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脈沖激光電源的設(shè)計(jì)與研制

激光制造網(wǎng)通訊員 來(lái)源:未知2011-03-10 我要評(píng)論(0 )   

介紹了一種新型脈沖激光電源的設(shè)計(jì)與研制,給出了這種電源的電路原理圖和調(diào)試過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題及一些重要元器件的選擇和加工方法。

1  引言

    傳統(tǒng)的脈沖激光電源雖然實(shí)現(xiàn)了非線性化,取代了老式的線性倍壓整流技術(shù),使得整體的轉(zhuǎn)換效率、體積、重量及充放電時(shí)間等重要參數(shù)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(chǎn)品化,使得激光技術(shù)的應(yīng)用又上了一個(gè)新的臺(tái)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(jìn)一步提高的缺點(diǎn),這樣,就導(dǎo)致了傳統(tǒng)的非線性激光電源的轉(zhuǎn)換效率、體積、重量以及充放電時(shí)間等不能改善到理想的狀況。同時(shí)存在著令人十分煩噪的聲頻噪 聲。為了解決這些問(wèn)題,我們?cè)O(shè)計(jì)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(fā)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(fā)電路的工作原理

    從圖2可以看出,觸發(fā)電路部分主要是由觸發(fā)指示電路和觸發(fā)電路組成,具體由IC1的LBI和LBO端,V1、LED、VD1以及K1和K2來(lái)完成,當(dāng)變換 器通過(guò)變壓器T1、二極管VD2和VD3向電容器充電時(shí),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(shí)(大約為1kV左右),這時(shí)LBI端的電壓值將大于1.3V,LBO端就會(huì)變?yōu)楦唠娖?,V1導(dǎo)通,LED變亮,指示 出電壓已充到可以觸發(fā)的狀態(tài)。另外取樣電路將反饋信號(hào)還送入IC1的VFB端,若反饋信號(hào)的電壓值≥1.3V時(shí),即刻關(guān)斷變換器,使高壓維持到所需的值 上,觸發(fā)器件由高耐壓、大電流的汽車級(jí)的晶閘管BT151/800R來(lái)?yè)?dān)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(shù)參數(shù)及其應(yīng)用請(qǐng)查閱文獻(xiàn)[1]。這里只給出高頻自耦升壓變壓器的 技術(shù)資料,以供同行們?cè)谥谱鲿r(shí)參考。鐵芯選用4kBEE型鐵氧體,骨架選用與鐵芯對(duì)應(yīng)配套的EE19型立式骨架,其技術(shù)參數(shù)如圖3所示。

圖3  T1變 壓 器 的 技 術(shù) 參 數(shù) 

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(dāng)電容C7∥C10、C8∥C11、 C9∥C12被充到所設(shè)定的高壓值時(shí),電容C13中的電壓也同時(shí)被充到所要求的電壓值(300V左右),這時(shí)閉合K1或K2,晶閘管V3被觸發(fā)導(dǎo)通,電容 C13中所儲(chǔ)存的能量通過(guò)變壓器T2的初級(jí)繞組放電,使次級(jí)繞組感應(yīng)出約10kV左右的高壓,將激光器中的氣體電離。在電離的同時(shí),電容器C7∥C10、 C8∥C11、C9∥C12中所儲(chǔ)存的能量將這個(gè)電離的過(guò)程維持到一定的時(shí)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(shù)要求

    1)儲(chǔ)能電容由于儲(chǔ)能電容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12要在很短的時(shí)間內(nèi)為激光器提供足夠大的能量,所以在選擇該電容時(shí),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(yīng)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(jí)繞組供電容C13放電,以使次級(jí)電壓升高到10kV以上外,還要滿足當(dāng)氣體被電離以后,通過(guò)次級(jí)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(fā)出很強(qiáng)的激光束來(lái)。所以次級(jí)繞組既要匝數(shù)多,又要電阻很小,同時(shí)還要滿 足耐高壓的要求。變壓器磁芯選擇環(huán)形3kB的鐵氧體材料,初級(jí)繞組選用1.0的聚四氟乙烯鍍銀高壓線繞制,次級(jí)繞組選用0.32的聚四氟乙烯鍍銀高壓 線繞制,鐵芯磁環(huán)選用外徑35,內(nèi)徑12,厚度10的軟磁鐵氧體。其技術(shù)參數(shù)如圖4所示。

圖4  T2升 壓 變 壓 器 的 技 術(shù) 參 數(shù)

    3)MAX641/642/643選擇時(shí)幾點(diǎn)說(shuō)明

    (1)MAX641輸出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)V2所輸出的方波幅度為5V;

    (2)MAX642輸出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)V2所輸出的方波幅度為12V;

    (3)MAX643輸出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)V2所輸出的方波幅度為15V。

 

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