脉冲激光电源控制电路工作原理

脉冲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。我们研制的脉冲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。
 
脉冲激光电源充电控制
主电路的充电电路是由两个IGBT逆变开关元件组成的半桥电路,两个开关通断的相位差要求为180度,所以两路控制信号的相位差也必须保证为180度。在一个逆变周期里,每个IGBT逆变开关要分别完成导通和关断续流两个过程,为防止半桥电路的直通现象,在两路控制信号的相邻两个脉冲周期之间,设定一个死区时间,使半桥电路的两个逆变开关同时处于关断状态。充电控制电路的框图如图所示。 电路工作时,由信号源产生两路脉宽可调、相位差为180度的振荡信号,两路振荡信号的合成频率为22KHz。充电时,充放电连锁和停止充电控制端均为高电平,允许充电控制信号通过与门电路,再经过脉冲放大和隔离电路控制主电路逆变开关工作。当主电路储能电容器充到预定电压时,通过反馈取样,使停止充电控制端为低电平,封锁充电控制信号,使充电过程停止。另外,放电时,充放电连锁控制端也产生一个宽度为1-2ms的低电平,封锁充电控制信号,使充电过程在放电时停止。
 
脉冲激光电源放电控制
主电路的放电电路是由SCR作开关,其导通由放电控制信号控制,关断是由放电电流过零时自行关断的。我们设定的几种固定放电频率为1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、40Hz。另外还具有手动单次放电以及外时钟编码控制功能。具有放电频率多样,调节方便灵活等特点。由于采用晶体振荡器,因此,频率精度很高。放电控制电路的框图如图所示。 电路工作时,由振荡器产生2MHz的时钟脉冲信号,供计数器计数。当计数器的端计数到与数值比较器的预置数相等时,在数值比较器的Q端输出一个与时钟脉冲宽度相等的脉冲信号。同时,这个脉冲信号对计数器复位,使计数器重新开始计数。当计数器第二次计数到与数值比较器的预置数相等时,在数值比较器的Q端又输出第二个脉冲信号,此过程循环往复。这样,在数值比较器的输出端便得到一个系列的脉冲串,其脉宽为时钟脉冲的宽度(即250ns)，频率为：
F=2MHz*预置数的倒数
使用这种分频的方法得到的分频误差为±250ns,精度很高。由于后续电路均为边沿触发方式,对脉冲宽度的微小变化无特殊要求,因此,整个放电精度即为±250ns。经数值比较分频的脉冲信号再经进一步的分频、整形、脉冲放大和隔离后,触发放电开关SCR。同时也得到了充放电连锁控制信号和调Q延时同步信号。