(57)【要約】充電コンデンサを介してパルス放電駆動型システムに電力を供給するためのシステム及び方法。前記方法に、前記コンデンサを充電する電圧を表す駆動電圧を測定することと、主電源と、インダクタと、前記コンデンサと、を有する回路であって、前記主電源が前記インダクタと前記コンデンサとに直列に接続され、前記インダクタが前記主電源と前記コンデンサとの間に配置された回路を設けることと、前記主電源を起動させることと、前記コンデンサ電圧が前記駆動電圧未満である間に前記主電源を取り除くことと、前記コンデンサ電圧が前記駆動電圧と等しくなった時点で、前記インダクタを前記コンデンサから切断すると共に、維持電源を起動させることと、前記コンデンサ電圧が所定のしきい値を下回るまで放電されたことに応えて、前記維持電源を用いて前記コンデンサ電圧を補充することと、が含まれる。
2004504000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス放電システムのための電源システムであって、前記電源システムが：
主電源への入力接続部と；
前記パルス放電システムに伝達されるエネルギーを蓄積するためのコンデンサへの出力接続部と；
前記入力接続部と前記出力接続部との間に結合されたスイッチング機構であって、前記出力接続部を前記主電源に結合させるための第１の構成と、前記出力接続部を前記主電源から切断するための第２の構成と、を有するスイッチング機構と；
前記コンデンサ中の電圧を表す特性を監視するためのセンサと；
前記コンデンサ中の前記電圧に応えて、前記スイッチング機構による前記第１の構成と前記第２の構成との間の切り換えを制御するためのコントローラと；
前記コンデンサ中の前記電圧と前記コントローラとに応えて前記コンデンサにエネルギーを伝達することによって、前記電圧を所定のレベルに維持する、維持電源と；
を備えた、電源システム。
【請求項２】
前記スイッチング機構が前記第１の構成である時にはエネルギーを蓄積し、前記スイッチング機構が前記第２の構成である時には前記コンデンサにエネルギーを伝達すべく設けられたインダクタが前記スイッチング機構に含まれる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記インダクタと前記コンデンサとが、前記パルス放電システムのパルス繰返し率未満の時定数を規定すべく選択される、請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記維持電源が：
前記コンデンサ中の前記電圧の測定値を受信する入力モジュールと；
前記パルス放電駆動型システムが要求する駆動電圧を記憶するメモリと；
前記コンデンサ中の前記電圧を前記駆動電圧と比較するコンパレータと；
前記コンデンサが放電した時に前記コンデンサ中の電荷を補充する充電モジュールと；
を備えた、請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
前記センサが、前記コンデンサに並列に接続された分圧器を備えた、請求項１に記載の電源システム。
【請求項６】
前記パルス放電駆動型システムにレーザが含まれる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項７】
前記パルス放電駆動型システムにドップラー・レーダが含まれる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項８】
前記スイッチング機構に：
前記主電源とインダクタとの間に直列に接続された第１のスイッチと；
前記インダクタと前記コンデンサとの間に直列に接続された第２のスイッチと；
前記第１のスイッチと前記インダクタとの直列の組合せに並列に接続された第３のスイッチと；
が含まれる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項９】
充電コンデンサを介してパルス放電駆動型システムに電力を供給するための方法であって：
前記コンデンサを充電する電圧を表す駆動電圧を測定することと；
主電源と、インダクタと、前記コンデンサと、を有する回路であって、前記主電源が前記インダクタと前記コンデンサとに直列に接続され、前記インダクタが前記主電源と前記コンデンサとの間に配置された回路を設けることと；
前記主電源を起動させることと；
前記コンデンサ電圧が前記駆動電圧未満である間に前記主電源を取り除くことと；
前記コンデンサ電圧が前記駆動電圧と等しくなった時点で、前記インダクタを前記コンデンサから切断すると共に、維持電源を起動させることと；
前記コンデンサ電圧が所定のしきい値を下回るまで放電されたことに応えて、前記維持電源を用いて前記コンデンサ電圧を補充することと；
を含む、方法。
【請求項１０】
前記パルス放電駆動型システムのパルス繰返し率を測定することと；
前記コンデンサと協働して前記パルス繰返し率未満の時定数を規定するインダクタを選択することと；
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記主電源を取り除くことに、前記主電源と前記インダクタとの間に直列に接続されたスイッチを開くことが更に含まれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記主電源を取り除くことに、前記コンデンサ電圧が前記駆動電圧の９５％であることを測定することが更に含まれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記インダクタを前記コンデンサから切断することに、前記インダクタと前記コンデンサとの間に直列に接続された第２のスイッチを開くことが更に含まれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記インダクタを前記主電源に直接に直列接続する第３のスイッチを閉じることが更に含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記コンデンサ中の電圧を測定することが更に含まれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記電圧を測定することに：
分圧器を前記コンデンサと並列に配置することと；
前記分圧器中の一点における電圧を測定することと；
が更に含まれる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
パルス放電駆動型レーザと；
前記レーザにエネルギーを伝達するコンデンサと；
前記コンデンサ中の電荷を維持する維持電源と；
を備えた、レーザ・システム。
【請求項１８】
主電源に接続した入力接続部と；
前記コンデンサに接続した出力接続部と；
前記入力接続部と前記出力接続部との間に結合したスイッチング機構であって、前記出力接続部を前記主電源に結合させるための第１の構成と、前記出力接続部を前記主電源から切断するための第２の構成と、を有する、スイッチング機構と；
前記コンデンサ中の電圧を表す特性を監視するためのセンサと；
前記コンデンサ中の前記電圧に応えて、前記スイッチング機構による前記第１の構成と前記第２の構成との間の切換えを制御するための、コントローラと；
を更に備えた、請求項１８に記載のレーザ・システム。
【請求項１９】
前記スイッチング機構が前記第１の構成である時にエネルギーを蓄積すべく、及び前記スイッチング機構が前記第２の構成である時に前記コンデンサにエネルギーを伝達すべく設けられたインダクタが前記スイッチング機構に含まれる、請求項１８に記載のレーザ・システム。
【請求項２０】
前記スイッチング機構に：
前記主電源とインダクタとの間に直列に接続された第１のスイッチと；
前記インダクタと前記コンデンサとの間に直列に接続された第２のスイッチと；
前記第１のスイッチと前記インダクタとの直列の組合せに並列に接続された第３のスイッチと；
が更に含まれる、請求項１８に記載のレーザ・システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
（１）発明の分野
本発明は、概略的には電源システムに関し、より詳細には、繰返し率の高いパルス放電駆動型システム用の電源システムに関する。
【０００２】
（２）先行技術の記載
パルス放電駆動型システムで必要とされる高アンペアの電流パルスは、多くの場合、コンデンサが一定の電圧にまで充電された後に、特定の時点で放電されて、前記パルス放電駆動型システムが必要とするエネルギーを供給することで得られる。パルス放電駆動型システムの例には、ドップラー・レーダ及びレーザがある。これらのシステムでは、コンデンサからシステムへのエネルギー供給を高精度に行わなければならないが、この精度は、供給されるエネルギーのタイミングと量とに関連している。例えば、ドップラー・レーダ・システムでは、供給されるエネルギーが変動すると、送信されるパルスにばらつきが生じ、これが受信器に誤って認識されるおそれがあるので、各パルス繰返し間隔毎に同じエネルギーを供給して、受信信号が適切に処理されるようにする必要がある。同様に、レーザ・システムでは、供給されるエネルギーとレーザの性能とが非線形関係にあるので、レーザを適切に動作させるには、タイミングとエネルギーとに上記と同じ精度が必要とされる。
【０００３】
従来の電源システムは、ピーキング・コンデンサを磁気パルス圧縮回路中で用いて、ピーキング・コンデンサに高電圧、高エネルギーの充電を短時間に繰返し行う。そのようなシステムでは、通常、多段ＬＣネットワークが、比較的低電圧の長パルスを、所望の高電圧の短パルスへと変換する。その他の従来のシステムには、高電圧、短パルスのエキシマレーザを供給するパルス電源システムもある。しかし、従来のシステムの殆どは、１０００Ｈｚ前後の範囲で動作する。これよりも高い周波数で動作する従来の一システムは、電源システムの動作がパルス放電駆動型システムと正確に協調しているので、非同期的な動作が不可能である。この従来のシステムでは、パルス放電駆動型システムと充電コンデンサとが特定の電圧に達するタイミングが正確に同期しなければならないが、周知のように、コンデンサ中の電圧を特定の電圧に保つことは困難である。
【０００４】
電源システムがより高い繰返し周波数で動作可能であると共に前記パルス放電システムとの同期的協調を必要としない、パルス放電駆動型システム用の非同期電源システムは、現在のところ存在しない。
【０００５】
より高いパルス繰返し率で正確に動作すると共にパルス放電駆動型システムに対して非同期的に動作可能な、効率的な電源システムが求められている。
【０００６】
発明の概要
一実施態様においては、本発明は、パルス放電駆動型システムに電気パルスを供給する電源システムを提供する。本発明の一実施態様においては、前記電源システムに、充電インダクタと充電コンデンサとを有するパルス発生回路であって、前記充電コンデンサが前記パルス放電駆動型システムを駆動するパルス発生回路が含まれる。本発明の別の一実施態様においては、前記充電インダクタが、前記パルス放電駆動型システムのパルス繰返し率と協調した時定数を規定すべく選択される。
【０００７】
一実施例においては、前記パルス発生回路に、１つの高電圧「維持」電源と、３つの固体スイッチと、１つのダイオードと、が含まれる。前記コンデンサ中の電圧は、最初は主電源によって充電され、前記コンデンサへの充電時間は、部分的には、前記充電インダクタの値によって決定される。前記コンデンサ電圧は、監視され、前記パルス充電駆動型システムの要件を満たす「駆動」コンデンサ電圧よりも低い所定の「制御」電圧と比較される。前記コンデンサ電圧が前記制御電圧に達すると、制御モジュールが、固体スイッチの１つに、前記主電源を前記回路から切断するように命令し、この結果、前記コンデンサが前記インダクタの放電によってより安定した繰返し率での充電を継続することの可能な、無電源の（Ｒ）ＬＣ回路が構成される。前記コンデンサが駆動電圧にまで充電されると、前記制御モジュールが、２つの固体スイッチに、前記インダクタを前記コンデンサから切断すべく命令すると共に、前記維持電源に、前記コンデンサの電荷を監視及び維持すべく命令する。前記パルス放電システムが前記コンデンサの電荷を利用する前に前記コンデンサが放電した場合、前記維持電源は、前記コンデンサ電荷を前記駆動電圧にまで補充する。
【０００８】
本発明の別の一実施態様においては、前記コンデンサが前記パルス放電システムによって放電すると、前記制御モジュールが、固体スイッチを元の状態に戻して前記主電源と前記インダクタとを結合させることによって、前記パルス発生回路を元の状態に戻す。
【０００９】
本発明の別の一実施態様においては、電力を供給されるパルス放電駆動型システムが、レーザである。
【００１０】
本発明のその他の目的及び長所は、以下の明細書及び図面から明らかとなろう。
【００１１】
発明の詳細な説明
本発明の全体的な理解のために、幾つかの実施例を以下に記載するが、ここに記載するシステムを、これら以外の好適な用途のためのシステムに応用及び変更可能であり、また、本発明に、その精神から逸脱することなく追加及び変更を加えてもよいことは、当業者に理解されるであろう。
【００１２】
ここで図１を参照すると、本発明の原理を組み込んだ電源システム１０が図示されている。図１に示すように、前記電源システム１０は、スイッチ１４を介してパルス放電駆動型システム１６に結合されたコンデンサ１２を充電する。前記コンデンサ１２が単に例示的なものであり、蓄電性を有する他のいかなる周知の部品を代用してもよいことは当業者に認められるであろう。同様に、パルス放電駆動型システムの例には、レーザ及びドップラー・レーダがあるが、本発明は、特定のパルス放電駆動型システムに限定されるものではない。説明の目的で、パルス放電駆動型システム１６をレーザとして述べる。本願中でＳ４　１４、又はＳ４として表記されるスイッチは、前記レーザ１６にコンデンサ電圧を印加するいかなるスイッチング装置又は回路装置であってもよく、また、例えば固体スイッチを包含してもよい。図１の例では、Ｓ４制御システムがＳ４　１４を制御してもよいが、そのような制御システムは図１には図示されていない。前記Ｓ４制御システムが、レーザのパルス要求に応えてＳ４　１４を動作させてもよい。例えば、前記レーザが周波数２０００Ｈｚで動作する場合、前記Ｓ４制御システムは、Ｓ４　１４を、所定の時間間隔の間、５００マイクロセカンド毎に閉じる。
【００１３】
図示した電源システム１０は、コンデンサ電圧が、前記レーザ１６を駆動するのに要する、ここでは駆動電圧として言及される値となるように、前記コンデンサ１２を充電する。従って、前記コンデンサの値は、前記レーザ１６の仕様によって決定される。レーザなどのパルス駆動型システムは、動作上の特性が駆動電圧に対して非線形であるので、駆動電圧が正確に測定及び供給されることが不可欠である。図１に図示されるように、レーザ１６の駆動電圧はコンデンサ１２によって供給されるが、コンデンサ中の電荷を正確に一定に維持するのが困難であることは周知である。しかし、図１の電源システム１０は、コンデンサ１２中の駆動電圧を一定に維持するための共振回路が組み込まれたシステムを示している。
【００１４】
電源システム１０の様々な要素を図１に図示し、また図１を参照しながら簡単に説明したが、これらの要素のより詳細な動作及び相互の接続については、図２、３及び４に図示されており、またこれらの図面の説明から理解されよう。図１の実施例では、電源システム１０に、主電源１８が含まれている。一実施例においては、前記主電源１８は、２０ＫＷの位相シフトゼロ電圧スイッチパルス幅変調（ＰＷＭ）変換器であり、約４０ＫＨｚで動作して、三相電流を１２００Ｖの直流電流へと変換するが、このような電源仕様は単に一例を示したものであり、本発明は、いかなる特定の種類の主電源にも限定されるものではない。図示されたシステム１０には、Ｓ１　２０、Ｓ２　２２及びＳ３　２４として表される３つのスイッチも含まれ、これらは全て、いかなる種類のスイッチング装置であってもよいが、一実施例においては、これらのスイッチの全てが固体スイッチである。本発明では、これらのスイッチが互いに同一または同様の種類である必要はない。
【００１５】
図示された充電インダクタ２６は、コンデンサ充電時間が前記レーザ１６のパルス繰返し率を満足するような、即ち、前記レーザ１６のパルス繰返し数未満となるような時定数を規定すべく選択される。例えば、図示されたシステムでは、充電時間は、
2004504000.tif 000003
と概ね等しい。２つの抵抗器Ｒ１　２８とＲ２　３０とが、前記コンデンサ１２に並列に接続されて、周知の分圧器構成をなしている。維持電源３２もまた、前記コンデンサ１２に並列に接続されており、一実施例においては、前記維持電源３２は高電圧電源であるが、本発明は前記維持電源３２の仕様に限定されるものではなく、従って、いかなる種類の同様の機能を有する上述の要素でも、本発明から逸脱することなく代用することが可能である。電源システム１０には、Ｓ１　２０、Ｓ２　２２、Ｓ３　２４を動作させ、前記維持電源３２と前記主電源１８との動作を制御する制御モジュール３４が更に含まれる。図示された制御モジュール３４では、マイクロプロセッサが用いられていないが、前記制御プロセッサが、マイクロプロセッサを使用した、例えば、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）、ＳＵＮワークステーション、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）を含めたラップトップ型の又はハンドヘルド型のコンピュータなどの、ネットワークを介して接続されているか又は独立に機能し、本発明の範囲から逸脱することなくここに記載の機能を果たす装置であってもよいことは、当業者に理解されよう。図１に示すように、制御モジュール２４と維持電源３２とは、Ｒ１　２８中の電圧降下を測定する。電源システム１０の残りの要素は、ダイオード３６である。
【００１６】
ここで図２を参照すると、２つのスイッチＳ１　２０とＳ２　２２とが閉じており、スイッチＳ３　２４が開いている図１の電源システム１０を概略的に表した電源システム回路４０が図示されている。図１に関して前述したように、Ｓ１　２０、Ｓ２　２２及びＳ３　２４スイッチの動作は、制御モジュール３４によって制御される。図２は、最初の充電構成を表したものであり、ここではそのような構成を表すものとして言及される。
【００１７】
図２から、主電源１８がコンデンサ１２とインダクタ２６とを充電することが当業者に理解されよう。制御モジュール３４が、Ｒ１　２８中の電圧を即時的かつ継続的に監視して、充電中の前記コンデンサ１２中の電圧の測定を高精度に維持させる。コンデンサ１２が規定の駆動電圧の所定のパーセンテージにまで充電されたことを制御モジュール３４が測定すると、制御モジュール３４はＳ１　２０を開いて、主電源１８を電源システム１０の他の部分から切断する。前記所定のパーセンテージは、前記動作電圧、維持電源３２の特性及びレーザ（パルス放電駆動型システム）１６の特性の関数であってもよい。
【００１８】
ここで図３を参照すると、Ｓ１　２０が開いており、Ｓ２　２２が閉じており、Ｓ３が開いている図１の回路の概略図が示されている。一実施例においては、図３の回路として表されるこのスイッチ構成は、コンデンサ１２が駆動電圧の９５％にまで充電されたことを制御モジュール３４が測定すると、制御モジュール３４から命令を受けて構成される。図３に示すように、図１及び図２の主電源は、コンデンサ１２を含む回路電源システムのセグメントにはここでは接続していない。図３の無電源回路では、電流がダイオード３６中を流れ、インダクタ２６の放電が指数関数的に減衰し、コンデンサ１２の充電が、図２の主電源１８による充電の速度よりも低速で継続することは、当業者に理解されよう。制御モジュール３４は、Ｒ１　２８を介してコンデンサ１２の監視を継続し、コンデンサ１２が規定の駆動電圧の１００％にまで充電されたことを感知すると、Ｓ２　２２を開いて、Ｓ３　２４を閉じる。更に、制御モジュール３４は維持電源３２を起動させて、コンデンサ１２の電荷を監視及び維持する。
【００１９】
図４Ａ及び図４Ｂは、スイッチＳ１　２０が開いており、Ｓ２　２２が開いており、Ｓ３　２４が閉じている図１の回路の概略図である。図４Ａ及び図４Ｂに図示されるように、図１の電源システム１０は、前記のスイッチ構成では２つの独立した回路に簡略化される。図４Ａに図示される回路には、主電源１８と、インダクタ２６と、ダイオード３６とが含まれる。インダクタ２６中に残っているエネルギーは全て、主電源１８に伝送される。
【００２０】
一方、図４Ｂに図示された回路には、Ｒ１　２８とＲ２　３０との直列の組合せが、コンデンサ１２に並列に接続しており、また同様に、起動された維持電源３２にも並列に接続している。図４Ａ及び図４Ｂに表されるスイッチ構成が達成された直後に、コンデンサ１２が図１のレーザ１６によって放電されなかった場合は、図４Ｂのコンデンサ１２中の電圧がＲ１　２８及びＲ２　３０並びにその他のシステム損失によって指数関数的に減衰することが、当業者に理解されよう。従って、前記起動された維持電源３２は、Ｒ１　２８による損失を監視し、コンデンサ１２を再充電することで前記損失を補償する。一実施例においては、図示された維持電源３２は、前記コンデンサ放電損失が１ボルトを超えたことを前記維持電源３２が測定する度に起動する。維持電源３２は、コンデンサ１２の再充電を継続して、コンデンサ電圧を所望の駆動電圧に維持する。維持電源３２によって実行されるこの再充電サイクルが、無期限に継続してもよい。この構成においては、制御モジュール３４もまた、Ｒ１　２８中の電圧降下を測定することによって、コンデンサ１２中の電圧の監視を継続する。
【００２１】
維持電源３２の監視及び維持機能が、本発明の範囲内で様々な方法で実行されてもよいことは、当業者に理解されよう。例えば、維持電源３２が駆動電圧を受け取って蓄積し、前記測定された電圧を前記蓄積された駆動電圧と比較して、コンデンサ１２が再充電をいつ必要とするかを決定してもよい。維持電源３２が、Ｒ１　２８中の電圧を、周知のサンプルアンドホールド技術によって、デジタル又はアナログ回路装置を用いて測定してもよいが、本発明はそのような技術に限定されるわけではない。或いは、制御モジュール３４が、前記駆動電圧を維持電源３２に供給してもよいし、又は、維持電源駆動電圧の基準電圧を、制御モジュール３４による維持電源３２の起動後に維持電源３２が最初に測定した電圧として定めてもよい。
【００２２】
制御モジュール３４が、様々な周知の技術を用いて前記コンデンサ電圧を測定してもよいことは、当業者に理解されよう。そのような技術の幾つかについては、維持電源３２に関する本願説明中で、本発明の範囲から逸脱することなく言及されている。図示された制御モジュール３４がコンデンサ１２中の電圧を常に監視しているので、この例ではコンデンサ１２が図１に図示されたレーザ１６によって放電された時に起こる大幅なコンデンサ電圧降下を、制御モジュール３４が測定する。
【００２３】
図１に図示されたレーザ１６は、非常に小さなインピーダンスの出力負荷を有する。従って、スイッチＳ４　１４が閉じると、コンデンサ電圧がレーザ１６へと放電されるが、コンデンサ１２とレーザ１６との負荷の不一致によって、電流の逆流が起こり、この結果、コンデンサ１２における電圧の符号が反転する。ここで図５を参照すると、コンデンサ１２中の電圧が時間５０の関数として示されている。図５に示されるように、前記コンデンサ電圧は、Ｓ４が閉じた時点５４では駆動電圧５２であり、その後、例えば幾つかの実施例においてはおよそ５から１０マイクロセカンドの間にコンデンサ１２が放電すると、前記コンデンサ電圧は、駆動電圧５２から負の電圧５６まで降下する。この負の電圧が、Ｃがコンデンサ１２の値であり、Ｖが前記コンデンサ中の電圧である周知の式１／２ＣＶ２で表されてもよいことは、当業者に理解されよう。
【００２４】
制御モジュール３４は、Ｓ４　１４が閉じた時に生じる前記大幅なかつほぼ瞬間的なコンデンサ電圧降下を感知すると、電源システム１０を、図２に示す、Ｓ１　２０が閉じており、Ｓ２　２２が閉じており、Ｓ３　２４が開いている最初の充電構成に戻す。更に、制御モジュール３４は、維持電源３２を停止させる。こうして、電源システム１０は、図２の最初の充電構成に戻る。しかし、この構成においては、一方の端ではインダクタ２６が主電源１８に接続し、他方の端ではコンデンサ１２が負の電圧と接続している。この電圧差が、インダクタ２６からの電流の流出を妨げるダイオード３６と協働して、前記インダクタを通過する大きな電流サージを生じさせ、この結果、コンデンサ１２中のエネルギーがインダクタ２６へと伝達され、レーザ１６の要件を満たすより応答性の高い充電を前記インダクタと前記コンデンサとに対して行うことが容易となる。このように、コンデンサ電圧の反転によってコンデンサ１２のエネルギーが回復する特性を有することにより、電源システム１０は、より高い繰返し率のレーザに対応可能である。
【００２５】
別の複数の実施例においては、制御モジュール３４が、例えばパルス放電駆動型システム１６から信号を受信することによって、前記パルス放電駆動型システム１６による放電を感知してもよい。別のコンデンサ放電感知方法を、本発明から逸脱することなく用いてもよいことは、当業者に理解されるであろう。
【００２６】
別の一実施例においては、システム故障の場合に、制御モジュール３４が主電源１８を停止させてもよい。
【００２７】
この例では、図２に示す配列でコンデンサ１２を駆動電圧の９５％まで充電した後に、図３に示すように主電源１８を取り除いて、インダクタ２６に、コンデンサ１２を駆動電圧の１００％まで充電させ、図４Ｂに示すように維持電源３２を起動させてコンデンサの電荷を維持させ、このコンデンサ電圧サイクルを、パルス放電駆動型システム１６が規定する必要な周波数及びパルス幅で、図５に示すように連続的に反復する。図５に示すように、図示した電源システム１０の構成要素は、レーザ１６のパルス間隔５８を満足するように選択されるが、電源システム１０が前記レーザのパルス間隔５８と正確に同期している必要はない。例えば、駆動コンデンサ１２中の電荷を無期限に維持することの不可能な従来の電源システムを、各パルス間隔５８の端と正確に協調させて、コンデンサの完全な充電状態が前記レーザの放電と同時に起こるようにしてもよい。
【００２８】
従来の技術と比較した本発明の利点の一つは、電源システム１０が、パルス放電駆動型システム１６を駆動させるためにコンデンサ１２を充電して、その後その電荷を維持するに当たり、前記コンデンサの充電と電荷の維持とを、パルス放電駆動型システム１６による放電と同期させる必要がないという点である。
【００２９】
コンデンサを充電する電源システムであって、前記コンデンサの電荷によってパルス放電駆動型システムを駆動するシステム及びその方法について、上記に説明してきた。前記電源システムは、主電源と共振インダクタとコンデンサとが含まれる構成を利用して、前記コンデンサを、前記パルス・システムが必要とする駆動電圧の特定の高いパーセンテージにまで充電する。制御モジュールが、前記コンデンサの電荷を監視し、前記コンデンサの電荷が前記特定のパーセンテージを超過する前に、前記主電源を切断する。前記主電源の切断によって、前記インダクタが放電し、同時に前記コンデンサの充電がより確実に制御されるようになる。前記コンデンサの電圧が駆動電圧に完全に達したことを前記制御モジュールが測定すると、前記制御モジュールは、前記インダクタを前記コンデンサから分離するようにスイッチに命令する。また同時に、前記制御モジュールは、前記コンデンサを監視する小さな高電圧電源を起動させて、前記コンデンサの完全な充電から前記パルス放電駆動型システムによる前記コンデンサの放電までの間に起こりうる前記コンデンサの自然放電分を補充する。前記パルス放電駆動型システムが前記コンデンサを放電させると、前記制御モジュールが前記電源システムを元の状態に戻すが、この時、前記主電源と、前記コンデンサ中の残留エネルギーとが協働して、前記インダクタと前記コンデンサとを効率的に充電する。前記充電サイクルは、前記パルス放電駆動型システムの要件の一関数として、連続的に反復される。
【００３０】
本発明をその特定の実施例と関連させながら説明してきたが、本発明はこれらの実施例に制約されるものではない。本発明の多くの修正及び変更が上述の教示に照らして可能となるであろうことは明らかである。例えば、ここに記載したシステムではレーザを使用するが、これ以外のパルス放電駆動型システムを使用してもよい。上記の例では、前記コンデンサを駆動電圧の９５％まで充電した後に前記主電源を分離及び停止させるが、そのような値は単に例示的な目的で挙げられたものであり、これ以外の値を選択してもよい。一実施例においては、前記複数のスイッチが固体スイッチであるが、これ以外のスイッチング機構を用いてもよい。また、全てのスイッチに同じ機構を用いる必要もない。例示した主電源は、前記インダクタと前記コンデンサとを所望の値にまで充電するのに十分な波形又は信号を供給するものであれば、いかなる電源であってもよい。また、前記維持電源を、ここに記載した各機能を実行可能であり、前記コンデンサ電圧を測定及び維持する前記維持電源の特徴を有するいかなる装置又は機構と置き換えてもよい。前記制御モジュールに、ここに記載したスイッチ及び電源を監視及び制御することの可能ないかなる装置が含まれてもよい。また、例えば前記維持電源及び制御モジュールの機能として記載した各機能を、本発明の範囲から逸脱することなく単一の装置に組み込むことも可能である。前記制御モジュールが、前記パルス放電駆動型システムによる前記コンデンサの放電を、前記電圧の測定によって感知してもよいが、代わりに、前記パルス放電駆動型システムへのスイッチを監視することで感知してもよいし、又は、前記コンデンサが放電されたことを示す信号をパルス放電駆動型システム制御モジュールから受信することで感知してもよい。前記分圧器構成の代わりに、別の構成を使用してもよい。
【００３１】
本発明の特徴を説明するためにここに記載及び図示した詳細、材料、方法及び要素構成に、本発明の原理と範囲とからそれることなく当業者が多くの変更を加えることが可能である。従って、本発明がここに記載した実施例に制約されるものではなく、具体的に挙げた以外の方法でも実施可能であることが理解されるであろうし、また、法の下に可能な限り広範に解釈されるべきことが、添付の請求項から理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
本発明とその数多くの利点とは、以下の詳細な説明を添付の図面と関連させながら参照することで、より十二分に理解されるであろう。図面において、同様の参照記号は同様な要素を言及するものである。
【図１】図１は、本発明の原理を組み込んだ電源システムを図示したものである。
【図２】図２は、図１の電源システムにおいて、主電源からコンデンサへと充電している状態を図示したものである。
【図３】図３は、図１の電源システムにおいて、前記コンデンサがインダクタから充電されている状態を図示したものである。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、図１の電源システムに由来する電源システム回路であって、維持電源が前記コンデンサの電荷を維持していることを特徴とする電源システム回路を図示したものである。
【図５】図５は、図２−図４Ｂの電源システム回路を通じた前記コンデンサの充電サイクルを図示したものである。
【図１】
2004504000.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004504000.tif 000030
2004504000.tif 000031
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004504000.tif 000032
2004504000.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月29日(2002.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス放電システムのための電源システムであって、前記電源システムが：
主電源への入力接続部と；
前記パルス放電システムに伝達されるエネルギーを蓄積するためのコンデンサへの出力接続部と；
前記入力接続部と前記出力接続部との間に結合されたスイッチング機構であって、前記出力接続部を前記主電源に結合させるための第１の構成と、前記出力接続部を前記主電源から切断するための第２の構成と、を有するスイッチング機構と；
前記コンデンサ中の電圧を表す特性を監視するためのセンサと；
前記コンデンサ中の前記電圧に応えて、前記スイッチング機構による前記第１の構成と前記第２の構成との間の切り換えを制御するためのコントローラと；
前記コンデンサ中の前記電圧と前記コントローラとに応えて前記コンデンサにエネルギーを伝達することによって、前記電圧を所定のレベルに維持する、維持電源と；
を備えた、電源システム。
【請求項２】
前記スイッチング機構が前記第１の構成である時にはエネルギーを蓄積し、前記スイッチング機構が前記第２の構成である時には前記コンデンサにエネルギーを伝達すべく設けられたインダクタが前記スイッチング機構に含まれる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記インダクタと前記コンデンサとが、前記パルス放電システムのパルス繰返し率未満の時定数を規定すべく選択される、請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記維持電源が：
前記コンデンサ中の前記電圧の測定値を受信する入力モジュールと；
前記パルス放電駆動型システムが要求する駆動電圧を記憶するメモリと；
前記コンデンサ中の前記電圧を前記駆動電圧と比較するコンパレータと；
前記コンデンサが放電した時に前記コンデンサ中の電荷を補充する充電モジュールと；
を備えた、請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
前記センサが、前記コンデンサに並列に接続された分圧器を備えた、請求項１に記載の電源システム。
【請求項６】
前記パルス放電駆動型システムにレーザが含まれる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項７】
前記パルス放電駆動型システムにドップラー・レーダが含まれる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項８】
前記スイッチング機構に：
前記主電源とインダクタとの間に直列に接続された第１のスイッチと；
前記インダクタと前記コンデンサとの間に直列に接続された第２のスイッチと；
前記第１のスイッチと前記インダクタとの直列の組合せに並列に接続された第３のスイッチと；
が含まれる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項９】
充電コンデンサを介してパルス放電駆動型システムに電力を供給するための方法であって：
前記コンデンサを充電する電圧を表す駆動電圧を測定することと；
主電源と、インダクタと、前記コンデンサと、を有する回路であって、前記主電源が前記インダクタと前記コンデンサとに直列に接続され、前記インダクタが前記主電源と前記コンデンサとの間に配置された回路を設けることと；
前記主電源を起動させることと；
前記コンデンサ電圧が前記駆動電圧未満である間に前記主電源を取り除くことと；
前記コンデンサ電圧が前記駆動電圧と等しくなった時点で、前記インダクタを前記コンデンサから切断すると共に、維持電源を起動させることと；
前記コンデンサ電圧が所定のしきい値を下回るまで放電されたことに応えて、前記維持電源を用いて前記コンデンサ電圧を補充することと；
を含む、方法。
【請求項１０】
前記パルス放電駆動型システムのパルス繰返し率を測定することと；
前記コンデンサと協働して前記パルス繰返し率未満の時定数を規定するインダクタを選択することと；
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記主電源を取り除くことに、前記主電源と前記インダクタとの間に直列に接続されたスイッチを開くことが更に含まれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記主電源を取り除くことに、前記コンデンサ電圧が前記駆動電圧の９５％であることを測定することが更に含まれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記インダクタを前記コンデンサから切断することに、前記インダクタと前記コンデンサとの間に直列に接続された第２のスイッチを開くことが更に含まれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記インダクタを前記主電源に直接に直列接続する第３のスイッチを閉じることが更に含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記コンデンサ中の電圧を測定することが更に含まれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記電圧を測定することに：
分圧器を前記コンデンサと並列に配置することと；
前記分圧器中の一点における電圧を測定することと；
が更に含まれる、請求項１５に記載の方法。
【国際調査報告】
2004504000.tif 000034
2004504000.tif 000035
2004504000.tif 000036