大功率脉冲激光电源的研制
脉冲激光电源的设计与研制
脉冲激光电源的设计与研制摘要：介绍了一种新型脉冲激光电源的设计与研制，给出了这种电源的电路原理图和调试过程中应注意的问题及一些重要元器件的选择和加工方法。
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。
高性能大电流脉冲电源的设计与实现
高性能大电流脉冲电源的设计与实现曹海源胡婷婷韦尚方万强孙斌卢常勇（武汉军械士官学校光电技术研究所，湖北武汉 430075）摘要 本文针对高功率脉冲DPSSL对激光电源的要求，综合运用了ARM7单片机控制技术、串联VICOR模块可调稳压源、IGBT功率器件及各种保护电路，设计并实现了小型、高效的半导体泵浦激光器驱动电源，具有电压调节范围宽、峰值电流高、控制精度高、良好的稳定性和高低温环境适应性等特点。
测试表明：电源整机运行稳定可靠，达到了很高的技术指标要求，可广泛应用于军用激光测距、激光雷达、激光对抗等领域。
关键词 驱动电源；ARM7；电流脉冲；IGBT；VICOR模块中图分类号 TN248.4 文献标识码 BDesign and Realization of High Performance and Strong Current Pulse Power Supply Cao,Hai-yuan Hu,Ting-ting Wei,Shang-fang Wan,Qiang Sun,Bin Lu,Chang-yong(Opto-electronics Facility, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officers School,Wuhan, Hubei, 430075, P.R.China)Abstract: In this paper, according to the request of the high power pulse DPSSL, we design and implement a compact, high efficiency power supply for DPSSL, which combines the control technology of ARM7 MCU, tunable voltage stabilizer using VICOR modules in series structure, IGBT power components, closed loop adjusting circuit, and various protective measures. It is specified as wide tuning range of the voltage, high peak current, high control precision, high stability, high adaptability to the high-low temperature, and so on. Test and measurement results show that our power supply operates steadily and reliably, and well meets the request of the performance index in the project. It can be widely applied in military laser rangefinder, Lidar, laser counterwork, and so on.Keywords: power supply; ARM7; current pulse; IGBT;VICOR module1 引言DPSSL（Diode Pumped Solid-State Laser）出现于八十年代末，与传统的灯泵固体激光器相比，它具有效率高、寿命长、结构紧凑、稳定性高等特点，广泛应用于军事、航空航天等领域中。
大功率半导体激光器脉冲驱动电源研制
ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｉ ｇ ｇ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ａ ｋ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ ｉ ｓ ７ ５ Ｗ，
Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｃ Ｏｘ ｉ ｄ ｅ Ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ （ ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ ）ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｉ ｇ ｇ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ
ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ ， ｗ ｈ ｏ ｓ ｅ ｒ ｉ ｓ ｅ — ｔ ｉ ｍｅ ， Ｆ ｕ ｌ ｌ Ｗｉ ｄ ｔ ｈ Ｈａ ｌ ｆ Ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ（ Ｆ Ｗ ＨＭ） ａ ｎ ｄ ｐ ｅ ａ ｋ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ １ ． ２ ｎ ｓ ， １ ５ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ７ ２ Ａ，
Ｌａ ｓ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｒ ｉ ｇ ｇ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ
ＷＡ ＮＧ Ｗｅ ｉ ，ＸＩ Ａ Ｌ ｉ ａ ｎ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ，ＣＨＥ Ｎ Ｙｉ ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｙｉ ，Ｓ ＨＩ Ｊ ｉ ｎ － ｓ ｈ ｕ ｉ ，ＤＥＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｊ ｕ ｎ
第１ １ 卷 第１ 期
大功率激光器专用电源设计
大功率激光器专用电源设计大功率激光器专用电源设计激光技术在现代科学和工业领域发挥着至关重要的作用，而大功率激光器则是其中的重要组成部分。
为了保证大功率激光器的正常运行，一个可靠的专用电源设计是必不可少的。
首先，大功率激光器所需的电源必须具备高效的能量转换特性。
由于激光器工作过程中需要高能量的输入，电源的转换效率直接影响到激光器的输出效能和稳定性。
因此，在设计过程中，我们需要选择高效率的功率转换器，并且要进行合理的能量管理，以最大程度地减少能量损耗。
其次，大功率激光器的专用电源必须具备高精度的电压和电流控制能力。
激光器的工作过程中，需要精确控制输入电压和电流的大小，以确保激光输出的稳定性和一致性。
为此，我们需要在电源设计中加入合适的电压和电流反馈回路，以实现精确的控制和调节。
此外，大功率激光器专用电源还要考虑到系统的稳定性和可靠性。
激光器工作时对电源的要求比较苛刻，对电压和电流的波动都会直接影响到激光输出的稳定性和质量。
因此，在设计过程中，我们需要采取适当的稳压和滤波措施，以减小电源输出的波动。
最后，大功率激光器专用电源设计还需要考虑到电源的安全性和保护功能。
激光器的工作过程中，存在着一定的安全隐患，如过大的电流和短路等问题。
因此，我们需要在设计中加入相应的保护电路，以确保激光器的安全运行，并防止可能的损坏和事故发生。
综上所述，大功率激光器专用电源的设计不仅要考虑到能量转换的高效性，还要具备高精度的电压和电流控制能力，以及系统的稳定性、可靠性和安全性。
只有通过科学合理的设计，才能提供稳定可靠的电源供应，确保大功率激光器的正常运行，并发挥其在科学研究和工业应用中的重要作用。
可控大功率脉冲电源的研究与设计的开题报告
可控大功率脉冲电源的研究与设计的开题报告一、研究背景随着科技的不断发展，大功率电源在工业、通讯、医疗等领域中得到了广泛应用。
而在实际应用中，可控大功率脉冲电源的需求更加迫切。
可控大功率脉冲电源具有输出电压高、输出电流大、响应速度快等特点，可以满足一些特殊的工业应用需求，如电火花加工、电化学反应等。
因此，开发可控大功率脉冲电源具有重要的现实意义和应用价值。
二、研究目的本论文旨在研究和设计一种可控大功率脉冲电源，该电源具有以下特点：1. 可以输出高电压、大电流的脉冲信号；2. 信号的频率和宽度可调，实现信号的多种波形；3. 输出脉冲信号的稳定性高，具有保护电路，避免损坏负载；4. 采用数字控制，实现远程控制和数据采集。
三、研究内容本论文的主要研究内容包括：1. 可控大功率脉冲电源的工作原理和结构设计；2. 控制电路的设计，包括数字信号处理器（DSP）和模拟前端电路的设计；3. 输出部分的设计，包括功率放大器的设计、输出滤波网络等；4. 保护电路的设计，包括过流、过压、过热等保护电路的设计；5. 软件开发和测试，包括控制软件和数据采集软件等的开发和测试。
四、研究方法本文采用的研究方法主要包括文献调研、理论研究、软件仿真和实验验证。
在文献调研阶段，将搜集国内外相关文献，掌握可控大功率脉冲电源的基本情况和研究现状。
在理论研究阶段，将进行可控大功率脉冲电源的工作原理、控制电路的设计原理等方面的理论研究。
在软件仿真阶段，将采用MATLAB等软件进行系统的仿真，并对系统的性能进行评估。
在实验验证阶段，将设计和制作可控大功率脉冲电源样机，并对系统的性能和实用性进行实验验证和测试。
五、论文结构本论文拟按如下结构撰写：第一章：绪论介绍可控大功率脉冲电源的基本情况和研究背景、目的和意义。
同时，阐述了研究内容和研究方法。
第二章：可控大功率脉冲电源的工作原理和结构设计详细介绍了可控大功率脉冲电源的工作原理和系统结构设计，同时对信号发生器、功率放大器、输出滤波网络、保护电路等部分进行详细的设计。
高功率激光二极管脉冲电源
高功率激光二极管脉冲电源高功率激光二极管脉冲电源是现代激光技术中的一项重要组成部分，它可以为激光二极管提供高电压、大电流的脉冲电源。
在激光加工、激光切割、激光打标等领域中，高功率激光二极管脉冲电源的应用广泛，因此其性能指标也受到了广泛的关注。
高功率激光二极管脉冲电源的工作原理是将直流电源经过脉冲变换器转换成一定频率的脉冲电流，然后经过放大器放大到所需的电流及电压水平，最终供给激光二极管。
在工作过程中，脉冲电源需要具有高稳定性、高精度、高效率、低噪声等特点，以保证激光输出的稳定性和质量。
为了提高高功率激光二极管脉冲电源的性能，目前研究人员采用了多种技术手段。
首先是采用高频变换器技术，通过提高变换器的工作频率，可以减小变压器的体积和重量，从而提高电源的效率。
其次是采用数字控制技术，通过数字化控制电源的输出波形和工作参数，使电源的输出更加精确和稳定。
此外，还可以采用多电平变换技术，通过多电平输出来减小输出电容的体积和成本，提高电源的效率和稳定性。
对于高功率激光二极管脉冲电源的应用，除了在工业领域中的激光加工和激光材料加工等方面外，还有在医疗和科学研究领域中的应用。
例如，在医疗领域中，高功率激光二极管脉冲电源可以应用于激光手术等领域，为患者提供更加安全和精确的手术治疗。
在科学研究领域中，高功率激光二极管脉冲电源可以应用于光学实验室、光学测量等领域，为科学家提供更加精确和可靠的实验结果。
在高功率激光二极管脉冲电源的研发和应用中，还需要考虑到安全性、环保性等方面的问题。
为了保证电源的安全性，需要采取多重保护措施，如过载保护、过热保护等，以保证电源的安全运行。
同时，在电源设计和制造过程中，还需要考虑环保因素，如减少电源的能耗、降低废弃物的排放等，以减少对环境的影响。
高功率激光二极管脉冲电源是现代激光技术中的重要组成部分，其应用领域广泛，性能指标也受到了广泛的关注。
在未来的研发过程中，需要不断探索新的技术手段，提高电源的效率和稳定性，以满足市场和用户的需求。
脉冲式激光驱动电源研究报告与设计方案
脉冲式激光驱动电源的研究与设计1.1引言二十世纪后期到二十一世纪初，超短脉冲激光成为强有力的科学研究手段，使科研上升到一个新的层次。
一些国家和部门重点实验室的科研工程，有很大比例围绕着超短脉冲激光及其应用。
由于半导体激光器的增益带宽很宽适于产生超短脉冲激光，且体积小、能耗低、寿命长、价格低廉，操作控制简便，特别适用于军用、工业、交通、医学和科研应用[62] 。
因此，研究如何从LD获得超短脉冲激光就一直受到人们的高度重视，超短脉冲激光器以其自身的优点在激光领域里得到了广泛的应用。
大电流超短脉冲半导体激光器可以直接作为仪器使用，它更可以作为系统的一个关键部件、一个激光光源。
它将作为火花启动庞大的仪器装备制造业，因此研究如何从半导体激光器获得大电流超短脉冲激光备受重视，也是我国亟待解决的科技问题。
目前，美、德、日等国在脉冲驱动源的发展走在了前列，已经达到很高的水平，据文献报道[62,63]，他们目前已能获得电流达几十安培甚至上百安培，脉冲宽度达到纳秒，甚至皮秒级的半导体激光器驱动电源，但该电源还处于实验阶段，尚未商品化。
一些半导体器件公司研制的LD 驱动电源指标也已经很高，并且商品化。
如专门生产小型化高速脉冲源著称的AVTECH 公司生产的型号为AVOZ-A1A-B 、AV-1011- BDE驱动电源，其电流脉冲峰值可达2A，脉宽为100nS脉冲上升时间仅为10nS ，重复频率可达1MHz 。
并带有通用的接口总线，通用性强，可用于驱动多种类型的半导体激光器。
DEI公司的PCO- 7210驱动电源脉宽小于50nS，重复频率也达到1MHz ，峰值电流为十几安培，但这些产品价格昂贵，需要一到两万美金左右。
在国内，对于脉冲式驱动电源的开发，大多用于光纤通信，其对输出电流的要求很低，只有几十毫安即可。
由于半导体激光器的增益带宽很宽，适于产生超短脉冲激光，且体积小、能耗低、寿命长、价格低廉，操作控制简便，特别适用于军用、工业、交通、医学和科研应用。
大功率高能脉冲激光电源设计
大功率高能脉冲激光电源设计
李贺龙;徐健;杨之青;宋家豪;吴周宇;汤义辉;赵爽;丁立健
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2024(36)5
【摘要】根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求,设计了一种大功率脉冲激光电源,可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。
前级充电网络采用串联LC谐振变换器,后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。
最终,研制了1台7 kW实验样机,最大重复频率10 Hz,最高充电电压2.2 kV,可实现单脉冲最高700 J电能输出,满足大功率高能脉冲输出的应用需求,实验测试结果验证了设计的可行性。
【总页数】6页(P56-61)
【作者】李贺龙;徐健;杨之青;宋家豪;吴周宇;汤义辉;赵爽;丁立健
【作者单位】电能高效高质转化全国重点实验室(合肥工业大学);合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室)
【正文语种】中文
【中图分类】TM51
【相关文献】
1.大功率YAG脉冲激光电源系统的改进设计
2.10kJ高能脉冲激光器直驱式电源系统的分析和设计
3.大功率半导体激光泵浦固体激光器脉冲电源设计
4.一种高速大
功率半导体脉冲激光电源的设计与仿真5.大功率半导体激光器的高精度脉冲电源设计
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30kW大功率脉冲电源研制
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.14.06830kW大功率脉冲电源研制刘崇义 杨旭东 吕小刚(北京航天万源科技有限公司 北京 100176)摘 要：脉冲电源的应用领域很广，其主要应用领域：脉冲电镀、金属材料氧化、工业废气处理、污水处理、脉冲加热等。
应用领域不同，对脉冲电源的性能参数要求就不同，本文介绍的脉冲电源为低压大电流脉冲电源，主要用于脉冲电镀行业，脉冲电源优于传统的电镀电源，是电镀电源的发展方向。
本文主要讲述30kW大功率脉冲电源的功率元器件的选择及功率变压器的设计。
关键词：30kW大功率 脉冲电源 功率变压器中图分类号：V25 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)05(b)-0068-02我们研制的30kW大功率脉冲电源，具有输出电压0至15V连续可调，输出电流0至2000A连续可调，具有输入过欠压保护，短路保护、过热保护等功能，还可与PLC系统匹配等功能。
本文主要讲述功率元器件的选择及功率变压器的设计。
1 主电路框图主功率原理框图如图1所示。
如图1所示，三相交流电通过整流滤波变为高压直流电，再通过功率开关、功率变压器将高压直流电变为低压电方波，最后，由整流滤波回路将高频方波电压滤波成为需要的脉冲电压。
2 整流桥的选择2.1 整流桥的耐压工作频率为50Hz，输入三相交流电压380V，采用三相整流桥，整流后峰值电压为380×（1+0.2）×1.414=644V。
根据整流桥的实际电压等级，我们选择整流桥的耐压要高于1000V。
2.2 整流桥的额定电流取电源效率为80%，电源的输入功率为30000/0.8=37500W ，整流后电压下限为380×80%×1.414=430V ，则最大输入线电流为37500/430=87A。
所以我们选择常州瑞华的MDS200-14，耐压1400V ，电流200A。
3 功率开关管的选择目前主要用到两种功率开关管：功率MOSFET和绝缘栅极双极型晶体管IGBT，IGBT一般用在更大的工业应用领域，我们选用英飞凌IGBT，型号为FF200R12KS4，耐压1200V ，电流200A。
大功率半导体激光驱动电源的研制
大功率半导体激光驱动电源的研制肖慧荣,邹文栋,伏燕军,朱泉水(南昌航空工业学院测控系,江西南昌330034)提要:介绍了一种利用单片机控制的大功率半导体激光驱动电源。
系统采用恒流源、光功率反馈、继电保护、慢启动、慢关闭等软保护措施,实现对半导体激光器输出光功率的软调整及有效保护。
同时,采用半导体温度控制技术,对半导体激光器进行恒温控制,从而实现了半导体激光器光功率稳定、可靠、准确输出。
经实验证明,在0℃-40℃的环境温度下,该驱动电源可使激光器的光功率稳定度优于0.5%;温度控制精度优于±0.3℃。
关键词:半导体激光器;驱动电源;单片机控制中图分类号:TN 248.4 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2005)04-0038-02Design of high -pow er diode laser pow er supplyXIAO Hui -rong ,Z OU W en -dong ,FU Y an -jun ,ZHU Quan -shui(Dept.of M easuring &C ontrol Engineering ,Nanchang Institute of Aeronautical T echnology ,Nanchang ,Jiangxi 330034,China )Abstract :A high -power diode laser power supply controlled by m icroprocess or is presented.T o achieve the effective s oft protection ,s oft start -up ,s oft ad 2justment and s oft close of sem iconductor laser ,the protection of relay ,slow start -up ,slow close ,slow adjusting and the protection of over pressure and over cur 2rent etc.measure are adopted.In the same time ,to make diode laser w orking tem perature invariant ,the tem perature control technology of sem iconductor is ap 2plied.It is im plemented that exports of optics power and wavelength of sem iconductor laser are accurate ,steady and reliable ,and stronger ability in noise restraint are provided by controlling the tem perature and the w orking current of sem iconductor laser.Having been proved by the experiment ,under environment tem perature of 0℃-40℃,the diode laser power supply can make the stability of optics power export of sem iconductor laser better than 0.5%;T em perature control accuracy is better than +0.3℃.K ey w ords :diode laser ;power supply ;controlled by m icroprocess or收稿日期:2004-12-05基金项目:南昌航空工业学院测控工程研究中心开放基金资助(KG 200204004)2004年江西省工业攻关项目作者简介:肖慧荣(1963-),女,江西南昌人,学士学位,高级工程师,研究方向为传感器及仪器仪表。
适用于激光引信的脉冲半导体激光电源研制
设计与研发
２ 们 ４ 。 ３
适用于激光 引信的脉冲 半导体激光 电源研制
王 强， 李智
（ 四川大学 电子信息学院 ， 四川成都，６ １ ０ ０ ６ ４ ）
摘要 ： 研 制一种应 用于激 光引信的脉冲 半导体激光器驱动 电源 ， 其输 出的脉冲信号 具有体 积小 、 重 复率高、 上升 沿时间短 、 脉 宽窄、 功率大等优 点。 本电源选 用大功率 的高速 Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ管作为开关 ， 设计 出相应的高速开关控制 电路 ， 在常规 的 ２ ４ Ｖ 供 电时 ，
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏｄ ｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｐｏ ｗｅ ｒ ｉ ｎ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｆ ｕｚ ｅ
Ｗ ａ ｎ ｇ Ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ， Ｌ ｉ Ｚ ｈ ｉ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ，６ １ ０ ０ ６ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
０ 引言
激 光引信是 随着激光技术 的快速发展 而出现一种新 型近炸
上包括 驱动 电路 ， 开关 电路 和反馈 电路 。 其 中驱动 电路为后 级开 关 电路提供一个上升沿 陡峭 ， 脉宽窄 ， 峰值 电流大 的控制信 号。 开
引信 ， 由于激光引信具有引信脉冲窄、 定Ｈ ｚ ） ， ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｒ ｉ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｉ ｍ ｅ （ ３ ． ４ ｎ ｓ ） ， ｎ ａ ｒ ｒ ｏ ｗ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ （ ７ ． ２ ｎ ｓ ）ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ（ ３ ０ Ｗ ） ｗ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｓ ｔ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｏ ｆ
激光器高压脉冲触发电源的设计
激 光 器 在 军
针对以上问题，提出一种利用 IGBT 器件设计的高压脉
冲触发电源 [3]，并采用铝制散热片进行自然散热，大大降
事、金属加工等领域有着广泛的应用和优势。脉冲 CO2
低了电路的功耗、成本和电路的稳定性，有利于故障的
激光器是一种新型的气体激光器，作为主要部件之一的
文献标识码：A
Design of high⁃voltage pulse trigger power supply for laser
YAN Shisheng，ZHONG Chengyao，PENG Hongyan，ZHOU Ping，WU Wei
（School of Physics and Electrical Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）
single ⁃ phase 220 V alternating current. The electromagnetic anti ⁃ interference circuit is added to transform the heat dissipation
mode using high⁃voltage insulating oil to natural cooling mode. The output peak voltage of the trigger power supply is higher than
2018 年 12 月 15 日
第 41 卷第 24 期
18
DOI：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2018.24.005
Dec. 2018
Vol. 41 No. 24
大功率CO2激光器脉冲电源研究
提要： 本文 论述 了直 流 高压 与 高频 脉 冲电源 相叠 加 ， 构成 高频 、 高压 脉冲 电 源 ， 使 其 对 Ｏ 激光 器 进 行 放 电实 验 ， 究 了 不 并 研 同条件 下 的放 电参 数与 效率 。
关键 词 ： 高功率 一Ｏ 激 光器 ． 频高 压 脉 冲电源 高
的 研究 。
出 。用直 流高 压 来 达 到 工 作 点 ， 气 体 的 电 抗 特 性 基 使 本 稳 定 ， 样 加 入 高 频 脉 冲 电 源 后 就 不 会 出 现 因阻 抗 这 特 性突 然 变化 而对 逆 变 电 源 产 生 相 位 突 变 的 冲 击 直 流高 压 电 源起 到调 整 工作 点 的 作 用 。加 入高 频 脉 冲 电 源后 注 入功 率 增 加 。 随 着 注 入 功 率 的增 加 ， 光 功 率 激
１ ０ Ｈｚ连续 可 调 。调 制频 率 为 ０ ｋ 。 ０ｋ ～３ Ｈｚ １ ３ 电极 的构 成 ． 横流 电激 励 Ｏ９ 激 光 器就 其 放 电结 构 而 言一 般 分 ２
速 为 ４ ｍ，。 分别 对 ７ ５ Ｐ 、 ．ｋ ａ ９ ５ Ｐ ５ Ｉ ｓ ．ｋ ａ ８ ０ Ｐ 、 ．ｋ ａ的 不 同气
压进 行 了放 电实验 放 电 特 性 如 图 ４所 示 。从 图 中 可
以看 出气 压升 高 ， 电电压 亦 随 之 升 高 ， 相 同 电 流 的 放 在 情 况下 注入 功 率 增 加 ， 频 脉 冲 电 源 可 以 在 较 高 的 气 高 压 、 大 电流 下 获 得 稳 定 的 、 匀 的辉 光 放 电 ， 而 提 较 均 从 高 激光 器 的输 出功率 。
Ｓ ｕ ｙｏ ｕｓ ｏ ｅ ｆｈｇｌ ｏ ｒＯ３ ． ｔｄ ｎ ｉ ｌ ｐ ｗ ｒ０ ｉｔｐ ｗｅ ２ｌ￣ｒ ｍｐ ｅ ａ
(完整)高压大功率脉冲电源的设计
1．绪论1.1论文的研究背景电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。
现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。
在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。
显然，电源技术的发展将带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。
当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC／Dc开关电源、DC／DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆变电源、风光互补型电源等。
而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。
1.2脉冲电源的特点及发展动态脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波形为脉冲状。
按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。
按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1．1所示。
图1．1各种脉冲波形由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。
究其本质，脉冲电源实质上是一种通断的直流电源，它的基本工作原理是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量，然后向中间储能和脉冲成形系统放电(或流入能量)，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化等复杂过程之后，形成了脉冲电源。
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收稿日期 : 2003 - 05 - 10 基金项目 : 中恒健医疗投资有限公司项目 作者简介 : 姜晓华 , 女 (19 —) , 教授 , 主要从事激光电源的研究工作 。
第3期
姜晓华等 : 大功率脉冲激光电源的研制
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用 VMOS 器件工作频率可达 100 KHz , 根据电源指 标要求谐振频率应在 30 KHz 左右 , 故选用 I GB T 为开关元件组成串联谐振电路 。由于半桥电路对开 关元件的耐压要求降低 , 故采用半桥式串联谐振电 路为储能电容充电 , 如图 2 所示 :
600A 的三菱公司的 CM600 HA - 24 H 型 I GB T 。如 图 4 所示 :
图 2 半桥逆变式串联谐振充电电路
该电路工作过程中电流波形如图 3 :
图 4 脉冲氙灯电源放电电路
由于电容的充电电压高 , 放电时电流很大 , 且根据需要电容并不完全放电 , 故需采取一定的保 护措施 , 关机时必须将电容中的电能完全放掉 。
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长春理工大学学报
2003 年
图 5 实验过程中测得的波形
参 考 文 献
[ 1 ] 梁国忠 ,梁作亮编著. 激光电源电路. 兵器工业出版社
[ 2 ] 何希才编著. 新型开关电源设计与应用. 科学出版社
The Development of Pulsed Laser Power Supply
第 26 卷第 3 期 2003年9月
长春理工大学学报
Journal of Changchun University of Science and Technology
文章编号 : 1004 - 485X (2003) 03 - 0042 - 03
Vol126 No13 Sep . 2 0 0 3
大功率脉冲激光电源的研制
Abstract : A kind of f uzzy system for constant water pressure is int roduced in t his paper , which is realized by t he single2chip microcomputer and t he t ransducer , taking t he place of t he t raditional water supplying way of high cistern and of imposing t he pressure on t he pump directly. Moving on t he spot shows t hat it has high relia2 bility , stability , and t he distinctive effect of energy saving. Key words : Fuzzy cont rol ; Single2chip microcomputer ; Serial communication Variable velocity Variable f re2 quency
2. 2 放电电路的设计
在放电电路中 , 把存储在储能电容中的电能直 接转化成光能 , 因此放电电路决定了电源的效率 。 由于该电源设计要求输出能量很大且可调 , 故采用 单电容放电电路 。开关器件选用耐压 1200V , 电流
图 5 软件流程图
4 实验结果及结论
图 5 所示为实验波形 。实验条件为开关频率 f s = 14 KHz , 谐 振 频 率 f r = 28 Hz , 储 能 电 容 为 25000μF , 放电信号为连续 3 个脉冲。从图 5 (a) 为脉 冲逆变信号经 EXB841 驱动后的波形 , 图 5 (b) 为充电 过程中的谐振电流波形 , 已经非常接近正弦波。图 5 (c) 为脉冲氙灯发光时接收到的放电波形 , 可以看出电 容阶梯式的放电效果。电源在实际运行中稳定可靠 , 满 足了所提出的各项技术指标。
姜晓华 李延彬 刘广文
(长春理工大学 电子信息工程学院 , 长春 吉林 130022)
摘 要 : 根据氙灯特殊的电气特性 , 论证了脉冲激光电源主要环节的设计方案 , 并设计相应的硬 件电路和软件程序 , 达到技术指标 : 充电电压从 250V～700V 连续可调 , 输出能量连续可调 , 在 实际的运行过程中稳定可靠 。 关键词 : 脉冲氙灯 ; 半桥逆变 ; 串联谐振 ; I GB T 中图分类号 : TN 文献标识码 : A
J IA N G Xiaohua , L I yanbi n , L I U guangw en
( College of Elect ronics and Inf orm ation Engi neeri ng , Changchun U niversity of Science and Technology , Changchun , 130022 , Chi na)
为此 , 电源整体设计如图 1 所示 : 电源上电后 , 首先启动预燃电路 , 使氙灯预 燃 , 进入辉光放电状态 。氙灯预燃稳定后 , 自动给 控制电路上电 , 使整个电源系统工作 。电源的主电 路工作过程如下 : 首先由控制系统发出充电信号 , 启动逆变器向储能电容器充电 , 并实时监控电容器 上的电压 , 当电容器充电到预定值时系统便自动产
3 软件实现
由于电源需要控制放电脉冲信号 , 要求放电脉 冲个数可调 , 脉冲宽度可调 , 多个脉冲之间间隔可 调 , 来达到控制输出能量可调的目的 , 采用单片机 控制系统即可实现 。程序流图如下 :
图 3 逆变器电流波形
在 t0 时刻 , A 点接收到触发信号 , I GB T1 导通 , 电源通过 I GB T1 , 变压器初级 , L , C3 ,向 C2 充电 , 电流正向流动 , 其值由零逐渐增大 , I GB T1 属于 零电流导通 , L 与 C3 谐振 。在 t1 时刻 ,电流过零 ,电 容 C3 两端的电压达到最大值 ,电路转入二极管续流 状态 ,电流反相 ,电容 C3 两端的电压逐渐减小 , t1 到 t2 间时刻关断 I GB T1 。由于此时二极管 D1 导通 , I GB T1 属零电压关断 。在 t2 时刻 ,电流到零 , D1 自 然关断 。t3 时刻 , I GB T2 受触发导通 , 电路开始又 一谐振周期 , t4 时刻电流过零 , 二极管 D2 续流 , 在 t4 到 t5 时刻 , I GB T2 零电压关断 , t5 时刻 D2 自然 关断 , t6 时刻周期结束 。
2 硬件电路设计
1) 高压触发脉冲 , 大约为 2 万伏左右的高压 211 半桥逆变式串联谐振充电电路
电脉冲 。 2) 使氙灯预燃所需的预燃维持电流 , 一般在
80 - 200mA 。
由于该电源对能量的要求很高 , 故根据计算选 择 25000μF 的储能电容 , 同时对其充电电路的要 求也就更高 。
近年来由于新的电子元件 、新电磁材料 、新变 换技术 、新控制理论及新的软件的不断的出现并应 用到开关电源 , 使开关电源具有了频率高 、效率 高 、功率密度高 、可靠性高等优点并广泛应用于军 事 、工业 、医疗等各种领域 。
该脉冲激光电源与以往的激光电源有较大的不 同 : 要求 电 源 工 作 在 脉 冲 方 式 下 , 输 出 最 大 为 16250J 的能量 , 且放电时间 、放电次数及放电时 间间隔均可在一定范围内调节 , 从而实现氙灯输出 能量可调 。在实现脉冲氙灯电源的基本功能的基础 上 , 力求电源的体积小 , 重量轻 , 并且在操作方面 实现程控化 。
(上接第 54 页)
A Study of Fuzzy Variable Frequency Control System f or Constant Pressure
W A N G Cai xia
( College of Elect ronics and Inf orm ation Engi neeri ng , Changchun U niversity of Science and Technology , Changchun 130022 , Chi na)
Abstract : For t he especial elect rical characteristic of xenon lamp , t his t hesis demonst rate t he scheme of t he pulsed laser power supply and design t he hardware circuit and t he software program accordingly. Obtain t he technical target such as t he charging voltage can change continuously f rom 250V to 700V , and t he output energy can change continuously. The whole power supply works steadily and reliably. Key words : Pulsed xenon lamp ; Half - bridge convertor ; Tandem resonance ; I GB T ;
谐振充电提高了储能器的充电效率 , 只要参数 设计合理 , 逆变器输出波形接近正弦波 , 变换频率 较高 , 且具有恒流源性质 。由于采用晶闸管作为逆 变器中的开关元件的最高逆变频率不超过 20 KHz , 而选用 VMOS 或 I GB T 组成的充电电路 , 其逆变 频率比用晶闸管做开关元件要高 , 采用 I GB T 可达 到 30 KHz , 谐振式逆变器可达到 50 KHz 以上 , 采
1 脉冲激光电源的工作原理介绍
图 1 电源整体设计框图
生封锁信号关闭逆变器 , 此时电源处于稳压状态 , 即准备放电状态 。当控制系统产生放电信号时 , 触 发放电开关 , 储能电容器里的电荷向氙灯快速放 电 , 若放电能量到达一定值便可使氙灯发光 。