高频率大电流脉冲型氙灯预燃系统的制作方法

1.本发明涉及一种氙灯预燃系统，具体涉及高频率大电流脉冲型氙灯预燃系统。适用于医疗用激光设备所需的高频率大电流的氙灯应用，用于为氙灯提供预燃和限流电路。


背景技术：

2.目前，在医疗设备的应用中，脉冲放电工作的特点是频率高电流大，在此条件下，氙灯的阻抗特性变化极不稳定，正常预燃状态下氙灯阻抗为800-1500欧姆之间，在大电流放电过程中氙灯阻抗为0.5-1.5欧之间，由于氙灯阻抗在如此大范围高频率突变，预燃电路工作不稳定，随着放电电流加大和放电频率的升高，经常发生在放电结束瞬间氙灯熄灭的情况。具体存在以下技术问题：
3.1、设备应用场景决定低电流放电过程中氙灯的输出的能量没有使用效果，只有当放电电流大于固定值a1后才能达到使用效果，在电流小于此固定值a1时无用功。
4.2、由于放电电流大频率高，在放电结束瞬间电流可达到600a以上，电路开关器件在关断瞬间会有非常大的di/dt(电流变化率)产生很高的关断过电压尖峰，导致个别器件高压击穿。


技术实现要素：

5.本发明为解决现有技术存在预燃电路工作不稳定，在放电结束瞬间氙灯熄灭的情况，以及由于放电电流大频率高，在电路开关器件在关断瞬间导致器件高压击穿等问题，提供高频率大电流脉冲型氙灯预燃系统。
6.高频率大电流脉冲型氙灯预燃系统，包括辅助电源、辅助电路、延时电路、预燃主回路电路、电压反馈电路、高压触发电路和放电电路的匹配电路；
7.外部控制端接收预燃命令后，向辅助电路发出使能信号，向延时电路发出控制信号；
8.所述使能信号控制辅助电路向预燃主回路电路发送驱动信号；
9.所述延时电路收到预燃信号后开始计时，如果在设定的时间内收到预燃主回路电路反馈的预燃成功的状态信号，则所述延时电路通过电压反馈电路向辅助电路发送控制信号，电压反馈电路控制辅助电路正常工作，所述延时电路同时向外部控制端反馈预燃成功的状态信号；
10.如果在设定的时间内，延时电路未收到预燃成功的状态信号，则所述延时电路通过电压反馈电路发送信号至辅助电路，控制辅助电路停止工作，同时，所述延时电路向外部控制端发送预燃失败的状态信号；
11.所述预燃主回路电路接收辅助电源发出的控制信号后开始工作，向所述高压触发电路供电，同时通过放电电路的匹配电路给氙灯供电；
12.所述预燃主回路电路与网电源输入端通过整流桥连接；所述预燃主回路电路采用半桥升压电路实现，由在半桥电路中串联一个谐振储能电感l1和谐振储能电容c1实现；
13.具体包括：升压变压器t1，升压变压器t1的一次侧电路和升压变压器t1的二次侧电路；
14.所述压变压器t1的一次侧电路包括半桥逆变开关mos管v1，半桥逆变开关mos管v2，二极管d4，二极管d5，谐振储能电感l1，谐振储能电容c1电容c3和电容c4；
15.所述半桥逆变开关mos管v1的s极与半桥逆变开关mos管v2的d极连接；
16.所述二极管d4和二极管d5分别反并联于半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v2；
17.电容c3与半桥逆变开关mos管v1并联，电容c4与半桥逆变开关mos管v2并联；
18.谐振储能电感l1的一端与半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v2的公共点连接，另一端与升压变压器t1的一次线圈的一端连接，升压变压器t1的一次侧线圈与谐振储能电容c1并联。
19.所述升压变压器t1的一次侧与半桥逆变开关mos管v1，半桥逆变开关mos管v2，谐振储能电感l1和谐振储能电容c1共同形成回路；
20.所述升压变压器t1的二次侧电路包括整流桥d6、二极管d7、电容c2以及检测电路d8；
21.升压变压器t1的二次侧线圈与整流桥d6的输入端连接，整流桥d6的一侧输出端与二极管d7的阴极连接，整流桥d6的另一侧输出端与检测电路d8的一端连接；
22.所述二极管d7的阳极与电容c2的一端连接，检测电路d8的另一端与电容c2的另一端连接。
23.本发明的有益效果：本发明所述的预燃系统，针对氙灯工作特点，将变压器t2的二次侧串联在氙灯的放电回路中，将变压器相关参数进行特殊设计，使其同时达到三个使用目的：
24.1、产生瞬间高压电离电压；
25.2、放电开始瞬间产生的小于固定电流值a1的能量转化为电磁能存储在线圈中；
26.3、放电结束瞬间，由于此时氙灯的内阻非常小，辉光维持电路为恒流电路，在负载(氙灯内阻)接近于0欧时输出的功率接近于零，不足以维持氙灯保持辉光状态，在此过程中t2线圈存储的能量释放出来维持氙灯处于辉光状态，直至内阻变大，辉光维持电路可以正常工作。
附图说明
27.图1为本发明所述的高频率大电流脉冲型氙灯预燃系统的原理框图；
28.图2为预燃主回路电路中升压变压器t1的一次侧电路主回路电路图；
29.图3为预燃主回路电路中升压变压器t1的二次侧电路主回路电路图；
30.图4为高压触发电路的电路图；
31.图5为放电电路的匹配电路的电路图。
具体实施方式
32.结合图1至图5说明本实施方式，高频率大电流脉冲型氙灯预燃系统，包括辅助电源、辅助电路、延时电路、预燃主回路电路、电压反馈电路、高压触发电路和放电电路的匹配
电路；
33.外部控制端收到操作者的预燃命令后，向辅助电路发出使能信号，向延时电路发出控制信号；其中使能信号控制辅助电路开始工作，辅助电路给预燃主回路电路发出驱动信号；同时延时电路在收到控制信号后开始计时，在设定时间内收到预燃主回路电路反馈的预燃成功或者失败的信号后，控制电压反馈电路执行相应的动作，同时反馈给外部控制端预燃状态信号。
34.具体工作方式如下：当氙灯预燃成功时，延时电路发送到电压反馈电路的信号电平状态维持不变(初始状态为高电平)，辅助电路正常工作，同时反馈给外部控制端预燃成功的信号，以便操作者执行下一步相应的工作；在设定时间内没有成功，延时电路发送到电压反馈电路的信号切换电平状态(由高电平切换为低电平)，电压反馈电路控制辅助电路停止工作，同时延时电路发送给外部控制端预燃失败的信号。
35.所述预燃主回路电路接收辅助电源发出的控制信号后开始工作，向所述高压触发电路供电，同时通过放电电路的匹配电路给氙灯供电；
36.本实施方式中，所述预燃主回路电路与网电源输入端通过整流桥连接，同时受到辅助电路控制，当收到辅助电源发出的控制信号后开始工作，所述预燃主回路电路采用半桥升压电路，在半桥电路中添加谐振储能升压电路，在半桥电路中串联一个谐振储能电感l1和谐振储能电容c1，其中谐振储能电容c1与变压器t1的一次侧并联。
37.结合图2和图3说明本实施方式，所述预燃主回路电路具体包括：变压器t1，变压器t1的一次侧电路和变压器t1的二次侧电路。
38.图2为预燃主回路电路中t1一次侧电路主回路电路图；v1、v2为n型mos管。所述压变压器t1的一次侧电路包括半桥逆变开关mos管v1，半桥逆变开关mos管v2，二极管d4，二极管d5，谐振储能电感l1，谐振储能电容c1，电容c3和电容c4；
39.所述半桥逆变开关mos管v1的s极与半桥逆变开关mos管v2的d极连接；
40.所述二极管d4和二极管d5分别反并联于半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v2；
41.电容c3与半桥逆变开关mos管v1并联，电容c4与半桥逆变开关mos管v2并联；
42.谐振储能电感l1的一端与半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v2的公共点连接，另一端与升压变压器t1的一次线圈的一端连接，升压变压器t1的一次侧线圈与谐振储能电容c1并联。
43.所述变压器t1的一次侧线圈与半桥逆变开关mos管v1，半桥逆变开关mos管v2，谐振储能电感l1和谐振储能电容c1共同形成回路；
44.图3为预燃主回路电路t1二次侧电路，所述变压器t1的二次侧电路包括整流桥d6、二极管d7、电容c2以及检测电路d8；
45.变压器t1的二次侧线圈与整流桥d6的输入端连接，整流桥d6的一侧输出端与二极管d7的阴极连接，整流桥d6的另一侧输出端与检测电路d8的一端连接；
46.所述二极管d7的阳极与电容c2的一端连接，检测电路d8的另一端与电容c2的另一端连接。
47.本实施方式中，所述预燃主回路电路的工作特点为：所述辅助电路发出pwm驱动信号加在半桥逆变开关mos管v1，半桥逆变开关mos管v2上后半桥逆变开关mos管v1和半桥逆
变开关mos管v2开始异步开关，将网电源提供的电能通过半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v2导入电路中。
48.首先通过谐振储能电感l1给谐振储能电容c1充电，形成电磁能储存在谐振储能电感l1中和电能储存在谐振储能电容c1中，其中谐振储能电容c1存储的电能会产生电压，由于谐振储能电感l1和谐振储能电容c1的共同作用，谐振储能电容c1的电压呈正玄波变化，加在变压器t1的一次侧，当此电压值在正玄变化过程中瞬间值通过变压器t1变比折算到变压器t1二次侧的电压值大于等于电容c2适时电压值时，电路中开始有能量从变压器t1的一次侧传递到二次侧，直至谐振储能电容c1电压值下降到折算后小于电容c2适时电压值，能量传递结束，此刻谐振储能电容c1存储的电能和电网通过开关管v1,v2注入的能量一起注入l1形成电磁能并存储在l1中，当开关管v1,v2切换开关状态后谐振储能电容c1电压逐步以正玄波的形式过零切换，进入负压阶段，此阶段，电感l1和网压提供的能量注入谐振储能电容c1形成电能，在电容中形成电压，同样以正玄波的形式上升，当谐振储能电容c1两侧电压值经过变压器t1变比折算值大于负的电容c2电压时，电能继续向t1二次侧传递，此工作状态延续到半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v2切换工作状态，谐振储能电容c1电压值以正玄波形式下降到折合到变压器t1二次侧电压小于电容c2电压后能量停止向变压器t1二次侧传递，谐振储能电容c1电压过零切换重复上述工作周期。
49.上述工作方式优点为：谐振储能电容c1电容容量和谐振储能电感l1感量大小经过匹配合理后，变压器t1一次侧电压(即：c1电压值)会随着电容c2电压上升而上升，由于l1和c1都是无功器件，能量在l1和c1之间转变过程中没有损耗，而网电源注入的能量如果没有传递到c2，就都会转变为相应的电能和电磁能存储在c1和l1中，直至c1电压值折合到二次侧大于等于c2电压值时能量才传递到二次侧c2中；相较与常规升压电路中对变压器变比的要求，大大减少了变压器二次侧线圈匝数，减小变压器线圈有两个优点，1)减少导线损耗，2)减小寄生线圈的寄生电容。在高频高压的电路中这两点可大大提升电路的效率和稳定性。在电路中半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v2工作中实现零电压开关的软开关技术。
50.具体实现过程为：在电路正常工作中，设定半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v2的工作时序是错开的中间间隔有死区时间，周期为：t0-t1，由于在半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v2导通时开关管两侧电压0.2v左右，相较峰值300v电压来讲可看作0v，所以在半桥逆变开关mos管v1关断过程中由于半桥逆变开关mos管v1并联的电容c3的存在，会限制半桥逆变开关mos管v1两侧的电压突变，而v1的关断速度急快，电容c3电压发生变化前即完成了关断；
51.在t1-t2(死区)周期，半桥逆变开关mos管v1和半桥逆变开关mos管v1关断结束，由于谐振储能电感l1的电流不会发生突变，此时电感电流给电容c3充电，电容c4放电，当电容c4电压下降到0v以后，半桥逆变开关mos管v2的体二极管d5导通，此时半桥逆变开关mos管v2电压被二极管d5钳制在0v；
52.在t2-t3周期，在t2时刻开始半桥逆变开关mos管v2导通，此时半桥逆变开关mos管v2两侧电压为0v，所以半桥逆变开关mos管v2开通为0v开通；
53.在t3-t4周期，半桥逆变开关mos管v2关断过程与t0-t1时刻半桥逆变开关mos管v1关断过程一致，半桥逆变开关mos管v2实现零电压关断；
54.在t4-t5周期为死区工作时间，工作内容与t1-t2时刻工作方式一致，最后半桥逆变开关mos管v1的体二极管d4导通，是半桥逆变开关mos管v1电压钳位在0v，为半桥逆变开关mos管v1的零电压导通创造条件；
55.在t5-t6周期，半桥逆变开关mos管v1在零电压的条件下开通；
56.在t6-t7周期，半桥逆变开关mos管v1导通工作；然后循环工作t0-t7时刻内工作状态。
57.上述工作优点在于：电路实现零电压开关的软开关工作方式，减小了开关管的功耗，从而减低发热，增加电路工作效率和工作稳定性以及降低谐波干扰。高频高压整流部分电路工作特点,有上诉内容可知升压变压器t1一次侧输入端与电容c1并联，电压波形为正玄波，所以变压器二次侧电压波形也是正玄波，正玄波的工作特点为，每个周期电压都是从0v开始变化的上升的，二级管整流桥的工作特性为，电压控制型，即：加在二级管两侧的电压为正电压是导通，所以整流桥二极管的导通为升压变压器t1二次侧输出的正玄波电压过零切换后开通的，但是电流是在正玄波电压值上升到大于电容c2电压开始产生的，在正玄波电压下降到小于电容c2电压后电流即停止，此时逆变电路中的能量存储在电容谐振储能电容c1和谐振储能电感l1中，直至下一周期再与电网电能共同作用在谐振储能电容c1上产生更高的电压后，能量继续向电容c2传递。而变压器t2二次侧的电压在下降到小于电容c2电压到上升大于电容c2电压的一段时间内是没有电流流过整流二级管的，这就为二级管的零电流开关创造的条件。
58.上述电路的优点为：1)整流二级管软开关，自身功耗低；2)电路工作稳定。综合变压器一次侧和二次侧电路工作，电路具有短路特性(输出侧短路不会对电路造成危害)，恒流特性，在网电压不变的前提下，电路处于恒流工作状态，过压保护电路，当输出电压高压1000v时停止工作。预燃主回路电路给高压触发电路供电，同时通过放电电路的匹配电路给氙灯供电。
59.结合图3说明本实施方式，图3为高压触发电路的电路图，所述高压触发电路包括限流电阻r1、储能电容c5、气体放电管fd1和变压器t2；
60.电容c2一端连接限流电阻r1的一端，限流电阻r1的另一端连接t2一次侧线圈的一端，所述t2一次侧的线圈的另一端连接储能电容c5的一端，储能电容c5的另一端连接电容c2的另一端，气体放电管fd1与储能电容c5并联，t2的二次侧线圈一端连接氙灯xd1阳极，氙灯xd1阴极连接电容c2与储能电容c5的公共端。
61.所述预燃主回路电路的输出端进入到高压触发电路后，可经过限流电阻r1给本部分储能电容c5充电，而电容c5与气体放电管fd1并联，与变压器t2一次侧串联，变压器t2二次侧与预燃主回路的输出侧和氙灯构成回路；当储能电容c5电压值达到fd1击穿电压值后fd1击穿，在变压器t2一次侧产生激励，同时在变压器t2二次侧产生瞬间高压，可使氙灯瞬间电离，在预燃主回路输出侧提供的电能，是氙灯维持在预燃状态。所述预燃主回路电路的输出端经过限流电阻r1给储能电容c5充电，所述变压器t2的二次侧与预燃主回路的输出端和氙灯xd1构成回路。
62.结合图5说明本实施方式，所述放电电路的匹配电路包括续流二极管d1，续流二极管d2，防反二极管d3和电容c6；
63.所述变压器t2二次侧线圈的另一端与电容c6的一端、续流二极管d1的阳极以及防
反二极管d3的阳极连接；所述电容c6与续流二极管d1并联；
64.所述防反二极管d3的阴极与续流二极管d2的阳极连接，续流二极管d2的阴极与电容c6的另一端、续流二极管d1的阴极以及氙灯xd1的阴极连接；
65.本实施方式中，所述防反二极管d3、变压器t2的二次侧线圈与氙灯xd1形成放电回路；所述续流二极管d1、氙灯xd1和变压器t2的二次侧线圈形成续流回路a；所述续流二极管d2、防反二极管d3、变压器t2的二次侧线圈以及氙灯xd1构成续流回路b。
66.本实施方式中，所述变压器t2的二次侧线圈同时连接放电电路的匹配电路和高压触发电路；在预燃成功之前，变压器t2用于高压触发电路，产生触发高压；预燃成功后，变压器t2用于放电电路的匹配电路放电，用于维持电路正常工作。
67.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
68.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。