CN216700377U - 一种大功率短弧氙灯驱动电源 - Google Patents

一种大功率短弧氙灯驱动电源 Download PDF

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CN216700377U CN202123268233.4U CN202123268233U CN216700377U CN 216700377 U CN216700377 U CN 216700377U CN 202123268233 U CN202123268233 U CN 202123268233U CN 216700377 U CN216700377 U CN 216700377U
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周明杰
强俊伟
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Abstract

本实用新型公开了一种直流大功率短弧氙气灯驱动电源，驱动电源包括高压触发模块、低压维持模块、触发器模块、氙气灯；高压触发模块、低压维持模块还分别与触发器模块电连接，触发器模块与氙气灯电连接；高压触发模块用于为触发器模块提供触发阈值电压，促使触发器模块产生超高压击穿电压，以击穿氙气灯；低压维持模块用于向氙气灯提供电弧维持电流；触发器模块包括：切换单元；切换单元用于在高压触发模块击穿氙气灯后，切换为低压维持模块启动。实施本实用新型，解决了现有技术中的采用多个电源并联的方式，长时间应用中增加很多不稳定风险的问题。

Description

一种大功率短弧氙灯驱动电源
技术领域
本实用新型涉及驱动电源技术领域，特别涉及一种直流大功率短弧氙灯驱动电源。
背景技术
随着科技的发展，氙灯广泛应用于人们的生活中。氙灯适于广场、公园、体育场、大型建筑工地、露天煤矿、机场等地方的大面积照明，还可以用作电影摄影，彩色照相制版，复印等方面的光源。氙灯主要分为长弧氙灯、短弧氙灯和脉冲氙灯三类。
氙灯是一种在椭球形石英泡壳内充有0.019～0.0266MPa高压氙气、极间距离小于10mm的氙灯，20世纪40年代初，联邦德国奥斯兰公司发展研究中心实验室率先研究了稀有气体短弧光源的特性，经多年研制和改进,于1951年正式向市场推出超高压短弧氙灯，1954年,在联邦德国科隆世界照明和电影博览会上, 蔡司－依康公司展出了第一只作为电影放映光源的氙灯，随后荷兰、日本、美国、英国、苏联和中国也相继研制和生产各种规格的电影放映用氙灯。
对于多路氙灯来说，其电源装置应用于固体激光器中，由于作为电源负载的脉冲氙灯灯管长，直径粗，输出光功率大，需要多路氙灯并联工作，因此，大功率氙灯电源主要的技术特征为：一般采用最简单的单级LC脉冲电流形成网络，脉冲电容器的充电电压高，一般充电电压为10～30kV，输出脉冲电流幅值高，波形要求精准稳定，电源中电容器的储能很大，一般达到0.1～2MJ。
而对于大部分单路氙灯来说，其电源均为AC-DC驱动电源，无低电压DCDC 驱动电源；同时AC-DC驱动电源在市面上均仅有500-800W驱动，在面对1000W 及以上大功率的光源，只能采用多个电源并联的方式进行满足功率需求，但其在测试和长时间应用中增加很多不稳定风险。
实用新型内容
现有技术中，大功率氙灯采用多个电源并联的方式以满足功率需求，但是该方案在测试和长时间应用中增加很多不稳定风险。
针对上述问题，提出一种大功率短弧氙灯驱动电源，通过采用DC-DC升压电源电路驱动触发器电路工作，使得触发器电路产生28KV-36KV的超高压击穿电压，击穿氙气灯，从而点量氙气灯，在氙气灯点亮后，利用切换单元，将驱动电源切换为DC-DC降压电源电路为氙气灯提供持续稳定的20V电压、50A电流，提供电弧维持电流。解决了现有技术中的采用多个电源并联的方式，长时间应用中增加很多不稳定风险的问题。
本实用新型提供一种大功率短弧氙灯驱动电源，包括：
高压触发模块；
低压维持模块；
触发器模块；
氙气灯；
所述高压触发模块、低压维持模块分别与所述触发器模块电连接，所述触发器模块与所述氙气灯电连接；
所述高压触发模块用于为所述触发器模块提供触发阈值电压，促使所述触发器模块产生超高压击穿电压，以击穿氙气灯；
所述低压维持模块用于向所述氙气灯提供电弧维持电压电流；
所述触发器模块包括：
切换单元；
所述切换单元用于在所述高压触发模块击穿氙气灯后，切换为低压维持模块启动。
结合本实用新型所述的大功率短弧氙灯驱动电源，第一种可能的实施方式中，所述驱动电源还包括：
低压直流电源模块；
所述低压直流电源模块分别与所述高压触发模块、低压维持模块电连接，用以提供低压电源。
结合本实用新型第一种可能的实施方式，第二种可能的实施方式中，所述高压触发模块包括：
DC-DC升压电源电路；
第一二极管；
第一电阻；
所述低压维持模块包括：
DC-DC降压电源电路；
第二二极管；
第二电阻；
所述触发器模块还包括：
触发器电路；
所述低压直流电源模块的正极端、负极端分别与所述DC-DC升压电源电路的第一输入端、第二输入端电连接，所述DC-DC升压电源电路的第一输出端与所述第一二极管的阳极电连接，所述第一二极管的阴极与所述触发器电路的第一输入端电连接，所述DC-DC升压电源电路的第二输出端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述触发器电路的第二输入端电连接；
所述低压直流电源模块的正极端、负极端分别与所述DC-DC降压电源电路的第一输入端、第二输入端电连接，所述DC-DC降压电源电路的第一输出端与所述第二二极管的阳极电连接，所述第二二极管的阴极与所述触发器电路的第三输入端电连接，所述DC-DC降压电源电路的第二输出端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述触发器电路的第四输入端电连接。
结合本实用新型第二种可能的实施方式，第三种可能的实施方式中，所述DC-DC升压电源电路包括：
第一隔离电源电路；
第一移相全桥驱动电路；
第一隔离栅极驱动电路；
第二隔离栅极驱动电路；
第三隔离栅极驱动电路；
第一电压电流反馈电路；
第一变压器；
高压输出电路；
所述第一隔离电源电路的第一端与所述低压直流电源模块电连接，第二端与所述第一移相全桥驱动电路的第一端电连接，第三端与第一隔离栅极驱动电路的第一端、第二隔离栅极驱动电路的第一端、第三隔离栅极驱动电路的第一端共接；
所述第一移相全桥驱动电路的第二端与第一隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第一移相全桥驱动电路的第三端与第二隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第一移相全桥驱动电路的第四端与第三隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第一移相全桥驱动电路的第五端与第一电压电流反馈电路的输出端电连接；
所述第一隔离栅极驱动电路的第三端、第二隔离栅极驱动电路的第三端、第三隔离栅极驱动电路的第三端分别与所述第一变压器的第一端、第二端、第三端电连接；
所述第一变压器的第四端与所述高压输出电路的第一端电连接；
所述第一变压器的第五端与所述低压直流电源模块与电连接；
第一电压电流反馈电路的输入端与所述高压输出电路的第二端电连接。
结合本实用新型第三种可能的实施方式，第四种可能的实施方式中，所述 DC-DC降压电源电路包括：
第二隔离电源电路；
第二移相全桥驱动电路；
第四隔离栅极驱动电路；
第五隔离栅极驱动电路；
第六隔离栅极驱动电路；
第二电压电流反馈电路；
第二变压器；
低压输出电路；
所述第二隔离电源电路的第一端与所述低压直流电源模块电连接，第二端与所述第二移相全桥驱动电路的第一端电连接，第三端与第四隔离栅极驱动电路的第一端、第五隔离栅极驱动电路的第一端、第六隔离栅极驱动电路的第一端共接；
所述第二移相全桥驱动电路的第二端与第四隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第二移相全桥驱动电路的第三端与第五隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第二移相全桥驱动电路的第四端与第六隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第二移相全桥驱动电路的第五端与第二电压电流反馈电路的输出端电连接；
所述第四隔离栅极驱动电路的第三端、第五隔离栅极驱动电路的第三端、第六隔离栅极驱动电路的第三端分别与所述第二变压器的第一端、第二端、第三端电连接；
所述第二变压器的第四端与所述低压输出电路的第一端电连接；
所述第二变压器的第五端与所述低压直流电源模块与电连接；
第二电压电流反馈电路的输入端与所述低压输出电路的第二端电连接。
结合本实用新型第四种可能的实施方式，第五种可能的实施方式中，所述低压直流电源模块输出电压取值范围为24V-32V，所述高压触发模块输出电压取值范围为150V-200V，所述低压维持模块输出电压取值范围为18V-22V、电流取值范围为45A-55A。
结合本实用新型第五种可能的实施方式，第六种可能的实施方式中，所述触发器模块输出超高压击穿电压取值范围为28KV-36KV。
结合本实用新型第六种可能的实施方式，第七种可能的实施方式中，所述低压直流电源模块输出电压取值为28V，所述高压触发模块输出电压取值为 180V，所述低压维持模块输出电压取值为20V、电流取值为50A。
实施本实用新型所述直流大功率短弧氙气灯驱动系统，通过采用DC-DC升压电源电路驱动触发器电路工作，使得触发器电路产生28KV-36KV的超高压击穿电压，击穿氙气灯，从而点量氙气灯，在氙气灯点亮后，利用切换单元，将驱动电源切换为DC-DC降压电源电路为氙气灯提供持续稳定的20V电压、50A 电流，提供电弧维持电流。解决了现有技术中的采用多个电源并联的方式，长时间应用中增加很多不稳定风险的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯驱动系统第一实施例逻辑连接示意图；
图2是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯驱动系统第二实施例逻辑连接示意图；
图3是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯驱动系统的DC-DC升压电源电路实施例连接示意图；
图4是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯驱动系统的DC-DC降压电源电路实施例连接示意图；
图5是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯驱动方法第一实施例示意图；
图6是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯驱动方法第二实施例示意图；
附图中各数字所指代的部位名称为：100——触发器模块、110——切换单元、200——高压触发模块、210——DC-DC升压电源电路、300——低压维持模块、310——DC-DC降压电源电路、400——氙气灯、500——低压直流电源模块。
具体实施方式
下面将结合实用新型中的附图，对本实用新型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的一部分实施例，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付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
现有技术中，大功率氙灯采用多个电源并联的方式以满足功率需求，但是该方案在测试和长时间应用中增加很多不稳定风险。
针对上述问题，提出一种直流大功率短弧氙灯驱动电源及方法。
第一方面，如图1，图1是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯400驱动系统第一实施例逻辑连接示意图，一种直流大功率短弧氙气灯400驱动电源，包括高压触发模块200、低压维持模块300、触发器模块100、氙气灯400；高压触发模块200、低压维持模块300分别与触发器模块100电连接，触发器模块 100与氙气灯400电连接；高压触发模块200用于为触发器模块100提供触发阈值电压，促使触发器模块100产生超高压击穿电压，以击穿氙气灯400；低压维持模块300用于向氙气灯400提供电弧维持电流。
进一步地，触发器模块100包括切换单元110；切换单元110用于在高压触发模块200击穿氙气灯400后，切换为低压维持模块300启动。
进一步地，驱动电源还包括低压直流电源模块500；低压直流电源模块500 分别与高压触发模块200、低压维持模块300电连接，用以提供低压电源。
进一步地，如图2，图2是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯400驱动系统第二实施例逻辑连接示意图，高压触发模块200包括DC-DC升压电源电路 210、第一二极管、第一电阻；低压维持模块300包括DC-DC降压电源电路310、第二二极管、第二电阻；触发器模块100还包括触发器电路。
低压直流电源模块500的正极端、负极端分别与DC-DC升压电源电路210 的第一输入端、第二输入端电连接，DC-DC升压电源电路210的第一输出端与第一二极管的阳极电连接，第一二极管的阴极与触发器电路的第一输入端电连接，DC-DC升压电源电路210的第二输出端与第一电阻的第一端电连接，第一电阻的第二端与触发器电路的第二输入端电连接。
低压直流电源模块500的正极端、负极端分别与DC-DC降压电源电路310 的第一输入端、第二输入端电连接，DC-DC降压电源电路310的第一输出端与第二二极管的阳极电连接，第二二极管的阴极与触发器电路的第三输入端电连接，DC-DC降压电源电路310的第二输出端与第二电阻的第一端电连接，第二电阻的第二端与触发器电路的第四输入端电连接。
通过采用DC-DC升压电源电路210驱动触发器电路工作，使得触发器电路产生超高压击穿电压，击穿氙气灯400，从而点亮氙气灯400，在氙气灯400点亮后，利用切换单元110，将驱动电源切换为DC-DC降压电源电路310为氙气灯400提供持续稳定的电压电流，提供电弧维持电流，维持氙气灯400点亮。通过采用“高压触发”的方式启动氙气灯400，解决了现有技术中的采用多个电源并联方式在长时间应用中增加很多不稳定风险的问题。
优选地，如图3，图3是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯400驱动系统的DC-DC升压电源电路210实施例连接示意图，DC-DC升压电源电路210包括第一隔离电源电路、第一移相全桥驱动电路、第一隔离栅极驱动电路、第二隔离栅极驱动电路、第三隔离栅极驱动电路、第一电压电流反馈电路、第一变压器、高压输出电路。
第一隔离电源电路的第一端与低压直流电源模块500电连接，第二端与第一移相全桥驱动电路的第一端电连接，第三端与第一隔离栅极驱动电路的第一端、第二隔离栅极驱动电路的第一端、第三隔离栅极驱动电路的第一端共接；第一移相全桥驱动电路的第二端与第一隔离栅极驱动电路的第二端电连接；第一移相全桥驱动电路的第三端与第二隔离栅极驱动电路的第二端电连接；第一移相全桥驱动电路的第四端与第三隔离栅极驱动电路的第二端电连接；第一移相全桥驱动电路的第五端与第一电压电流反馈电路的输出端电连接；第一隔离栅极驱动电路的第三端、第二隔离栅极驱动电路的第三端、第三隔离栅极驱动电路的第三端分别与第一变压器的第一端、第二端、第三端电连接；第一变压器的第四端与高压输出电路的第一端电连接；第一变压器的第五端与低压直流电源模块500与电连接；第一电压电流反馈电路的输入端与高压输出电路的第二端电连接。
优选地，如图4，图4是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯400驱动系统的DC-DC降压电源电路310实施例连接示意图，DC-DC降压电源电路310包括第二隔离电源电路、第二移相全桥驱动电路、第四隔离栅极驱动电路、第五隔离栅极驱动电路、第六隔离栅极驱动电路、第二电压电流反馈电路、第二变压器、低压输出电路。
第二隔离电源电路的第一端与低压直流电源模块500电连接，第二端与第二移相全桥驱动电路的第一端电连接，第三端与第四隔离栅极驱动电路的第一端、第五隔离栅极驱动电路的第一端、第六隔离栅极驱动电路的第一端共接；第二移相全桥驱动电路的第二端与第四隔离栅极驱动电路的第二端电连接；第二移相全桥驱动电路的第三端与第五隔离栅极驱动电路的第二端电连接；第二移相全桥驱动电路的第四端与第六隔离栅极驱动电路的第二端电连接；第二移相全桥驱动电路的第五端与第二电压电流反馈电路的输出端电连接；第四隔离栅极驱动电路的第三端、第五隔离栅极驱动电路的第三端、第六隔离栅极驱动电路的第三端分别与第二变压器的第一端、第二端、第三端电连接；第二变压器的第四端与低压输出电路的第一端电连接；第二变压器的第五端与低压直流电源模块500与电连接；第二电压电流反馈电路的输入端与低压输出电路的第二端电连接。
优选地，低压直流电源模块500输出电压取值范围为24V-32V，高电压触发模块输出电压取值范围为150V-200V，低电压维持模块输出电压取值范围为 18V-22V、电流取值范围为45A-55A。
优选地，触发器模块100输出超高压击穿电压取值范围为28KV-36KV。
优选地，低压直流电源模块500输出电压取值为28V，高电压触发模块输出电压取值为180V，低电压维持模块输出电压取值为20V、电流取值为50A。
第二方面，如图5，图5是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯驱动方法第一实施例示意图，提出一种直流大功率短弧氙气灯400驱动方法，包括：
步骤100、对输入的直流低压进行升压，获取直流驱动高压；步骤200、利用直流驱动高压驱动触发器电路，使得触发器电路产生超高压击穿电压；步骤 300、利用所述超高压击穿电压氙气灯，以启动所述氙气灯；步骤400、向所述氙气灯提供恒压恒流电源，持续为氙气灯提供电弧维持电压电流。
优选地，如图6，图6是本实用新型中直流大功率短弧氙气灯驱动方法第二实施例示意图，步骤400包括：步骤410、判断氙气灯400是否被点亮，若被点亮，则进行下一步骤；步骤420、低压直流电源模块500驱动低电压维持模块工作，向氙气灯400提供恒压恒流电源；其中，低压直流电源模块500输出电压为28V，高电压输出电压取值为180V，恒流恒压电源的电压取值为20V、电流取值为50A，触发器电路输出超高压击穿电压取值范围为28KV-36KV。
实施本实用新型所述直流大功率短弧氙气灯400驱动系统及方法，通过采用DC-DC升压电源电路210驱动触发器电路工作，使得触发器电路产生 28KV-36KV的超高压击穿电压，击穿氙气灯400，从而点量氙气灯400，在氙气灯400点亮后，利用切换单元110，将驱动电源切换为DC-DC降压电源电路310 为氙气灯400提供持续稳定的20V电压、50A电流，提供电弧维持电流。解决了现有技术中的采用多个电源并联的方式，长时间应用中增加很多不稳定风险的问题。
以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大功率短弧氙灯驱动电源，其特征在于，包括：
高压触发模块；
低压维持模块；
触发器模块；
氙气灯；
所述高压触发模块、低压维持模块分别与所述触发器模块电连接，所述触发器模块与所述氙气灯电连接；
所述高压触发模块用于为所述触发器模块提供触发阈值电压，促使所述触发器模块产生超高压击穿电压，以击穿氙气灯；
所述低压维持模块用于向所述氙气灯提供电弧维持电压电流；
所述触发器模块包括：
切换单元；
所述切换单元用于在所述高压触发模块击穿氙气灯后，切换为低压维持模块启动。
2.根据权利要求1所述的大功率短弧氙灯驱动电源，其特征在于，所述驱动电源还包括：
低压直流电源模块；
所述低压直流电源模块分别与所述高压触发模块、低压维持模块电连接，用以提供低压电源。
3.根据权利要求2所述的大功率短弧氙灯驱动电源，其特征在于，所述高压触发模块包括：
DC-DC升压电源电路；
第一二极管；
第一电阻；
所述低压维持模块包括：
DC-DC降压电源电路；
第二二极管；
第二电阻；
所述触发器模块还包括：
触发器电路；
所述低压直流电源模块的正极端、负极端分别与所述DC-DC升压电源电路的第一输入端、第二输入端电连接，所述DC-DC升压电源电路的第一输出端与所述第一二极管的阳极电连接，所述第一二极管的阴极与所述触发器电路的第一输入端电连接，所述DC-DC升压电源电路的第二输出端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述触发器电路的第二输入端电连接；
所述低压直流电源模块的正极端、负极端分别与所述DC-DC降压电源电路的第一输入端、第二输入端电连接，所述DC-DC降压电源电路的第一输出端与所述第二二极管的阳极电连接，所述第二二极管的阴极与所述触发器电路的第三输入端电连接，所述DC-DC降压电源电路的第二输出端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述触发器电路的第四输入端电连接。
4.根据权利要求3所述的大功率短弧氙灯驱动电源，其特征在于，所述DC-DC升压电源电路包括：
第一隔离电源电路；
第一移相全桥驱动电路；
第一隔离栅极驱动电路；
第二隔离栅极驱动电路；
第三隔离栅极驱动电路；
第一电压电流反馈电路；
第一变压器；
高压输出电路；
所述第一隔离电源电路的第一端与所述低压直流电源模块电连接，第二端与所述第一移相全桥驱动电路的第一端电连接，第三端与第一隔离栅极驱动电路的第一端、第二隔离栅极驱动电路的第一端、第三隔离栅极驱动电路的第一端共接；
所述第一移相全桥驱动电路的第二端与第一隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第一移相全桥驱动电路的第三端与第二隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第一移相全桥驱动电路的第四端与第三隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第一移相全桥驱动电路的第五端与第一电压电流反馈电路的输出端电连接；
所述第一隔离栅极驱动电路的第三端、第二隔离栅极驱动电路的第三端、第三隔离栅极驱动电路的第三端分别与所述第一变压器的第一端、第二端、第三端电连接；
所述第一变压器的第四端与所述高压输出电路的第一端电连接；
所述第一变压器的第五端与所述低压直流电源模块与电连接；
第一电压电流反馈电路的输入端与所述高压输出电路的第二端电连接。
5.根据权利要求4所述的大功率短弧氙灯驱动电源，其特征在于，所述DC-DC降压电源电路包括：
第二隔离电源电路；
第二移相全桥驱动电路；
第四隔离栅极驱动电路；
第五隔离栅极驱动电路；
第六隔离栅极驱动电路；
第二电压电流反馈电路；
第二变压器；
低压输出电路；
所述第二隔离电源电路的第一端与所述低压直流电源模块电连接，第二端与所述第二移相全桥驱动电路的第一端电连接，第三端与第四隔离栅极驱动电路的第一端、第五隔离栅极驱动电路的第一端、第六隔离栅极驱动电路的第一端共接；
所述第二移相全桥驱动电路的第二端与第四隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第二移相全桥驱动电路的第三端与第五隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第二移相全桥驱动电路的第四端与第六隔离栅极驱动电路的第二端电连接；
所述第二移相全桥驱动电路的第五端与第二电压电流反馈电路的输出端电连接；
所述第四隔离栅极驱动电路的第三端、第五隔离栅极驱动电路的第三端、第六隔离栅极驱动电路的第三端分别与所述第二变压器的第一端、第二端、第三端电连接；
所述第二变压器的第四端与所述低压输出电路的第一端电连接；
所述第二变压器的第五端与所述低压直流电源模块与电连接；
第二电压电流反馈电路的输入端与所述低压输出电路的第二端电连接。
6.根据权利要求5所述的大功率短弧氙灯驱动电源，其特征在于，所述低压直流电源模块输出电压取值范围为24V-32V，所述高压触发模块输出电压取值范围为150V-200V，所述低压维持模块输出电压取值范围为18V-22V、电流取值范围为45A-55A。
7.根据权利要求6所述的大功率短弧氙灯驱动电源，其特征在于，所述触发器模块输出超高压击穿电压取值范围为28KV-36KV。
8.根据权利要求7所述的大功率短弧氙灯驱动电源，其特征在于，所述低压直流电源模块输出电压取值为28V，所述高压触发模块输出电压取值为180V，所述低压维持模块输出电压取值为20V、电流取值为50A。
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