激光器开关电源设计过程中的器件选用实践 _知识百科

1引言受用户之托，需要设计开发种可靠性高，体积小，成本低的大功率工业激光器脉冲电源，其主要技术要求如下输入电源相交流380，士输出电压4007以下可调输出电流最大300输出频率100此以下可调输出脉宽0.120旧根据这要求，我们选用了小容量开关电源充电，大容量电容储能，实现大功率脉冲放电的设计方案。根据这方案，充电用开关电源的设计便成为整个电源设计的核心内容。设计过程中进行了大量的调研试验工作，其中的心得颇多，现就充电用开关电源设计过程中有关器件选用方面的经验略抒己。
2主回路以往的工业或医疗用激光设备中，其功率器件多为晶闸管。因晶闸管的开关频率较低，致使这种电源的动态响应时间较长，调节性能较差；而且晶闸管的导通，况主要依赖于触发相位角的变化，故不易实现系统的闭环控制，电网的波动也容易影响其稳定性；再者，晶闸管开关频率低造成电路中的变压器电感电容等元件体积重置很大，从而使得整个系统的体积重里很大另外，外围的分立器件较多也对系统的可靠性不利。
随着频功率器件的迅速发展，性能稳定，速高集成度的大功率81绝缘双极晶体管在电力电子技术领域的应用越来越广泛。它同时具有从71的电压控制高速开关及18的低导通压降的优点，是迄今为止在中等功率场合最为优秀的电力电子开关器件。根据调研以及此前工作的体会，为满足用户对电源可靠性和体积重量等方面的要求，我们决定采用作为该电源主回路功率器件。
由于本电源采用380，相交流供电，若考虑电网±的电压波动，则经整流泷波后的电压变动范围约为470， 570，另外，逆变电路采用全桥式，为防止桥臂直通则必须有足够的工作死区时间若最大工作占空比为0.9，则频变压器变比为1.根据脉冲放电的功率要求，系统满功率输出400，运行时，逆变电路中81的通态平均电流为20六，峰值电流逆变器工作频率20吐2，输出电抗器为1础的情况下，电抗器交流分量峰，峰值为3.75为21.875.
因此，为保留足够的安全裕量，应选用12007504的8了。实际应用的器件就是具有这种额定值的日本菱公司， 100 2仙串联双单元168丁模块。
3驱动电路驱动电路的性能对1681能否发挥最佳效用影响较大，我们在实践过程中对此体会较深。
已丁是种电压控制型器件极输入电阻可达几十兆欧。以我们选用的， 500 2仙为例，当0极驱动电压为2时，静态驱动电流最大值小于0.5，因此，面看来它的驱动是很容易实现的。但实际上丁的个引出极间均存在寄生电容，因此驱动电路的负载实际上是个容性网络，要实现高速开关，驱动电路必须能够很快提供足够的开通触发电荷量和关断吸收电荷量，即提供足够高的开关瞬时电流以工作电压为600时，所需的开关电荷量最大可达400，若想使它在500沾内开通， 1必内关断，则在开通时间内驱动电路提供吸收电流不应低于0.4；再考虑到开启电压门限最高可达7.5，最低可达4.57，则对驱动电路的驱动能力要求是相当高的。同时，过快的开关速度还有可能造成工作情况超过108了的安全工作区，尤其是在发生短路过流的情况下，速关断很容易造成， 1的损坏，因此也不能味提高驱动电路的驱动能力。总之，驱动电路的设计相当复杂，虽然现在已经有商品化的集成驱动器，但我们在选用的过程中仍然遇到了些麻烦。
经过仔细分析，最后确认故障原因在于□出841驱动电路4.5，的关断驱动电压在有些情况下不能保证8了的可靠关断。
理论上讲， 1081是零电压关断，但在实际的硬开关全桥逆变电路中，在很多情况下零电压关断很不可靠。特别是由于108丁断或另桥臂开通时，由于极间电压急剧升高，会通过该电容给，极间电容充电，形成，极间正的电压尖峰。以，肘5002州为例，当1间电压为10时，其转移电容最大值可达3，此时仅需很低的0极间电压上升率，便需要驱动电路向转移电容提供很大的吸收电流才能保证1081的可靠关断。增大驱动电路吸收电流能力的方法有两种，是减小驱动电阻尺8，但这样又会加快108了关断速度，提CE极间电压上升率，增大转移电容的充电电流。另种方法就是降低关断驱动电压。 841虽然提供4.5的关断驱动电压，但我们在实际使用过程中仍然出现了误导通问，因此我们将驱动电路换成了日本菱公司生产的驱动电路57959这种驱动器的关断驱动电压为lOV，在其他性能基本相同的情况下，显然对还8了的实际应用而言， 1的关断驱动电压比4.57要可靠得多。试验证明它的确解决了108了误导通问铨。