一种重复频率脉冲电源氙灯预燃电源系统的制作方法

1.本发明属于重复频率脉冲电源技术领域，具体涉及一种重复频率脉冲电源氙灯预燃电源系统。


背景技术：

2.重复频率脉冲功率技术广泛应用于核聚变、强激光、高功率微波和电子束加速器等军用领域，以及烟气处理和脉冲放电等离子体脱硫脱硝等民用领域。重复频率脉冲激光电源是重复频率脉冲功率技术中的重要组成部分，其为脉冲氙灯负载提供足够的能量，从而实现激光的输出。重复频率脉冲电源的工作电压在0～4kv范围内，而通常氙灯触发导通所需要的电压需要几千伏甚至是十几千伏，因此重复频率脉冲电源工作电压无法满足氙灯触发的导通条件。为了保证重复频率脉冲电源主回路放电时氙灯能够可靠导通，需要使用氙灯预燃电源提前导通脉冲氙灯，使得氙灯持续点燃。
3.传统的氙灯预燃电源直接采用交流电压并经过升压变压器进行升压，然后通过整流滤波电路直接导通氙灯，并通过限流电阻限制氙灯电流，从而维持氙灯持续点燃，然而，该预燃电源采用限流电阻进行降压，消耗在电阻上的功率较大，且输出电流不易调节，因此不利于氙灯持续稳定工作，此外，其采用的升压变压器体积较大，导致氙灯预燃电源的整体尺寸过大。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种重复频率脉冲电源氙灯预燃电源系统，用于解决现有技术中存在的该预燃电源采用限流电阻进行降压，消耗在电阻上的功率较大，且输出电流不易调节，因此不利于氙灯持续稳定工作的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供一种重复频率脉冲电源氙灯预燃电源系统，其特征在于，包括整流滤波电路、pwm控制电路、高频变压器、高压启辉电路、预燃电流电路、电流检测电路、电压检测电路、高压触发电路以及氙灯负载；
7.所述整流滤波电路和所述pwm控制电路分别与所述高频变压器的原边连接，以将输入电压整流滤波并变换成高频交流脉冲电压；所述高频变压器的副边分别与所述高压启辉电路和所述预燃电流电路连接，以分别为所述氙灯负载提供启辉电压和预燃电流；所述电流检测电路和所述电压检测电路均分别与所述氙灯负载、所述预燃电流电路以及所述pwm控制电路连接，以使预燃电流维持恒流稳定；所述高压触发电路分别与所述氙灯负载和所述高压启辉电路连接，以为所述氙灯负载提供触发高压。
8.在一种可能的设计中，所述整流滤波电路包括桥式整流管d1，所述桥式整流管d1的一端接入220v交流电压，所述桥式整流管d1的另一端分别与高压电源hv+和第一电容c20的一端连接，所述第一电容c20的另一端接地，所述高压电源hv+和接地端之间串联有第二电容c11，所述高压电源hv+与所述高频变压器的原边连接。
9.在一种可能的设计中，所述pwm控制电路包括第一电阻r14，所述第一电阻r14的第一端分别与参考电压vref和第一三极管q3的集电极连接，所述第一电阻r14的第二端分别与第三电容c17的一端、所述第一三极管q3的基极以及控制芯片u9的rt/ct引脚连接，所述第三电容c17的另一端接地，所述第一三极管q3的发射极与第二电阻r11的一端连接；
10.所述控制芯片u9的comp引脚分别与第四电容c16的一端和第三电阻r15的一端连接，所述第四电容c16的另一端和所述第三电阻r15的另一端以及型号为uc3842an的控制芯片u9的rt/ct引脚连接，所述第三电容c17的另一端接地，所述第一三极管q3的发射极与第二电阻r11的一端连接；
11.所述控制芯片u9的comp引脚分别与第四电容c16的一端和第三电阻r15的一端连接，所述第四电容c16的另一端、所述第三电阻r15的另一端以及所述控制芯片u9的fb引脚分别与第四电阻r19的一端连接，所述控制芯片u9的isense引脚分别与所述第二电阻r11的一端、第五电容c18的一端以及第五电阻r10的一端连接，所述第五电容c18的另一端接地，所述第五电阻r10的另一端、所述控制芯片u9的output引脚以及第六电阻r9的一端分别与第一场效应管q1的栅极连接，所述第一场效应管q1的漏极与所述高频变压器的原边连接，所述第一场效应管q1的源极分别与第七电阻r12的一端和所述第六电阻r9的一端连接，所述第七电阻r12的另一端和所述第六电阻r9的另一端接地；
12.所述第四电阻r19的另一端分别与第八电阻r21的一端和集成芯片u2连接，所述集成芯片u2包括npn型三极管q2和发光二极管d10，所述第四电阻r19的另一端分别与第八电阻r21的一端与npn型三极管q2的发射极连接，npn型三极管q2的集电极接参考电压vref，发光二极管d10的正极串联第九电阻r17后接入15v电压，发光二极管d10的负极分别与所述电流检测电路和所述电压检测电路连接。
13.在一种可能的设计中，所述高频变压器包括变压器t1，所述变压器的1节点分别与第五电容c3的一端和第十电阻r4的一端连接，所述第五电容c3的另一端和第十电阻r4的另一端分别与第一二极管d5的负向端连接，所述第一二极管d5的正向端分别与所述第一场效应管q1的漏极和所述变压器t1的3节点连接，所述变压器t1的10节点、9节点和8节点分别与所述高压启辉电路和所述预燃电流电路连接。
14.在一种可能的设计中，所述高压启辉电路和预燃电流电路包括第二二极管d20和第三二极管d18，所述第二二极管d20的正向端与所述变压器t1的10节点连接，所述第三二极管d18的正向端与所述变压器t1的9节点连接，所述第二二极管d20的负向端分别与所述高压触发电路、第十一电阻r53的一端以及第六电容c31的一端连接，所述第六电容c31的另一端分别与所述第三二极管d18的负向端、第四二极管d21的正向端、第十二电阻r24的一端以及第七电容c5的一端连接，所述第四二极管d21的负向端分别与所述第十一电阻r53的另一端以及所述高压触发电路连接，所述第十二电阻r24的另一端分别与第十三电阻r22的一端以及所述电流检测电路连接，所述第十三电阻r22的另一端分别与所述第七电容c5的另一端、所述变压器t1的8节点以及第十四电阻r25的一端连接后接地，所述第十四电阻r25的另一端接所述电压检测电路，并作为输出端负极out-进行输出。
15.在一种可能的设计中，所述高压触发电路包括变压器t2，所述变压器t2的原边的1节点分别与所述第二二极管d20的负向端、所述第十一电阻r53以及第八电容c1的一端连接，所述变压器t2的原边的2节点与触发二极管d22的一端连接，所述触发二极管d22的另一
端与所述第八电容c1的另一端连接后接地，所述变压器t2的副边的4节点分别与所述第四二极管d21的负向端和所述第十一电阻r53的另一端连接，所述变压器t2的副边的5节点与第五二极管d2连接后作为输出端正极out+进行输出。
16.在一种可能的设计中，所述电流检测电路包括第六二极管d8，所述第六二极管d8的正极与所述发光二极管d10的负极连接，所述第六二极管d8的负极分别与第十五电阻r27的一端和型号为lm358drg4的第一运算放大器的输出端连接，所述第十五电阻r27的另一端与第九电容c22的一端连接，所述第九电容c22的另一端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和第十六电阻r26的一端连接，所述第十六电阻r26的另一端与所述第十二电阻r24的另一端连接，所述第一运算放大器的同相输入端串联第十七电阻r16后接入2.5v电压，所述第一运算放大器的增益无穷大端分别接15v电压和第十电容c33的一端，所述第十电容c33的另一端接地，所述第一运算放大器的4节点接地。
17.在一种可能的设计中，所述电压检测电路包括第七二极管d9，所述第七二极管d9的正极与所述发光二极管d10的负极连接，所述第七二极管d9的负极分别与第十八电阻r18的一端和型号为lm358drg4的第二运算放大器的输出端连接，所述第十八电阻r18的另一端串联第十电容c19后分别与所述第二运算放大器的反相输入端和第十九电阻r29的一端连接，所述第十九电阻r29的另一端与第十四电阻r25的另一端连接，所述第二运算放大器的同相输入端分别与第二十电阻r28的一端以及第二十一电阻r20的一端连接，所述第二十一电阻r20的另一端接2.5v电压，所述第二十电阻r28的另一端接地。
18.有益效果：
19.本发明通过采用反激式开关电源技术，采用高频变压器代替工频变压器，降低了变压器的体积，使预燃高压电路和预燃电流电路整合在一个变压器中，简化了电路结构，降低了氙灯预燃电源的体积和成本；此外，去掉了限流电阻，采用电流采样反馈的方式改变控制电路的工作频率，实现对氙灯电流的连续可调和恒流稳定，且减少了限流电阻的损耗功率，提高了氙灯预燃电源的工作效率；对交流输入供电的波动有较强的适应性，可在宽电压范围内正常工作，且氙灯供电电流持续稳定。
附图说明
20.图1为本实施例中的重复频率脉冲电源氙灯预燃电源系统的电路结构框图；
21.图2为本实施例中的重复频率脉冲电源氙灯预燃电源系统的电路原理图；
22.图3为本实施例中的整流滤波电路的电路原理图；
23.图4为本实施例中的pwm控制电路的电路原理图；
24.图5为本实施例中的高频变压器的电路原理图；
25.图6为本实施例中的高压启辉电路和预燃电流电路的电路原理图；
26.图7为本实施例中的高压触发电路的电路原理图；
27.图8为本实施例中的电流检测电路的电路原理图；
28.图9为本实施例中的电压检测电路的电路原理图。
29.其中，1-整流滤波电路；2-pwm控制电路；3-高频变压器；4-高压启辉电路；5-预燃电流电路；6-电流检测电路；7-电压检测电路；8-高压触发电路；9-氙灯负载。
具体实施方式
30.为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例
32.如图1-图9所示，本实施例提供一种重复频率脉冲电源氙灯预燃电源系统，其特征在于，包括整流滤波电路1、pwm控制电路2、高频变压器3、高压启辉电路4、预燃电流电路5、电流检测电路6、电压检测电路7、高压触发电路8以及氙灯负载9；
33.所述整流滤波电路1和所述pwm控制电路2分别与所述高频变压器3的原边连接，以将输入电压整流滤波并变换成高频交流脉冲电压；所述高频变压器3的副边分别与所述高压启辉电路4和所述预燃电流电路5连接，以分别为所述氙灯负载9提供启辉电压和预燃电流；所述电流检测电路6和所述电压检测电路7均分别与所述氙灯负载9、所述预燃电流电路5以及所述pwm控制电路2连接，以使预燃电流维持恒流稳定；所述高压触发电路8分别与所述氙灯负载9和所述高压启辉电路4连接，以为所述氙灯负载9提供触发高压。
34.其中，需要说明的是，本实施例中的重复频率脉冲电源氙灯预燃电源系统具体的工作原理如下：
35.首先，将交流220v输入电压通过整流滤波电路1进行整流滤波后连接至高频变压器3的原边，此时pwm控制电路2通过控制高频变压器3初级线圈的导通和关闭时间，将输入电压变换成高频交流脉冲电压，并通过高频变压器3完成电压匹配和高频隔离功能；然后，经过高压启辉电路4和预燃电流电路5为氙灯提供足够的启辉电压和预燃电流，并且，高压启辉电路4的高压输入至高压触发电路8中，当高压启辉电路4电压高于高压触发电路8中触发二极管的截止电压时，触发二极管触发导通，使高压触发电路8中的触发变压器次级产生20kv左右的脉冲高压，脉冲高压输入至氙灯后，氙灯瞬间导通形成击穿沟道，高压启辉电路4捕捉该击穿沟道并扩大至稳定的预燃沟道，此时预燃电流电路5为氙灯提供持续的预燃电流。氙灯持续预燃稳定后，高压启辉电路4输出电压下降，不足以使触发二极管导通，高压触发电路8停止工作；最后，电流检测电路6检测氙灯的电流并反馈给pwm控制电路2，电压检测电路7检测氙灯的电压并反馈给pwm控制电路2，pwm控制电路2通过改变pwm信号的占空比调节预燃电流电路5的输出电流，从而实现氙灯电流的恒流稳定。
36.基于上述公开的内容，本实施例通过采用反激式开关电源技术，采用高频变压器3代替工频变压器，降低了变压器的体积，使预燃高压电路和预燃电流电路5整合在一个变压器中，简化了电路结构，降低了氙灯预燃电源的体积和成本；此外，去掉了限流电阻，采用电流采样反馈的方式改变控制电路的工作频率，实现对氙灯电流的连续可调和恒流稳定，且减少了限流电阻的损耗功率，提高了氙灯预燃电源的工作效率；对交流输入供电的波动有较强的适应性，可在宽电压范围内正常工作，且氙灯供电电流持续稳定。
37.在一种可能的设计中，所述整流滤波电路1包括桥式整流管d1，所述桥式整流管d1的一端接入220v交流电压，所述桥式整流管d1的另一端分别与高压电源hv+和第一电容c20的一端连接，所述第一电容c20的另一端接地，所述高压电源hv+和接地端之间串联有第二
电容c11，所述高压电源hv+与所述高频变压器3的原边连接。
38.在一种可能的设计中，所述pwm控制电路2包括第一电阻r14，所述第一电阻r14的第一端分别与参考电压vref和第一三极管q3的集电极连接，所述第一电阻r14的第二端分别与第三电容c17的一端、所述第一三极管q3的基极以及型号为uc3842an的控制芯片u9的rt/ct引脚连接，所述第三电容c17的另一端接地，所述第一三极管q3的发射极与第二电阻r11的一端连接；
39.所述控制芯片u9的comp引脚分别与第四电容c16的一端和第三电阻r15的一端连接，所述第四电容c16的另一端、所述第三电阻r15的另一端以及所述控制芯片u9的fb引脚分别与第四电阻r19的一端连接，所述控制芯片u9的isense引脚分别与所述第二电阻r11的一端、第五电容c18的一端以及第五电阻r10的一端连接，所述第五电容c18的另一端接地，所述第五电阻r10的另一端、所述控制芯片u9的output引脚以及第六电阻r9的一端分别与第一场效应管q1的栅极连接，所述第一场效应管q1的漏极与所述高频变压器3的原边连接，所述第一场效应管q1的源极分别与第七电阻r12的一端和所述第六电阻r9的一端连接，所述第七电阻r12的另一端和所述第六电阻r9的另一端接地；
40.所述第四电阻r19的另一端分别与第八电阻r21的一端和集成芯片u2连接，所述集成芯片u2包括npn型三极管q2和发光二极管d10，所述第四电阻r19的另一端分别与第八电阻r21的一端与npn型三极管q2的发射极连接，npn型三极管q2的集电极接参考电压vref，发光二极管d10的正极串联第九电阻r17后接入15v电压，发光二极管d10的负极分别与所述电流检测电路6和所述电压检测电路7连接。
41.在一种可能的设计中，所述高频变压器3包括变压器t1，所述变压器的1节点分别与第五电容c3的一端和第十电阻r4的一端连接，所述第五电容c3的另一端和第十电阻r4的另一端分别与第一二极管d5的负向端连接，所述第一二极管d5的正向端分别与所述第一场效应管q1的漏极和所述变压器t1的3节点连接，所述变压器t1的10节点、9节点和8节点分别与所述高压启辉电路4和所述预燃电流电路连接。
42.在一种可能的设计中，所述高压启辉电路4和预燃电流电路包括第二二极管d20和第三二极管d18，所述第二二极管d20的正向端与所述变压器t1的10节点连接，所述第三二极管d18的正向端与所述变压器t1的9节点连接，所述第二二极管d20的负向端分别与所述高压触发电路8、第十一电阻r53的一端以及第六电容c31的一端连接，所述第六电容c31的另一端分别与所述第三二极管d18的负向端、第四二极管d21的正向端、第十二电阻r24的一端以及第七电容c5的一端连接，所述第四二极管d21的负向端分别与所述第十一电阻r53的另一端以及所述高压触发电路8连接，所述第十二电阻r24的另一端分别与第十三电阻r22的一端以及所述电流检测电路6连接，所述第十三电阻r22的另一端分别与所述第七电容c5的另一端、所述变压器t1的8节点以及第十四电阻r25的一端连接后接地，所述第十四电阻r25的另一端接所述电压检测电路7，并作为输出端负极out-进行输出。
43.在一种可能的设计中，所述高压触发电路8包括变压器t2，所述变压器t2的原边的1节点分别与所述第二二极管d20的负向端、所述第十一电阻r53以及第八电容c1的一端连接，所述变压器t2的原边的2节点与触发二极管d22的一端连接，所述触发二极管d22的另一端与所述第八电容c1的另一端连接后接地，所述变压器t2的副边的4节点分别与所述第四二极管d21的负向端和所述第十一电阻r53的另一端连接，所述变压器t2的副边的5节点与
第五二极管d2连接后作为输出端正极out+进行输出。
44.在一种可能的设计中，所述电流检测电路6包括第六二极管d8，所述第六二极管d8的正极与所述发光二极管d10的负极连接，所述第六二极管d8的负极分别与第十五电阻r27的一端和型号为lm358drg4的第一运算放大器的输出端连接，所述第十五电阻r27的另一端与第九电容c22的一端连接，所述第九电容c22的另一端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和第十六电阻r26的一端连接，所述第十六电阻r26的另一端与所述第十二电阻r24的另一端连接，所述第一运算放大器的同相输入端串联第十七电阻r16后接入2.5v电压，所述第一运算放大器的增益无穷大端分别接15v电压和第十电容c33的一端，所述第十电容c33的另一端接地，所述第一运算放大器的4节点接地。
45.在一种可能的设计中，所述电压检测电路7包括第七二极管d9，所述第七二极管d9的正极与所述发光二极管d10的负极连接，所述第七二极管d9的负极分别与第十八电阻r18的一端和型号为lm358drg4的第二运算放大器的输出端连接，所述第十八电阻r18的另一端串联第十电容c19后分别与所述第二运算放大器的反相输入端和第十九电阻r29的一端连接，所述第十九电阻r29的另一端与第十四电阻r25的另一端连接，所述第二运算放大器的同相输入端分别与第二十电阻r28的一端以及第二十一电阻r20的一端连接，所述第二十一电阻r20的另一端接2.5v电压，所述第二十电阻r28的另一端接地。
46.基于上述公开的内容，本实施例通过采用反激式开关电源技术，采用高频变压器3代替工频变压器，降低了变压器的体积，使预燃高压电路和预燃电流电路5整合在一个变压器中，简化了电路结构，降低了氙灯预燃电源的体积和成本；此外，去掉了限流电阻，采用电流采样反馈的方式改变控制电路的工作频率，实现对氙灯电流的连续可调和恒流稳定，且减少了限流电阻的损耗功率，提高了氙灯预燃电源的工作效率；对交流输入供电的波动有较强的适应性，可在宽电压范围内正常工作，且氙灯供电电流持续稳定。
47.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。