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新聞資訊

脈沖激光電源的設計與研制

來源:未知 瀏覽次數: 日期:2019-07-09 13:35

1  引言

    傳統的脈沖激光電源雖然實現了非線性化,取代了老式的線性倍壓整流技術,使得整體的轉換效率、體積、重量及充放電時間等重要參數均有了較大的改善。另外,非線性激光電源可靠性的不斷提高和產品化,使得激光技術的應用又上了一個新的臺階。但是這種非線性激光電源仍然存在著工作頻率一直是在20kHz以下,不能進一步提高的缺點,這樣,就導致了傳統的非線性激光電源的轉換效率、體積、重量以及充放電時間等不能改善到理想的狀況。同時存在著令人十分煩噪的聲頻噪聲。為了解決這些問題,我們設計和研制成功了一種工作頻率在100kHz的非線性脈沖激光電源。

2  電路的組成

    脈沖激光電源的原理方框圖如圖1所示。它由觸發電路、主變換器電路和高壓充放電電路等三大部分組成。其電路原理圖如圖2所示。

圖1  脈 沖 激 光 電 源 的 原 理 方 框 圖

圖2  脈 沖 激 光 電 源 電 路 原 理 圖

3  電路的工作原理

3.1  觸發電路的工作原理

    從圖2可以看出,觸發電路部分主要是由觸發指示電路和觸發電路組成,具體由IC1的LBI和LBO端,V1、LED、VD1以及K1和K2來完成,當變換器通過變壓器T1、二極管VD2和VD3向電容器充電時,取樣電路(由R10、R9、W1、W2、W3、R1組成)將其充電電壓值反饋給IC1的LBI與VFB端,一旦電壓充到所需的電壓值時(大約為1kV左右),這時LBI端的電壓值將大于1.3V,LBO端就會變為高電平,V1導通,LED變亮,指示出電壓已充到可以觸發的狀態。另外取樣電路將反饋信號還送入IC1的VFB端,若反饋信號的電壓值≥1.3V時,即刻關斷變換器,使高壓維持到所需的值上,觸發器件由高耐壓、大電流的汽車級的晶閘管BT151/800R來擔任。

3.2  主變換器的工作原理

    主變換器電路主要是由IC1(MAX641/642/643)、變壓器T1以及V2等元器件組成的單端反激式升壓電路。其電路的核心部分為MAX641/642/643,所以這部分電路的工作原理分析以及MAX641/642/643的技術參數及其應用請查閱文獻[1]。這里只給出高頻自耦升壓變壓器的技術資料,以供同行們在制作時參考。鐵芯選用4kBEE型鐵氧體,骨架選用與鐵芯對應配套的EE19型立式骨架,其技術參數如圖3所示。

圖3  T1變 壓 器 的 技 術 參 數

3.3  充放電電路的工作原理

    充放電電路主要是由電容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12、C13、R14、升壓變壓器T2等組成。當電容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12被充到所設定的高壓值時,電容C13中的電壓也同時被充到所要求的電壓值(300V左右),這時閉合K1或K2,晶閘管V3被觸發導通,電容C13中所儲存的能量通過變壓器T2的初級繞組放電,使次級繞組感應出約10kV左右的高壓,將激光器中的氣體電離。在電離的同時,電容器C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12中所儲存的能量將這個電離的過程維持到一定的時間,從而就得了所需的激光脈沖。

4  重要元器件的選擇及技術要求

    1)儲能電容由于儲能電容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12要在很短的時間內為激光器提供足夠大的能量,所以在選擇該電容時,除了要求其具有足夠高的耐壓值(≥350V)以外,還必須要求其具有快速充電和放電的特性,即應選擇印有“PHOTOFLASH”的光閃電容。

    2)升壓變壓器升壓變壓器除了其初級繞組供電容C13放電,以使次級電壓升高到10kV以上外,還要滿足當氣體被電離以后,通過次級繞組將電容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12中的能量全部釋放給激光器,以便能夠激發出很強的激光束來。所以次級繞組既要匝數多,又要電阻很小,同時還要滿足耐高壓的要求。變壓器磁芯選擇環形3kB的鐵氧體材料,初級繞組選用?1.0的聚四氟乙烯鍍銀高壓線繞制,次級繞組選用?0.32的聚四氟乙烯鍍銀高壓線繞制,鐵芯磁環選用外徑35,內徑12,厚度10的軟磁鐵氧體。其技術參數如圖4所示。

圖4  T2升 壓 變 壓 器 的 技 術 參 數

    3)MAX641/642/643選擇時幾點說明

    (1)MAX641輸出的PWM信號驅動V2所輸出的方波幅度為5V;

    (2)MAX642輸出的PWM信號驅動V2所輸出的方波幅度為12V;

    (3)MAX643輸出的PWM信號驅動V2所輸出的方波幅度為15V。



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