一种重复频率脉冲激光电源电路的制作方法

1.本实用新型属于重复频率脉冲功率技术领域，具体涉及一种重复频率脉冲功率激光电源电路。


背景技术：

2.重复频率脉冲功率技术广泛应用于核聚变、强激光、高功率微波和电子束加速器等军用领域，以及在烟气处理和脉冲放电等离子体脱硫脱硝等民用领域。重复频率脉冲激光电源是重复频率脉冲功率技术中的重要组成部分，其为脉冲氙灯负载提供足够的能量，从而实现激光的输出。
3.现有技术的脉冲激光电源中，通常采用单路半导体放电开关并通过多路调波电感的方式来实现多路脉冲能量的输出，这种方式的优势是电路结构简单、控制方式易于实现且配套简单。但因重复频率脉冲激光电源工作在重复频率下的多脉冲模式中，随着电路中放电开关热量的不断累积，器件的温度也持续升高，从而导致放电开关长期运行在高温和高压条件下，进而大大降低了电源整体的可靠性和运行寿命。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种重复频率脉冲功率激光电源电路，用于解决现有技术中的放电开关长期运行在高温和高压条件下，进而大大降低了电源整体的可靠性和运行寿命的技术问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.本实用新型提供一种重复频率脉冲激光电源电路，包括控制单元、触发检测单元、波形采集单元、充电单元以及储能放电单元；
7.所述控制单元分别与所述触发检测单元、所述波形采集单元、所述充电单元以及所述储能放电单元连接，所述储能放电单元分别与所述触发检测单元、所述波形采集单元以及所述充电单元连接；
8.所述储能放电单元至少包括一组储能放电电路，每组所述储能放电电路包括隔离二极管，所述隔离二极管di的正向端与所述充电单元的第一输出端连接，所述隔离二极管di的负向端分别与固体放电开关ki的正向端和储能电容器ci的一端连接，所述固体放电开关ki的负向端与调波电感li的一端连接，所述调波电感li的另一端分别与氙灯预燃电源的正极和放电线缆tli的一端连接，所述放电线缆tli的一端还与所述充电单元的第二输出端连接后接地，所述氙灯预燃电源的负极和所述储能电容器ci另一端均接地，所述放电线缆tli的另一端与氙灯负载连接。
9.在一种可能的设计中，所述储能放电单元还至少包括泄放电路，所述泄放电路包括并联在所述充电单元两输出端的泄放开关kr以及并联在所述隔离二极管di两端的电阻ri。
10.在一种可能的设计中，所述隔离二极管di采用高压二极管，所述高压二极管的反
向重复峰值电压为整个重复频率脉冲激光电源工作电压的两倍。
11.在一种可能的设计中，所述固体放电开关ki包括单个可控硅金闸管阀片。
12.在一种可能的设计中，所述储能电容器ci包括金属化膜电容器。
13.在一种可能的设计中，所述调波电感li采用铜芯线圈绕制而成，所述调波电感li的电感值可调节。
14.在一种可能的设计中，所述氙灯预燃电源的触发电压为20000v，恒流电流为150ma。
15.在一种可能的设计中，所述氙灯负载包括若干脉冲氙灯。
16.在一种可能的设计中，所述泄放开关kr包括高压真空继电器。
17.有益效果：本实用新型通过在每组储能放电电路中独立设置一个小容量的固体放电开关ki，能够降低固体放电开关ki的工作电流，使得各组储能放电电路能够独立工作，提高电路独立性和可靠性，同时，采用独立的固体放电开关ki，能够降低单个储能放电电路对器件的使用要求，减少单个储能放电电路的成本。通过在每组储能放电电路中独立设置一个储能电容器ci，降低了因各回波调波电感li的误差而导致输出能量不一致的影响，提高了各组储能放电电路能量的一致性。通过在在每个储能放电电路中设置隔离二极管来隔离各储能放电电路，从而在单个储能放电电路出现故障时，不会影响其他回路工作，提高了重频脉冲激光电源整体可靠性。
附图说明
18.图1为本实施例中的重复频率脉冲激光电源电路的电路结构框图；
19.图2为本实施例中的储能放电单元的电路原理图。
20.1-控制单元；2-触发检测单元；3-波形采集单元；4-充电单元；5-储能放电单元；6-储能放电电路；7-泄放电路。
具体实施方式
21.为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.实施例
23.如图1和图2所示，本实施例提供一种重复频率脉冲激光电源电路，包括控制单元1、触发检测单元2、波形采集单元3、充电单元4以及储能放电单元5；
24.所述控制单元1分别与所述触发检测单元2、所述波形采集单元3、所述充电单元4以及所述储能放电单元5连接，所述储能放电单元5分别与所述触发检测单元2、所述波形采集单元3以及所述充电单元4连接；
25.所述储能放电单元5至少包括一组储能放电电路6，每组所述储能放电电路6包括隔离二极管，所述隔离二极管di的正向端与所述充电单元4的第一输出端连接，所述隔离二极管di的负向端分别与固体放电开关ki的正向端和储能电容器ci的一端连接，所述固体放
电开关ki的负向端与调波电感li的一端连接，所述调波电感li的另一端分别与氙灯预燃电源的正极和放电线缆tli的一端连接，所述放电线缆tli的一端还与所述充电单元4的第二输出端连接后接地，所述氙灯预燃电源的负极和所述储能电容器ci另一端均接地，所述放电线缆tli的另一端与氙灯负载连接，优选的，所述氙灯负载包括若干脉冲氙灯。
26.其中，需要说明得是，在本实施例中，优选的，设有10组储能放电电路6，即i＝1,2,...，10。当然，可以理解的是，所述储能放电电路6的数量可以根据实际应用需求进行设置，此处不做限定。
27.在一种具体的实施方式中，为了控制整个重复频率脉冲激光电源单次工作任务的启动和结束，所述储能放电单元5还至少包括泄放电路7，所述泄放电路7包括并联在所述充电单元4两输出端的泄放开关kr以及并联在所述隔离二极管di两端的电阻ri；其中，所述泄放开关kr用于接收所述控制器的控制信号，以进行断开或闭合，当断开后，所述控制器将控制充电单元4对储能充电器进行充电，当闭合后，当次电源工作任务结束，优选的，所述泄放开关kr包括高压真空继电器，所述高压真空继电器具有2倍的耐压裕度；所述电阻ri至少有一个，每一电阻ri对应并联在每一隔离二极管di的两端。
28.在一种具体的实施方式中，为了对充电单元4单向电压的导通进行隔离，避免单个储能放电回路出现故障时，影响其他回路的正常运行，所述隔离二极管di采用高压二极管，所述高压二极管的反向重复峰值电压为整个重复频率脉冲激光电源工作电压的两倍。
29.在一种具体的实施方式中，为了降低所述固体放电开关ki的工作电流，使得各放电回路能够独立工作，所述固体放电开关ki包括单个可控硅金闸管阀片，所述可控硅金闸管阀片的耐压裕度为1.5倍。
30.在一种具体的实施方式中，为了提高所述所述储能电容器ci的工作寿命，延长设备的使用期限，所述储能电容器ci包括金属化膜电容器，所述金属化膜电容器的工作寿命大于300万次。
31.在一种具体的实施方式中，为了满足放电回路输出放电电流波形的要求，所述调波电感li采用铜芯线圈绕制而成，且所述调波电感li的电感值可调节，且所述调波电感li的通流能力为最大故障电流的1.5倍。
32.在一种具体的实施方式中，为了维持氙灯负载持续点燃，所述氙灯预燃电源的触发电压为20000v，且可提供150ma的恒流电流。
33.在本实施例中，所述重复频率脉冲激光电源电路具体的工作原理为：
34.首先，控制单元1根据设置的充电电压、充电频率等参数，设置充电单元4的充电参数，且控制单元1控制泄放开关kr断开，当接收到泄放开关kr断开的反馈信号后，控制单元1控制所述储能放电单元5的所有氙灯预燃电源开启预燃，氙灯预燃电源开启后，先发出一个不小于12kv的高压脉冲触发氙灯负载，氙灯负载触发导通后，氙灯预燃电源为氙灯负载提供150ma的恒流稳定的直流维持氙灯持续点燃。
35.其次，当控制单元1监测到所有储能放电电路6的氙灯预燃后，将控制所述充电单元4开机并进行充电，所述充电单元4通过连接每个储能电容器ci的隔离二极管di为储能电容器ci充电，当储能电容器ci充电电压达到预设值时，所述控制电源控制所述充电单元4停止充电，并按照设定的频率发出触发信号至所述触发检测单元2，为所有储能放电电路6的放电开关提供同步触发信号，从而触发所有固体放电开关ki同步触发导通。
36.然后，所述固体放电开关ki导通后，所述储能电容器ci通过所述固体放电开关ki、所述调波电感li以及所述放电线缆tli对氙灯放电，为氙灯负载提供足够的能量。同时，所述触发检测单元2检测放电后的储能电容器ci的电压，所述波形采集单元3检测氙灯放电电流，并将检测结果发送给控制单元1，当控制单元1分析放电正常、无故障且各储能放电电路6的储能电容器ci低于100v时，控制所述充电单元4继续对所述储能电容器ci进行充电，进入下一个充放电的流程，当重复频脉冲电源充放电过程中无故障时，持续进行充放电流程，直至重复充放电次数达到预设值时，所述充电单元4自动关机，控制单元1控制氙灯预燃电源后，控制泄能开关闭合，重频脉冲电源完成单次工作任务。
37.基于上述公开的内容，本实施例通过在每组储能放电电路6中独立设置一个小容量的固体放电开关ki，能够降低固体放电开关ki的工作电流，使得各组储能放电电路6能够独立工作，提高电路独立性和可靠性，同时，采用独立的固体放电开关ki，能够降低单个储能放电电路6对器件的使用要求，减少单个储能放电电路6的成本。通过在每组储能放电电路6中独立设置一个储能电容器ci，降低了因各回路调波电感li的误差而导致输出能量不一致的影响，提高了各组储能放电电路6能量的一致性。通过在每个储能放电电路6中设置隔离二极管来隔离各储能放电电路6，从而在单个储能放电电路6出现故障时，不会影响其他回路工作，提高了重频脉冲激光电源整体可靠性。
38.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。