專利名稱：一種mos開關(guān)型固體激光泵浦燈預(yù)燃電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于固體激光電源技術(shù)領(lǐng)域。
固體激光泵浦燈預(yù)燃電源經(jīng)常用于連續(xù)輸出或重復(fù)率脈沖輸出的固體激光器中。預(yù)燃電源提供了維持泵浦燈輝光放電的小電流，是延長泵浦燈工作壽命的必要手段。


圖1是一種常用的預(yù)燃電源原理圖。
圖1中，(1)是預(yù)燃工頻升壓變壓器，(2)是整流橋，(3)是濾波電容，(4)是限流電阻，(5)是激光泵浦燈，(6)是觸發(fā)電路，(7)是觸發(fā)絲，C是輸出電壓的正端，D是輸出電壓的負(fù)端。
圖1中，從電網(wǎng)獲得的輸入電壓經(jīng)工頻變壓器(1)升壓，整流橋(2)整流，濾波電容(3)濾波，限流電阻(4)限流后，在C點(diǎn)和D點(diǎn)之間獲得預(yù)燃電壓輸出。激光泵浦燈(5)連接在C點(diǎn)和D點(diǎn)之間。觸發(fā)電路(6)產(chǎn)生的高壓觸發(fā)脈沖通過觸發(fā)絲(7)將泵浦燈觸發(fā)時，原先在C和D兩端開路狀態(tài)下所加的直流高壓經(jīng)燈內(nèi)部的電離氣體放電，迅速使燈進(jìn)入輝光放電狀態(tài)。由于限流電阻(4)的限流作用，在燈上可獲得穩(wěn)定的低電壓，小電流放電。
這種工作方式的電路主要有以下缺點(diǎn)1、由于升壓采用工頻變壓器，濾波電容在工頻情況下也須運(yùn)用大容量的高壓電容，勢必造成工頻變壓器和高壓濾波電容的體積增大。
2、由于采用限流電阻降壓方式，限流電阻(4)上勢必有較大的功率耗散。使得長時間工作發(fā)熱嚴(yán)重，加大了激光電源整機(jī)的散熱負(fù)荷。
3、由于變壓器(1)升壓后獲得的電壓不可調(diào)，對于不同形式的泵浦燈對電壓的要求，只能通過更換限流電阻(4)來實(shí)現(xiàn)。給使用帶來不便。
4、整個電源體積大、重量大、成本高。不利于激光電源整機(jī)的小型化設(shè)計(jì)。
本實(shí)用新型的目的是，針對常用預(yù)燃電路的上述缺點(diǎn)，采用一種電路，這種電路具有如下功能1、去掉體積龐大的工頻變壓器及降低高壓濾波電容的容量和體積。
2、大幅度降低限流電阻上消耗的功率，減少電路元件的發(fā)熱，以減少長時間工作時散熱的負(fù)荷。
3、自動提供負(fù)載開路狀態(tài)下的著火電壓Vc和預(yù)燃狀態(tài)下的維持電壓Vf，并可通過控制電路的調(diào)節(jié)方便的實(shí)現(xiàn)改變Vf，以適應(yīng)不同種類的泵浦燈對工作電壓的要求。
4、減少預(yù)燃電路的體積、重量、成本。以利于激光電源整機(jī)的小型化設(shè)計(jì)。
圖2是本實(shí)用新型的電原理圖。
圖2中，(8)是整流橋，(9)和(10)是濾波兼分壓電容，(11)是諧振電感，(12)是諧振電容，(13)是高頻升壓變壓器，(14)和(15)是VMOS高頻開關(guān)管，(16)是高頻整流橋，(17)是高頻濾波電容，(18)是限流電阻，(19)是脈寬調(diào)制控制芯片TL494，(20)是時間常數(shù)電容，(21)是時間常數(shù)電阻，(22)是脈寬調(diào)節(jié)電阻，(23)和(25)是柵極驅(qū)動脈沖變壓器，(24)和(26)是負(fù)壓吸收二極管，G1和G2分別是上下回路VMOS開關(guān)管(14)和(15)的兩個輸入端。
本實(shí)用新型由主回路和控制回路組成。
所說的主回路的元件和連接方式是，單相工頻輸入由整流橋(8)整流后，被濾波兼分壓電容(9)和(10)分壓成二等分直流電壓。主回路的上回路由分壓電容(9)，諧振電感(11)，諧振電容(12)，高頻變壓器(13)，高速開關(guān)管(14)串聯(lián)而成。主回路的下回路由分壓電容(10)，諧振電感(11)，諧振電容(12)，高頻變壓器(13)，高速開關(guān)管(15)串聯(lián)而成。所說的高頻開關(guān)管(14)和(15)采用小功耗的VMOS管。主回路工作時上回路的VMOS管(14)和下回路的VMOS管(15)交替導(dǎo)通，在高頻變壓器(13)的次級獲得高頻交流脈沖電壓和電流，后經(jīng)高頻整流橋(16)整流，高頻濾波電容(17)濾波，限流電阻(18)限流，在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間產(chǎn)生所需的預(yù)燃電壓和電流。所說的A點(diǎn)是預(yù)燃電壓的正端，所說的B點(diǎn)是預(yù)燃電壓的負(fù)端，激光器泵浦燈接在A端和B端之間。
所說的控制回路的元器件和連接方式是，脈寬調(diào)制控制芯片TL494(19)控制信號的產(chǎn)生和驅(qū)動。時間常數(shù)電容(20)接TL494的第五腳，時間常數(shù)電阻(21)接TL494的第六腳，電容(20)和電阻(21)是決定時間常數(shù)RC的元件。脈寬調(diào)節(jié)可調(diào)電阻(22)接TL494的第四腳。TL494的第八腳和第九腳輸出一路驅(qū)動信號，由脈沖變壓器(23)耦合，驅(qū)動上回路的VMOS管(14)。TL494的第十腳和第十一腳輸出一路驅(qū)動信號，由脈沖變壓器(25)耦合，驅(qū)動下回路的VMOS管(15)。
時間常數(shù)電容(20)和時間常數(shù)電阻(21)決定了脈寬調(diào)制信號的開關(guān)頻率(開關(guān)周期T＝RC′，其中R為電阻(21)的阻值，C′為電容(20)的容量)。一個開關(guān)周期內(nèi)的導(dǎo)通時間由脈寬調(diào)節(jié)電位器(22)決定。電源的輸出電路是由高頻變壓器(13)的副邊和高頻整流橋(16)，濾波電容(17)，限流電阻(18)聯(lián)接而成。
電路工作時，兩路交替導(dǎo)通的開關(guān)信號由脈寬調(diào)制控制芯片(19)產(chǎn)生，經(jīng)由兩個脈沖變壓器(23)和(25)耦合，分別去驅(qū)動兩個VMOS管(14)和(15)的柵極，使主回路的上下兩個回路按一定導(dǎo)通時間和頻率交替導(dǎo)通。其中的上回路在導(dǎo)通期間按諧振電感(11)和諧振電容(12)決定的頻率(諧振頻率f＝
，其中L為諧振電感(11)的電感量，C為諧振電容(12)的容量)諧振一次，同時下回路處于截止?fàn)顟B(tài)，完成諧振后上下兩個回路便處于共同截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)下回路按上次相同的方式工作時，上回路處于截止?fàn)顟B(tài)，諧振一次后上下兩回路處于共同截止?fàn)顟B(tài)。
當(dāng)負(fù)載(即泵浦燈)(5)開路等待時，濾波電容(17)上所充的電壓是脈沖高壓的峰值電壓，該電壓設(shè)計(jì)為泵浦燈的著火電壓Vc，當(dāng)觸發(fā)電路(6)給出的觸發(fā)脈沖經(jīng)觸發(fā)絲(7)將燈(5)內(nèi)的氣體電離時，泵浦燈(5)兩端所加的電壓Vc便使燈(5)內(nèi)的氣體放電，并自動進(jìn)入預(yù)燃狀態(tài)。此時A、B兩端間的電壓由于接通負(fù)載，便自動降至一個預(yù)先設(shè)定的低壓輸出狀態(tài)，該電壓即是維持燈(5)輝光放電的預(yù)燃電壓Vf，該電壓由電源的一個開關(guān)周期內(nèi)的導(dǎo)通和等待時間之比(占空比)和最大輸出電壓決定(由公式計(jì)算為Vf＝ 1/(f1) Vc，其中f為由諧振電感(11)和諧振電容(12)決定的諧振頻率，T為上下回路交替導(dǎo)通的開關(guān)周期，VC為A、B兩點(diǎn)間輸出電壓的峰值)。限流電阻(18)主要起阻止濾波電容(17)在燈(5)放電開始的瞬間電流過大使燈(5)進(jìn)入弧光放電狀態(tài)的作用。
本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)點(diǎn)1、由于采用了高頻開關(guān)元件為核心的串聯(lián)型半橋式脈寬調(diào)制開關(guān)電路，并直接從電網(wǎng)獲得輸入電壓，省去了工頻變壓器，并降低了高壓濾波電容的容量，例如由原來的10微法減小到1微法。
2、不須加任何控制、反饋環(huán)節(jié)便能自動切換泵浦燈所需的著火電壓Vc，和維持輝光放電電壓Vf，使得限流電阻由原來的10千歐減小到幾百歐姆的量級。與以往的預(yù)燃電源所采用的電阻降壓方式比較，其耗散功率只有原值的十分之一，電阻發(fā)熱減少。
3、所說的開路著火電壓Vc及預(yù)燃輝光放電電壓Vf均可由電路的高頻變壓器匝比，和控制電路的占空比調(diào)節(jié)來改變。故該電路適用于各種極間距尺寸的脈沖氙燈、連續(xù)氪燈、單燈、雙燈串聯(lián)的固體激光器使用。
4、由于該電路按諧振方式工作，開關(guān)時刻流經(jīng)開關(guān)VMOS管上的電流為零，故開關(guān)損耗極小，一般開關(guān)電路由變壓器漏感儲能引起的施加于開關(guān)管上的高壓反電動勢被減小為零，它較一般類型的開關(guān)電路相比開關(guān)應(yīng)力小。選用耐壓及功耗小的VMOS管做為開關(guān)元件即可實(shí)現(xiàn)。
5、由于所說的開關(guān)過程均設(shè)定在主回路的零電流時刻，故負(fù)載開路或短路時均不會對開關(guān)管構(gòu)成威脅。故該電路能保證在激光器泵浦燈開路等待和頻繁的放電短路時可靠的工作。
6、本實(shí)用新型的電源體積小、發(fā)熱少、成本低，適合各種激光電源的小型化設(shè)計(jì)和緊湊的安裝結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種MOS開關(guān)型固體激光泵浦燈預(yù)燃電源，它由主回路和控制回路組成，所說的主回路的元件和連接方式是，單相工頻輸入由整流橋(8)整流后，被濾波兼分壓電容(9)和(10)分壓成二等分直流電壓，主回路的上回路由分壓電容(9)，諧振電感(11)，諧振電容(12)，高頻變壓器(13)，高速開關(guān)管(14)串聯(lián)而成，主回路的下回路由分壓電容(10)，諧振電感(11)，諧振電容(12)，高頻變壓器(13)，高速開關(guān)管(15)串聯(lián)而成，主回路工作時上回路的高速開關(guān)管(14)和下回路的高速開關(guān)管(15)交替導(dǎo)通，在高頻變壓器(13)的次級獲得高頻交流脈沖電壓和電流，后經(jīng)高頻整流橋(16)整流，高頻濾波電容(17)濾波，限流電阻(18)限流，在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間產(chǎn)生所需的預(yù)燃電壓和電流，所說的A點(diǎn)是預(yù)燃電壓的正端，所說的B點(diǎn)是預(yù)燃電壓的負(fù)端，激光器泵浦燈接在A端和B端之間，其特征是，所說的高頻開關(guān)管(14)和(15)采用小功耗的VMOS管，所說的控制回路的元器件和連接方式是，脈寬調(diào)制控制芯片TL494(19)控制信號的產(chǎn)生和驅(qū)動，時間常數(shù)電容(20)接TL494的第五，時間常數(shù)電阻(21)接TL494的第六腳，電容(20)和電阻(21)是決定時間常數(shù)RC的元件，脈寬調(diào)節(jié)可調(diào)電阻(22)接TL494的第四腳，TL494的第八腳和第九腳輸出一路驅(qū)動信號，由脈沖變壓器(23)耦合，驅(qū)動上回路的VMOS管(14)，TL494的第十腳和第十一腳輸出一路驅(qū)動信號，由脈沖變壓器(25)耦合，驅(qū)動下回路的VMOS管(15)。
專利摘要本實(shí)用新型一種MOS開關(guān)型固體激光泵浦燈預(yù)燃電源，屬于激光電源技術(shù)領(lǐng)域。采用MOS功率管作為高頻開關(guān)的串聯(lián)諧振型半橋脈寬調(diào)制電路。本電源無需工頻變壓器，自動給出著火和預(yù)燃電壓，并可通過控制電路調(diào)壓，不受負(fù)載開路和短路的影響。適于各種形式的固體激光泵浦燈使用。該電源大大降低了限流元件的耗散功率和發(fā)熱，并可由小功耗MOS開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)。整個電源體積小、重量輕、成本低，適用于各種固體激光電源的小型化設(shè)計(jì)與安裝。
文檔編號H01S3/09GK2180014SQ9321545
公開日1994年10月19日 申請日期1993年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月10日
發(fā)明者于意仲, 王學(xué)禮, 吳峰, 張銳, 龍曉, 王殿奎, 姚建栓 申請人:天津大學(xué)