专利名称：一种激光电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电源，尤其涉及一种激光电源。
背景技术：
二氧化碳激光器、准分子激光器、氮分子激光器等高压快放电激励气体激光器需要输出约10kV-30kV的高压脉冲电源，并需要闸流管、火花隙等高压开关作为高压放电开关。这类高压激光电源使用较多的高压元器件，成本较高，且闸流管、火花隙等高压开关部件寿命较短，稳定工作时间有限。
实用新型内容本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种低成本、长寿命的激光电源。本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种激光电源，包括有直流电源U，所述的直流电源U的输入端连接市电，滤波电容CO、电感L、小功率可控硅开关S1、二极管Dl和电容Cl串联组成LC谐振充电回路，所述的滤波电容CO与直流电源U并联，滤波电容CO和和电容Cl连接，电容Cl的一端连接脉冲变压器T的一次侧的一端，脉冲变压器T的一次侧的另一端连接大功率可控硅开关S2，大功率可控硅开关S2与电容Cl的另一端连接，脉冲变压器T的二次侧的一端连接止回二极管D2的负极，止回二极管D2的正极连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接脉冲变压器T的二次侧的另一端，电容C3并联在电容C2的两端，电容Cd并联在电容C3的两端，在电容C2与电容C3之间连接有磁开关MSl，电容C3与电容Cd之间连接有磁开关MS2，电容Cd的一端接地，电容Cd的两端为高压 输出端，通过控制小功率可控硅开关SI的闭合，电容Cl被充电到最高近1400V，大功率可控硅开关S2导通，电容Cl通过脉冲变压器T对电容C2充电，在电容C2电压逐渐升高过程中，磁开关MSl处于非饱和状态，近似为断路；当电容C2电压达到最高时，磁开关MSl正好饱和，此时MSl近似为一空心小电感，电容C2快速向电容C3放电；经过磁开关MS2的压缩过程，电容Cd上的电压上升时间达到约100ns，对工作气体放电泵浦产生激光。所述的脉冲变压器T的铁心的放置方式为初级线圈绕在中间，两个次级线圈绕在两边，这种放置方式可以有较大的空间放置绕组线圈，有利于绝缘和散热。由于脉冲变压器能量转移时间仅5μ s左右，电流趋肤效应显著，加之峰值电流较大，因此一般导线损耗较大。本实用新型中，变压器初级采用薄铜板绕制，次级采用利兹线绕制，能有效降低趋肤效应带来的损耗，变压器能量传递效率达90%以上。所述的磁开关的磁芯和骨架结构为磁芯是高矩形比的纳米晶材料磁环，每个磁开关使用3个磁环堆叠，三个磁环固定在固定架上，中间采用塑料柱子穿过，每个磁环外侧套有绝缘护盒，两头制作夹板夹紧磁环，中间的塑料柱子中心开一小孔，磁芯复位电流导线从中穿过，这样的磁开关结构紧凑，绝缘性能好。[0008]所述的磁开关的第一级开关引线绕线匝数在30-40匝，两组两组线圈对称的绕在两边，相比单根绕组的绕制方式，这样能有效降低磁开关电阻，减少损耗，也有利于磁芯的均匀使用；第二级开关引线匝数在4-6匝，两组两组线圈对称的绕在两边，如果匝数较少，空间允许的话，还可以改进称4组并联的方式进行绕制，这样更能降低磁开关电阻，也更利于磁芯材料的均匀使用。滤波电容CO的电容值为C0=200uF，电容Cl的电容值为Cl=2.5uF，电容C2、C3的电容值为C2=C3=10nF，电容Cd的电容值为Cd=8nF，直流电源U的输出电压为500-700V，脉冲变压器T是变比为1:16的升压变压器。本实用新型的优点是:本实用新型设计了一种低成本、长寿命的激光电源，可以广泛应用于高压快放电激励气体激光器，不使用闸流管等高压开关部件，电源结构简单、制作成本低、使用寿命长，使用可控硅作为主开关，价格只有2-3千元，且寿命约1011，因此成本能大大降低，寿命还能得到大幅度提高。
图1为本实用新型的激光电源电路结构示意图。图2为电容Cl两端充电波形示意图。图3为脉冲变压器T铁心放置示意图。图4为磁开关剖面结构图。图5为第一级磁开关开关引线示意图。图6为第二级磁开关开关引线示意图。图7为电容C2、C3、Cd两端电压波形。
具体实施方式
如图1所示，一种激光电源，包括有直流电源U，所述的直流电源U的输入端连接市电，滤波电容CO、电感L、小功率可控硅开关S1、二极管Dl和电容Cl串联组成LC谐振充电回路，所述的滤波电容CO与直流电源U并联，滤波电容CO和和电容Cl连接，电容Cl的一端连接脉冲变压器T的一次侧的一端，脉冲变压器T的一次侧的另一端连接大功率可控硅开关S2，大功率可控硅开关S2与电容Cl的另一端连接，脉冲变压器T的二次侧的一端连接止回二极管D2的负极，止回二极管D2的正极连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接脉冲变压器T的二次侧的另一端，电容C3并联在电容C2的两端，电容Cd并联在电容C3的两端，在电容C2与电容C3之间连接有磁开关MS1，电容C3与电容Cd之间连接有磁开关MS2，电容Cd的一端接地，电容Cd的两端为高压输出端，通过控制小功率可控硅开关SI的闭合，电容Cl被充电到最高近1400V，大功率可控硅开关S2导通，电容Cl通过脉冲变压器T对电容C2充电，在电容C2电压逐渐升高过程中，磁开关MSl处于非饱和状态，近似为断路；当电容C2电压达到最高时，磁开关MSl正好饱和，此时MSl近似为一空心小电感，电容C2快速向电容C3放电；经过磁开关MS2的压缩过程，电容Cd上的电压上升时间达到约100ns，对工作气体放电泵浦产生激光。如图3所示，所述的脉冲变压器T的铁心的放置方式为初级线圈I绕在中间，两个次级线圈2绕在两边，这种放置方式可以有较大的空间放置绕组线圈，有利于绝缘和散热。由于脉冲变压器T能量转移时间仅5 μ s左右，电流趋肤效应显著，加之峰值电流较大，因此一般导线损耗较大。本实用新型中，脉冲变压器T初级采用薄铜板绕制，次级采用利兹线绕制，能有效降低趋肤效应带来的损耗，变压器能量传递效率达90%以上。如图4所示，所述的磁开关的磁芯和骨架结构为磁芯是高矩形比的纳米晶材料磁环3，每个磁开关使用3个磁环3堆叠，三个磁环3固定在固定架6上，中间采用塑料柱子4穿过，每个磁环3外侧套有绝缘护盒7，两头制作夹板5夹紧磁环3，中间的塑料柱子4中心开一小孔，磁芯复位电流导线从中穿过，这样的磁开关结构紧凑，绝缘性能好。如图5所示，所述的磁开关的第一级开关引线8绕线匝数在30-40匝，两组两组线圈对称的绕在两边，相比单根绕组的绕制方式，这样能有效降低磁开关电阻，减少损耗，也有利于磁芯的均匀使用；如图6所示，第二级开关引线8匝数在4-6匝，两组两组线圈对称的绕在两边，如果匝数较少，空间允许的话，还可以改进称4组并联的方式进行绕制，这样更能降低磁开关电阻，也更利于磁芯材料的均匀使用。滤波电容CO的电容值为C0=200uF，电容Cl的电容值为Cl=2.5uF，电容C2、C3的电容值为C2=C3=10nF，电容Cd的电容值为Cd=8nF，直流电源U的输出电压为500-700V，脉冲变压器T是变比为1:16的升压变压器。如图7所示，电容C2、C3、Cd两端电压波形，经过两级磁开关压缩后，高压脉冲到达放电电极两端的时候，上升时间被压缩到约100 ns,电压幅值约14-17kv。
权利要求1.一种激光电源，其特征在于:包括有直流电源U，所述的直流电源U的输入端连接市电，滤波电容CO、电感L、小功率可控硅开关S1、二极管Dl和电容Cl串联组成LC谐振充电回路，所述的滤波电容CO与直流电源U并联，滤波电容CO和和电容Cl连接，电容Cl的一端连接脉冲变压器T的一次侧的一端，脉冲变压器T的一次侧的另一端连接大功率可控硅开关S2，大功率可控硅开关S2与电容Cl的另一端连接，脉冲变压器T的二次侧的一端连接止回二极管D2的负极，止回二极管D2的正极连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接脉冲变压器T的二次侧的另一端，电容C3并联在电容C2的两端，电容Cd并联在电容C3的两端，在电容C2与电容C3之间连接有磁开关MSl，电容C3与电容Cd之间连接有磁开关MS2，电容Cd的一端接地，电容Cd的两端为高压输出端，通过控制小功率可控硅开关SI的闭合，电容Cl被充电到最高近1400V，大功率可控硅开关S2导通，电容Cl通过脉冲变压器T对电容C2充电，在电容C2电压逐渐升高过程中，磁开关MSl处于非饱和状态，近似为断路；当电容C2电压达到最高时，磁开关MSl正好饱和，此时MSl近似为一空心小电感，电容C2快速向电容C3放电；经过磁开关MS2的压缩过程，电容Cd上的电压上升时间达到约100ns，对工作气体放电泵浦产生激光。
2.根据权利要求1所述的一种激光电源，其特征在于:所述的脉冲变压器T的铁心的放置方式为初级线圈绕在中间，两个次级线圈绕在两边。
3.根据权利要求1所述的一种激光电源，其特征在于:所述的磁开关的磁芯和骨架结构为磁芯是高矩形比的纳米晶材料磁环，每个磁开关使用3个磁环堆叠，三个磁环固定在固定架上，中间采用塑料柱子穿过，每个磁环外侧套有绝缘护盒，两头制作夹板夹紧磁环，中间的塑料柱子中心开一小孔，磁芯复位电流导线从中穿过。
4.根据权利要求1所述的一种激光电源，其特征在于:所述的磁开关的第一级开关引线绕线匝数在30-40匝，两组两组线圈对称的绕在两边；第二级开关引线匝数在4-6匝，两组两组线圈对称的绕在两边。
5.根据权利要求1所述的一种激光电源，其特征在于:滤波电容CO的电容值为C0=200uF,电容Cl的电容值为Cl=2.5uF，电容C2、C3的电容值为C2=C3=10nF，电容Cd的电容值为Cd=8nF，直流电源U的输出电压为500-700V，脉冲变压器T是变比为1: 16的升压变压器。
专利摘要本实用新型公开了一种激光电源，由直流电源、谐振充电回路、可控硅开关、储能电容器、脉冲变压器、磁开关组成。直流电源连接滤波电容，通过谐振充电电路对储能电容进行倍压充电，再通过可控硅开关放电形成低压宽脉冲，再经过脉冲变压器进行升压，高压宽脉冲再经过一级或两级磁脉冲压缩开关压缩后形成高压窄脉冲，输出到激光放电电极两端，从而实现对激光光工作气体的放电激励。该电源可以工作在1-300Hz。本实用新型广泛应用于高压快放电激励气体激光器，不使用闸流管等高压开关部件，电源结构简单、制作成本低、使用寿命长，使用可控硅作为主开关，价格只有2-3千元，且寿命约1011，因此成本能大大降低，寿命还能得到大幅度提高。
文档编号H01S3/09GK203071393SQ20122073337
公开日2013年7月17日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者游利兵, 余吟山, 王庆胜, 厉彦超, 方晓东 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所