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激光器開關電源設計過程中的器件選用實踐

知識百科

1引言受用戶之托， 需要設計開發種可靠性高， 體積小， 成本低的大功率工業激光器脈沖電源， 其主要技術要求如下輸入電源相交流380， 士輸出電壓4007以下可調輸出電流最大300輸出頻率100此以下可調輸出脈寬0.120舊根據這要求， 我們選用了小容量開關電源充電， 大容量電容儲能， 實現大功率脈沖放電的設計方案 。 根據這方案， 充電用開關電源的設計便成為整個電源設計的核心內容 。 設計過程中進行了大量的調研試驗工作， 其中的心得頗多， 現就充電用開關電源設計過程中有關器件選用方面的經驗略抒己 。
2主回路以往的工業或醫療用激光設備中， 其功率器件多為晶閘管 。 因晶閘管的開關頻率較低， 致使這種電源的動態響應時間較長， 調節性能較差；而且晶閘管的導通， 況主要依賴于觸發相位角的變化， 故不易實現系統的閉環控制， 電網的波動也容易影響其穩定性；再者， 晶閘管開關頻率低造成電路中的變壓器電感電容等元件體積重置很大， 從而使得整個系統的體積重里很大另外， 外圍的分立器件較多也對系統的可靠性不利 。
隨著頻功率器件的迅速發展， 性能穩定， 速高集成度的大功率81絕緣雙極晶體管在電力電子技術領域的應用越來越廣泛 。 它同時具有從71的電壓控制高速開關及18的低導通壓降的優點， 是迄今為止在中等功率場合最為優秀的電力電子開關器件 。 根據調研以及此前工作的體會， 為滿足用戶對電源可靠性和體積重量等方面的要求， 我們決定采用作為該電源主回路功率器件 。
由于本電源采用380， 相交流供電， 若考慮電網±的電壓波動， 則經整流瀧波后的電壓變動范圍約為470， 570， 另外， 逆變電路采用全橋式， 為防止橋臂直通則必須有足夠的工作死區時間若最大工作占空比為0.9， 則頻變壓器變比為1.根據脈沖放電的功率要求， 系統滿功率輸出400， 運行時， 逆變電路中81的通態平均電流為20六， 峰值電流逆變器工作頻率20吐2， 輸出電抗器為1礎的情況下， 電抗器交流分量峰， 峰值為3.75為21.875.
因此， 為保留足夠的安全裕量， 應選用12007504的8了 。 實際應用的器件就是具有這種額定值的日本菱公司， 100 2仙串聯雙單元168丁模塊 。
3驅動電路驅動電路的性能對1681能否發揮最佳效用影響較大， 我們在實踐過程中對此體會較深 。
已丁是種電壓控制型器件極輸入電阻可達幾十兆歐 。 以我們選用的， 500 2仙為例， 當0極驅動電壓為2時， 靜態驅動電流最大值小于0.5， 因此， 面看來它的驅動是很容易實現的 。 但實際上丁的個引出極間均存在寄生電容， 因此驅動電路的負載實際上是個容性網絡， 要實現高速開關， 驅動電路必須能夠很快提供足夠的開通觸發電荷量和關斷吸收電荷量， 即提供足夠高的開關瞬時電流以工作電壓為600時， 所需的開關電荷量最大可達400， 若想使它在500沾內開通， 1必內關斷， 則在開通時間內驅動電路提供吸收電流不應低于0.4；再考慮到開啟電壓門限最高可達7.5， 最低可達4.57， 則對驅動電路的驅動能力要求是相當高的 。 同時， 過快的開關速度還有可能造成工作情況超過108了的安全工作區， 尤其是在發生短路過流的情況下， 速關斷很容易造成， 1的損壞， 因此也不能味提高驅動電路的驅動能力 。 總之， 驅動電路的設計相當復雜， 雖然現在已經有商品化的集成驅動器， 但我們在選用的過程中仍然遇到了些麻煩 。
經過仔細分析， 最后確認故障原因在于□出841驅動電路4.5， 的關斷驅動電壓在有些情況下不能保證8了的可靠關斷 。
理論上講， 1081是零電壓關斷， 但在實際的硬開關全橋逆變電路中， 在很多情況下零電壓關斷很不可靠 。 特別是由于108丁斷或另橋臂開通時， 由于極間電壓急劇升高， 會通過該電容給， 極間電容充電， 形成， 極間正的電壓尖峰 。 以， 肘5002州為例， 當1間電壓為10時， 其轉移電容最大值可達3， 此時僅需很低的0極間電壓上升率， 便需要驅動電路向轉移電容提供很大的吸收電流才能保證1081的可靠關斷 。 增大驅動電路吸收電流能力的方法有兩種， 是減小驅動電阻尺8， 但這樣又會加快108了關斷速度， 提CE極間電壓上升率， 增大轉移電容的充電電流 。 另種方法就是降低關斷驅動電壓 。 841雖然提供4.5的關斷驅動電壓， 但我們在實際使用過程中仍然出現了誤導通問， 因此我們將驅動電路換成了日本菱公司生產的驅動電路57959這種驅動器的關斷驅動電壓為lOV， 在其他性能基本相同的情況下， 顯然對還8了的實際應用而言， 1的關斷驅動電壓比4.57要可靠得多 。 試驗證明它的確解決了108了誤導通問銓 。