、インバータユニットＩＵが電力変換トランスＭＴｒに電圧または電流を供給する割合である導通率Ｄｕｔｙを制御するための信号である。
【００３３】
ドライブ回路ＤｒＣは、出力電流制御信号ＯＣＳに基づいて、第１のドライブ信号ＤＳ１、第２のドライブ信号ＤＳ２、第３のドライブ信号ＤＳ３、第４のドライブ信号ＤＳ４を生成する。第１のドライブ信号ＤＳ１は第１のスイッチング素子Ｑ１を駆動する。第２のドライブ信号ＤＳ２は第２のスイッチング素子Ｑ２を駆動する。第３のドライブ信号ＤＳ３は第３のスイッチング素子Ｑ３を駆動する。第４のドライブ信号ＤＳ４は第４のスイッチング素子Ｑ４を駆動する。これにより、出力電流ｉｏが制御される。
【００３４】
例えば、入力電圧Ｖｉｎが上昇し、電圧検出値Ｖｓｅｎが基準入力電圧Ｖｒｅｆより高くなり、出力電流ｉｏの応答性が速い場合は、ゲイン調整器Ｋｇの係数が１よりも小さくなる。そして、ゲイン調整器信号ＩＫｇが制御ゲインＣｇよりも小さくなり、インバータユニットＩＵの導通率Ｄｕｔｙが低く調整される。このことで出力電流ｉｏの応答性が遅くなる。
【００３５】
逆に、入力電圧Ｖｉｎが下降し、電圧検出値Ｖｓｅｎが基準入力電圧Ｖｒｅｆより低くなり、出力電流ｉｏの応答性が遅い場合は、ゲイン調整器Ｋｇの係数が１よりも大きくなる。そして、ゲイン調整器信号ＩＫｇが制御ゲインＣｇよりも大きくなり、インバータユニットＩＵの導通率Ｄｕｔｙが高く調整される。このことで出力電流ｉｏの応答性が速くなる。
【００３６】
上記の構成によって、制御ゲインＣｇを調整することで、入力電圧Ｖｉｎの変動に応じて出力電流ｉｏの応答性を制御することができる。従って、入力電圧Ｖｉｎの変動による応答性の変動を低減した出力電流ｉｏを供給することが可能である。
【００３７】
以上のように本開示の一態様に係るレーザ駆動電源は、レーザ光を出力するための電流をレーザ発振器ＬＤに対して供給し、レーザ発振器ＬＤを駆動するためのレーザ駆動電源である。レーザ駆動電源は、電力変換器ＰＣＣと制御装置ＣＭで構成される。電力変換器ＰＣＣは、一次整流回路ＤＲ１と、インバータユニットＩＵと、電力変換トランスＭＴｒと、二次整流回路ＤＲ２と、を備える。一次整流回路ＤＲ１は、交流電力の入力電圧Ｖｉｎを整流し直流電圧に変換する。インバータユニットＩＵは、直流電圧を交流電圧に変換する。電力変換トランスＭＴｒは、交流電圧を電力変換して二次電流を生成する。二次整流回路ＤＲ２は、二次電流を整流してレーザ発振器ＬＤに供給される出力電流に変換する。
【００３８】
電力変換器ＰＣＣは、さらに、ドライブ回路ＤｒＣと、出力電流検出回路ＣＴと、を備える。ドライブ回路ＤｒＣは、インバータユニットＩＵを構成する半導体スイッチを駆動するドライブ信号を出力する。出力電流検出回路ＣＴは、出力電流ｉｏを検出し、出力電流検出値ｉｃｔを出力する。
【００３９】
また、制御装置ＣＭは、出力電流ｉｏの応答性に対して、出力電流ｉｏの制御目標である出力電流指令信号ＩＳの変化が速い場合、出力電流検出値ｉｃｔ、出力電流指令信号ＩＳ、または、制御ゲインＣｇの、少なくともいずれか一つの信号を、入力電圧Ｖｉｎの変動による出力電流ｉｏの応答性の変動を低減するように調整して調整器信号ＩＫを生成し、調整器信号を出力する電流変動低減制御手段ＣＦＣを有する。
【００４０】
それに加え、制御装置ＣＭは、出力電流検出値ｉｃｔ、出力電流指令信号ＩＳ、および、制御ゲインＣｇの内で、電流変動低減制御手段ＣＦＣで調整されなかった全ての信号と調整器信号ＩＫとを用いて、出力電流制御信号ＯＣＳを出力する出力電流制御手段ＯＣＣを有する。
【００４１】
また、上記に加えて、手法の一つとして、実施の形態１で詳述したように、電流変動低減制御手段ＣＦＣが、出力電流指令信号ＩＳを調整するようにしてもよい。具体的には、電流変動低減制御手段ＣＦＣは、出力電流指令信号ＩＳを調整することにより電流指令調整器信号ＩＫｓを生成する電流指令調整器Ｋｓを有してもよい。電流指令調整器Ｋｓは、入力電圧Ｖｉｎに対して保障する電圧範囲において、最も遅い出力電流ｉｏの応答性に対応して、出力電流指令信号ＩＳの変化が遅くなるように一次遅れを発生させる一次遅れ要素を有する。電流指令調整器Ｋｓには出力電流指令信号ＩＳが入力される。レーザ駆動電源は、出力電流指令信号ＩＳの変化を遅らせることで、入力電圧Ｖｉｎの変動に関係なく、電流指令調整器信号ＩＫｓに対して遅れなく、または、わずかな遅れで出力電流ｉｏを制御する。
【００４２】
なお、出力電流指令信号ＩＳに対してわずかな遅れでの出力電流ｉｏの制御とは、レーザ加工機の加工精度のバラツキが許容できる程度のわずかな遅れとするものである。
【００４３】
また、上記に加えて、手法の一つとして、実施の形態２で詳述したように、電流変動低減制御手段ＣＦＣが、制御ゲインＣｇを調整するようにしてもよい。具体的には、電力変換器ＰＣＣは、入力電圧Ｖｉｎ、または整流電圧ＶＤＲを検出する電圧検出回路ＶＳを備える。また、電流変動低減制御手段ＣＦＣは、電圧検出値Ｖｓｅｎに反比例した係数を制御ゲインＣｇに乗算することで、制御ゲインＣｇを電圧検出値Ｖｓｅｎに応じて調整するゲイン調整器Ｋｇを有する。
【００４４】
このように、本開示のレーザ駆動電源は、電圧検出値Ｖｓｅｎに応じてインバータユニットＩＵの導通率Ｄｕｔｙを制御し、出力電流ｉｏの応答性を制御することで、出力電流ｉｏの応答性変動を低減するものである。
【００４５】
実施の形態１と実施の形態２で詳述したように、本開示に係るレーザ駆動電源は、電流変動低減制御手段ＣＦＣを有する制御装置ＣＭの働きにより、入力電圧Ｖｉｎの変動による出力電流ｉｏの応答性の変動を低減する。具体的には、制御装置ＣＭは、制御に関わる出力電流指令信号ＩＳまたは制御ゲインＣｇを調整するパラメータを有する。電流変動低減制御手段ＣＦＣは、出力電流指令信号ＩＳ、出力電流検出値ｉｃｔ、または制御ゲインＣｇのいずれかを調整する調整器として働く。
【００４６】
このようなレーザ駆動電源により、入力電圧の変動による出力電流の変動を解消し、レーザ光の出力変動を低減することができる。これにより加工精度の向上を提供できる。さらに、上記のレーザ駆動電源は、追加の電力変換器や追加の素子を要しない。そのため、低コスト化、高効率化が可能である。
【００４７】
また、実施の形態２の制御装置ＣＭは、基準入力電圧Ｖｒｅｆ時の出力電流ｉｏの応答性へと近づける。そのため、実施の形態１と比べて、出力電流ｉｏの応答性を速くして、応答性変動を低減することが可能である。しかし、調整後の導通率Ｄｕｔｙが導通率Ｄｕｔｙの上限を超えるような場合には、応答性変動の低減効果は小さくなる。実施の形態１は他のパラメータの影響が小さく、一定の低減効果を得ることが可能である。
【００４８】
なお、実施の形態１では、入力電圧の変動による出力電流の応答性の変動を低減するために、出力電流指令信号ＩＳが調整されている。実施の形態２では、それに代えて、制御ゲインＣｇが調整されている。本開示は、これに限らず、出力電流検出値ｉｃｔが調整されることとしてもよい。出力電流検出値ｉｃｔの調整によっても、入力電圧の変動による出力電流の応答性の変動を低減することができる。
【００４９】
また、実施の形態１および実施の形態２では、いずれも、調整される信号は一つである。実施の形態１では、出力電流指令信号ＩＳであり、実施の形態２では、制御ゲインＣｇである。本開示は、これに限らず、調整される信号は二つまたは三つでもよい。例えば、出力電流指令信号ＩＳおよび制御ゲインＣｇの二つの信号が調整されてもよい。また、例えば、出力電流検出値ｉｃｔ、出力電流指令信号ＩＳおよび制御ゲインＣｇの三つの信号が調整されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本開示は、入力電圧の変動によるレーザ発振器のレーザ駆動電源の出力電流変動を低減することで、レーザ発振器を搭載したレーザ加工機の加工精度のバラツキを低減可能な制御法として産業上有用である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｖｉｎ  入力電圧
ＰＣＣ  電力変換器
ＤＲ１  一次整流回路
ＩＵ    インバータユニット
ＶＤＲ  整流電圧
Ｑ１    第１のスイッチング素子
Ｑ２    第２のスイッチング素子
Ｑ３    第３のスイッチング素子
Ｑ４    第４のスイッチング素子
ＭＴｒ  電力変換トランス
ＤＲ２  二次整流回路
Ｄ１    第１のダイオード
Ｄ２    第２のダイオード
ＤＣＬ  直流リアクトル
ｉｏ    出力電流
ＬＤ    レーザ発振器
ＣＴ    出力電流検出回路
ｉｃｔ  出力電流検出値
ＣＭ    制御装置
ＣＦＣ  電流変動低減制御手段
ＩＫ    調整器信号
ＯＣＣ  出力電流制御手段
Ｃｇ    制御ゲイン
Ｋｓ    電流指令調整器
ＩＳ    出力電流指令信号
ＩＫｓ  電流指令調整器信号
Ｖｍ    最低電圧
ＯＣＳ  出力電流制御信号
ＤｒＣ  ドライブ回路
ＤＳ１  第１のドライブ信号
ＤＳ２  第２のドライブ信号
ＤＳ３  第３のドライブ信号
ＤＳ４  第４のドライブ信号
ＶＳ    電圧検出回路
Ｖｓｅｎ  電圧検出値
Ｋｇ    ゲイン調整器
Ｖｒｅｆ  基準入力電圧
ＩＫｇ  ゲイン調整器信号
Ｄｕｔｙ  導通率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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