激光电源工作原理与工作对象

激光电源是激光器的能源,它向激光器提供泵浦能量,控制激光输出强弱和重复频率.因此,激光电源是激光器必不可少的重要组成部分.它的功率和稳定性对激光器的相应性能有着直接的影响。

激光电源工作原理
1)主电路工作原理
主电路由工频逆变电路由由工频220V供电,整流为310V直流,中间设有软启动电路和滤波环节,谐振电感,谐振电容和IGBT逆变开关组成半桥电路,逆变频率为22kHz,逆变后,通过高频变压器进行升压,与电网隔离之后进行高频整流,再给储能电容器充电.储能电容器放电前,由触发电路产生的高压将负载氙灯击穿电离,预燃电路给负载氙灯提供稳定的预燃电流,使负载氙灯处于放电前的准备状态.充好电的储能电容器经放电开关和成形电感给负载氙灯放电,从而实现对激光器的泵浦。 2)控制电路工作原理
 激光电源的控制部分主要有信号源,信号处理及整形,延时调节,脉冲功率放大,储能电压控制以及隔离等电路组成.激光电源采用谐振开关技术的主电路结构,可以实现电流过零时刻的关断,能够有效地减少开关损耗,从而提高了转换效率.根据主电路的组成,控制电路主要完成充电控制,放电控制,充放电间的时间连锁,调Q延时控制等功能.在主电路与控制电路的接口增加隔离措施,以防止主电路对控制电路的干扰而造成控制电路失控现象的发生。
 
激光电源最终作用对象为氙灯,经氙灯放电给激光器提供泵浦能量.
 
氙灯的工作分为起辉,预燃和高压放电三阶段,其工作过程比较复杂,是一种非稳态的气体放电.
起辉阶段,放电首先在石英管内壁接近触发丝处产生电离通道,气体由于与电子碰撞而被加热,灯内的氙气迅速电离,发生辉光放电.脉冲变压器T,电容C2,可控硅VT2和电阻R2构成起辉电路,当VT2关断时,电压U1通过电阻R2给电容C2充电,在电容C2上存储能量,通常U1为1kV左右,充电时间很短.当VT2导通时,电容C2和脉冲变压器T的电感谐振放电,在变压器T的副端产生5kV左右的起辉电压,脉冲氙灯在很强的轴向电场及触发高压脉冲作用下,气体被击穿,形成放电通道;
预燃阶段,当输入的能量足够大时,电极加热到具有一定的热发射能力,灯管中的气体则由辉光放电过渡到弧光放电.此时,脉冲氙灯可近似为一电阻,电压U2通过电阻R1和二极管D加到脉冲氙灯两端形成预燃回路;
高压放电阶段,脉冲氙灯为弧光放电,当VT1关断时,电压U3向电容C1充电,VT1导通时,当电容C1向脉冲氙灯放电,从而脉冲氙灯出现弧光频闪现象.在高压放电阶段,预燃电路一直给脉冲氙灯提供维持电流(约100mA).在传统的脉冲氙灯起辉预燃系统中,起辉阶段和预燃阶段分别需要电压源,U1为起辉电压,U2为预燃电压,从而增加了电源设计的复杂性.新型脉冲氙灯起辉预燃电源采用PWM技术控制,起辉和预燃阶段共用一个电源,起辉时为电压源,预燃时为恒流源.起辉阶段,最大占空比输出最高电压,通过串联谐振得到高压起辉电压;预燃阶段,通过调整占空比恒流输出维持电流。