CN208016090U - 一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，该电源装置包括处理器（M1）、充电控制单元（M2）、泄放控制单元（M3）、放电开关驱动（M4）、数据采集单元（M5）、预燃单元（M6）、触发单元（M7）、直流充电机（DC）、限流电阻（R1）和高压保护二极管（D1）、泄放开关（K1）、泄放电阻（R2）、保护电阻（R3）、保护二极管（D2）、储能电容（C1），放电开关管（K2）、调波电感（L1）、预燃单元（M6）、磁开关（L2）、传输电缆（T1）、脉冲氙灯（X1）、霍尔电流环（I1）。本实用新型提供的技术方案可以延长氙灯寿命，减少电磁干扰，提高脉冲与脉冲之间的光学稳定性，同时能及时监测氙灯和系统的工作状态。

Description

一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置

技术领域

本实用新型涉及脉冲功率技术和激光技术交叉领域，具体涉及一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置。

背景技术

脉冲氙灯是一种通过脉冲放电形式将电能转换成辐射能的器件，储存在电容器上的能量可以在非常短的时间内通过氙灯灯管以气体放电的形式释放，同时在灯内建立高温等离子体，并产生高亮度的辐射。由于其具有负载能力强、激光光速质量好以及泵浦效率高等优点，常被广泛应用于固体激光器的泵浦源。

目前，国内外有关制作脉冲氙灯电源的方法主要有两种：一种是采用高压触发结合电容储能放电的技术方案；二是采用预电离结合电容器储能放电的技术方案。而这两类现有技术都存在相应的缺陷，其中，第一种方案在使用中脉冲氙灯存在易爆裂且寿命短、稳定性差、抗干扰性差等缺点；第二种方案的结构复杂，且脉冲与脉冲间光学输出的稳定性较差等缺点。

实用新型内容

为了克服现有技术中上述脉冲氙灯电源存在的缺陷, 本实用新型提供一种带触发预燃装置的氙灯电源装置，该装置电路系统采用了基于磁开关方式的触发预燃电路，可以延长氙灯寿命，减少电磁干扰，提高脉冲与脉冲之间的光学稳定性。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，该电源装置包括处理器（M1），该处理器（M1）包括至少一个输出端和输入端；所述装置还包括充电控制单元（M2）、泄放控制单元（M3）、放电开关驱动（M4）、数据采集单元（M5）、预燃单元（M6）、触发单元（M7），处理器（M1）的输出端分别与充电控制单元（M2）、泄放控制单元（M3）、放电开关驱动（M4）、预燃单元（M6）、触发单元（M7）的输入端相连接，处理器（M1）的输入端与数据采集单元（M5）的输出端连接；

进一步的，充电控制单元（M2）所在充电电路还包括直流充电机（DC）、限流电阻（R1）和高压保护二极管（D1），充电控制单元（M2）的输出端与直流充电机（DC）的控制端相连，直流充电机（DC）的正极输出端依次串联限流电阻（R1）、高压保护二极管（D1），直流充电机（DC）的负极接地；

泄放控制单元（M3）所在的泄放电路还包括泄放开关（K1）、泄放电阻（R2），泄放控制单元（M3）的输出端连接到泄放开关（K1）的控制端，泄放开关（K1）的负极与泄放电阻（R2）串联后接地，正极与高压保护二极管（D1）的输出端连接，同时保护电阻（R3）和保护二极管（D2）并联后再串联在泄放开关（K1）的正极和储能电容（C1）的正极之间，储能电容（C1）的负极接地；

进一步的，当泄放开关K1处于常闭状态时，泄放电阻R2、保护电阻R3和保护二极管D2的并联、储能电容C1经串联后形成回路，使得储能电容C1上的电量通过该回路释放；

当泄放开关K1处于断开状态下，直流充电机DC与储能电容C1构成充电回路，直流充电机DC对储能电容C1充电；

当储能电容C1充满电后，放电开关驱动单元M4发出驱动信号使放电开关管K2导通后，储能电容C1上的储能能量依次经过放电开关管K2、调波电感L1、传输电缆T1后输出。

进一步的，放电开关管（K2）的控制端与放电开关驱动（M4）的输出端连接，放电开关驱动（M4）的输入端与储能电容（C1）的正极连接，其输出端与调波电感（L1）串联后再分别与预燃单元（M6）的输出端和磁开关（L2）的副边输入端相连，磁开关（L2）的副边输出端依次串联传输电缆（T1）的芯线和脉冲氙灯（X1）的高压端，脉冲氙灯（X1）的低压端通过电缆屏蔽层输出连接到电源装置的共同接地点；

此外，磁开关（L2）的原边与触发单元（M7）的输出端耦合相连，传输电缆（T1）的屏蔽层输出端穿过霍尔电流环（I1），并且该霍尔电流环（I1）与数据采集单元（M5）的输入端相连，从而数据采集单元（M5）可以采集电流环（I1）上的电流；此外采样电阻（R4）和（R5）串联后再与储能电容（C1）的正负极并联，数据采集单元（M5）的另一输入端与采样电阻R4和R5的中点相连，用于采集对应采样电阻上的电压值。

进一步的，在所述装置电路中，处理器（M1）为单片机或FPGA芯片，充电控制单元（M2）是由PWM产生芯片SG3525构成的控制电路单元，泄放控制单元（M3）为继电器，放电开关驱动单元（M4）用以产生能够使放电开关导通的驱动信号的电路单元，数据采集单元（M5）为为由模数转换芯片AD574为核心器件的信号数据处理电路单元，预燃单元（M6）为用于提供直流电流的电路单元，触发单元（M7）为高压触发电路或高压电压触发单元。

进一步的，所述预燃单元6为直流电流源。

进一步的，触发单元M7为产生脉宽为5μs、幅度310V的触发脉冲的电路单元，并提供给磁开关L2的原边，使得磁开关L2的副边升压为12kV的高压脉冲。

进一步的，装置电路的参数如下：储能电容器C1的容量为350µF、充电设定值电压为3kV，直流电机DC的恒流电流输出为200mA，调波电感L1的电感量为90µF，放电开关管K2采用晶闸管，磁开关L2副边饱和前电感量7mH，饱和后20µF，电缆T1采用同轴电缆，预燃单元M6的恒流输出150mA，霍尔电流环（I1）为Rogowsi线圈。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、与传统充电方法相比，本实用新型提供的采用带触发预燃装置的技术方案，可以有效延长氙灯寿命，保持氙灯工作的稳定性；

2、本实用新型提供的技术方案不复杂，具有能够减少电路中电磁的干扰、提高脉冲与脉冲之间的光学稳定性等优点，在脉冲功率应用领域中具有重要应用。

附图说明

图1为本实用新型提供的带触发预燃系统的脉冲氙灯电源装置电路图。

图中各符号说明如下：DC-直流充电机；R1-限流电阻；D1、D2-高压保护二极管；R2-泄放电阻；R3-保护电阻；K1-泄放开关；C1-储能电容器；R4、R5-分压电阻；K2-放电开关管；L1-调波电感；I1-霍尔电流环；L2-磁开关；T1-传输电缆；X1-氙灯负载；M1-处理器；M2-充电控制单元；M3-泄放控制单元；M4-放电开关驱动；M5-数据采集单元；M6-预燃单元；M7-触发单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

实施例1为如图1所示的一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置电路结构，如图1所示，该电源装置包括处理器M1，该处理器M1包括至少一个输出端和输入端；所述装置还包括充电控制单元M2、泄放控制单元M3、放电开关驱动M4、数据采集单元M5、预燃单元M6、触发单元M7，处理器M1的输出端分别与充电控制单元M2、泄放控制单元M3、放电开关驱动M4、预燃单元M6、触发单元M7的输入端相连接，处理器M1的输入端与数据采集单元M5的输出端连接；

充电控制单元M2所在充电电路还包括直流充电机DC、限流电阻R1和高压保护二极管D1，充电控制单元M2的输出端与直流充电机DC的控制端相连，直流充电机DC的正极输出端依次串联限流电阻R1、高压保护二极管D1，直流充电机DC的负极接地；

泄放控制单元M3所在的泄放电路还包括泄放开关K1、泄放电阻R2，泄放控制单元M3的输出端连接到泄放开关K1的控制端，泄放开关K1的负极与泄放电阻R2串联后接地，正极与高压保护二极管D1的输出端连接。同时保护电阻R3和保护二极管D2并联后再串联在泄放开关K1的正极和储能电容C1的正极之间，储能电容C1的负极接地。

当泄放开关K1处于常闭状态时，泄放电阻R2、保护电阻R3和保护二极管D2的并联、储能电容C1经串联后形成回路，使得储能电容C1上的电量通过该回路释放。

当泄放开关K1处于断开状态下，直流充电机DC与储能电容C1构成充电回路，直流充电机DC对储能电容C1充电；

当储能电容C1充满电后，放电开关驱动单元M4发出驱动信号使放电开关管K2导通后，储能电容C1上的储能能量依次经过放电开关管K2、调波电感L1、传输电缆T1后输出。

放电开关管K2的控制端与放电开关驱动M4的输出端连接，其输入端与储能电容C1的正极连接，其输出端与调波电感L1串联后再分别与预燃单元M6的输出端和磁开关L2的副边输入端相连，磁开关L2的副边输出端依次串联传输电缆T1的芯线和脉冲氙灯X1的高压端，脉冲氙灯X1的低压端通过电缆屏蔽层输出连接到电源装置的共同接地点。此外，磁开关L2的原边与触发单元M7的输出端耦合相连。传输电缆T1的屏蔽层输出端穿过霍尔电流环I1，并且该霍尔电流环I1与数据采集单元M5的输入端相连，从而数据采集单元M5可以采集电流环I1上的电流；此外采样电阻R4和R5串联后再与储能电容C1的正负极并联，数据采集单元M5的另一输入端与采样电阻R4和R5的中点相连，用于采集对应采样电阻上的电压值。

在该装置电路中，处理器M1为单片机或FPGA芯片，充电控制单元M2是由PWM产生芯片SG3525构成的控制电路单元，泄放控制单元M3为继电器，放电开关驱动单元M4用以产生能够使放电开关导通的驱动信号的电路单元，数据采集单元M5为为由模数转换芯片AD574为核心器件的信号数据处理电路单元，预燃单元M6为用于提供直流电流的电路单元，在一个实施例中所述预燃单元6为直流电流源，所述触发单元M7为高压触发电路或高压电压触发单元，在一个实施例中触发单元M7为产生脉宽为5μs、幅度310V的触发脉冲的电路单元，并提供给磁开关L2的原边，使得磁开关L2的副边升压为12kV的高压脉冲。

装置电路的参数如下，储能电容器C1的容量为350µF、充电设定值电压为3kV，直流电机DC的恒流电流输出为200mA，调波电感L1的电感量为90µF，放电开关管K2采用晶闸管，磁开关L2副边饱和前电感量7mH，饱和后20µF，电缆T1采用同轴电缆，预燃单元M6的恒流输出150mA。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，其特征在于，该电源装置包括处理器（M1），该处理器（M1）包括至少一个输出端和输入端；所述装置还包括充电控制单元（M2）、泄放控制单元（M3）、放电开关驱动（M4）、数据采集单元（M5）、预燃单元（M6）、触发单元（M7），处理器（M1）的输出端分别与充电控制单元（M2）、泄放控制单元（M3）、放电开关驱动（M4）、预燃单元（M6）、触发单元（M7）的输入端相连接，处理器（M1）的输入端与数据采集单元（M5）的输出端连接。

2.如权利要求1所述的一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，其特征在于，充电控制单元（M2）所在充电电路还包括直流充电机（DC）、限流电阻（R1）和高压保护二极管（D1），充电控制单元（M2）的输出端与直流充电机（DC）的控制端相连，直流充电机（DC）的正极输出端依次串联限流电阻（R1）、高压保护二极管（D1），直流充电机（DC）的负极接地；

泄放控制单元（M3）所在的泄放电路还包括泄放开关（K1）、泄放电阻（R2），泄放控制单元（M3）的输出端连接到泄放开关（K1）的控制端，泄放开关（K1）的负极与泄放电阻（R2）串联后接地，正极与高压保护二极管（D1）的输出端连接，同时保护电阻（R3）和保护二极管（D2）并联后再串联在泄放开关（K1）的正极和储能电容（C1）的正极之间，储能电容（C1）的负极接地。

3.如权利要求2所述的一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，其特征在于，当泄放开关（K1）处于常闭状态时，泄放电阻（R2）、保护电阻（R3）和保护二极管（D2）的并联、储能电容（C1）经串联后形成回路，使得储能电容（C1）上的电量通过该回路释放；

当泄放开关（K1）处于断开状态下，直流充电机（DC）与储能电容（C1）构成充电回路，直流充电机（DC）对储能电容（C1）充电；

当储能电容（C1）充满电后，放电开关驱动单元（M4）发出驱动信号使放电开关管（K2）导通后，储能电容（C1）上的储能能量依次经过放电开关管（K2）、调波电感（L1）、传输电缆（T1）后输出。

4.如权利要求2所述的一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，其特征在于，放电开关管（K2）的控制端与放电开关驱动（M4）的输出端连接，放电开关驱动（M4）的输入端与储能电容（C1）的正极连接，其输出端与调波电感（L1）串联后再分别与预燃单元（M6）的输出端和磁开关（L2）的副边输入端相连，磁开关（L2）的副边输出端依次串联传输电缆（T1）的芯线和脉冲氙灯（X1）的高压端，脉冲氙灯（X1）的低压端通过电缆屏蔽层输出连接到电源装置的共同接地点；

此外，磁开关（L2）的原边与触发单元（M7）的输出端耦合相连，传输电缆（T1）的屏蔽层输出端穿过霍尔电流环（I1），并且该霍尔电流环（I1）与数据采集单元（M5）的输入端相连，从而数据采集单元（M5）可以采集电流环（I1）上的电流；此外采样电阻（R4）和（R5）串联后再与储能电容（C1）的正负极并联，数据采集单元（M5）的另一输入端与采样电阻R4和R5的中点相连，用于采集对应采样电阻上的电压值。

5.如权利要求2所述的一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，其特征在于，在所述装置电路中，处理器（M1）为单片机或FPGA芯片，充电控制单元（M2）是由PWM产生芯片SG3525构成的控制电路单元，泄放控制单元（M3）为继电器，放电开关驱动单元（M4）用以产生能够使放电开关导通的驱动信号的电路单元，数据采集单元（M5）为为由模数转换芯片AD574为核心器件的信号数据处理电路单元，预燃单元（M6）为用于提供直流电流的电路单元，触发单元（M7）为高压触发电路或高压电压触发单元。

6.如权利要求5所述的一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，其特征在于，所述预燃单元(M6)为直流电流源。

7.如权利要求5所述的一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，其特征在于，触发单元（M7）为产生脉宽为5μs、幅度310V的触发脉冲的电路单元，并提供给磁开关（L2）的原边，使得磁开关（L2）的副边升压为12kV的高压脉冲。

8.如权利要求5所述的一种带触发预燃装置的脉冲氙灯电源装置，其特征在于，装置电路的参数如下：储能电容器（C1）的容量为350µF、充电设定值电压为3kV，直流电机（DC）的恒流电流输出为200mA，调波电感（L1）电感量为90µF，放电开关管（K2）采用晶闸管，磁开关（L2）副边饱和前电感量7mH，饱和后20µF，电缆（T1）采用同轴电缆，预燃单元（M6）的恒流输出150mA，霍尔电流环（I1）为Rogowsi线圈。