高功率脉冲固体激光电源制造技术

本发明专利技术是用于固体激光器的一种高功率脉冲固体激光电源，采用交流斩波式的主电路，由维持电路提供小于２Ａ的电流维持闪光灯的电离状态，予电离电路仅为引燃闪光灯的触发电路，控制电路向主电路提供的频率为≤１５９脉冲／秒，相位角在０至２４０°之间。它具有工作可靠，没有持续导通和漏闪现象，三相供电平衡，输出脉冲电流大，脉冲宽度可以调节，结构简单、元件少、体积小、成本低，价格便宜等优Ｏ＆点。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光电源。本专利技术的电源为高平均功率、中等峰值功率的脉冲激光器提供几个毫秒宽，几百安培的重复频率脉冲电流。已有的技术有1.电容储能式(美国专利3，430，159和3，646，395)是由充电电路和储能电容组成，它要获得矩形脉冲就要使用多级电感电容组成形成网络(见附图说明图1)，采用这种方案做大功率长脉冲的激光电源需要很大的电容和电感，电源的体积也就很大。而且这种电源脉宽不易调节。2.直流斩波式，如图2所示，它需要有一个直流电流(由交流电整流滤波获得)，由一只主可控硅201导通输出脉冲电流，另一只辅可控硅202对主可控硅201施加负电压使之关断。这种电路往往有关断失灵的毛病，尤其是在几百安培大电流的情况下更难以关断，造成连续大电流导通引起炸灯炸棒。3.美国专利3，896，396中的激光电源如图3所示，它由二极管301、302对三相交流电中的两相(φA、φB)进行不可控整流，由逻辑触发电路305对闪光灯306施加一定频率、一定相位角的触发，再由一个充电电路304对电容308、309充电，电压为二千伏左右，以助闪光灯306点燃。这种电源的缺点(1)三相供电不平衡，特别是当脉宽窄到一个半波时，总是由一相输出能量。(2)不断地需要对灯进行高压触发。根据经验，这种触发有不可靠性，尤其在潮湿天气时高压脉冲会在空气中打火，存在漏闪的可能性。而且需要不断进行高压触发，电子线路有干扰作用。(3)主电路上需要使用高压电容(308、309)和大电流，而且耐高电压的二极管(301、302)，还需要有较高功率的高压变压器(在图3方框304中)。本专利技术的目的是(1)本专利技术旨在直接从三相交流电中取得大功率的脉冲电能，既不需要储能电容，也不需要先整流为直流;(2)本专利技术为了电源工作可靠，消除直流斩波式电源的可控硅关断失灵现象，也不会出现灯的漏闪;(3)本专利技术要减小电源体积，降低成本;(4)本专利技术使三相供电均衡。为了便于叙述本专利技术的技术特征，先对附图进行说明。附图1是电容储能式激光电源示意图，其中101是充电电路，102是脉冲成形网络，103是闪光灯，C是储能电容，L是成形电感。图2是直流斩波式电源示意图。其中201是作为开关管的主可控硅，202是起关闭作用的辅可控硅;203是直流电源，204是闪光灯。图3是美国专利3，896，396激光电源的简图。其中301302是整流二极管，303是扼流图，304是电容充电器，305是逻辑触发电路，306是闪光灯，307是高压触发变压器，308、309是电容器，φA、φB、φC为三相交流电源。图4是(本专利技术的)高功率脉冲固体激光电源简图。其中虚线方框401是维持电路，方框402是控制电路，虚线方框403是主电路，方框404是预电离触发电路，405、406、407、414、415、416是二极管，411、412、413是可控硅。408、409、410是控制电路接到可控硅的连线，417是限流电阻，418是继电器，419是闪光灯，420是高压触发变压器，φA、φB、φC是三相交流电源。图4-A表示方框404的予电离触发电路，其中404a为电离触发电路，404b是附属的延时电路。图5是高功率脉冲固体激光电源的控制电路示意图，其中方框501是整形电路，方框502是计数分频电路，方框503是脉宽调节电路，方框504是选频选相门，408、409、410是由选频选相门接到可控硅的连线，φA、φB、φC是三相交流电流。图5-A表示方框502的计数分频电路，其中502a、502b是计数器，502c是开关-与门网络，A1～D2为计数器的输出端。图6是高功率脉冲固体激光电源输出的脉冲波形。实线601是通常的最宽输出脉冲，602和603两个点是为了得到更长的输出脉冲，可以再施加触发的点(时刻)。图7是最佳实施例的主电路和预电离维持电路部分。701和712是继电器，702是触发电容，703、704是分压电阻，705是限流电阻，706、707是培压兼滤波电容，708、709、710、711是二极管。图8是最佳实施例的控制电路，其中a、b、c是同步信号变压器，IC1、IC2、IC3、IC12是比较器，IC4、IC5、IC6、IC9是反相器，IC7、IC21是或非门，IC8、IC13是时基电路，IC10、IC11是计数器，IC14、IC15、IC16、IC17、IC18、IC19、IC20是与门，a1、a2、b1、b2、c1、c2、是相位分配信号，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2是计数器的八个输出端，W是脉宽调节电位器。本专利技术的高功率脉冲固体激光电源由三部分组成(1)主电路，(2)控制电路，(3)预电离-维持电路。本专利技术的电源采取由维持电路提供小电流(1.5至2安培)使闪光灯保持电离状态;主电路上由可控硅进行交流斩波，向灯输出脉冲大电流(400～600安培);控制电路对可控硅提供频率小于150次/秒、相位角在0～240°范围内的触发信号。(1)上面所述的主电路如图4中虚线方框403所示，由三个可控硅411、412、413和三个二极管414、415、416组成交流斩波式电路。可控硅411～413在控制电路402的控制下，按上述范围的频率和相位角导通，(经过继电器418)对闪光灯419输出几百安培的脉冲大电流。电流大小决定于三相电源电压和闪光灯的内阻，一般峰值为400～600A，电源本身的输出电流潜力则取决于所使用的可控硅和二极管的电流大小。每一相的可控硅在导通时最宽可以输出连续两个相重迭的半波，然后该相相对于其它相为负，可控硅自然关闭，所以相对于直流斩波来说，它没有关闭失灵的问题。如果要求更长的脉冲输出，可改变一下控制电路，在图6的602处(时刻)再触发后继相位上的可控硅，就可得到连续四个相重迭的半波。(2)控制电路本专利技术的控制电路由整形电路501、计数分频电路502、脉宽调节电路503和选频选相门504所组成。本专利技术控制电路的特征是，由同一个脉宽调节电路503对三个相位的导通角统一进行调节，然后经过调节的脉冲在选频选相门504上按计数分频电路502所规定的频率被选出并在相位分配信号的控制下轮流从三个门输出，从而轮流触发三个可控硅。整流电路501如图5所示将三相同步信号整形后，一方面把三个相位的脉冲合并为每秒150个脉冲送到计数分频电路502和脉宽调节电路503，另一方面产生六个相位分配信号，经过线505(有六条线)送到选频选相门504，计数分频电路502产生与三相交流电相关联的频率信号。不同的频率是通过计数分频电路502中开关-与门网络502C(见图5-A)对计数器502a和502b的八个输出端A1～D2进行不同的组合连接而产生。通过排除有些组合连接(如A1B1、C1B1、D1A1等)以排除含有因子3的分频，这样可避免在这些分频下总是由一相输出(同时总是由另一相输入)脉冲大电流的不平衡现象。脉宽调节电路503产生对应于主电路的脉冲电流前沿的窄脉冲信号。选频选相门504在频率信号和相位分配信号的共同控制下，使按上述规定频率选出的窄脉冲轮流地从三个门出来，经连线408、409、410轮流触发主电路中三个可控硅411、412、413，从而使三相交流电φA、φB、φC均衡地轮流供应脉冲大电流。(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固体激光器的高功率脉冲固体激光电源，是由主电路、控制电路和予电离－维持电路组成，其特征在于：ａ．主电路是由三个可控硅和三个二极管组成交流斩波式的按规定频率和相位角工作的电路。ｂ．控制电路是由对三相同步信号整形的整形电路，产生 与三相交流电相关联的频率信号排除含有因子３分频的计数分频电路，对三个相位导通角统一进行调节，能够产生对应于主电路脉冲电流前沿窄脉冲信号的脉宽调节电路和由频率信号和相位分配信号共同控制按规定频率信号和相位角选频选相的选频选相门四个部分组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马忠林，叶碧青，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]