CN111416272A - 一种准分子激光高压开关的触发及保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，中控系统将其所产生光脉宽信号同步传输给脉冲发生器和高压发生器，中控系统还将其所产生的充电基准电压光信号传输给高压发生器；变压器T₀包括初级线圈L₁、次级线圈L₂、次级线圈L₃；变压器T₀的初级线圈L₁的两端与脉冲发生器相连接；变压器T₀的次级线圈L₂的两端分别与共模扼流圈T₁的芯轴线和屏蔽层相连接；变压器T₀的次级线圈L₃的两端分别与分压电阻R₄相连接；分压电阻R₄即构成反馈单元，用于产生反馈信号，反馈脉冲发生器是否产生触发信号；中控系统与反馈单元相连接，用于接收反馈单元所产生的反馈信号。本发明能够产生高压开关的触发信号并且具有抵抗高压尖峰脉冲干扰的能力，使得高压开关能长期稳定地工作。

Description

一种准分子激光高压开关的触发及保护电路

技术领域

本发明涉及高压开关控制技术领域，尤其是一种准分子激光高压开关的触发及保护电路。

背景技术

准分子激光器需要工作在高电压状态下。高压开关如IGBT和氢闸流管是用在高压回路中的两个典型开关、由于高压开关在导通的过程中会在触发端耦合进数十到数千伏的尖峰干扰电压。该尖峰干扰电压会干扰和损坏触发回路中的低压元件。因此，需要一种特殊的电路来产生高压开关的触发信号并且应具有抵抗尖峰电压干扰的能力，使得高压开关能长期稳定地工作。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，能够产生高压开关的触发信号并且具有抵抗高压尖峰脉冲干扰的能力，使得高压开关能长期稳定地工作。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，触发及保护电路包括：中控系统、高压发生器、脉冲发生器、高压开关、变压器T₀、反馈单元、共模扼流圈T₁、激光发生单元；

所述中控系统用于产生光脉宽信号和充电基准电压光信号；所述中控系统分别与脉冲发生器和高压发生器相连接，中控系统用于将所产生的光脉宽信号同步传输给脉冲发生器和高压发生器，中控系统还用于将所产生的充电基准电压光信号传输给高压发生器；

所述变压器T₀包括：初级线圈L₁、次级线圈L₂、次级线圈L₃；

初级线圈L₁的两端与脉冲发生器的输出端相连接；

次级线圈L₂的一端与共模扼流圈T₁的芯轴线的输入端相连接；次级线圈L₂的另一端与共模扼流圈T₁的屏蔽层的输入端相连接；

次级线圈L₃的两端分别与反馈单元相连接；

所述反馈单元用于产生反馈信号，反馈脉冲发生器是否产生触发信号；

中控系统与反馈单元相连接，用于接收反馈单元所产生的反馈信号；

共模扼流圈T₁的芯轴线的输出端与高压开关的触发端相连接；

共模扼流圈T₁的屏蔽层的输出端与高压开关的接地端相连接；

高压发生器的输出端与高压开关的集电极端相连接；

高压发生器的输出端还与激光发生单元相连接；

所述激光发生单元用于产生激光。

触发及保护电路还包括：光纤头FB₁、光纤头FB₂、光纤头FB₃；

所述中控系统通过第一光纤线与设置在脉冲发生器输入端的光纤头FB₁相连接；所述中控系统通过第二光纤线和第三光纤线分别与设置在高压发生器输入端的光纤头FB₂和光纤头FB₃相连接；

所述第一光纤线和第二光纤线用于将中控系统所产生的光脉宽信号分别同步传输给脉冲发生器和高压发生器；所述第三光纤线用于将中控系统所产生的充电基准电压光信号传输给高压发生器。

反馈单元包括：分压电阻R₄、光纤头FB₄；

次级线圈L₃的一端与分压电阻R₄的一端相连接，次级线圈L₃的另一端与光纤头FB₄的一端相连接，分压电阻R₄的另一端与光纤头FB₄的另一端相连接；

中控系统通过第四光纤线与反馈单元中的光线头FB₄相连接；所述第四光纤线用于将反馈单元所产生的反馈信号传输给中控系统。

触发及保护电路还包括：负偏压发生器、电容C₁；

次级线圈L₂的一端与电容C₁的一端相连接，电容C₁的另一端与共模扼流圈T₁的芯轴线的输入端相连接；次级线圈L₂的另一端与共模扼流圈T₁的屏蔽层的输入端相连接；

负偏压发生器并联在电容C₁的两端。

所述高压开关的触发端与接地端之间并联有电阻。

所述光纤头FB₄的两端并联有二极管D₁。

所述高压开关为氢闸流管；

激光发生单元包括：储能电容C_S、电感L_S、放电电容C_d、阴极电极、阳极电极；

高压发生器的输出端与储能电容C_S的一端相连接，储能电容C_S的另一端还分别与电感L_S的一端、放电电容C_d的一端、阴极电极相连接，电感L_S的另一端、放电电容C_d的另一端、阳极电极均与大地相连接。

所述高压开关为氢闸流管；

触发及保护电路还包括：限流电阻R₃、压敏电阻R_Z；

共模扼流圈T₁的芯轴线的输出端与限流电阻R₃的一端相连接，限流电阻R₃的另一端与氢闸流管的触发端即栅极端G相连接；

压敏电阻R_Z并联在氢闸流管的栅极端G和氢闸流管的阴极端C之间，即，压敏电阻R_Z的一端与氢闸流管的栅极端G相连接，压敏电阻R_Z的另一端与氢闸流管的阴极端C相连接；

共模扼流圈T₁的屏蔽层的输出端与氢闸流管的接地端即阴极端C相连接，氢闸流管的阴极端C与大地相连接；

高压发生器的输出端与氢闸流管的集电极端即阳极端A相连接，高压发生器的外壳与大地相连接。

所述高压开关为氢闸流管；

触发及保护电路还包括：共模扼流圈T₂、直流电源；

直流电源通过共模扼流圈T₂为氢闸流管的加热电阻丝端即H端和贮氢池加热电阻丝端即R端提供加热电流，即，共模扼流圈T₂的两根高温硅胶线的同一端的两线分别与直流电源的正、负极相连接；共模扼流圈T₂的两根高温硅胶线的另一端的一线与氢闸流管的H端和R端相连接，另一端的另一线与氢闸流管的阴极端C相连接。

所述高压开关为IGBT即绝缘栅双极晶体管；

激光发生单元包括：储能电容C_S、变压器T₂、倍压电容C₂、放电电容C_d、阴极电极、阳极电极、磁开关S₂；且触发及保护电路还包括：吸收电阻R₁；

共模扼流圈T₁的芯轴线的输出端与IGBT的触发端即栅极端G相连接；

共模扼流圈T₁的屏蔽层的输出端与IGBT的接地端即发射极端E相连接，IGBT的发射极端E与大地相连接；

吸收电阻R₁并联在IGBT的栅极端G和发射极端E之间，即，吸收电阻R₁的一端与IGBT的栅极端G相连接，吸收电阻R₁的另一端与IGBT的发射极端E相连接；

高压发生器的输出端与IGBT的集电极端C相连接，高压发生器的外壳与大地相连接；

变压器T₂包括初级线圈L₄和次级线圈L₅；

高压发生器的输出端还与储能电容C_S的一端相连接，储能电容C_S的另一端与变压器T₂的初级线圈L₄的一端相连接，变压器T₂的初级线圈L₄的另一端与大地相连接；

变压器T₂的次级线圈L₅与倍压电容C₂相并联，即，次级线圈L₅的一端与倍压电容C₂的一端相连接，次级线圈L₅的另一端与倍压电容C₂的另一端相连接；

倍压电容C₂的一端与磁开关S₂的一端相连接，磁开关S₂的另一端与放电电容C_d的一端相连接，放电电容C_d的另一端与倍压电容C₂的另一端相连接；

放电电容C_d的两端分别与阳极电极和阴极电极相连接，且阳极电极还与大地相连接。

本发明的优点在于：

(1)高压发生器接收到光脉宽信号和充电基准电压光信号后，高压发生器产生高压电；脉冲发生器接收到光脉宽信号后，脉冲发生器产生高压开关的触发信号即脉冲信号，并通过分压电阻R₄在光纤头FB₄产生一个反馈信号给中控系统；中控系统收到反馈信号，才会产生下一组控制信号即光脉宽信号和充电基准电压光信号发送给高压发生器，从而能够及时停止高压发生器给储能电容C_S充电。

(2)本发明中的控制信号即中控系统所产生的光脉宽信号和充电基准电压光信号采用光纤进行传输，有效的减小了电磁场对控制回路的干扰，控制回路即为：通过第一光纤线将中控系统与设置在脉冲发生器输入端的光纤头FB₁相连接的回路，以及通过第二光纤线和第三光纤线将中控系统分别与设置在高压发生器输入端的光纤头FB₂和光纤头FB₃相连接的回路。

(3)本发明中的反馈信号采用光纤进行传输，有效的减小了电磁场对反馈回路的干扰，反馈回路即为：通过第一光纤线将中控系统与反馈单元中的光纤头FB₄相连接的回路。

(4)负偏压发生器产生直流偏压加载在电容C₁上，电容C₁上的直流负偏压通过变压器T₀的次级线圈L₂耦合进脉冲发生器产生的脉冲信号中，由此形成负偏压正脉冲信号，负偏压正脉冲信号接入高压开关中，用于氢闸流管关断后的快速恢复。

(5)当高压开关的集电极端与接地端之间击穿时，触发端与接地端之间会产生的高压尖峰脉冲，该高压尖峰脉冲传输到变压器变压器T₀上，通过变压器T₀上的次级线圈L₂、次级线圈L₃、分压电阻R₄、光纤头FB₄产生反向电压，二极管D₁用于该反向电压的流通，能够使得光纤头FB₄的反向电压不超过1V，从而保证了光纤头FB₄的正常工作。

(6)当高压开关的集电极端与接地端之间击穿时，触发端与接地端之间会产生的高压尖峰脉冲，该高压尖峰脉冲会先被高压开关的触发端与接地端之间并联的电阻吸收一部分能量，从而降低高压尖峰脉冲的幅度值，保证脉冲发生器和负偏压发生器的稳定运行。

(7)当高压开关的集电极端与接地端之间击穿时，触发端与接地端之间会产生的高压尖峰脉冲，该高压尖峰脉冲在共模扼流圈T₁的电流是单向的，共模扼流圈T₁内产生的感抗会进一步衰减高压尖峰脉冲的幅度值，从而保证脉冲发生器和负偏压发生器的稳定运行。

(8)氢闸流管的阳极端A与阴极端C击穿时，会在栅极端G和阴极端C之间产生的高压尖峰脉冲，该高压尖峰脉冲会先被压敏电阻R_Z吸收一部分能量，从而降低高压尖峰脉冲的幅度值，保证脉冲发生器和负偏压发生器的稳定运行。

(9)氢闸流管的阴极端C连接的共模扼流圈T₂抑制了由氢闸流管中的加热回路处的高压尖峰脉冲对直流电源的干扰。

附图说明

图1为高压开关为氢闸流管的触发及保护电路示意图。

图2为高压发生器的充电电压及氢闸流管的触发信号时序图。

图3为高压开关为IGBT的触发及保护电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一、高压开关为氢闸流管的触发及保护电路

由图1所示，电路包括：中控系统、高压发生器、脉冲发生器、负偏压发生器、氢闸流管、电容C₁、变压器T₀、分压电阻R₄、二极管D₁、共模扼流圈T₁、限流电阻R₃、压敏电阻R_Z、共模扼流圈T₂、电感L_S、放电电容C_d、储能电容C_S、阴极电极、阳极电极、光纤头FB₁、光纤头FB₂、光纤头FB₃、光纤头FB₄、直流电源。

中控系统产生光脉宽信号和充电基准电压光信号；所述光脉宽信号用于指示光亮的时间；所述充电基准电压光信号用于指示最终的充电电压的大小。

中控系统通过第一光纤线与设置在脉冲发生器输入端的光纤头FB₁相连接，中控系统通过第一光纤线和光纤头FB₁发送光脉宽信号给脉冲发生器。

中控系统通过第二光纤线和第三光纤线分别与设置在高压发生器输入端的光纤头FB₂和光纤头FB₃相连接，中控系统通过第二光纤线和光纤头FB₂发送光脉宽信号给高压发生器，中控系统通过第三光纤和光纤头FB₃发送充电基准电压光信号给高压发生器。

中控系统发送给高压发生器的光脉宽信号和发送给脉冲发生器的光脉宽信号的时序同步，即中控系统将所产生光脉宽信号同时发送给高压发生器和脉冲发生器。

变压器T₀包括：初级线圈L₁、次级线圈L₂、次级线圈L₃。

本实施例一中，变压器T₀上的初级线圈L₁、次级线圈L₂、次级线圈L₃之间的变比为5:20:1，变压器T₀采用GU36磁芯骨架。

初级线圈L₁的两端与脉冲发生器的输出端相连接。本实施例一中，脉冲发生器采用+300V脉冲发生器，所述+300V脉冲发生器产生幅度值为+300V的脉冲信号。

次级线圈L₂的一端与电容C₁的一端相连接，次级线圈L₂的另一端与共模扼流圈T₁的屏蔽层的输入端相连接，电容C₁的另一端与共模扼流圈T₁的芯轴线的输入端相连接。共模扼流圈的中间有个芯，芯的外面铜网包裹，外面包裹的铜网即为屏蔽层，中间的芯即为芯轴线。

负偏压发生器并联在电容C₁的两端；所述负偏压发生器用于氢闸流管关断后的快速恢复。

本实施例一中，电容C₁的参数为10nF/3kV。

本实施例一中，共模扼流圈T₁是通过同轴射频电缆SYV50-3绕氧体磁环8～15匝而形成，该氧体磁环的外径为50mm，该氧体磁环的内径为30mm，该氧体磁环的高为20mm。

次级线圈L₃的一端与分压电阻R₄的一端相连接，次级线圈L₃的另一端与二极管D₁的正极相连接，分压电阻R₄的另一端与二极管D₁的负极相连接。

本实施例一中，分压电阻R₄的参数为5.1kΩ/2W，二极管D₁的型号为1N4007。

中控系统通过第四光纤线与并联在二极管D₁上的光纤头FB₄相连接，中控系统通过第四光纤线和光纤头FB₄接收反馈单元发送的反馈信号。

分压电阻R₄和光纤头FB₄即构成反馈单元，用于反馈脉冲发生器是否产生触发信号，若中控系统通过第一光纤线发送光脉宽信号触发脉冲发生器后，光纤头FB₄通过第四光纤线返回一个光脉宽信号给中控系统，则表示脉冲发生器产生了触发信号；若中控系统通过第一光纤线发送光脉宽信号触发脉冲发生器后，光纤头FB₄没有通过第四光纤线返回一个光脉宽信号给中控系统，则表示脉冲发生器没有产生触发信号。

共模扼流圈T₁的芯轴线的输出端与限流电阻R₃的一端相连接，限流电阻R₃的另一端与氢闸流管的触发端即栅极端G相连接。本实施例一中，限流电阻R₃的参数为50Ω/50W。

共模扼流圈T₁的屏蔽层的输出端与氢闸流管的接地端即阴极端C相连接，氢闸流管的阴极端C与大地相连接。

压敏电阻R_Z作为限压原件，压敏电阻R_Z并联在氢闸流管的栅极端G和氢闸流管的阴极端C之间，即，压敏电阻R_Z的一端与氢闸流管的栅极端G相连接，压敏电阻R_Z的另一端与氢闸流管的阴极端C相连接。

压敏电阻R_Z的嵌位电压大于1000V，本实施例一中，压敏电阻R_Z的型号为20D621K。

高压发生器的输出端与氢闸流管的集电极端即阳极端A相连接，高压发生器的外壳与大地相连接。

高压发生器的输出端还与储能电容C_S的一端相连接，储能电容C_S的另一端还分别与电感L_S的一端、放电电容C_d的一端、阴极电极相连接，电感L_S的另一端、放电电容C_d的另一端、阳极电极均与大地相连接。

本实施例一中，储能电容C_S的参数为64nF/40kV；电感L_S的参数为50uH；放电电容C_d的参数为40nF/40kV。

直流电源通过共模扼流圈T₂为氢闸流管的H端和R端提供加热电流，即，共模扼流圈T₂的两根高温硅胶线的同一端的两线分别与直流电源的正、负极相连接；共模扼流圈T₂的两根高温硅胶线的另一端的一线与氢闸流管的H端和R端相连，另一端的另一线接氢闸流管的阴极端C相连接。

其中，氢闸流管里面所设的加热电阻丝，名为Heater，简称H端；氢闸流管里面所设的贮氢池加热电阻丝，名为Reservoir，简称R端。

本实施例一中，直流电源为采用6.3V的直流电源，6.3V的直流电源为氢闸流管电阻丝提供6.3V的电压，6.3V的直流电源为氢闸流管的H端和R端提供20A的加热电流，即在氢闸流管的加热电阻丝和贮氢池加热电阻丝上产生大约20A的电流。

本实施例一中，共模扼流圈T₂是通过2～4平方的两芯电线并行绕氧体磁环8～15匝而形成，该氧体磁环的外径为50mm，该氧体磁环的内径为30mm，该氧体磁环的高为20mm；其中，2～4平方是指导电截面积。

本实施例一的高压开关为氢闸流管的触发及保护电路的工作过程，包括以下步骤：

S1，6.3V的直流电源通过共模扼流圈T₂为氢闸流管的H端和R端提供20A的加热电流，氢闸流管先经过5～10min的预热。

S2，中控系统产生两个同时序的光脉宽信号和一个充电基准电压光信号，中控系统通过第二光纤线和第三光纤线将其中一个光脉宽信号和一个充电基准电压光信号发送给高压发生器；中控系统通过第一光纤线将另外一个光脉宽信号发送给+300V脉冲发生器。

S3，高压发生器接收到光脉宽信号和充电基准电压光信号后，高压发生器产生一个幅度值为10～30kV的高压电，并通过电感L_S给储能电容C_S充电；

+300V脉冲发生器接收到光脉宽信号后，+300V脉冲发生器在下降沿处产生一个脉宽为1～10us、幅度值为+300V的脉冲信号，该脉冲信号通过变压器T₀，在次级线圈L₂上将幅度值放大4倍，在次级线圈L₃上将幅度值缩小5倍后，通过分压电阻R₄在光纤头FB₄产生一个光脉冲信号，并通过第四光纤线将该光脉冲信号反馈给中控系统；与光纤头FB₄相并联的二极管D₁用于对光纤头FB₄进行反向限压保护；

负偏压发生器产生-150V直流偏压加载在电容C₁上，电容C₁上的直流负偏压通过变压器T₀的次级线圈L₂耦合进一个幅度值为+1200V的脉冲信号中，由此形成一个脉宽约为1～10us的负偏压正脉冲信号，负偏压正脉冲信号通过共模扼流圈T₁和限流电阻R₃接入氢闸流管的栅极端G和阴极端C；所述负偏压发生器用于氢闸流管关断后的快速恢复。

氢闸流管接收到来源于+300V脉冲发生器的触发信号后导通，此时储能电容C_S向放电电容C_d充电，当放电电容C_d充电结束时，放电电容C_d通过阴极电极和阳极电极放电产生准分子激光。

图2为高压发生器的充电电压及氢闸流管的触发信号时序图。中控系统通过第一光纤线发出光脉宽信号给+300V脉冲发生器，通过第二、三光纤线发出光脉宽信号和充电基准电压光信号给高压发生器。+300V脉冲发生器通过光纤头FB₁接收到光脉宽信号后，在下降沿处产生一个脉宽为1～10us、幅度值为+300V的脉冲信号。高压发生器通过光纤头FB₂、FB₃接收到光脉宽信号和充电基准电压光信号后，在光脉宽信号产生一个幅值为10～30kV的高压电。上述的脉冲信号用来触发高压开关的导通。

S4，中控系统通过第四光纤线接收到光纤头FB₄的反馈信号即光脉冲信号后，产生下一组控制信号发送给高压发生器，即产生下一组光脉宽信号和充电基准电压光信号发送给高压发生器；若中控系统没有接收到光纤头FB₄的反馈信号即光脉冲信号，则不产生发送给高压发生器的下一组控制信号。

本实施例一中，由于共模扼流圈T₁的同轴线同时绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同，且绕制反向，+300V脉冲发生器产生的触发信号上的电流在同相位绕制的电感线圈流向相反，产生反向的磁场而相互抵消，因此触发信号可以通过共模扼流圈T₁传递到高压开关的触发端上即传递到氢闸流管的栅极端G。

本实施例一中，氢闸流管的阴极端C连接的共模扼流圈T₂抑制了由氢闸流管中的加热回路处的高压尖峰脉冲对直流电源的干扰。

本实施例一中，通过变压器T₀的次级线圈L₃、分压电阻R₄、光纤头FB₄对脉冲发生器是否产生脉冲信号进行检测，并通过第四光纤线将反馈信号发送给中控系统，若中控系统接收到反馈信号，则产生下一组控制信号发送给高压发生器；若中控系统没有接收到反馈信号，则认为脉冲发生器出现了故障，并停止产生下一组控制信号发送给高压发生器，从而及时停止高压发生器给储能电容C_S充电。

本实施例一中，氢闸流管的阳极端A与阴极端C击穿时，会在栅极端G和阴极端C之间产生的高压尖峰脉冲，该高压尖峰脉冲会先被压敏电阻R_Z吸收一部分能量，从而降低高压尖峰脉冲的幅度值；另外，高压尖峰脉冲在共模扼流圈T₁的电流是单向的，共模扼流圈T₁内产生的感抗会进一步衰减高压尖峰脉冲的幅度值，从而保证脉冲发生器和负偏压发生器的稳定运行。尽管，栅极端G和阴极端C之间的高压尖峰脉冲的幅度值会被降低，但是还是会传输到变压器变压器T₀上，通过变压器T₀上的次级线圈L₂、次级线圈L₃、分压电阻R₄、光纤头FB₄产生反向电压，二极管D₁用于该反向电压的流通，从而使得光纤头FB₄的反向电压不超过1V，从而保证了光纤头FB₄的正常工作。

本实施例一中，控制信号和反馈信号采用光纤进行传输，有效的减小了电磁场对控制回路和反馈回路的干扰。

实施例二、高压开关为IGBT即绝缘栅双极晶体管的触发及保护电路

由图3所示，电路包括：中控系统、脉冲发生器、负偏压发生器、高压发生器、IGBT、电容C₁、变压器T₀、分压电阻R₄、二极管D₁、共模扼流圈T₁、吸收电阻R₁、变压器T₂、储能电容C_S、倍压电容C₂、放电电容C_d、阴极电极、阳极电极、光纤头FB₁、光纤头FB₂、光纤头FB₃、光纤头FB₄、磁开关S₂。

中控系统产生光脉宽信号和充电基准电压光信号；所述光脉宽信号用于指示光亮的时间；所述充电基准电压光信号用于指示最终的充电电压的大小。

中控系统通过第一光纤线与设置在脉冲发生器输入端的光纤头FB₁相连接，中控系统通过第一光纤线和光纤头FB₁发送光脉宽信号给脉冲发生器。

中控系统通过第二光纤线和第三光纤线分别与设置在高压发生器输入端的光纤头FB₂和光纤头FB₃相连接，中控系统通过第二光纤线和光纤头FB₂发送光脉宽信号给高压发生器，中控系统通过第三光纤和光纤头FB₃发送充电基准电压光信号给高压发生器。

中控系统发送给高压发生器的光脉宽信号和发送给脉冲发生器的光脉宽信号的时序同步，即中控系统将所产生光脉宽信号同时发送给高压发生器和脉冲发生器。

变压器T₀包括：初级线圈L₁、次级线圈L₂、次级线圈L₃。

本实施例二中，变压器T₀上的初级线圈L₁、次级线圈L₂、次级线圈L₃之间的变比为4:8:4，变压器T₀采用GU36磁芯骨架。

初级线圈L₁的两端与脉冲发生器的输出端相连接。本实施例二中，脉冲发生器采用+15V脉冲发生器，所述+15V脉冲发生器产生幅度值为+15V的脉冲信号。

次级线圈L₂的一端与电容C₁的一端相连接，次级线圈L₂的另一端与共模扼流圈T₁的屏蔽层的输入端相连接，电容C₁的另一端与共模扼流圈T₁的芯轴线的输入端相连接。共模扼流圈的中间有个芯，芯的外面铜网包裹，外面包裹的铜网即为屏蔽层，中间的芯即为芯轴线。

负偏压发生器并联在电容C₁的两端；所述负偏压发生器用于氢闸流管关断后的快速恢复。

本实施例二，电容C₁的参数为10nF/3kV。

本实施例二中，共模扼流圈T₁是通过同轴射频电缆SYV50-3绕氧体磁环8～15匝而形成，该氧体磁环的外径为50mm，该氧体磁环的内径为30mm，该氧体磁环的高为20mm。

次级线圈L₃的一端与分压电阻R₄的一端相连接，次级线圈L₃的另一端与二极管D₁的正极相连接，分压电阻R₄的另一端与二极管D₁的负极相连接。

本实施例二中，分压电阻R₄的参数为100Ω/1W，二极管D₁的型号为1N4007。

中控系统通过第四光纤线与并联在二极管D₁上的光纤头FB₄相连接，中控系统通过第四光纤线和光纤头FB₄接收反馈单元发送的反馈信号。

分压电阻R₄和光纤头FB₄即构成反馈单元，用于反馈脉冲发生器是否产生触发信号，若中控系统通过第一光纤线发送光脉宽信号触发脉冲发生器后，光纤头FB₄通过第四光纤线返回一个光脉宽信号给中控系统，则表示脉冲发生器产生了触发信号；若中控系统通过第一光纤线发送光脉宽信号触发脉冲发生器后，光纤头FB₄没有通过第四光纤线返回一个光脉宽信号给中控系统，则表示脉冲发生器没有产生触发信号。

共模扼流圈T₁的芯轴线的输出端与IGBT的触发端即栅极端G相连接。

共模扼流圈T₁的屏蔽层的输出端与IGBT的接地端即发射极端E相连接。

其中，IGBT即绝缘栅双极晶体管的三端分别为栅极、集电极、发射极，所述栅极端G为栅极，所述发射极端E为发射极，且集电极与高压发生器输出端相连接。

吸收电阻R₁并联在IGBT的栅极端G和发射极端E之间，即，吸收电阻R₁的一端与IGBT的栅极端G相连接，吸收电阻R₁的另一端与IGBT的发射极端E相连接。

高压发生器的输出端与IGBT的集电极端C相连接，高压发生器的外壳与大地相连接。

IGBT的发射极端E与大地相连接。

变压器T₂包括：初级线圈L₄、次级线圈L₅。本实施例二中，变压器T₀上的初级线圈L₄、次级线圈L₅、之间的变比为6:99。

高压发生器的输出端还与储能电容C_S的一端相连接，储能电容C_S的另一端与变压器T₂的初级线圈L₄的一端相连接，变压器T₂的初级线圈L₄的另一端与大地相连接。本实施例二中，储能电容C_S的参数为10uf/1500V。

变压器T₂的次级线圈L₅与倍压电容C₂相并联，即，次级线圈L₅的一端与倍压电容C₂的一端相连接，次级线圈L₅的另一端与倍压电容C₂的另一端相连接。

倍压电容C₂的一端与磁开关S₂的一端相连接，磁开关S₂的另一端与放电电容C_d的一端相连接，放电电容C_d的另一端与倍压电容C₂的另一端相连接。

放电电容C_d的两端分别与阳极电极和阴极电极相连接，且阳极电极还与大地相连接。

本实施例二的高压开关为IGBT的触发及保护电路的工作过程，包括以下步骤：

S1，中控系统产生两个同时序的光脉宽信号和一个充电基准电压光信号，中控系统通过第二光纤线和第三光纤线将其中一个光脉宽信号和一个充电基准电压光信号发送给高压发生器；中控系统通过第一光纤线将另外一个光脉宽信号发送给+15V脉冲发生器。

S2，高压发生器接收到光脉宽信号和充电基准电压光信号后，高压发生器产生一个幅度值为100～1000V的高压电，并给储能电容C_S充电；

+15V脉冲发生器接收到光脉宽信号后，+15V脉冲发生器在下降沿处产生一个脉宽为1～10us、幅度值为+15V的脉冲信号，该脉冲信号通过变压器T₀，经次级线圈L₂获取幅度值放大2倍的脉冲信号，经次级线圈L₃获取幅度值不变的脉冲信号后，通过分压电阻R₄在光纤头FB₄产生一个光脉冲信号，并通过第四光纤线将该光脉冲信号反馈给中控系统；与光纤头FB₄相并联的二极管D₁用于对光纤头FB₄进行反向限压保护；

负偏压发生器产生-15V直流偏压加载在电容C₁上，电容C₁上的直流负偏压通过变压器T₀的次级线圈L₂耦合进一个幅度值为+15V的脉冲信号中，由此形成一个脉宽约为1～10us的负偏压正脉冲信号，偏压正脉冲信号通过共模扼流圈T₁和接入IGBT的栅极端G和发射极端E；所述负偏压发生器用于IGBT关断后的快速恢复。

IGBT接收到来源于+15V脉冲发生器的触发信号后导通，此时储能电容C_S通过变压器T₂向倍压电容C₂充电，倍压电容C₂充电结束时，通过磁开关S₂向放电电容C_d转移能量即向放电电容C_d充电，放电电容C_d充电结束时，放电电容C_d通过阴极电极和阳极电极放电产生准分子激光。

S3，中控系统通过第四光纤线接收到光纤头FB₄的反馈信号即光脉冲信号后，产生下一组控制信号发送给高压发生器，即产生下一组光脉宽信号和充电基准电压光信号发送给高压发生器；若中控系统没有接收到光纤头FB₄的反馈信号即光脉冲信号，则不产生发送给高压发生器的下一组控制信号。

本实施例二中，由于共模扼流圈T₁的两根线均为同时绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同，且绕制反向，+15V脉冲发生器的产生的触发信号上的电流在同相位绕制的电感线圈的流向相反，产生反向的磁场而相互抵消，因此触发信号可以地通过共模扼流圈T₁传递到高压开关的触发端上即传递到IGBT的栅极端G。

本实施例二中，IGBT的集电极端C与发射极端E击穿时，会在栅极端G和集电极端C之间产生的高压尖峰脉冲，该高压尖峰脉冲在共模扼流圈T₁的电流是单向的，共模扼流圈T₁内产生的感抗会衰减高压尖峰脉冲的幅度值，从而保证脉冲发生器和负偏压发生器的稳定运行。尽管，IGBT的栅极端G和集电极端C之间的高压尖峰脉冲的幅度值会被降低，但是还是会传输到变压器变压器T₀上，通过变压器T₀上的次级线圈L₂、次级线圈L₃、分压电阻R₄、光纤头FB₄产生反向电压，二极管D₁用于该反向电压的流通，从而使得光纤头FB₄的反向电压不超过1V，从而保证了光纤头FB₄的正常工作。

本实施例二中，通过变压器的次级线圈L₃、分压电阻R₄、光纤头FB₄对脉冲发生器是否产生脉冲信号进行检测，并通过第四光纤线将反馈信号发送给中控系统，若中控系统接收到反馈信号，则产生下一组控制信号发送给高压发生器；若中控系统没有接收到反馈信号，则认为脉冲发生器出现了故障，并停止产生下一组控制信号发送给高压发生器，从而及时停止高压发生器给储能电容C_S充电。

本实施例二中，控制信号和反馈信号采用光纤进行传输，有效的减小了电磁场对控制回路和反馈回路的干扰。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，触发及保护电路包括：中控系统、高压发生器、脉冲发生器、高压开关、变压器T₀、反馈单元、共模扼流圈T₁、激光发生单元；

所述中控系统用于产生光脉宽信号和充电基准电压光信号；所述中控系统分别与脉冲发生器和高压发生器相连接，中控系统用于将所产生的光脉宽信号同步传输给脉冲发生器和高压发生器，中控系统还用于将所产生的充电基准电压光信号传输给高压发生器；

所述变压器T₀包括：初级线圈L₁、次级线圈L₂、次级线圈L₃；

初级线圈L₁的两端与脉冲发生器的输出端相连接；

次级线圈L₂的一端与共模扼流圈T₁的芯轴线的输入端相连接；次级线圈L₂的另一端与共模扼流圈T₁的屏蔽层的输入端相连接；

次级线圈L₃的两端分别与反馈单元相连接；

所述反馈单元用于产生反馈信号，反馈脉冲发生器是否产生触发信号；

中控系统与反馈单元相连接，用于接收反馈单元所产生的反馈信号；

共模扼流圈T₁的芯轴线的输出端与高压开关的触发端相连接；

共模扼流圈T₁的屏蔽层的输出端与高压开关的接地端相连接；

高压发生器的输出端与高压开关的集电极端相连接；

高压发生器的输出端还与激光发生单元相连接；

所述激光发生单元用于产生激光。

2.根据权利要求1所述的一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，触发及保护电路还包括：光纤头FB₁、光纤头FB₂、光纤头FB₃；

所述中控系统通过第一光纤线与设置在脉冲发生器输入端的光纤头FB₁相连接；所述中控系统通过第二光纤线和第三光纤线分别与设置在高压发生器输入端的光纤头FB₂和光纤头FB₃相连接；

所述第一光纤线和第二光纤线用于将中控系统所产生的光脉宽信号分别同步传输给脉冲发生器和高压发生器；所述第三光纤线用于将中控系统所产生的充电基准电压光信号传输给高压发生器。

3.根据权利要求1所述的一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，反馈单元包括：分压电阻R₄、光纤头FB₄；

次级线圈L₃的一端与分压电阻R₄的一端相连接，次级线圈L₃的另一端与光纤头FB₄的一端相连接，分压电阻R₄的另一端与光纤头FB₄的另一端相连接；

中控系统通过第四光纤线与反馈单元中的光线头FB₄相连接；所述第四光纤线用于将反馈单元所产生的反馈信号传输给中控系统。

4.根据权利要求1所述的一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，触发及保护电路还包括：负偏压发生器、电容C₁；

次级线圈L₂的一端与电容C₁的一端相连接，电容C₁的另一端与共模扼流圈T₁的芯轴线的输入端相连接；次级线圈L₂的另一端与共模扼流圈T₁的屏蔽层的输入端相连接；

负偏压发生器并联在电容C₁的两端。

5.根据权利要求1所述的一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，所述高压开关的触发端与接地端之间并联有电阻。

6.根据权利要求1所述的一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，所述光纤头FB₄的两端并联有二极管D₁。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，所述高压开关为氢闸流管；

激光发生单元包括：储能电容C_S、电感L_S、放电电容C_d、阴极电极、阳极电极；

高压发生器的输出端与储能电容C_S的一端相连接，储能电容C_S的另一端还分别与电感L_S的一端、放电电容C_d的一端、阴极电极相连接，电感L_S的另一端、放电电容C_d的另一端、阳极电极均与大地相连接。

8.根据权利要求1～6任一项所述的一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，所述高压开关为氢闸流管；

触发及保护电路还包括：限流电阻R₃、压敏电阻R_Z；

共模扼流圈T₁的芯轴线的输出端与限流电阻R₃的一端相连接，限流电阻R₃的另一端与氢闸流管的触发端即栅极端G相连接；

压敏电阻R_Z并联在氢闸流管的栅极端G和氢闸流管的阴极端C之间，即，压敏电阻R_Z的一端与氢闸流管的栅极端G相连接，压敏电阻R_Z的另一端与氢闸流管的阴极端C相连接；

共模扼流圈T₁的屏蔽层的输出端与氢闸流管的接地端即阴极端C相连接，氢闸流管的阴极端C与大地相连接；

高压发生器的输出端与氢闸流管的集电极端即阳极端A相连接，高压发生器的外壳与大地相连接。

9.根据权利要求1～6任一项所述的一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，所述高压开关为氢闸流管；

触发及保护电路还包括：共模扼流圈T₂、直流电源；

直流电源通过共模扼流圈T₂为氢闸流管的加热电阻丝端即H端和贮氢池加热电阻丝端即R端提供加热电流，即，共模扼流圈T₂的两根高温硅胶线的同一端的两线分别与直流电源的正、负极相连接；共模扼流圈T₂的两根高温硅胶线的另一端的一线与氢闸流管的H端和R端相连接，另一端的另一线与氢闸流管的阴极端C相连接。

10.根据权利要求1～6任一项所述的一种准分子激光高压开关的触发及保护电路，其特征在于，所述高压开关为IGBT即绝缘栅双极晶体管；

激光发生单元包括：储能电容C_S、变压器T₂、倍压电容C₂、放电电容C_d、阴极电极、阳极电极、磁开关S₂；且触发及保护电路还包括：吸收电阻R₁；

共模扼流圈T₁的芯轴线的输出端与IGBT的触发端即栅极端G相连接；

共模扼流圈T₁的屏蔽层的输出端与IGBT的接地端即发射极端E相连接，IGBT的发射极端E与大地相连接；

吸收电阻R₁并联在IGBT的栅极端G和发射极端E之间，即，吸收电阻R₁的一端与IGBT的栅极端G相连接，吸收电阻R₁的另一端与IGBT的发射极端E相连接；

高压发生器的输出端与IGBT的集电极端C相连接，高压发生器的外壳与大地相连接；

变压器T₂包括初级线圈L₄和次级线圈L₅；

高压发生器的输出端还与储能电容C_S的一端相连接，储能电容C_S的另一端与变压器T₂的初级线圈L₄的一端相连接，变压器T₂的初级线圈L₄的另一端与大地相连接；

变压器T₂的次级线圈L₅与倍压电容C₂相并联，即，次级线圈L₅的一端与倍压电容C₂的一端相连接，次级线圈L₅的另一端与倍压电容C₂的另一端相连接；

倍压电容C₂的一端与磁开关S₂的一端相连接，磁开关S₂的另一端与放电电容C_d的一端相连接，放电电容C_d的另一端与倍压电容C₂的另一端相连接；

放电电容C_d的两端分别与阳极电极和阴极电极相连接，且阳极电极还与大地相连接。

Images