15kW具有恒压限流功能的YAG脉冲激光电源

第27卷第5期

激光技术

2003年10月

LASERTECHNOLOGY

Vol.27，No.5October，2003

文章编号：（1001-38062003）05-0466-04

15kW具有恒压限流功能的YAG脉冲激光电源

马新敏郭泽俊曹红兵王敏黄维玲

（华中科技大学激光技术国家重点实验室，武汉，430074）

摘要：介绍用于YAG固体脉冲激光器的15kW具有恒压限流功能的开关电源，分析了控制电路原理，给出了

实现电路。实用表明，电源性能良好、运行安全可靠、结构简单、成本低廉。

关键词：恒压限流；外特性；脉宽调制；YAG脉冲电源中图分类号：TN86

文献标识码：A

15kWconstant-voltage&current-limitingswitchingpower

supplyforYAGpulselaser

Maxinmin，Guozejun，Cao~ongbing，WangMin，~uangWeiling

（NationalLaboratoryofLaserTechnology，HUST，Wuhan，430074）

Abstract：A15kWswitchingpowersupplywiththefunctionofconstant-voltagefcurrentlimitforYAGpulselaser

ispresented.Inthispaper，theoperationprincipleofthecontrolcircuitisdiscussed，andtheimplementedcircuitisalsodescribed.Analyticalandexperimentalresultsprovethatthepowersupplyhasgoodstaticcharacteristics，fastdynamic

theconfigurationissimpleandthecostislow.responseandhighreliability.furthermore，

Keywords：constant-voltagefcurrent-limiting；V-Icharacteristics；PWM；supplyforYAGpulselaser

引言

对于大功率YAG脉冲激光加工设备，应用开

1

电路结构框图

电路结构框图如图1所示。主电路中，三相工

关电源技术可大大提高产品性能、减小体积重量、提高效率、降低成本、扩展市场。但是，开关电源的输出若仅具备单一的恒压特性（即恒压源）或者单一的恒流特性（即恒流源）并非安全实用。若采用恒压源供电，因电源内阻太小，每当脉冲放电过后储能电容充电的初期，充电电流过大危及电源安全，更为严重的是，当脉冲氙灯连通时，过大的灯电流会引发炸棒事故。可以证明，在整个恒压充电过程中，电源提供的能量有一半要消耗在充电回路的电阻上，充电效率仅为50%［1］；若采用恒流源供电，虽充电电流受

到限制，但充电电压不易控制，难以满足加工要求。若使开关电源恒压输出时具备限流功能，即：充电过程中将输出限制在设定的恒流值，充电完毕将输出保持在预定的恒压值，且限流值与恒压值可按要求随意整定，问题便迎刃而解。

频380V电源经整流平波后得到约500V的直流电压ud。图中Z2为二单元IGBT模块。由其中的连同外接的VT2作开关器件，VD1作续流二极管，

电感L2，储能电容C一起构成下端斩控式BUCK型DC给储能电容网络充电。控制电路-DC变换器，中，电流反馈和电压反馈环路的输出经二极管并行连接，在每个充电周期的前期和后期，由电流PI调节器G（和电压PI调节器Gv（分时地调控脉冲S）iS）信号的宽度，

以实现恒压限流的充电要求。

作者简介：马新敏，男，1957年5月出生。副教授。从事电力电子技术方面的研究与教学。

收稿日期：收到修改稿日期：2002-10-08；2003-01-21

fig.1Schematicdiagramshowingthecircuit

脉冲激光电源

2

电源外特性及控制电路的实现

因与储能电容C相并联的均压电阻，反馈取样

式中，JC为I0时刻C储存的能量。

显然，当回路电阻为0时，充电效率趋于1。故恒流充电时可取消限流电阻，以取得充电的高效率。

满足以上充电要求的电源外特性如图3所示。图中IOo为可整定的输出限流值，UOh为可设定的输出恒压值，它们的大小应根据激光器放电脉宽、重复频率以及单脉冲能量的需求而定，以满足不同加工

工况的要求。

电阻以及电容自身的漏泄电阻均很大，对充电电流）的分流作用很小可忽略不计，故可将C视为i（cI

理想电容。

对C充电的等效电路如图2所示。图中R为充电回路的有效电阻，它包含充电限流电阻以及电容自身的损耗电阻。若将电容电压 （）由初始值cI

Ol上升到预定值UOh所需的充电时间记为I0，则可用变分法求得在0!I

0期间使R损耗的能量JR为

最小的充电电流i（［cI

）1］

。（2

I）dI

=!I0RC2 ~2

dI=!I0

~0

F（ c

，

c c

，I）dI（1）

式中，F（ c，~

c，I）为被积函数。使泛函（1）最小的极值曲线 （cI）是以下尤拉-拉格朗日方程的解：

" c

-dI" c）

=0（2）解得电容电压为： （cI）

=AI+B。代入边界条件 （c0）=UOl和 （c

I0）=UOh，得到常数A和B分别为：A=（UOh-UOl）／I0，B=Ol。于是有： （cI）=I I+UOl（0

3）

i（cI）=CdI=C I0=cOnst（4）这说明，充电过程中当充电电流ic（I）为一恒定直流，充电电压 （cI）随时间线性增长时，回路电阻的损耗最小。与之对应的充电电源必须是一个恒流源，在 （cI）自0达到预定值UOh期间充电电流始终恒定。

在初始电压UOl=0的条件下，恒流充电过程的效率为：

!=J

C+J=

I0+2RC（R

5）

UU

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激光技术

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）

RL／"IO／AUO／V0.0724.9151.763.9824.915100.716.0924.915152.229.6024.915239.211.7224.915293.512.0524.884300.213.1022.954300.626.9811.097301.860.734.960302.099.763.030302.2118.672.558302.2

0.031

302.5

脉冲激光电源

3.2

特性指标

输入：输出电压调整范围：AC380V l0%，（输出限流调整范围：（ …… 此处隐藏：1374字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……