一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，其包括充放电子模块、汇流母排、调波电感、氙灯以及隔离开关，设定数量的充放电子模块并联连接在一个汇流母排的输入端上，汇流母排的输出端并联连接若干路的调波电感，每路调波电感连接一路氙灯支路，一个充放电子模块包括一个半导体可控晶闸管开关组件和一个储能电容器组，晶闸管开关组件一端连接至汇流母排且另一端连接至储能电容器组，若干个半导体可控硅晶闸管开关串联构成一个晶闸管开关组件，各个充放电子模块中的储能电容器组的高压端之间均连接有隔离开关。本发明专利技术的电源装置能够采用半导体可控硅晶闸管作为主放电电路的开关，也无需额外的均流措施，结构简单，可靠性高，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置
本专利技术属于激光技术、脉冲功率技术、高电压技术和电力电子技术的交叉复合领域，涉及一种可以采用大功率可控硅晶闸管开关、用于氙灯激励型高能激光器的泵浦电源装置。
技术介绍
激光技术是近年来工程技术研究中的活跃领域。在各种各样的激光设备中，氙灯作为激光设备的一个常用光源，通常被人们也叫做激光氙灯、脉冲氙灯。氙灯是一种填充氙气的光电管或闪光电灯。氙气化学性质不活泼，不能燃烧，也不助燃，是天然的稀有气体中分子量最大、密度最高的气体。氙气高压灯辐射发出很强的紫外线，可用于医疗、制作光谱仪光谱以及各种工业激光设备中。用于大型高功率激光器的强激光技术需要使用大尺寸高压氙灯，其长度往往在1000mm以上，内部气压也很高。这时，氙灯激励需要一个能提供强大功率的脉冲泵浦电源。以电容器为储能单元的大功率脉冲电源是强激光装置初级能源激励系统的重要组成部分，它为氙灯负载提供满足能量、功率和波形要求的激励脉冲。例如，在激光惯性约束聚变的前级泵浦能源中，单台电源系统需要为数十支串并联的大尺寸氙灯提供兆焦级的脉冲激励能量，电源中单个开关的能量传递能力要达到数吉瓦(109W)峰值功率、数百千安(105A)峰值电流、数百微秒(10-6s)脉冲宽度的水平。开关器件是脉冲功率电源中的重要器件，因为开关器件的性能会直接影响到输出脉冲波的上升时间、幅值等参数。高能脉冲开关要求响应快、损耗小、承受电压高、传导电流大、稳定性高、电感低、工作电压调节方便、结构简单坚固、寿命长、造价经济等特点。目前主流的脉冲功率开关器件是气体间隙类开关(包括低气压的真空开关)和固体半导体开关两大类。气体间隙类开关单体耐高压能力、通流能力、抗负载故障能力都很强，造价也很低廉，但缺点是触发电路复杂、寿命有限、维护工作量较大、长期使用的经济性较差。固体半导体开关的优缺点正好与之相反。特别是由于目前半导体器件单体的工作电压、工作电流都很有限，因此不得不将多个单体开关串联或并联起来以实现耐高压和大通流能力，这样不仅提高了电路复杂性，增大了技术投资，可靠性也大为降低。虽然串联半导体开关可以耐高压，并联半导体开关可以提高通流能力，但由于多个半导体器件导通动作的略微差异会导致电压和电流分配不均，因此，串联半导体开关必须配合均压电路(措施)，并联半导体开关必须采用均流电路(措施)。需要均压或均流的半导体开关单体越多，均流和均压电路(措施)就越复杂。这样，又进一步提高了开关技术复杂性和成本造价，降低了可靠性。有鉴于此，考虑到氙灯激励对电源电压和电流的特殊要求，需要开发一种无须均流措施、经济有效地使用半导体可控硅晶闸管的脉冲泵浦电源装置。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，其目的在于，设计充放电子模块并联充电、独立放电的方式，将脉冲泵浦电源中需要通过巨大电流的一个总开关分成了若干相对独立的小开关，本专利技术的电源装置能够采用半导体可控硅晶闸管作为主放电电路的开关，也无需额外的均流措施，结构简单，可靠性高，成本低廉。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，其特征在于，其采用半导体可控硅晶闸管开关作为主放电电路的开关，其包括充放电子模块、汇流母排、调波电感、氙灯以及隔离开关，其中，设定数量的充放电子模块并联连接在一个汇流母排的输入端上，汇流母排的输出端并联连接若干路的调波电感，每路调波电感连接一路氙灯支路，一个所述充放电子模块包括一个晶闸管开关组件和一个储能电容器组，晶闸管开关组件一端连接至所述汇流母排且另一端连接至储能电容器组，一个储能电容器组包括若干台金属化膜电容器和与金属化膜电容器台数相同的保护阻抗器，一台金属化膜电容器连接一台保护阻抗器，一个晶闸管开关组件包括若干个半导体可控硅晶闸管开关，若干个半导体可控硅晶闸管开关串联构成一个晶闸管开关组件，各个充放电子模块中的储能电容器组的高压端之间均连接有隔离开关，所述隔离开关在闭合连通时能使储能电容器组被充电，所述隔离开关在断开且所述晶闸管开关组件在闭合时，各个储能电容器组放电，且放电获得的电流在汇流母排处叠加。进一步的，其包括充放电模块机柜、充电控制机柜以及电流调制机柜，其中，所述充放电子模块和所述汇流母排设置在充放电模块机柜中，所述调波电感设置在所述电流调制机柜中，所述充放电模块机柜一端连接所述电流调制机柜，且另一端连接所述充电控制机柜，所述充放电模块机柜、充电控制机柜以及电流调制机柜采用等电位共地接地的接地方式。进一步的，所述充电控制柜内包括控制监测单元和充电单元，所述控制监测单元和充电单元呈现上、下排列，上部设置控制监测单元，下部设置充电单元，所述控制监测单元用于接收外部指令，对充电单元进行控制，还用于接收外部指令，对充放电子模块中的晶闸管开关组件给出同步触发信号，还用于监测、记录脉冲泵浦电源的的工作信息，所述充电单元用于给充放电子模块中的储能电容器充电。进一步的，所述充放电模块机柜中的多个充放电子模块面对面对称排列，所述汇流母排设置在所述充放电模块机柜中部，各个充放电子模块在所述汇流母排上形成电流汇流。进一步的，所述充放电模块机柜中还安装有预电离单元和储能电容器组泄能单元。进一步的，所述电流调制机柜位于所述充放电模块机柜的顶部上方，所述电流调制机柜内设置有若干调波电感，若干调波电感呈现环形均布排列，每个调波电感通过电缆连接一路氙灯。进一步的，所述隔离开关放置于充放电模块机柜或者充电控制机柜中。进一步的，工作时，所述充电控制机柜输入380V交流市电，充电控制机柜的充电单元输出放电子模块中储能电容器所需的工作储能直流电压，并对充电电压进行监测。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由能够取得下列有益效果：(1)利用电压、电流的感应叠加原理，采用充放电子模块并联充电，独立放电设计，将脉冲泵浦电源中需要通过巨大电流的一个总开关分成了若干相对独立的小开关，相当于将总电流分切成若干小电流之和。这样，只要保证同步触发，半导体开关的均流问题无须再考虑，这相当于把并联开关均流问题就转化为充放电子模块的同步触发问题，而后者在技术投资和技术成熟度上要容易解决得多。(2)通过隔离开关的开断操作，放电时单体开关器件所需的通流峰值显著下降，通态电流变化率也随之下降，因此用性能较低、价格较便宜的小尺寸晶闸管串联替代大尺寸高性能晶闸管串联来制造开关，技术经济性明显提高。(3)该装置布局紧凑，主要柜体内充放电子模块对称排列，能够平衡大电流通过造成的电动力冲击，提高设备使用的安全性和经济性。附图说明图1为本专利技术实施例中氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置整体电路示意图；图2为本专利技术实施例中氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置的布局图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，使用半导体可控硅晶闸管作为主放电电路的开关。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，其特征在于，其采用半导体可控硅晶闸管开关作为主放电电路的开关，其包括充放电子模块、汇流母排、调波电感、氙灯以及隔离开关，其中，设定数量的充放电子模块并联连接在一个汇流母排的输入端上，汇流母排的输出端并联连接若干路的调波电感，每路调波电感连接一路氙灯支路，一个所述充放电子模块包括一个晶闸管开关组件和一个储能电容器组，晶闸管开关组件一端连接至所述汇流母排且另一端连接至储能电容器组，一个储能电容器组包括若干台金属化膜电容器和与金属化膜电容器台数相同的保护阻抗器，一台金属化膜电容器连接一台保护阻抗器，一个晶闸管开关组件包括若干个半导体可控硅晶闸管开关，若干个半导体可控硅晶闸管开关串联构成一个晶闸管开关组件，各个充放电子模块中的储能电容器组的高压端之间均连接有隔离开关，所述隔离开关在闭合连通时能使储能电容器组被充电，所述隔离开关在断开且所述晶闸管开关组件在闭合时，各个储能电容器组放电，且放电获得的电流在汇流母排处叠加。

【技术特征摘要】
1.一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，其特征在于，其采用半导体可控硅晶闸管开关作为主放电电路的开关，其包括充放电子模块、汇流母排、调波电感、氙灯以及隔离开关，其中，设定数量的充放电子模块并联连接在一个汇流母排的输入端上，汇流母排的输出端并联连接若干路的调波电感，每路调波电感连接一路氙灯支路，一个所述充放电子模块包括一个晶闸管开关组件和一个储能电容器组，晶闸管开关组件一端连接至所述汇流母排且另一端连接至储能电容器组，一个储能电容器组包括若干台金属化膜电容器和与金属化膜电容器台数相同的保护阻抗器，一台金属化膜电容器连接一台保护阻抗器，一个晶闸管开关组件包括若干个半导体可控硅晶闸管开关，若干个半导体可控硅晶闸管开关串联构成一个晶闸管开关组件，各个充放电子模块中的储能电容器组的高压端之间均连接有隔离开关，所述隔离开关在闭合连通时能使储能电容器组被充电，所述隔离开关在断开且所述晶闸管开关组件在闭合时，各个储能电容器组放电，且放电获得的电流在汇流母排处叠加。2.如权利要求1所述的一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，其特征在于，其包括充放电模块机柜、充电控制机柜以及电流调制机柜，其中，所述充放电子模块和所述汇流母排设置在充放电模块机柜中，所述调波电感设置在所述电流调制机柜中，所述充放电模块机柜一端连接所述电流调制机柜，且另一端连接所述充电控制机柜，所述充放电模块机柜、充电控制机柜以及电流调制机柜采用等电位共地接地的接地方式。3.如权利要求1或2所述的一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，其特征在于，所述充电控制柜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李黎，熊佳明，彭明洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42