一种强脉冲泵浦激光电源电路制造技术

本实用新型专利技术属于高电压脉冲功率技术领域，公开了一种强脉冲泵浦激光电源电路，包括主放电电路，预放电电路及汇流母排。主放电电路包括主充电单元，与所述主充电单元两端连接的至少一组脉冲储能单元电路，及由所述脉冲储能单元电路的高压端引出的主放电饱和电感电路；预放电电路包括预充电单元，与所述预充电单元两端连接的预放电电容器，及由所述预放电电容器高压端引出的预放电饱和电感电路。本实用新型专利技术能防止主晶闸管开关因电流上升率过大引起的高温损坏。

A Power Supply Circuit for High Pulse Pumped Laser

The utility model belongs to the technical field of high voltage pulse power, and discloses a power supply circuit for high pulse pumping laser, which comprises a main discharge circuit, a pre-discharge circuit and a bus bar. The main discharge circuit includes a main charging unit, at least one set of pulse energy storage unit circuits connected with both ends of the main charging unit, and a main discharge saturated inductance circuit induced by the high voltage end of the pulse energy storage unit circuit; the pre-discharge circuit includes a pre-charging unit and a pre-discharge capacitor connected with both ends of the pre-charging unit. The device and a pre-discharge saturated inductance circuit drawn from the high voltage end of the pre-discharge capacitor. The utility model can prevent high temperature damage of the main thyristor switch caused by excessive current rise rate.

【技术实现步骤摘要】
一种强脉冲泵浦激光电源电路
本技术涉及高电压脉冲功率
，尤其是涉及一种强脉冲泵浦激光电源电路。
技术介绍
大尺寸高能脉冲氙灯是目前强激光系统中应用较为广泛的泵浦源之一，它是将电能转换成光能的放电器件，也是激光系统中的关键器件。强脉冲泵浦激光电源是大型高功率激光器的重要组成部分，为氙灯激励提供大功率能量脉冲。在脉冲泵浦电源中，开关器件具有特别重要的意义，它连接储能器件与负载，将压缩后的脉冲传递给负载，并且其性能会直接对输出脉冲的幅值、上升时间等造成影响。强功率脉冲电源对开关的要求是：寿命长、易维修、结构紧凑、性能稳定、通流能力强、耐受电压大、击穿时延短并且分散性小。在脉冲电源中，常使用的传统开关元件包括气体开关、引燃管、真空触发开关等。目前，大功率固体半导体开关由于其寿命长、体积小、可靠性高、控制特性好、配套简单、成本较低等优点，正逐渐成为脉冲功率开关的发展方向，呈现出替代传统开关的趋势。大功率半导体可控硅晶闸管开关是固体半导体开关的典型代表。然而，目前的半导体可控硅晶闸管开关通流能力、耐受电压有限，仅凭单个半导体可控硅晶闸管单体阀片无法实现较大的工作电流与较高的工作电压。因此，强功率脉冲电源使用半导体可控硅晶闸管开关时，需要将多个晶闸管单体阀片串并联使用。强脉冲泵浦激光电源工作在高电压大电流环境下，期望晶闸管开关的耐压能力越高越好，而耐压能力的提高会制约晶闸管开关的di/dt耐量。并且由于工作电流峰值高，脉宽窄，晶闸管开关开通过程的初始电流上升率较高。当晶闸管开关开通过程的初始电流上升率超过开关的di/dt耐量时，晶闸管开关将会由于局部温度过高而损坏。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种强脉冲泵浦激光电源电路，解决现有技术中半导体可控硅晶闸管开关开通过程由于电流上升率过大引起的高温损坏的技术问题。为达到上述技术目的，本技术的技术方案提供一种强脉冲泵浦激光电源电路，包括：主放电电路，其包括主充电单元，与所述主充电单元两端连接的至少一组脉冲储能单元电路，及由所述脉冲储能单元电路的高压端引出的主放电饱和电感电路，所述脉冲储能单元电路包括依次串联的阻尼元件和主储能电容器，所述主放电饱和电感电路包括相互串联的主饱和电感器和主晶闸管开关；预放电电路，其包括预充电单元，与所述预充电单元两端连接的预放电电容器，及由所述预放电电容器高压端引出的预放电饱和电感电路，所述预放电饱和电感电路包括依次串联的预放电电感器、预饱和电感器和预晶闸管开关；及汇流母排，其用于将所述主放电饱和电感电路和所述预放电饱和电感电路与负载连接。与现有技术相比，本技术的有益效果包括：1、在储能电容器组与晶闸管开关串联接入了饱和电感器，限制主晶闸管开关过程的初始电流上升率不超过主晶闸管开关的di/dt耐量，从而防止主晶闸管开关的高温损坏；2、使用大功率半导体可控硅晶闸管开关作为主晶闸管开关、预晶闸管开关，具有寿命长、体积小、可靠性高、易控制的优点；3、与脉冲储能单元电路组并联泄能电路，当主储能电容器已充电完毕但主晶闸管开关未正常导通时，可通过泄能电路释放电容器储存的能量，具有安全，可靠性高的优点。附图说明图1是本技术电路原理图。具体实施方式为了使本技术的目的、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技术，并不用于限定本技术。本技术提供了一种强脉冲泵浦激光电源电路，包括主放电电路，预放电电路及汇流母排，如图1所示。主放电电路包括主充电单元，与所述主充电单元两端连接的至少一组脉冲储能单元电路(本实施例以16组为例说明)，及由所述脉冲储能单元电路的高压端引出的主放电饱和电感电路，所述脉冲储能单元电路包括依次串联的阻尼元件和主储能电容器C1(如C1-1至C1-16)，所述主放电饱和电感电路包括相互串联的主饱和电感器L和主晶闸管开关K。预放电电路包括预充电单元，与所述预充电单元两端连接的预放电电容器Cx，及由所述预放电电容器Cx高压端引出的预放电饱和电感电路，所述预放电饱和电感电路包括依次串联的预放电电感器Lx、预饱和电感器Ly和预晶闸管开关Kx。汇流母排用于将所述主放电饱和电感电路和所述预放电饱和电感电路与负载连接。主充电单元和预充电单元是相互独立的，主充电单元和预充电单元均可采用220V或380V三相交流电输入，主充电单元输出电压在0至储能电容器组额定电压内可调，预充电单元输出电压在0至预电离电容器额定电压内可调，通过高频升压变压器实现输入电压至输出电压的升压。主放电电路采用高频串联谐振充电电路结构，具有体积小、重量轻、充电重复精度高、固有抗短路能力强和可靠性高的优点。主充电单元的输出电压决定了脉冲电源的初始工作电压。主充电单元向电容器组充电，充电完成后，主充电单元不会对放电电路的技术指标、电流波形产生任何影响，它对主放电电路的影响仅体现在电容器的初始工作电压上。其工作原理为：主充电单元向相互并联的脉冲储能单元电路组供电，对每个主储能电容器C1(如C1-1至C1-16)充电，待充电完成后，闭合主晶闸管开关K，脉冲储能单元电路组中的主储能电容器C1(如C1-1至C1-16)同时放电，脉冲电流经汇流母排向负载供电。在主晶闸管开关K开通过程中，通过主晶闸管开关K的电流未达到饱和电流值，主饱和电感器L呈现较大的非饱和电感，限制了通过主晶闸管开关K开通过程的初始电流上升率。当主晶闸管开关K开通完成后，电流上升到饱和电流值，饱和电感器迅速饱和，电感量降至接近0，相当于饱和电感器被短路，此时放电电流迅速上升，输出正常脉冲波形。由于主晶闸管开关K导通时间很短，因此不影响正常脉冲波形指标。预放电电路的工作原理与主放电电路的工作原理相同，区别在于预放电电路的规模较小，因此无需采用大规模储能电容器组储能，只需要预放电电容器Cx作为储能装置即可，Lx为预放电电感器，其作用是调节预放电脉冲波形，预饱和电感器Ly与预晶闸管开关Kx串联。预放电电路在主放电电路之前进行放电，对负载进行预充电(如使氙灯预燃)，这样能够保证主放电电路放电更加充分和均匀，并且能够保护负载，延长负载寿命。主饱和电感器L的选取原则为：未接入主饱和电感器L时，正常放电电流峰值为I，上升沿时间为trise，则主晶闸管开关K开通过程的初始电流上升率约为主晶闸管开关K的di/dt耐量为Q，开通时间为tr。所选取的主饱和电感器L的未饱和电感量L1应能够将使主晶闸管开关K开通过程中的初始电流上升率自(di/dt)max限制为(di/dt)r，且(di/dt)r≤0.8Q，饱和电流值应取为(di/dt)b·tr～1.5(di/dt)b·tr。预饱和电感器的选取原则与主饱和电感器的选取原则一致。作为优选的，所述阻尼元件为电感电阻一体式元件，其采用高电阻率的金属合金线绕制而成，如不锈钢、锰铜、康铜等。R1-1至R1-16是阻尼元件的等效电阻，L1-1至L1-16是阻尼元件的等效电感。阻尼元件的作用是：在主储能电容器C1(如C1-1至C1-16)发生电容器内部击穿等故障，限制故障支路上故障电流峰值与上升率，吸收其余并联电容器的放电能量，防止故障电容器的爆裂起火。作为优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强脉冲泵浦激光电源电路，其特征在于包括：主放电电路，其包括主充电单元，与所述主充电单元两端连接的至少一组脉冲储能单元电路，及由所述脉冲储能单元电路的高压端引出的主放电饱和电感电路，所述脉冲储能单元电路包括依次串联的阻尼元件和主储能电容器，所述主放电饱和电感电路包括相互串联的主饱和电感器和主晶闸管开关；预放电电路，其包括预充电单元，与所述预充电单元两端连接的预放电电容器，及由所述预放电电容器高压端引出的预放电饱和电感电路，所述预放电饱和电感电路包括依次串联的预放电电感器、预饱和电感器和预晶闸管开关；及汇流母排，其用于将所述主放电饱和电感电路和所述预放电饱和电感电路与负载连接。

【技术特征摘要】
1.一种强脉冲泵浦激光电源电路，其特征在于包括：主放电电路，其包括主充电单元，与所述主充电单元两端连接的至少一组脉冲储能单元电路，及由所述脉冲储能单元电路的高压端引出的主放电饱和电感电路，所述脉冲储能单元电路包括依次串联的阻尼元件和主储能电容器，所述主放电饱和电感电路包括相互串联的主饱和电感器和主晶闸管开关；预放电电路，其包括预充电单元，与所述预充电单元两端连接的预放电电容器，及由所述预放电电容器高压端引出的预放电饱和电感电路，所述预放电饱和电感电路包括依次串联的预放电电感器、预饱和电感器和预晶闸管开关；及汇流母排，其用于将所述主放电饱和电感电路和所述预放电饱和电感电路与负载连接。2.根据权利要求1所述的强脉冲泵浦激光电源电路，其特征在于：所述阻尼元件为电感电阻一体式元件，其采用高电阻率的金属合金线绕制而成。3.根据权利要求1所述的强脉冲泵浦激光电源电路，其特征在于：所述主晶闸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，钟和清，
申请(专利权)人：武汉华中华昌能源电气科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42