RU8533U1

RU8533U1 - PULSE SOLID LASER POWER SUPPLY

Info

Publication number: RU8533U1
Application number: RU98107799/20U
Authority: RU
Inventors: А.В. Федоров; В.М. Опре; К.Е. Бояркин
Original assignee: Федоров Алексей Валерьевич
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 1998-11-16

Abstract

Источник питания импульсного твердотельного лазера, содержащий силовой выпрямитель, параллельно подключенный к нему емкостный фильтр, балластный резистор дежурной дуги, соединенный со вторичной обмоткой трансформатора поджига, и зарядный дроссель, вывод которого соединен с емкостным накопителем, подключенным к последовательно соединенным разрядному тиристору, разрядной индуктивности и вторичной обмотке трансформатора поджига, а также блокировочную емкость, подключенную параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных вторичной обмотки трансформатора поджига и лампа накачки, второй вывод которой соединен со вторым выводом емкостного накопителя и вторым выводом емкостного фильтра, отличающийся тем, что дополнительно введены блок электронной защиты, подключенный к первому выводу емкостного фильтра, и нулевой диод, катод которого подключен к первому выходу блока электронной защиты, а анод к второму выводу емкостного фильтра, при этом блок электронной защиты состоит из основного тиристора, анод которого подключен ко входу электронной защиты, а катод подключен к катоду коммутирующего тиристора, соединенного анодом с первым выводом коммутирующей емкости и токоограничивающим резистором, второй вывод которого соединен с катодом вспомогательного выпрямителя, анод которого подключен ко вторичной обмотке сетевого трансформатора, второй конец который соединен со вторым выводом коммутирующей емкости, подключенного к аноду основного тиристора и аноду второго диода, катод которого соединен с дополнительным резистором, второй вывод которого подключен ко второму выводу блока электронной защи�A pulsed solid-state laser power source containing a power rectifier, a capacitive filter connected in parallel with it, a pilot arc ballast connected to the secondary winding of the ignition transformer, and a charging choke, the output of which is connected to a capacitive storage device connected to a discharge thyristor, a discharge inductance and the secondary winding of the ignition transformer, as well as a blocking capacitance connected in parallel with a circuit consisting of a toric ignition transformer winding and a pump lamp, the second output of which is connected to the second output of the capacitive storage and the second output of the capacitive filter, characterized in that an electronic protection unit connected to the first output of the capacitive filter and a zero diode, the cathode of which is connected to the first output, are additionally introduced electronic protection unit, and the anode to the second output of the capacitive filter, while the electronic protection unit consists of a main thyristor, the anode of which is connected to the input of electronic protection, and the cathode is connected to the cathode of the switching thyristor, connected by the anode to the first output of the switching capacitance and a current-limiting resistor, the second output of which is connected to the cathode of the auxiliary rectifier, the anode of which is connected to the secondary winding of the network transformer, the second end of which is connected to the second output of the switching capacitor connected to the anode of the main thyristor and the anode of the second diode, the cathode of which is connected to an additional resistor, the second terminal of which is connected to the second terminal of the electronic protection unit

Description

Источник питания имнульсного твердотельного лазера.Power supply for a pulsed solid-state laser.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть иснользована в источниках питания импульсных твердотельных лазеров.The utility model relates to electrical engineering and can be used in power supplies of pulsed solid-state lasers.

В известных системах электропитания импульсных твердотельных лазеров в случае возникновения аварийной ситуации, защита организована таким образом, что происходит полное отключение источника питания от сети. В связи с этим при повторном включении установки необходимо заново произвести операцию поджига лампы накачки для перевода ее в режим горения дежурной дуги.In the known power supply systems of pulsed solid-state lasers in the event of an emergency, the protection is organized in such a way that the power source is completely disconnected from the network. In this regard, when you turn on the installation again, it is necessary to re-perform the operation of ignition of the pump lamp to put it in the mode of burning of the standby arc.

Многократный поджиг лампы накачки связан с возникновением больших электродинамических и механических нагрузок на лампе накачки, что резко снижает ее ресурс.Repeated ignition of the pump lamp is associated with the occurrence of large electrodynamic and mechanical loads on the pump lamp, which sharply reduces its life.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является источник питания 1, электрическая схема которого представлена на фиг. 1. Он содержащий силовой выпрямитель 1, параллельно подключенный к нему емкостной фильтр 2, один вывод которого подключен к зарядному дросселю 3 и балластному резистору дежурной дуги 10, второй вывод которого соединен со вторичной обмоткой трансформатора поджига 7.Второй вывод зарядного дросселя 3 соединен с емкостным накопителем 4, который подключен к последовательно соединенным разрядному тиристору 5, разрядной индуктивности 6 и вторичной обмотке трансформатора поджига 7. Блокировочная емкость 9 подключена параллельно цепи, состоящей из последовательно включенной вторичной обмотки трансформатора поджига 7 и лампы накачки 8, второй вывод которой соединен со вторым выводом емкостного накопителя 4 и вторым выводом емкостного фильтра 2. Следует отметить, что для систем последовательного поджига ламп накачки 8 блокировочная емкость 9 необходима всегда. На работу силовой части схемы она не оказывает влияния, так как имеет малую величину.The closest technical solution to the claimed utility model is a power source 1, the electrical circuit of which is presented in FIG. 1. It contains a power rectifier 1, a capacitive filter 2 connected in parallel to it, one output of which is connected to the charging choke 3 and the ballast resistor of the pilot arc 10, the second output of which is connected to the secondary winding of the ignition transformer 7. The second output of the charging inductor 3 is connected to the capacitive drive 4, which is connected to a series-connected discharge thyristor 5, discharge inductance 6 and the secondary winding of the ignition transformer 7. Locking capacitance 9 is connected in parallel with a circuit consisting of therefore included the secondary winding of ignition transformer 7 and the pump bulb 8, the second terminal of which is connected to a second terminal of storage capacitor 4 and the second terminal of the capacitive filter 2. It should be noted that for systems consistent ignition pump lamp 8 9 lockup capacity is always needed. It does not affect the operation of the power part of the circuit, since it has a small value.

МПК 6 H01S3/09 IPC 6 H01S3 / 09

автоматичесюк выключателей. В результате этого при аварии отключается установка в целом, в том числе и цепь тока дежурной дуги.automatic circuit breakers. As a result, during an accident, the installation as a whole is turned off, including the current circuit of the standby arc.

В тех случаях, когда аварии не связаны с глухими короткими замыканиями в силовой части источника питания, а вызваны либо ложными срабатываниями разрядного тиристора, либо превышением каких-либо предельных режимов работы установки ( частоты следования импульсов накачки или их длительности), отключение установки от сети приводит одновременно и к отключению тока дежурной .дуги. В связи с этим, после изменения оператором режима работы установки, требуется повторный поджиг лампы накачки, что связано с уменьшением ее рабочего ресурса.In cases where the accident is not associated with a dull short circuit in the power part of the power source, but is caused either by false alarms of the discharge thyristor, or by exceeding any limiting operating modes of the installation (repetition rate of pump pulses or their duration), disconnecting the installation from the network at the same time to turn off the current of the standby arc. In this regard, after the operator changes the operating mode of the installation, re-ignition of the pump lamp is required, which is associated with a decrease in its working life.

Следует отметить, что поджиг лампы накачки влечет за собой мощные электромагнитные помехи, приводящие к сбою как системы управления самого источника питания, так и цифровой системы управления лазерного технологического комплекса в целом.It should be noted that ignition of a pump lamp entails powerful electromagnetic interference, leading to a failure of both the control system of the power source itself and the digital control system of the laser technological complex as a whole.

Сетевые защитные устройства обычно обладают сравнительно малым быстродействием, в связи с чем лампа накачки может разрушиться быстрее, чем произойдет отключение установки от сети.Network protection devices usually have a relatively low speed, and therefore the pump lamp can be destroyed faster than the unit is disconnected from the network.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание источника питания, обладающего повышенной надежностью за счет введения быстродействующей электронной защитой.The task to which the utility model is directed is to create a power source with increased reliability due to the introduction of high-speed electronic protection.

Для рещения поставленной задачи в источник питания импульсного твердотельного лазера, содержащий силовой выпрямитель, параллельно подключенный к нему емкостной фильтр, балластный резистор дежурной дуги, соединенный со вторичной обмоткой трансформатора поджига, и зарядный дроссель, вывод которого соединен с емкостным накопителем, подключенным к последовательно соединенным разрядному тиристору, разрядной индуктивности и вторичной обмотке трансформатора поджига, а так же блокировочную емкость, подключенную параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных вторичной обмотки трансформатора поджига и лампы накачки, второй вывод которой соединен со вторым выводом емкостного накопителя и вторым выводом емкостного фильтра, дополнительно введены блок электронной защиты подключенный к первому выводу емкостного фильтра и нулевой диод, катод которого подключен к первому выходу блока электронной защиты, а анод к второму выводу емкостного фильтра, при этом блок электронной защиты состоит из основного тиристора, анод которого подключен ко входу блока электронной защиты, а катод подключен к катоду коммутирующего тиристора, соединенного анодом с первым выводом коммутирующей емкости и токоограничивающим резистором , второй вывод которого соединен с катодом вспомогательного выпрямителя, анодTo solve the problem, the power supply of a pulsed solid-state laser containing a power rectifier, a capacitive filter connected in parallel with it, a pilot arc ballast connected to the secondary winding of the ignition transformer, and a charging choke, the output of which is connected to a capacitive storage connected to a discharge connected in series thyristor, discharge inductance and the secondary winding of the ignition transformer, as well as a blocking capacitance connected in parallel with the circuit, consist The second of the series-connected secondary windings of the ignition transformer and the pump lamp, the second output of which is connected to the second output of the capacitive storage device and the second output of the capacitive filter, additionally introduced an electronic protection unit connected to the first output of the capacitive filter and a zero diode, the cathode of which is connected to the first output of the electronic unit protection, and the anode to the second output of the capacitive filter, while the electronic protection unit consists of a main thyristor, the anode of which is connected to the input of the electronic panels, and a cathode connected to the cathode of a switching thyristor, connected to the anode terminal of the first switching capacity and current-limiting resistor, a second terminal of which is connected with the cathode auxiliary rectifier anode

которого подключен ко вторичной обмотке сетевого трансформатора, второй конец которой соединен со вторым выводом коммутирующей емкости, подключенного к аноду основного тиристора и аноду второго диода, катод которого соединен с дополнительным резистором, второй вывод которого подключен ко второму выходу блока электронной защиты, соединенного с балластным резистором дежурной дуги и катодом первого диода, анод которого подключен к катоду основного тиристора, соединенному с первым выходом блока электронной защиты, который подключен к зарядному дросселю, а управляющий электрод основного тиристора соединен через кнопку с нормально-разомкнутыми контактами с резистором, второй вывод которого подключен к аноду основного тиристора.which is connected to the secondary winding of the network transformer, the second end of which is connected to the second output of the switching capacitor connected to the anode of the main thyristor and the anode of the second diode, the cathode of which is connected to an additional resistor, the second output of which is connected to the second output of the electronic protection unit connected to the ballast resistor the pilot arc and the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the cathode of the main thyristor, connected to the first output of the electronic protection unit, which is connected to line choke, and the control electrode of the main thyristor is connected via a button with normally open contacts to a resistor, the second output of which is connected to the anode of the main thyristor.

На фиг. 2 представлена электрическая схема заявляемой полезной модели.In FIG. 2 presents an electrical diagram of the claimed utility model.

Источник питания (фиг. 2) содержит силовой выпрямитель 1, параллельно подключенный к нему емкостной фильтр 2, зарядный дроссель 3, вывод которого соединен с емкостным накопителем 4, подключенным к последовательно соединенным разрядному тиристору 5, разрядной индуктивности 6 и вторичной обмотке трансформатора поджига 7, блокировочную емкость 9, подключенную параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных вторичной обмотки трансформатора поджига 7 и лампы накачки 8, второй вывод которой соединен со вторым выводом емкостного накопителя 4 и вторым выводом емкостного фильтра 2, а также балластный резистор дежурной дуги 10, один вывод которого подключен к первому выводу емкостного фильтра 2, а второй - ко вторичной обмотке трансформатора поджига 7, блок электронной защиты 10 подключенный к первому выводу емкостного фильтра 2 и нулевой диод 12, катод которого подключен к первому выходу блока электронной защиты 11, а анод - к второму выводу емкостного фильтра 2.The power source (Fig. 2) contains a power rectifier 1, a capacitive filter 2 connected in parallel to it, a charging choke 3, the output of which is connected to a capacitive storage 4 connected to a series-connected discharge thyristor 5, a discharge inductance 6 and the secondary winding of the ignition transformer 7, a locking capacitance 9 connected in parallel with a circuit consisting of a series-connected secondary winding of the ignition transformer 7 and a pump lamp 8, the second terminal of which is connected to the second terminal of the capacitive storage dyeing 4 and the second output of the capacitive filter 2, as well as the ballast resistor of the standby arc 10, one output of which is connected to the first output of the capacitive filter 2, and the second to the secondary winding of the ignition transformer 7, the electronic protection unit 10 connected to the first output of the capacitive filter 2 and a zero diode 12, the cathode of which is connected to the first output of the electronic protection unit 11, and the anode to the second output of the capacitive filter 2.

Блок электронной защиты 11 (фиг. 2) состоит из основного тиристора 13, анод которого подключен к входу блока электронной защиты 11, а катод подключен к катоду коммутирующего тиристора 14, соединенного анодом с первым выводом коммутирующей емкости 15 и токоограничивающим резистором 16, второй вывод которого соединен с катодом вспомогательного выпрямителя 17, анод которого подключен ко вторичной обмотке сетевого трансформатора 18, второй конец которой соединен со вторым выводом коммутирующей емкости 15, подключенным к аноду основного тиристора 13 и аноду второго диода 20, катод которого соединен с дополнительным резистором 21, второй вывод которого подключен ко второму выходу блока электронной защиты 11, соединенного с балластным резистором дежурной дуги 10 и катодомThe electronic protection unit 11 (Fig. 2) consists of a main thyristor 13, the anode of which is connected to the input of the electronic protection unit 11, and the cathode is connected to the cathode of the switching thyristor 14, connected by the anode to the first output of the switching capacitance 15 and the current-limiting resistor 16, the second output of which connected to the cathode of the auxiliary rectifier 17, the anode of which is connected to the secondary winding of the network transformer 18, the second end of which is connected to the second output of the switching capacitance 15 connected to the anode of the main thyristor 13 and the anode of the second diode 20, the cathode of which is connected to an additional resistor 21, the second terminal of which is connected to the second output of the electronic protection unit 11, connected to the ballast resistor of the standby arc 10 and the cathode

первого диода 19, анод которого подютючен к катоду основного тиристора 13, соединенного с первым выходом блока электронной защиты 11 который подключен к зарядному дросселю 3 при этом управляющий электрод основного трфистора 13 соединен через кнопку с нормально-разомкнутыми контактами 23 с резистором 22, второй вывод которого подключен к аноду основного тиристора 13.the first diode 19, the anode of which is tightened to the cathode of the main thyristor 13 connected to the first output of the electronic protection unit 11 which is connected to the charging choke 3 while the control electrode of the main trifistor 13 is connected via a button with normally open contacts 23 to a resistor 22, the second output of which connected to the anode of the main thyristor 13.

Устройство работает следующим образом. При подключении устройства к сети от силового выпрямителя 1 происходит заряд емкостного фильтра 2. Одновременно через сетевой трансформатор 18, вспомогательный выпрямитель 17 и токоограничивающий резистор 16 происходит заряд коммутирующей емкости 15 блока электронной защиты 11 после чего блок электронной защиты 11 готов к работе. Емкостной накопитель 4 при этом остается незаряженным, что устраняет возможность сбоя в работе устройства при осуществлении операции поджига лампы накачки 8.The device operates as follows. When the device is connected to the network from the power rectifier 1, the capacitive filter 2 is charged. At the same time, the switching capacitor 15 of the electronic protection unit 11 is charged through the network transformer 18, the auxiliary rectifier 17 and the current-limiting resistor 16, after which the electronic protection unit 11 is ready for operation. The capacitive drive 4 remains uncharged, which eliminates the possibility of a malfunction of the device during the operation of ignition of the pump lamp 8.

С помощью трансформатора поджига 7 по пепи : лампа накачки 8, блокировочная емкость 9 и вторичная обмотка трансформатора поджига 7 происходит поджиг лампы накачки 8. При этом от силового выпрямителя 1 и емкостного фильтра 2, через диод 20, дополнительный резистор 21, балластный резистор дежзфной дуги 10, вторичную обмотку трансформатора поджига 7 и лампу накачки 8 начинает протекать ток дежурной дуги, после чего устройство готово к работе.Using the ignition transformer 7 along the ashes: pump lamp 8, blocking capacitance 9 and secondary winding of the ignition transformer 7, the pump lamp is ignited 8. In this case, from the power rectifier 1 and the capacitive filter 2, through the diode 20, an additional resistor 21, a ballast resistor arc arc 10, the secondary winding of the ignition transformer 7 and the pump lamp 8 begins to flow current standby arc, after which the device is ready for operation.

Для заряда емкостного накопителя 4 производится включение основного тиристора 13 путем подключения его анода к управляющему электроду с помощью кнопки 23 через резистор 22. Происходит резонансно-диодный заряд накопителя 4 от емкостного фильтра 2 по цепи : основной тиристор 13, зарядный дроссель 3.To charge the capacitive storage 4, the main thyristor 13 is turned on by connecting its anode to the control electrode using the button 23 through the resistor 22. There is a resonant-diode charge of the storage 4 from the capacitive filter 2 along the circuit: main thyristor 13, charging choke 3.

В момент включения основного тиристора 13 ток дежурной дуги начинает протекать через основной тиристор 13 и диод 19, минуя цепочку: диод 20 и дополнительный резистор 21, так как открытый основной тиристор 13 шунтирует эту цепочку.At the moment of turning on the main thyristor 13, the current of the standby arc begins to flow through the main thyristor 13 and diode 19, bypassing the chain: diode 20 and additional resistor 21, since the open main thyristor 13 shunts this chain.

Поскольку по окончании резонансно-диодного заряда накопителя 4, ток заряда спадает до нуля, то основной тиристор 13 мог бы выключиться, так как кнопка 23 включается кратковременно, но протекающий через него ток дежурной дуги больше тока удержания основного тиристора 13, и следовательно, основной тиристор 13 остается включенным.Since at the end of the resonant-diode charge of the drive 4, the charge current drops to zero, the main thyristor 13 could turn off, since the button 23 is turned on for a short time, but the current of the arc on duty through it is greater than the holding current of the main thyristor 13, and therefore, the main thyristor 13 remains on.

При возникновении аварийной ситуации на управляющий электрод коммутирующего тиристора 14 подается сигнал управления. При включении коммутирующего тиристора 14 предварительно заряженная коммутирующая емкость 15 выключает основной тиристор 13.In the event of an emergency, a control signal is supplied to the control electrode of the switching thyristor 14. When you turn on the switching thyristor 14, a pre-charged switching capacitance 15 turns off the main thyristor 13.

Коммутирующая емкость 15 по цепи : емкостной фильтр 2, коммутирующая емкость 15, коммутирующий тиристор 14, зарядный дроссель 3, разрядный тиристор 5, разрядная индуктивность 6, вторичная обмотка трансформатора по джига 7, лампа накачки 8 и емкостной фильтр 2 начинает перезаряжаться. Время восстановления основного тиристора 13 определяется временем разряда коммутирующей емкости 15 до нуля.The switching capacitance 15 in a circuit: a capacitive filter 2, a switching capacitor 15, a switching thyristor 14, a charging inductor 3, a discharge thyristor 5, a discharge inductance 6, a secondary winding of the transformer in jig 7, a pump lamp 8, and a capacitive filter 2 begin to recharge. The recovery time of the main thyristor 13 is determined by the discharge time of the switching capacitance 15 to zero.

В тот момент времени, когда коммутирующая емкость 15 перезарядится до напряжения, равного напряжению на емкостном фильтре 2, включается нулевой диод 12 и остаток энергии, запасенной в зарядном дросселе 3 выделяется в лампе накачки 8. По цепи : сетевой трансформатор 18,вспомогательный выпрямитель 17, ограничивающий резистор 16 на коммутирующей емкости 15 восстанавливается заряд требуемой полярности.At that time, when the switching capacitance 15 is recharged to a voltage equal to the voltage on the capacitive filter 2, the zero diode 12 is turned on and the rest of the energy stored in the charging inductor 3 is released in the pump lamp 8. The circuit: line transformer 18, auxiliary rectifier 17, a limiting resistor 16 on the switching capacitance 15, the charge of the required polarity is restored.

После выключения основного тиристора 13 силовая сеть питания лампы накачки 8 оказывается отключенной от силового выпрямителя 1, но при этом не происходит отключения тока дежурной дуги, так как ток дежурной дуги автоматически в момент закрытия основного тиристора 13 переключается из цепи : основной тиристор 13, диод 19 в цепь : диод 20, дополнительный резистор 21 и обрыва тока дежурной дуги не происходит.After turning off the main thyristor 13, the power supply network of the pump lamp 8 is disconnected from the power rectifier 1, but the current of the standby arc does not turn off, since the current of the standby arc is automatically switched from the circuit when the main thyristor 13 closes: main thyristor 13, diode 19 in the circuit: diode 20, an additional resistor 21, and an interruption in the current of the standby arc does not occur.

Диод 19 служит для исключения резистивного заряда накопителя 4 через дополнительный резистор 21, а диод 20 исключает щунтирование дополнительным резистором 21 основного тиристора 13 в момент коммутации блока электронной защиты 11. Величина дополнительного резистора 21 выбирается таким образом, чтобы падение напряжения на нем, вызываемое током дежурной дуги, было достаточным для открытия тиристора 13.The diode 19 serves to exclude the resistive charge of the drive 4 through an additional resistor 21, and the diode 20 eliminates the shunting by an additional resistor 21 of the main thyristor 13 at the time of switching the electronic protection unit 11. The value of the additional resistor 21 is selected so that the voltage drop across it caused by the standby current arc, was enough to open the thyristor 13.

Автоматическое сохранение режима дежурной дуги после отключения силовой части устройства исключает необходимость повторных поджигов лампы накачки 8 после изменения оператором режимов работы устройства, что существенно повышает резерв лампы и надежность устройства в целом.Automatically saving the duty arc mode after turning off the power part of the device eliminates the need for re-ignition of the pump lamp 8 after the operator changes the operating modes of the device, which significantly increases the lamp reserve and the reliability of the device as a whole.

Источники информации:Sources of information:

1. Б.Р. Белостоцкий, Ю.В. Любавский, В.М. Овчинников « Основы лазерной техники. Твердотельные ОКГ , М. : «Советское радио, 1972, стр. 261.1. B.R. Belostotsky, Yu.V. Lyubavsky, V.M. Ovchinnikov "Fundamentals of laser technology. Solid State OKG, M.: "Soviet Radio, 1972, p. 261.

Claims

A pulsed solid-state laser power source containing a power rectifier, a capacitive filter connected in parallel with it, a pilot arc ballast connected to the secondary winding of the ignition transformer, and a charging choke, the output of which is connected to a capacitive storage device connected to a discharge thyristor, a discharge inductance and the secondary winding of the ignition transformer, as well as a blocking capacitance connected in parallel with a circuit consisting of a toric ignition transformer winding and a pump lamp, the second output of which is connected to the second output of the capacitive storage and the second output of the capacitive filter, characterized in that an electronic protection unit connected to the first output of the capacitive filter and a zero diode, the cathode of which is connected to the first output, are additionally introduced electronic protection unit, and the anode to the second output of the capacitive filter, while the electronic protection unit consists of a main thyristor, the anode of which is connected to the input of electronic protection, and the cathode is connected to the cathode of the switching thyristor, connected by the anode to the first output of the switching capacitor and a current-limiting resistor, the second output of which is connected to the cathode of the auxiliary rectifier, the anode of which is connected to the secondary winding of the network transformer, the second end of which is connected to the second output of the switching capacitor connected to the anode of the main thyristor and the anode of the second diode, the cathode of which is connected to an additional resistor, the second terminal of which is connected to the second terminal of the electronic protection unit s, connected to the pilot arc ballast and the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the cathode of the main thyristor, connected to the first output of the electronic protection unit, which is connected to the charging choke, and the control electrode of the main thyristor is connected through a button with normally open contacts to the resistor, the second terminal of which is connected to the anode of the main thyristor.