CN115549511A - 用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法及其供电电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法及其供电电源。该电压稳定方法包括如下步骤：在脉冲负载放电过程中，首先判断反馈电流是否增大；如果是则控制储能电容上的电压随反馈电流的变化呈正向变化；反之，则退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；在反馈电流因素退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，进一步判断激光器脉冲供电电源的输出电压的变化趋势，控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。利用本发明，可以解决现有的激光器脉冲供电电源脉冲放电过程存在高压模块响应慢的问题，保证在脉冲负载的脉冲放电过程中激光器脉冲供电电源输出的电压平稳不掉压。

Description

用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法及其供电电源

技术领域

本发明涉及一种电压稳定方法，尤其涉及一种用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法，同时也涉及采用该电压稳定方法的激光器脉冲供电电源，属于激光技术领域。

背景技术

为了保证激光器输出能量的稳定性，需要为放电腔提供稳定的脉冲供电电源。该脉冲供电电源需要响应速度快，脉冲峰值功率高。现有技术中，通常采用高压模块作为激光器脉冲供电电源，在脉冲放电过程会存在高压模块响应慢的问题，使得脉冲供电电源出现掉压。为此，往往通过加大储能电容来解决在激光器脉冲放电过程中带来的电压降问题，而加大储能电容虽然会降低供电过程中的电压降，但无法从根本上解决在激光器脉冲放电过程中的脉冲供电电源掉压问题。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用上述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源。

为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法，包括如下步骤：

在脉冲负载放电过程中，首先判断反馈电流是否增大；

如果是则控制储能电容上的电压随反馈电流的变化呈正向变化；反之，则退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流因素退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，进一步判断激光器脉冲供电电源的输出电压的变化趋势，控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法，包括如下步骤：

在脉冲负载放电过程中，首先判断反馈电流是否增大；

如果是则控制储能电容上的电压随反馈电流的变化呈正向变化；反之，则退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流因素退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，采集另一储能电容上的电压，该电压作为激光器脉冲供电电源的部分输出电压；

若该电压的降低幅度变大，则控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

其中较优地，判断激光器脉冲供电电源的输出电压增大和/或另一储能电容上的电压增大，则控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

或者，判断激光器脉冲供电电源的输出电压的降低幅度变大和/或另一储能电容上的电压的降低幅度变大，则控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种用于实施上述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源，包括高压模块、第一快速响应模块、第一储能电容、第二储能电容、电流采样模块和第一电压采样模块，所述高压模块连接所述第二储能电容，所述第二储能电容、所述第一快速响应模块和所述第一储能电容相互连接，所述第一快速响应模块连接所述电流采样模块和所述第一电压采样模块，所述电流采样模块串接在所述第一快速响应模块的输出回路上，所述第一电压采样模块连接所述激光器脉冲供电电源的输出端；

脉冲负载放电过程中，当所述第一快速响应模块判断最先接收的所述电流采样模块采集的反馈电流增大，则控制所述第一储能电容上的电压随所述反馈电流的变化呈正向变化，反之，则退出对所述激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流退出对所述激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，所述第一快速响应模块判断接收的所述第一电压采样模块采集的激光器脉冲供电电源的输出电压的变化趋势，以控制所述第一储能电容上的电压随所述激光器脉冲供电电源的输出电压的变化呈反向变化。

其中较优地，所述第一快速响应模块包括第一运算放大器、第一比较器、第一电阻、第二电阻、第二比较器、反相器、控制开关、二极管和电感；

所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一基准电压，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第一电压采样模块的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一电阻的一端，所述第一比较器的同相输入端连接所述电流采样模块的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接所述第二基准电压，所述第一比较器的输出端连接所述第二电阻的一端，所述第一电阻与所述第二电阻的另一端连接所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接三角波，所述第二比较器的输出端连接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的输入端连接所述第一供电模块的正极，所述控制开关的输出端连接所述二极管的阴极与所述电感的一端，所述电感的另一端连接所述第一储能电容的一端，所述第一储能电容的另一端连接所述二极管的阳极与所述第一供电模块的负极。

根据本发明实施例的第四方面，提供一种用于实施上述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源，包括高压模块、第二快速响应模块、第一储能电容、第二储能电容、电流采样模块和第二电压采样模块，所述高压模块连接所述第二储能电容，所述第二储能电容、所述第二电压采样模块、所述第二快速响应模块和所述第一储能电容相互连接，所述第二快速响应模块连接所述电流采样模块，所述电流采样模块串接在所述第二快速响应模块的输出回路上；

脉冲负载放电过程中，当所述第二快速响应模块判断最先接收的所述电流采样模块采集的反馈电流增大，则控制所述第一储能电容上的电压随所述反馈电流的变化呈正向变化，反之，则退出对所述激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流退出对所述激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，所述第二电压采样模块采集的所述第二储能电容的电压，该电压作为所述激光器脉冲供电电源的部分输出电压输出到所述第二快速响应模块，若所述第二快速响应模块判断该电压降低幅度变大，则控制所述第一储能电容上的电压随所述激光器脉冲供电电源的输出电压的变化呈反向变化。

其中较优地，所述第二快速响应模块包括第二运算放大器、第一比较器、第三电阻、第二电阻、第二比较器、反相器、控制开关、二极管和电感；

所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第二电压采样模块的输出端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第三基准电压，所述第二运算放大器的输出端连接所述第三电阻的一端，所述第一比较器的同相输入端连接所述电流采样模块的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接所述第二基准电压，所述第一比较器的输出端连接所述第二电阻的一端，所述第三电阻与所述第二电阻的另一端连接所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接三角波，所述第二比较器的输出端连接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的输入端连接所述第一供电模块的正极，所述控制开关的输出端连接所述二极管的阴极与所述电感的一端，所述电感的另一端连接所述第一储能电容的一端，所述第一储能电容的另一端连接所述二极管的阳极与所述第一供电模块的负极。

根据本发明实施例的第五方面，提供一种用于实施上述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源，包括高压模块、第三快速响应模块、第一储能电容、第二储能电容、电流采样模块、第一电压采样模块和第二电压采样模块，所述高压模块连接所述第二储能电容，所述第二储能电容、所述第二电压采样模块、所述第一快速响应模块和所述第一储能电容相互连接所述第一快速响应模块连接所述电流采样模块和所述第一电压采样模块，所述电流采样模块串接在所述第一快速响应模块的输出回路上，所述第一电压采样模块连接所述激光器脉冲供电电源的输出端。

其中较优地，所述第三快速响应模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第二比较器、反相器、控制开关、二极管和电感；

所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一基准电压，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第一电压采样模块的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一电阻的一端，所述第一比较器的同相输入端连接所述电流采样模块的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接所述第二基准电压，所述第一比较器的输出端连接所述第二电阻的一端，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第二电压采样模块的输出端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第三基准电压，所述第二运算放大器的输出端连接所述第三电阻的一端，所述第一电阻、所述第二电阻与所述第三电阻的另一端连接所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接三角波，所述第二比较器的输出端连接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的输入端连接所述第一供电模块的正极，所述控制开关的输出端连接所述二极管的阴极与所述电感的一端，所述电感的另一端连接所述第一储能电容的一端，所述第一储能电容的另一端连接所述二极管的阳极与所述第一供电模块的负极。

本发明所提供的电压稳定方法及其供电电源通过实时采集相关的反馈电流和电压，调节第一储能电容上的电压，解决现有激光器脉冲供电电源脉冲放电过程存在高压模块响应慢的问题，保证在脉冲负载的脉冲放电过程中激光器脉冲供电电源输出的电压平稳不掉压。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的电压稳定方法的流程图；

图2为本发明第一实施例中，激光器脉冲供电电源的电路原理图；

图3为本发明第一实施例中，快速响应模块的电路原理图；

图4为本发明第二实施例提供的电压稳定方法的流程图；

图5为本发明第二实施例中，激光器脉冲供电电源的电路原理图；

图6为本发明第二实施例中，快速响应模块的电路原理图；

图7为本发明第三实施例中，激光器脉冲供电电源的电路原理图；

图8为本发明第三实施例中，快速响应模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

如图1所示，在本发明的第一实施例中，该电压稳定方法的基本思路是在脉冲负载放电过程中，首先判断反馈电流是否增大，如果是则控制储能电容上的电压随反馈电流的变化呈正向变化；反之，则退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；在反馈电流因素退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，进一步判断激光器脉冲供电电源的输出电压的变化趋势，控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

下面，结合图2和图3所示，对用于实施上述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源的电路结构及其工作原理进行详细说明。

如图2所示，本实施例中的激光器脉冲供电电源包括第一供电模块V3、第二供电模块V2、快速响应模块PS1、高压模块、第一储能电容C1、第二储能电容C2、电流采样模块1、第一电压采样模块2和脉冲放电开关K；第一供电模块V3连接快速响应模块PS1，第二供电模块V2连接高压模块，快速响应模块PS1的电源正极连接第一储能电容C1的一端、脉冲放电开关K的动端，脉冲放电开关K的不动端连接脉冲负载，脉冲负载、第二储能电容C2的一端和高压模块的电源负极分别接地，高压模块的电源正极连接第一储能电容C1、第二储能电容C2的另一端和快速响应模块PS1的电源负极；电流采样模块1串接在快速响应模块PS1的输出回路上，电流采样模块1输出端连接快速响应模块PS1的第一采样端，第一电压采样模块2的输入端连接电压输出端V，第一电压采样模块2的输出端连接快速响应模块PS1的第二采样端，第一电压采样模块2的中性点端接地。其中，第一供电模块V3、第二供电模块V2对应为快速响应模块PS1、高压模块提供供电电压。

本实施例中，将第一储能电容C1与第二储能电容C2上的电压相加作为本激光器脉冲供电电源的输出电压，从而实现为脉冲负载提供脉冲供电电源。本发明在脉冲负载的脉冲放电过程中，在高压模块无法及时响应激光器脉冲供电电源的输出电压的变化而调节第二储能电容C2上的电压相应变化，进而无法保证激光器脉冲供电电源输出的电压平稳不掉压时，利用快速响应模块PS1调节第二储能电容C2上的电压相应变化，弥补激光器脉冲供电电源输出的电压减小量或削弱激光器脉冲供电电源输出的电压增加量，保证激光器脉冲供电电源输出的电压平稳不掉压。该激光器脉冲供电电源的工作原理如下：

当脉冲放电开关K处于断开状态时，脉冲负载未放电，此过程中由于激光器脉冲供电电源的输出电压有波动，因此需要利用快速响应模块PS1根据第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1，调节激光器脉冲供电电源的输出电压，使其稳定。同时，快速响应模块PS1和高压模块不仅相应的对第一储能电容C1和第二储能电容C2进行充电，而且还会对第一储能电容C1和第二储能电容C2上的充电电压进行滤波。

当脉冲放电开关K处于导通状态时，脉冲负载进入放电过程，此过程中电流采样模块1采集的快速响应模块PS1的输出回路上的反馈电流It瞬间增大很多，快速响应模块PS1会控制第一储能电容C1上的电压增大，使得本激光器脉冲供电电源的输出电压增大；当电流采样模块1采集的快速响应模块PS1的输出回路上的反馈电流It减小，此时退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节。在脉冲负载的脉冲放电过程且反馈电流It退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，由于第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1随高压模块输出电压的上升而增大(即电压Vt1增大)，因此需要通过快速响应模块PS1控制第一储能电容C1上的电压减小，使得本激光器脉冲供电电源的输出电压减小。同样在脉冲负载的脉冲放电过程中，若第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1降低幅度变大(即高压模块输出电压的降低幅度变大)，则控制第一储能电容C1上的电压增大，使得本激光器脉冲供电电源的输出电压增大。

具体地说，如图3所示，快速响应模块PS1包括第一运算放大器U2、第一比较器U4、第一电阻R3、第二电阻R5、第二比较器U1、反相器N、控制开关S、二极管D和电感L；其中，控制开关S可以采用开关器件实现，例如可以是mosfet、sicmos、GaN等。

快速响应模块PS1各部分连接关系如下：第一运算放大器U2的同相输入端连接第一基准电压Ur1，第一运算放大器U2的反相输入端连接第一电压采样模块2的输出端，第一运算放大器U2的输出端连接第一电阻R3的一端，第一比较器U4的同相输入端连接电流采样模块1的输出端，第一比较器U4的反相输入端连接第二基准电压Ur3，第一比较器U4的输出端连接第二电阻R5的一端，第一电阻R3与第二电阻R5的另一端连接第二比较器U1的反相输入端，第二比较器U1的同相输入端连接三角波，第二比较器U1的输出端连接反相器N的输入端，反相器N的输出端连接控制开关S的控制端(如图3示出的NMOS管的栅极)，控制开关S的输入端(如图3示出的NMOS管的漏极)连接第一供电模块V3的正极，控制开关S的输出端(如图3示出的NMOS管的源极)连接二极管D的阴极与电感的一端，电感的另一端连接第一储能电容C1的一端与脉冲放电开关K的动端，第一储能电容C1的另一端连接二极管D的阳极与第一供电模块V3的负极。

其中，第一基准电压Ur1为本激光器脉冲供电电源正常状态输出的基准电压；第二基准电压Ur3为所采集的反馈电流It的电流监测基准电压。二极管D和电感L起到续流作用，保证第一供电模块V3为快速响应模块PS1提供的供电电压能够连续输出。

本实施例中的快速响应模块PS1的工作原理为：当脉冲放电开关K处于断开状态时，脉冲负载未放电，此过程中，当第一运算放大器U2接收的第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1大于第一基准电压Ur1时，第一运算放大器U2通过第一电阻R3输出的电压会减小，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比变大，经反向器N后占空比输出减小，以使得控制开关S导通时间短，控制第一储能电容C1上的电压减小，从而达到减小激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；当第一运算放大器U2接收的第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1小于第一基准电压Ur1时，第一运算放大器U2通过第一电阻R3输出的电压会增大，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比减小，经反向器N后占空比输出增大，以使得控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；同时，第一供电模块V3通过电感L对第一储能电容C1进行充电，并通过第一储能电容C1对其上的充电电压进行滤波。

当脉冲放电开关K处于导通状态时，脉冲负载进入放电过程，此过程中第一比较器U4最先接收的电流采样模块1采集的反馈电流It对应的电压VIt若超过第二基准电压Ur3，第一比较器U4通过第二电阻R5输出的电压会迅速大幅增加，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比大幅减小，经反向器N后占空比输出尽可能的大，以使得控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到迅速增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；当第一比较器U4接收的电流采样模块1采集的反馈电流It对应的电压VIt降至第二基准电压Ur3以下时，退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节。在脉冲负载的脉冲放电过程且反馈电流It退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，由第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1调节第一储能电容C1上的电压，当第一运算放大器U2接收的第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1大于第一基准电压Ur1，第一运算放大器U2通过第一电阻R3输出的电压会减小，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比变大，经反向器N后占空比输出减小，以使得控制开关S导通时间短，控制第一储能电容C1上的电压减小，从而达到减小激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；同样，若第一运算放大器U2接收的第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1小于第一基准电压Ur1时，第一运算放大器U2通过第一电阻R3输出的电压会增大，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比减小，经反向器N后占空比输出增大，以使得控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的。

综上所述，在脉冲负载的脉冲放电过程中，实时采集快速响应模块PS1输出回路上的反馈电流和激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压，快速响应模块PS1根据最先得到的反馈电流的变化趋势(数学上表现为一阶导数)，调节第一储能电容C1上的电压随正向变化的反馈电流呈正向变化(达到迅速增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的)或退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节。在反馈电流退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，利用快速响应模块PS1根据电压输出端V输出的电压的变化趋势(数学上表现为一阶导数)，调节第一储能电容C1上的电压随激光器脉冲供电电源的输出电压的变化呈反向变化，解决现有激光器脉冲供电电源脉冲放电过程因存在响应慢而无法保证激光器脉冲供电电源输出的电压平稳不掉压的问题。

如图4所示，在本发明的第二实施例中，该电压稳定方法的基本思路是在脉冲负载放电过程中，首先判断反馈电流是否增大，如果是则控制储能电容上的电压随反馈电流的变化呈正向变化；反之，则退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流因素退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，采集另一储能电容上的电压，该电压作为激光器脉冲供电电源的部分输出电压；若该电压的降低幅度变大，则控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

下面，结合图5和图6所示，对用于实施上述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源的电路结构及其工作原理进行详细说明。

如图5所示，本实施例所提供的激光器脉冲供电电源包括第一供电模块V3、第二供电模块V2、快速响应模块PS1、高压模块、第一储能电容C1、第二储能电容C2、电流采样模块1、第二电压采样模块3和脉冲放电开关K；第一供电模块V3连接快速响应模块PS1，第二供电模块V2连接高压模块，快速响应模块PS1的电源正极连接第一储能电容C1的一端、脉冲放电开关K的动端，脉冲放电开关K的不动端连接脉冲负载，脉冲负载、第二储能电容C2的一端和高压模块的电源负极分别接地，高压模块的电源正极连接第一储能电容C1、第二储能电容C2的另一端和快速响应模块PS1的电源负极；电流采样模块1串接在快速响应模块PS1的输出回路上，电流采样模块1输出端连接快速响应模块PS1的第一采样端，第二电压采样模块3的输入端连接第二储能电容C2的另一端，第二电压采样模块3的输出端连接快速响应模块PS1的第二采样端，第二电压采样模块3的中性点端接地。其中，第一供电模块V3、第二供电模块V2对应为快速响应模块PS1、高压模块提供供电电压。

本实施例中，将第一储能电容C1与第二储能电容C2上的电压相加作为本激光器脉冲供电电源的输出电压，从而实现为脉冲负载提供脉冲供电电源。该激光器脉冲供电电源的工作原理如下：

当脉冲放电开关K处于断开状态时，脉冲负载未放电，此过程中由于高压模块的输出电压有纹波，因此需要利用快速响应模块PS1根据第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2，调节激光器脉冲供电电源的输出电压，使其稳定，并保证高压模块输出电压的精度。同时，快速响应模块PS1和高压模块不仅相应的对第一储能电容C1和第二储能电容C2进行充电，而且还会对第一储能电容C1和第二储能电容C2上的充电电压进行滤波。

当脉冲放电开关K处于导通状态时，脉冲负载进入放电过程，此过程中电流采样模块1采集的快速响应模块PS1的输出回路上的反馈电流It瞬间增大很多，则控制第一储能电容C1上的电压增大，使得本激光器脉冲供电电源的输出电压增大；当电流采样模块1采集的快速响应模块PS1的输出回路上的反馈电流It减小，此时退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节。在脉冲负载的脉冲放电过程且反馈电流It退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，若第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2降低幅度变大，利用快速响应模块PS1控制第一储能电容C1上的电压增大，使得本激光器脉冲供电电源的输出电压增大。

具体地说，如图6所示，快速响应模块PS1包括第二运算放大器U3、第一比较器U4、第三电阻R4、第二电阻R5、第二比较器U1、反相器N、控制开关S、二极管D和电感L；第二运算放大器U3的同相输入端连接第二电压采样模块3的输出端，第一运算放大器U2的反相输入端连接第三基准电压Ur2，第二运算放大器U3的输出端连接第三电阻R4的一端，第一比较器U4的同相输入端连接电流采样模块1的输出端，第一比较器U4的反相输入端连接第二基准电压Ur3，第一比较器U4的输出端连接第二电阻R5的一端，第三电阻R4与第二电阻R5的另一端连接第二比较器U1的反相输入端，第二比较器U1的同相输入端连接三角波，第二比较器U1的输出端连接反相器N的输入端，反相器N的输出端连接控制开关S的控制端，控制开关S的输入端连接第一供电模块V3的正极，控制开关S的输出端连接二极管D的阴极与电感的一端，电感的另一端连接第一储能电容C1的一端与脉冲放电开关K的动端，第一储能电容C1的另一端连接二极管D的阳极与第一供电模块V3的负极。

其中，第三基准电压Ur2为高压模块输出电压的基准电压。

本实施例提供的快速响应模块PS1的工作原理为：当脉冲放电开关K处于断开状态时，脉冲负载未放电，此过程中，当第二运算放大器U3接收的第二电压采样模块3采集的高压模块输出的电压Vt2大于第三基准电压Ur2时，第二运算放大器U3通过第三电阻R4输出的电压会减小，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比变大，经反向器N后占空比输出减小，以使得控制开关S导通时间短，控制第一储能电容C1上的电压减小，从而达到减小激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；当第二运算放大器U3接收的第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2小于第三基准电压Ur2时，第二运算放大器U3通过第三电阻R4输出的电压会增大，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比减小，经反向器N后占空比输出增大，以使得控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；同时，第一供电模块V3通过电感L对第一储能电容C1进行充电，并通过第一储能电容C1对其上的充电电压进行滤波。

当脉冲放电开关K处于导通状态时，脉冲负载进入放电过程，此过程中第一比较器U4最先接收的电流采样模块1采集的反馈电流It对应的电压VIt若超过第二基准电压Ur3，第一比较器U4通过第二电阻R5输出的电压会迅速大幅增加，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比大幅减小，经反向器N后占空比输出尽可能的大，以使得控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到迅速增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；当第一比较器U4接收的电流采样模块1采集的反馈电流It对应的电压VIt降至第二基准电压Ur3以下时，退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节。在脉冲负载的脉冲放电过程且反馈电流It退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，若第二运算放大器U3接收的第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2小于第三基准电压Ur2，第二运算放大器U3通过第三电阻R4输出的电压会增大，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比减小，经反向器N后占空比输出增大，以使得控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的。

综上所述，在脉冲负载的脉冲放电过程中，实时采集快速响应模块PS1输出回路上的反馈电流和和高压模块输出的电压，快速响应模块PS1根据最先得到的反馈电流的变化趋势(数学上表现为一阶导数)，调节第一储能电容C1上的电压随正向变化的反馈电流呈正向变化(达到迅速增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的)或退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节。在反馈电流退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，快速响应模块PS1判断第二储能电容C2上的电压Vt2(作为所述激光器脉冲供电电源的部分输出电压)的降低幅度变大，调节第一储能电容C1上的电压随激光器脉冲供电电源的输出电压的变化呈反向变化，以解决现有激光器脉冲供电电源脉冲放电过程因存在响应慢而无法保证激光器脉冲供电电源输出的电压平稳不掉压的问题。

本发明第三实施例提供的电压稳定方法本质上是上述两种电压稳定方法的综合，具体体现为在脉冲负载放电过程中，首先判断反馈电流是否增大，如果是则控制储能电容上的电压随反馈电流的变化呈正向变化；反之，则退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流因素退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，采集另一储能电容上的电压，该电压作为激光器脉冲供电电源的部分输出电压；

判断激光器脉冲供电电源的输出电压增大和/或另一储能电容上的电压增大，则控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

或者，判断激光器脉冲供电电源的输出电压的降低幅度变大和/或另一储能电容上的电压的降低幅度变大，则控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

下面，结合图7和图8所示，对用于实施上述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源的电路结构及其工作原理进行详细说明。

如图7所示，本实施例所提供的激光器脉冲供电电源包括第一供电模块V3、第二供电模块V2、快速响应模块PS1、高压模块、第一储能电容C1、第二储能电容C2、电流采样模块1、第一电压采样模块2、第二电压采样模块3和脉冲放电开关K；第一供电模块V3连接快速响应模块PS1，第二供电模块V2连接高压模块，快速响应模块PS1的电源正极连接第一储能电容C1的一端、脉冲放电开关K的动端，脉冲放电开关K的不动端连接脉冲负载，脉冲负载、第二储能电容C2的一端和高压模块的电源负极分别接地，高压模块的电源正极连接第一储能电容C1、第二储能电容C2的另一端和快速响应模块PS1的电源负极；电流采样模块1串接在快速响应模块PS1的输出回路上，电流采样模块1输出端连接快速响应模块PS1的第一采样端，第一电压采样模块2的输入端连接电压输出端V，第一电压采样模块2的输出端连接快速响应模块PS1的第二采样端，第二电压采样模块3的输入端连接第二储能电容C2的另一端，第二电压采样模块3的输出端连接快速响应模块PS1的第三采样端，第一电压采样模块2与第二电压采样模块3的中性点端接地。其中，第一供电模块V3、第二供电模块V2对应为快速响应模块PS1、高压模块提供供电电压。

本实施例中，将第一储能电容C1与第二储能电容C2上的电压相加作为本激光器脉冲供电电源的输出电压，从而实现为脉冲负载提供脉冲供电电源。该激光器脉冲供电电源的工作原理如下：

当脉冲放电开关K处于断开状态时，脉冲负载未放电，此过程中由于激光器脉冲供电电源与高压模块的输出电压有波动，因此需要利用快速响应模块PS1根据第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1和第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2，调节激光器脉冲供电电源的输出电压，使其稳定。同时，快速响应模块PS1和高压模块不仅相应的对第一储能电容C1和第二储能电容C2进行充电，而且还会对第一储能电容C1和第二储能电容C2上的充电电压进行滤波。

当脉冲放电开关K处于导通状态时，脉冲负载进入放电过程，此过程中电流采样模块1采集的快速响应模块PS1的输出回路上的反馈电流It瞬间增大很多，则控制第一储能电容C1上的电压增大，使得本激光器脉冲供电电源的输出电压增大；当电流采样模块1采集的快速响应模块PS1的输出回路上的反馈电流It减小，此时退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节。在脉冲负载的脉冲放电过程且反馈电流It退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，由于第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1和/或第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2随高压模块输出电压的上升而增大(即电压Vt1增大)，因此需要通过快速响应模块PS1控制第一储能电容C1上的电压减小，使得本激光器脉冲供电电源的输出电压减小；同样在脉冲负载的脉冲放电过程中，若第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1和/或第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2降低幅度变大，则控制第一储能电容C1上的电压增大，使得本激光器脉冲供电电源的输出电压增大。

具体地说，如图8所示，快速响应模块PS1包括第一运算放大器U2、第二运算放大器U3、第一比较器U4、第一电阻R3、第二电阻R5、第三电阻R4、第二比较器U1、反相器N、控制开关S、二极管D和电感L；第一运算放大器U2的同相输入端连接第一基准电压Ur1，第一运算放大器U2的反相输入端连接第一电压采样模块2的输出端，第一运算放大器U2的输出端连接第一电阻R3的一端，第一比较器U4的同相输入端连接电流采样模块1的输出端，第一比较器U4的反相输入端连接第二基准电压Ur3，第一比较器U4的输出端连接第二电阻R5的一端，第二运算放大器U3的同相输入端连接第二电压采样模块3的输出端，第一运算放大器U2的反相输入端连接第三基准电压Ur2，第二运算放大器U3的输出端连接第三电阻R4的一端，第一电阻R3、第二电阻R5与第三电阻R4的另一端连接第二比较器U1的反相输入端，第二比较器U1的同相输入端连接三角波，第二比较器U1的输出端连接反相器N的输入端，反相器N的输出端连接控制开关S的控制端，控制开关S的输入端连接第一供电模块V3的正极，控制开关S的输出端连接二极管D的阴极与电感的一端，电感的另一端连接第一储能电容C1的一端与脉冲放电开关K的动端，第一储能电容C1的另一端连接二极管D的阳极与第一供电模块V3的负极。

本实施例的快速响应模块PS1的工作原理为：当脉冲放电开关K处于断开状态时，脉冲负载未放电，此过程中，当第一运算放大器U2接收的第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1大于第一基准电压Ur1时，第一运算放大器U2通过第一电阻R3输出的电压会减小，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比变大，经反向器N后占空比输出减小，以使得控制开关S导通时间短，控制第一储能电容C1上的电压减小，从而达到减小激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；当第一运算放大器U2接收的第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1小于第一基准电压Ur1时，第一运算放大器U2通过第一电阻R3输出的电压会增大，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比减小，经反向器N后占空比输出增大，以使得控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的。同时，当第二运算放大器U3接收的第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2大于第三基准电压Ur2时，第二运算放大器U3通过第三电阻R4输出的电压会减小，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比变大，经反向器N后占空比输出减小，以使得控制开关S导通时间短，控制第一储能电容C1上的电压减小，从而达到减小激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；当第二运算放大器U3接收的第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2小于第三基准电压Ur2时，第二运算放大器U3通过第三电阻R4输出的电压会增大，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比减小，经反向器N后占空比输出增大，以使得控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的。此外，第一供电模块V3通过电感L对第一储能电容C1进行充电，并通过第一储能电容C1对其上的充电电压进行滤波。

当脉冲放电开关K处于导通状态时，脉冲负载进入放电过程，此过程中第一比较器U4最先接收的电流采样模块1采集的反馈电流It对应的电压VIt若超过第二基准电压Ur3，第一比较器U4通过第二电阻R5输出的电压会迅速大幅增加，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比大幅减小，经反向器N后占空比输出尽可能的大，以使得控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到迅速增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；当第一比较器U4接收的电流采样模块1采集的反馈电流It对应的电压VIt降至第二基准电压Ur3以下时，退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节。在脉冲负载的脉冲放电过程且反馈电流It退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，由第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1和/或第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2，调节第一储能电容C1上的电压，当有以下三种情况时，控制开关S导通时间短，控制第一储能电容C1上的电压减小，从而达到减小激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；第一种情况：当第一运算放大器U2接收的第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1大于第一基准电压Ur1，第一运算放大器U2通过第一电阻R3输出的电压会减小，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比变大，经反向器N后占空比输出减小，以使得控制开关S导通时间短，控制第一储能电容C1上的电压减小，从而达到减小激光器脉冲供电电源的输出电压的目的；第二种情况：当第二运算放大器U3接收的第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2大于第三基准电压Ur2时，通过第三电阻R4输出的电压会增小，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比增大，经反向器N后占空比输出减小，以使得控制开关S导通时间短，控制第一储能电容C1上的电压减小，从而达到减小激光器脉冲供电电源的输出电压的目的。第三种情况：若第一运算放大器U2接收的第一电压采样模块2采集的激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压Vt1大于第一基准电压Ur1，同时第二运算放大器U3接收的第二电压采样模块3采集的第二储能电容C2上的电压Vt2大于第三基准电压Ur2时，通过第一电阻R3与第三电阻R4输出的电压会减小，该电压输入到第二比较器U1与三角波比较后，输出占空比占空比增大，经反向器N后占空比输出减小，以使得控制开关S导通时间短，控制第一储能电容C1上的电压减小，从而达到减小激光器脉冲供电电源的输出电压的目的。与以上三种情况相反时，控制开关S导通时间长，控制第一储能电容C1上的电压增大，从而达到增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的。

综上所述，在脉冲负载的脉冲放电过程中，实时采集快速响应模块PS1输出回路上的反馈电流It、激光器脉冲供电电源的电压输出端V输出的电压以及高压模块输出的电压，快速响应模块PS1根据最先得到的反馈电流It的变化趋势(数学上表现为一阶导数)，调节第一储能电容C1上的电压随正向变化的反馈电流It呈正向变化(达到迅速增大激光器脉冲供电电源的输出电压的目的)或退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节。在反馈电流It退出对本激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，快速响应模块PS1调节第一储能电容C1上的电压随激光器脉冲供电电源的输出电压的变化呈反向变化，解决现有激光器脉冲供电电源脉冲放电过程因存在响应慢而无法保证激光器脉冲供电电源输出的电压平稳不掉压的问题时，第一储能电容C1上的电压变化根据如下两种情况实现：当快速响应模块PS1判断电压输出端V输出的电压增大和/或第二储能电容C2上的电压Vt2增大，则调节第一储能电容C1上的电压随激光器脉冲供电电源的输出电压的变化呈反向变化；或者，当快速响应模块PS1判断电压输出端V输出的电压的降低幅度变大和/或第二储能电容C2上的电压Vt2的降低幅度变大，则调节第一储能电容C1上的电压随激光器脉冲供电电源的输出电压的变化呈反向变化。

需要说明的是，上述各实施例中的电流采样模块1可以采用电流传感器实现。第一电压采样模块2与第二电压采样模块3可以分别采用电压传感器实现。

本发明通过实时采集相关的反馈电流和电压，调节第一储能电容上的电压，解决现有激光器脉冲供电电源脉冲放电过程存在高压模块响应慢的问题，保证在脉冲负载的脉冲放电过程中激光器脉冲供电电源输出的电压平稳不掉压。

以上对本发明所提供的用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法及其供电电源进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法，其特征在于包括如下步骤：

在脉冲负载放电过程中，首先判断反馈电流是否增大；

如果是则控制储能电容上的电压随反馈电流的变化呈正向变化；反之，则退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流因素退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，进一步判断激光器脉冲供电电源的输出电压的变化趋势，控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

2.一种用于激光器脉冲供电电源的电压稳定方法，其特征在于包括如下步骤：

在脉冲负载放电过程中，首先判断反馈电流是否增大；

如果是则控制储能电容上的电压随反馈电流的变化呈正向变化；反之，则退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流因素退出对激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，采集另一储能电容上的电压，该电压作为激光器脉冲供电电源的部分输出电压；

若该电压的降低幅度变大，则控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

3.如权利要求1或2所述的电压稳定方法，其特征在于：

判断激光器脉冲供电电源的输出电压增大和/或另一储能电容上的电压增大，则控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

4.如权利要求1或2所述的电压稳定方法，其特征在于：

判断激光器脉冲供电电源的输出电压的降低幅度变大和/或另一储能电容上的电压的降低幅度变大，则控制储能电容上的电压随输出电压的变化呈反向变化。

5.一种用于实施权利要求1所述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源，包括高压模块，其特征在于还包括第一快速响应模块、第一储能电容、第二储能电容、电流采样模块和第一电压采样模块，所述高压模块连接所述第二储能电容，所述第二储能电容、所述第一快速响应模块和所述第一储能电容相互连接，所述第一快速响应模块连接所述电流采样模块和所述第一电压采样模块，所述电流采样模块串接在所述第一快速响应模块的输出回路上，所述第一电压采样模块连接所述激光器脉冲供电电源的输出端；

脉冲负载放电过程中，当所述第一快速响应模块判断最先接收的所述电流采样模块采集的反馈电流增大，则控制所述第一储能电容上的电压随所述反馈电流的变化呈正向变化，反之，则退出对所述激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流退出对所述激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，所述第一快速响应模块判断接收的所述第一电压采样模块采集的激光器脉冲供电电源的输出电压的变化趋势，以控制所述第一储能电容上的电压随所述激光器脉冲供电电源的输出电压的变化呈反向变化。

6.如权利要求5所述的激光器脉冲供电电源，其特征在于：

所述第一快速响应模块包括第一运算放大器、第一比较器、第一电阻、第二电阻、第二比较器、反相器、控制开关、二极管和电感；

所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一基准电压，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第一电压采样模块的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一电阻的一端，所述第一比较器的同相输入端连接所述电流采样模块的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接所述第二基准电压，所述第一比较器的输出端连接所述第二电阻的一端，所述第一电阻与所述第二电阻的另一端连接所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接三角波，所述第二比较器的输出端连接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的输入端连接所述第一供电模块的正极，所述控制开关的输出端连接所述二极管的阴极与所述电感的一端，所述电感的另一端连接所述第一储能电容的一端，所述第一储能电容的另一端连接所述二极管的阳极与所述第一供电模块的负极。

7.一种用于实施权利要求2所述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源，包括高压模块，其特征在于还包括第二快速响应模块、第一储能电容、第二储能电容、电流采样模块和第二电压采样模块，所述高压模块连接所述第二储能电容，所述第二储能电容、所述第二电压采样模块、所述第二快速响应模块和所述第一储能电容相互连接，所述第二快速响应模块连接所述电流采样模块，所述电流采样模块串接在所述第二快速响应模块的输出回路上；

脉冲负载放电过程中，当所述第二快速响应模块判断最先接收的所述电流采样模块采集的反馈电流增大，则控制所述第一储能电容上的电压随所述反馈电流的变化呈正向变化，反之，则退出对所述激光器脉冲供电电源的输出电压的调节；

在反馈电流退出对所述激光器脉冲供电电源的输出电压的调节后，所述第二电压采样模块采集的所述第二储能电容的电压，该电压作为所述激光器脉冲供电电源的部分输出电压输出到所述第二快速响应模块，若所述第二快速响应模块判断该电压降低幅度变大，则控制所述第一储能电容上的电压随所述激光器脉冲供电电源的输出电压的变化呈反向变化。

8.如权利要求7所述的激光器脉冲供电电源，其特征在于：

所述第二快速响应模块包括第二运算放大器、第一比较器、第三电阻、第二电阻、第二比较器、反相器、控制开关、二极管和电感；

所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第二电压采样模块的输出端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第三基准电压，所述第二运算放大器的输出端连接所述第三电阻的一端，所述第一比较器的同相输入端连接所述电流采样模块的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接所述第二基准电压，所述第一比较器的输出端连接所述第二电阻的一端，所述第三电阻与所述第二电阻的另一端连接所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接三角波，所述第二比较器的输出端连接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的输入端连接所述第一供电模块的正极，所述控制开关的输出端连接所述二极管的阴极与所述电感的一端，所述电感的另一端连接所述第一储能电容的一端，所述第一储能电容的另一端连接所述二极管的阳极与所述第一供电模块的负极。

9.一种用于实施权利要求3或4所述电压稳定方法的激光器脉冲供电电源，包括高压模块，其特征在于还包括第三快速响应模块、第一储能电容、第二储能电容、电流采样模块、第一电压采样模块和第二电压采样模块，所述高压模块连接所述第二储能电容，所述第二储能电容、所述第二电压采样模块、所述第一快速响应模块和所述第一储能电容相互连接所述第一快速响应模块连接所述电流采样模块和所述第一电压采样模块，所述电流采样模块串接在所述第一快速响应模块的输出回路上，所述第一电压采样模块连接所述激光器脉冲供电电源的输出端。

10.如权利要求9所述的激光器脉冲供电电源，其特征在于：

所述第三快速响应模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第二比较器、反相器、控制开关、二极管和电感；

所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一基准电压，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第一电压采样模块的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一电阻的一端，所述第一比较器的同相输入端连接所述电流采样模块的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接所述第二基准电压，所述第一比较器的输出端连接所述第二电阻的一端，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第二电压采样模块的输出端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第三基准电压，所述第二运算放大器的输出端连接所述第三电阻的一端，所述第一电阻、所述第二电阻与所述第三电阻的另一端连接所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接三角波，所述第二比较器的输出端连接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的输入端连接所述第一供电模块的正极，所述控制开关的输出端连接所述二极管的阴极与所述电感的一端，所述电感的另一端连接所述第一储能电容的一端，所述第一储能电容的另一端连接所述二极管的阳极与所述第一供电模块的负极。

Images