脉冲激光电源的设计与研制.pdfVIP

脉冲激光电源的设计与研制 1 引言 传统的脉冲激光电源虽然实现了非线性化，取代了老式的线性倍压整流技 术，使得整体的转换效率、体积、重量及充放电时间等重要参数均有了较大的改 善。另外，非线性激光电源可靠性的不断提高和产品化，使得激光技术的应用又 上了一个新的台阶。但是这种非线性激光电源仍然存在着工作频率一直是在 20kHz 以下，不能进一步提高的缺点，这样，就导致了传统的非线性激光电源的 转换效率、体积、重量以及充放电时间等不能改善到理想的状况。同时存在着令 人十分烦噪的声频噪声。为了解决这些问题，我们设计和研制成功了一种工作频 率在100kHz 的非线性脉冲激光电源。 2 电路的组成 脉冲激光电源的原理方框图如图1 所示。它由触发电路、主变换器电路和高 压充放电电路等三大部分组成。其电路原理图如图2 所示。 图1 脉 冲 激 光 电 源 的 原 理 方 框 图 图2 脉 冲 激 光 电 源 电 路 原 理 图 3 电路的工作原理 3.1 触发电路的工作原理 从图2 可以看出，触发电路部分主要是由触发指示电路和触发电路组成，具 体由IC1 的LBI 和LBO 端，V1、LED、VD1 以及K1 和K2 来完成，当变换器通过 变压器T1、二极管VD2 和VD3 向电容器充电时，取样电路（由R10、R9、W1、W2、 W3、R1 组成）将其充电电压值反馈给IC1 的LBI 与VFB 端，一旦电压充到所需 的电压值时（大约为1kV 左右），这时LBI 端的电压值将大于1.3V，LBO 端就会 变为高电平，V1 导通，LED 变亮，指示出电压已充到可以触发的状态。另外取样 电路将反馈信号还送入IC1 的VFB 端，若反馈信号的电压值≥1.3V 时，即刻关 断变换器，使高压维持到所需的值上，触发器件由高耐压、大电流的汽车级的晶 闸管BT151/800R 来担任。 3.2 主变换器的工作原理 主变换器电路主要是由IC1 （MAX641/642/643）、变压器T1 以及V2 等元器 件组成的单端反激式升压电路。其电路的核心部分为MAX641/642/643，所以这 部分电路的工作原理分析以及MAX641/642/643 的技术参数及其应用请查阅文献 [1]。这里只给出高频自耦升压变压器的技术资料，以供同行们在制作时参考。 铁芯选用4kBEE 型铁氧体，骨架选用与铁芯对应配套的EE19 型立式骨架，其技 术参数如图3 所示。 图3 T1 变 压 器 的 技 术 参 数 3.3 充放电电路的工作原理 充放电电路主要是由电容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12、C13、R14、升压变 压器T2 等组成。当电容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12被充到所设定的高压值时， 电容C13 中的电压也同时被充到所要求的电压值（300V 左右），这时闭合K1 或 K2，晶闸管V3 被触发导通，电容C13 中所储存的能量通过变压器T2 的初级绕组 放电，使次级绕组感应出约10kV 左右的高压，将激光器中的气体电离。在电离 的同时，电容器C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12 中所储存的能量将这个电离的过程 维持到一定的时间，从而就得了所需的激光脉冲。 4 重要元器件的选择及技术要求 1）储能电容由于储能电容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12要在很短的时间内 为激光器提供足够大的能量，所以在选择该电容时，除了要求其具有足够高的耐 压值（≥350V）以外，还必须要求其具有快速充电和放电的特性，即应选择印有 “PHOTOFLASH”的光闪电容。 2）升压变压器升压变压器除了其初级绕组供电容C13 放电，以使次级电压 升高到10kV 以上外，还要满足当气体被电离以后，通过次级绕组将电容C7∥C10、 C8∥C11、C9∥C12 中的能量全部释放给激光器，以便能够激发出很强的激光束 来。所以次级绕组既要匝数多，又要电阻很小，同时还要满足耐高压的要求。变 压器磁芯选择环形3kB 的铁氧体材料，初级绕组选用 1.0 的聚四氟乙烯镀银高 压线绕制，次级绕组选用0.32 的聚四氟乙烯镀银高压线绕制，铁芯磁环选用 外径35，内径12，厚度10 的软磁铁氧体。其技术参数如图4 所示。 图4 T2 升 压 变 压 器