一种高效泵浦脉冲整形电源系统技术方案

本实用新型专利技术属于脉冲功率技术和激光技术交叉领域，提供一种高效泵浦脉冲整形电源系统，包括电容电感链形网络及包含所述电容电感链形网络的充电储能回路、脉冲整形放电回路，电容电感链形网络由脉冲电容C1～Cn、可调电感L1～Ln混联组成；充电储能回路由恒流充电机M、隔离变压器T、充电保护电阻R1、电容电感链形网络依次串联而成；脉冲整形放电回路由电容电感链形网络、放电开关G、长距离传输电缆TL、大功率脉冲氙灯FL依次串联而成。该电源集充电、储能、控制、开关、脉冲整形、测量、泄放保护功能为一体。具有电流大、泵浦效率高、可控性强、使用寿命长、安全性和可靠性高等特点。

High efficiency pump pulse shaping power supply system

The utility model belongs to the pulsed power technology and laser technology to cross the field, to provide a highly efficient pump pulse shaping power system, including the inductor and capacitor network chain and comprising the inductor and capacitor network chain charge storage circuit, pulse shaping circuit, capacitance and inductance network chain by pulse capacitor C1 ~ Cn, adjustable inductance L1 ~ Ln mixed composition; charge storage circuit of constant current charger M, isolation transformer T, charging protection resistor R1 and capacitor inductor network chain are serially connected in sequence; pulse discharge circuit capacitance and inductance network chain, discharge switch G, long distance transmission cable, TL high power pulse xenon lamp FL series a. The power supply is composed of charging, energy storage, control, switch, pulse shaping, measurement and discharge protection. The utility model has the advantages of large current, high pump efficiency, strong controllability, long service life, high safety and high reliability, etc..

【技术实现步骤摘要】

本技术属于脉冲功率技术和激光技术交叉领域，具体涉及一种高效泵浦脉冲整形电源系统。
技术介绍
高功率固体激光装置通过激光放大、光学整形等技术，将种子光放大为能量高达数千焦的高能激光，该过程中的能量放大由预放大器系统和主放大器系统共同完成。能源系统作为激光装置的关键组成部分，为放大器提供匹配的电脉冲泵浦能量，脉冲的形状、幅度和同步是影响整个激光装置放大器泵浦效率和增益的关键因素。无论高功率固体激光装置的建造目标是实现激光聚变还是用于物理研究，提高全系统的能量效率都是重点需求之一，这就要求改进放大器能源系统以提高能量传输和转换效率。目前国内外放大器能源系统普遍采用临界阻尼脉冲电源，具体为集中参数的电容、电感、电阻以及具有非线性阻抗特性的氙灯组成单链LRC放电回路，通过参数匹配，实现临界阻尼脉冲输出。该回路具有结构简单、元器件数量少的特点，但存在波尾长，能量利用率低，会加剧放大器的热效应等缺陷。对于灯泵放大器，理想的泵浦电流波形是一尾部快速截止、同时前沿较缓(100μs)的平顶方波，增益最大时刻位于泵浦结束时刻，能量利用率接近100％，增益较临界阻尼脉冲高。本技术基于这一认识进行设计，同时在设计过程中不降低设备的可靠性要求，并兼顾考虑提升设备的安全性和可操作性以及系统的故障诊断能力。
技术实现思路
本技术提供了一种高效泵浦脉冲整形电源系统，其技术方案如下：一种高效泵浦脉冲整形电源系统，其包括电容电感链形网络及包含所述电容电感链形网络的充电储能回路、脉冲整形放电回路，其中：所述电容电感链形网络由脉冲电容C1～Cn、可调电感L1～Ln混联组成；所述充电储能回路由恒流充电机M、隔离变压器T、充电保护电阻R1、电容电感链形网络依次串联而成；所述脉冲整形放电回路由电容电感链形网络、放电开关G、长距离传输电缆TL、大功率脉冲氙灯FL依次串联而成。进一步，所述恒流充电机M输出端接隔离变压器T的原边，隔离变压器T的副边通过充电保护电阻R1，连接到电容C1两端。优选地，所述放电开关G设置开关触发器ST。进一步，所述大功率脉冲氙灯FL的高压端连接到长距离传输电缆的芯线；低压端通过电缆屏蔽层连接到电源的共同接地点。进一步，其还设置有测量回路，所述测量回路由电阻R2、R3组成的分压器、信号传输线、数据采集板DCB依次连接而成。此外，R2、R3组成的分压器的两端分别连接到电容C1两端。进一步，其还设置有泄放保护单元，所述泄放保护单元由常闭泄放开关K、大功率泄放电阻堆Rs串联而成。进一步，所述常闭泄放开关K与泄放电阻串并联组合Rs组成的泄放保护单元两端分别连接到电容C1两端。本技术的有益效果如下：第一、本技术采用方波脉冲泵浦激光装置放大器，相对传统临界阻尼脉冲泵浦方式，有效提高泵浦能量利用率，提高放大器小信号增益，降低放大器热效应；第二、电容电感组成的链形网络中各级电感值可调，可获得更优化、符合要求的电流脉冲波形；第三、本技术采用常闭泄放开关，实时监测并形成闭环反馈，有效提高能源安全性、可靠性和故障诊断能力。第四、本技术可获得稳定可靠、经济实用的高效泵浦脉冲电源，为大功率固体激光装置放大器能源提供了新的选择，当放大器增益需求提高时，可有效降低对于激光媒介和箱体结构等的要求和压力。附图说明图1为一种高效泵浦脉冲整形电源系统电路结构示意图。图2为储能相同时，本技术具体实施例1中所获得的放电波形与临界阻尼波形对比图。图3为采用图2所示的方波和临界阻尼波泵浦时，放大器时序-增益曲线对比图。图中符号说明：T:隔离变压器；R1：充电保护电阻；R2、R3：分压电阻；K：常闭泄放开关；Rs：泄放电阻堆；C1～Cn：脉冲电容；L1～Ln:可调电感；G：放电开关；OSC：示波器；TL：长距离低损耗传输电缆；FL：大功率脉冲氙灯；DCB：数据采集板；M：恒流充电机M；ST：开关触发器。具体实施方式下面将结合本技术实施例，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。参照图1，一种向高功率固体激光装置放大器提供泵浦能量的高效脉冲整形电源，包括：一个充电储能回路、一个脉冲整形放电回路、一台开关触发器ST、一个测量回路、一套泄放保护单元。充电储能回路由恒流充电机M、隔离变压器(含高压硅堆)T、保护电阻R1、脉冲电容器组C1～Cn依次串联而成；脉冲整形放电回路由电容电感混联组成的链形网络、放电开关G、长距离传输电缆TL、大功率脉冲氙灯FL依次串联而成；此回路中优选设置示波器OSC，用于测量放电回路电流波形。测量回路由R2、R3组成的分压器、信号传输线、数据采集板DCB依次连接而成；泄放保护单元由常闭泄放开关K、大功率泄放电阻堆Rs串联而成。恒流充电机M输出端接隔离变压器(含高压硅堆)T的原边，隔离变压器(含高压硅堆)T的副边通过充电保护电阻，连接到电容C1两端；R2、R3组成的分压器的两端分别连接到电容C1两端；常闭泄放开关K与泄放电阻串并联组合Rs组成的泄放保护单元两端分别连接到电容C1两端。脉冲氙灯FL高压端连接到长距离传输电缆的芯线；低压端通过电缆屏蔽层连接到电源的共同接地点。本技术的一种高效泵浦脉冲整形电源系统使用时，按以下步骤进行：S1：将泄放保护单元的常闭泄放开关K断开连接；S2：启动恒流充电机M向电容电感链形网络充电；S3：充电过程中测量回路的数据采集板DCB实时监测充电电压值；S4：当监测到充电电压达到设定值，控制开关触发器ST输出脉冲，导通放电开关G，能量经由脉冲整形放电回路释放，产生大电流方波泵浦脉冲，激励大功率脉冲氙灯FL进行高效电光能量转化，进而泵浦激光媒介实现粒子集居数反转，完成激光放大过程。其中，步骤S4中，如果放电开关G未触发成功，或在步骤S2中，因故障导致无法在规定时间内充到设定电压，泄放保护单元的常闭泄放开关K闭合，泄放电容器储能。实施例1：在本实施例中，恒流充电机恒定输出100mA电流；电容电感组成的链形网络n＝6，即共有6级电容电感单元；电容为6台耐压20kV的金属化膜自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效泵浦脉冲整形电源系统，其特征在于：其包括电容电感链形网络及包含所述电容电感链形网络的充电储能回路、脉冲整形放电回路，其中：所述电容电感链形网络由脉冲电容C1～Cn、可调电感L1～Ln混联组成；所述充电储能回路由恒流充电机M、隔离变压器T、充电保护电阻R1、电容电感链形网络依次串联而成；所述脉冲整形放电回路由电容电感链形网络、放电开关G、长距离传输电缆TL、大功率脉冲氙灯FL依次串联而成。

【技术特征摘要】
1.一种高效泵浦脉冲整形电源系统，其特征在于：其包括电容电感链形网络及包含所述电容电感链形网络的充电储能回路、脉冲整形放电回路，其中：
所述电容电感链形网络由脉冲电容C1～Cn、可调电感L1～Ln混联组成；
所述充电储能回路由恒流充电机M、隔离变压器T、充电保护电阻R1、电容电感链形网络依次串联而成；
所述脉冲整形放电回路由电容电感链形网络、放电开关G、长距离传输电缆TL、大功率脉冲氙灯FL依次串联而成。
2.根据权利要求1所述的一种高效泵浦脉冲整形电源系统，其特征在于：所述恒流充电机M输出端接隔离变压器T的原边，隔离变压器T的副边通过充电保护电阻R1，连接到电容C1两端。
3.根据权利要求1所述的一种高效泵浦脉冲整形电源系统，其特征在于：所述放电开关G设置开关触发器ST。
4.根据权利要求1所述的一种高效泵浦脉冲整形...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐珍，陈德怀，郭良福，赖贵友，申晨，陈林，唐海波，汪凌芳，唐菱，党钊，朱启华，魏晓峰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：新型
国别省市：四川;51