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IGBT脉冲激光电源原理与性能分析

2014-12-23 08:57
冷血の爱
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  近年来,高功率Nd:YAG固体激光器已广泛用于工业加工领域和医疗仪器领域,如材料加工、激光测距激光打标激光医疗、激光核聚变等。与气体激光器或其他激光器(如化学激光器,自由电子激光器等)相比,固体激光器具有结构紧凑、牢固耐用等优点,其运行方式多样,可在脉冲、连续、调Q及锁模下运行。

  1、原理框图

  本文介绍的激光电源为工作于重复脉冲方式的固体激光器提供电能。该激光器采用氙灯作泵浦光源,在惰性气体灯中,氙气的总转换效率最高。激光器用于激光打标,工作频率每秒60次。电源系统采用IGBT管全桥逆变方式,工作频率为20kHz,控制电路采用PWM方式。

  图1原理框图

  图1示出电源原理框图,整个电路可分为主电路(电力变换电路)和控制电路两大部分。来自电网的380V交流电压经整流滤波后得到约520V左右的直流电压,加到桥式逆变器上。逆变器主功率开关采用三菱公司的CT60型IGBT管。PWM电路产生一对相位互差180°的脉冲电压控制逆变桥的四个功率管,将直流电压变换为高频方波电压,再经高频高压整流桥得到高压直流(约1400V),向储能电容Co充电。电容Co上电压充到预定值(1000V)后,控制电路发出信号,将放电晶闸管触发导通,Co上电压快速向负载氙灯释放,激光器正常工作。

  预燃触发电路针对负载氙灯特性而设,该型激光器要求先通入近两万伏的高压脉冲,将其内部击穿,再维持较低的连续电流(约100~200mA),激光器才能在电容Co的断续放电状态下正常工作。因此,电源的工作步骤应是:开机——预燃触发——电容放电。

  2、工作原理及仿真波形

  图2示出电源主电路,V1—V4组成桥式逆变器,两端并联RCD吸收支路,L为限流电感,Co为储能电容,Lo用于限制Co对负载氙灯的放电电流,保护氙灯。

  图2主电路图

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