1引言
近年來，高功率Nd：YAG固體激光器已廣泛用于工業(yè)加工領域和醫(yī)療儀器領域,，如材料加工,、激光測距、激光打標,、激光醫(yī)療,、激光核聚變等。與氣體激光器或其他激光器（如化學激光器,，自由電子激光器等）相比,，固體激光器具有結構緊湊、牢固耐用等優(yōu)點，其運行方式多樣,，可在脈沖,、連續(xù)、調Q及鎖模下運行,。
2原理框圖
本文介紹的激光電源為工作于重復脈沖方式的固體激光器提供電能,。該激光器采用氙燈作泵浦光源，在惰性氣體燈中,，氙氣的總轉換效率最高,。激光器用于激光打標，工作頻率每秒60次,。電源系統(tǒng)采用IGBT管全橋逆變方式,，工作頻率為20kHz，控制電路采用PWM方式,。
圖1原理框圖
圖1示出電源原理框圖,，整個電路可分為主電路（電力變換電路）和控制電路兩大部分。來自電網(wǎng)的380V交流電壓經(jīng)整流濾波后得到約520V左右的直流電壓,，加到橋式逆變器上,。逆變器主功率開關采用三菱公司的CT60型IGBT管。PWM電路產(chǎn)生一對相位互差180°的脈沖電壓控制逆變橋的四個功率管,，將直流電壓變換為高頻方波電壓,，再經(jīng)高頻高壓整流橋得到高壓直流（約1400V），向儲能電容Co充電,。電容Co上電壓充到預定值（1000V）后,，控制電路發(fā)出信號，將放電晶閘管觸發(fā)導通,，Co上電壓快速向負載氙燈釋放,，激光器正常工作。
預燃觸發(fā)電路針對負載氙燈特性而設,，該型激光器要求先通入近兩萬伏的高壓脈沖,，將其內(nèi)部擊穿，再維持較低的連續(xù)電流（約100～200mA）,，激光器才能在電容Co的斷續(xù)放電狀態(tài)下正常工作,。因此，電源的工作步驟應是：開機——預燃觸發(fā)——電容放電,。
3工作原理及仿真波形
圖2示出電源主電路,，V1—V4組成橋式逆變器,，兩端并聯(lián)RCD吸收支路,，L為限流電感，Co為儲能電容，Lo用于限制Co對負載氙燈的放電電流,，保護氙燈,。
圖2主電路圖
與文獻1中介紹的激光電源不同，此處將限流電感L放在變壓器原邊,。這除了能實現(xiàn)功率管的零電壓開通外,，例如在V1，V4關斷后,，由于L的續(xù)流作用,，D2，D3導通,，則V2,，V3可實現(xiàn)零電壓開通;還可分擔變壓器原邊繞組上的壓降，減少變壓器匝數(shù),，進而減小變壓器磁心,。
圖3為利用PSPICE軟件對圖2仿真的結果。圖中上部為變壓器原邊繞組電流i1,，下部為輸出電壓Uo,。
圖3仿真波形
仿真參數(shù)：開關頻率f=20kHz，
死區(qū)時間t=2μs,，
L=100μH,，變壓器變比N1：N2=24：60
C0=100μF。
1引言
近年來,，高功率Nd：YAG固體激光器已廣泛用于工業(yè)加工領域和醫(yī)療儀器領域,，如材料加工、激光測距,、激光打標,、激光醫(yī)療、激光核聚變等,。與氣體激光器或其他激光器（如化學激光器,，自由電子激光器等）相比，固體激光器具有結構緊湊,、牢固耐用等優(yōu)點,，其運行方式多樣，可在脈沖,、連續(xù),、調Q及鎖模下運行。
2原理框圖
本文介紹的激光電源為工作于重復脈沖方式的固體激光器提供電能,。該激光器采用氙燈作泵浦光源,，在惰性氣體燈中,，氙氣的總轉換效率最高。激光器用于激光打標,，工作頻率每秒60次,。電源系統(tǒng)采用IGBT管全橋逆變方式，工作頻率為20kHz,，控制電路采用PWM方式,。
圖1原理框圖
圖1示出電源原理框圖，整個電路可分為主電路（電力變換電路）和控制電路兩大部分,。來自電網(wǎng)的380V交流電壓經(jīng)整流濾波后得到約520V左右的直流電壓,，加到橋式逆變器上。逆變器主功率開關采用三菱公司的CT60型IGBT管,。PWM電路產(chǎn)生一對相位互差180°的脈沖電壓控制逆變橋的四個功率管,，將直流電壓變換為高頻方波電壓，再經(jīng)高頻高壓整流橋得到高壓直流（約1400V）,，向儲能電容Co充電,。電容Co上電壓充到預定值（1000V）后，控制電路發(fā)出信號,，將放電晶閘管觸發(fā)導通,，Co上電壓快速向負載氙燈釋放，激光器正常工作,。
預燃觸發(fā)電路針對負載氙燈特性而設,，該型激光器要求先通入近兩萬伏的高壓脈沖，將其內(nèi)部擊穿,，再維持較低的連續(xù)電流（約100～200mA）,，激光器才能在電容Co的斷續(xù)放電狀態(tài)下正常工作。因此,，電源的工作步驟應是：開機——預燃觸發(fā)——電容放電,。
3工作原理及仿真波形
圖2示出電源主電路，V1—V4組成橋式逆變器,，兩端并聯(lián)RCD吸收支路,，L為限流電感，Co為儲能電容,，Lo用于限制Co對負載氙燈的放電電流,，保護氙燈。
圖2主電路圖
與文獻1中介紹的激光電源不同,，此處將限流電感L放在變壓器原邊,。這除了能實現(xiàn)功率管的零電壓開通外，例如在V1,，V4關斷后,，由于L的續(xù)流作用,，D2，D3導通,，則V2，V3可實現(xiàn)零電壓開通;還可分擔變壓器原邊繞組上的壓降,，減少變壓器匝數(shù),，進而減小變壓器磁心。
圖3為利用PSPICE軟件對圖2仿真的結果,。圖中上部為變壓器原邊繞組電流i1,，下部為輸出電壓Uo。
圖3仿真波形
仿真參數(shù)：開關頻率f=20kHz,，
死區(qū)時間t=2μs,，
L=100μH，變壓器變比N1：N2=24：60
C0=100μF,。
4設計要點
電源系統(tǒng)中,，電感L與高頻變壓器T的設計是關鍵。從圖2看出,，逆變電路的負載只有電感L及變壓器T的原邊,，當功率管導通，直流電壓Ui加于圖4所示位置時,，電感上電壓為Ui－UT1,，則變壓器原邊電流i1=（Ui－UT1）t/L
圖4計算電路
式中，UT1為輸出電壓Uo（高壓整流橋導通時就是UT2）折算到變壓器原邊的值,，UT1=U0/n,，n為變壓器副、原邊匝比,，又△Uo=（1/C0）,，
i2=i1/n
考慮到輸出電壓在逐步上升，而電流i1的幅值在不斷下降,，計算過程應該是一個迭代過程,。
i1（m）=［Ui－U0（m－1）/n］t/L
U0（m）=U0（m－1）＋△U0（m）=U0（m－1）＋（1/C0）（i1（m）/n）dt
=U0（m－1）＋Uit2/2CLn－U0（m－1）t2/2CLn2
其中，t為半個周期,，開關頻率f為20kHz時,，t=25μs；C0=100μF,；L為限流電感電感量,。
根據(jù)負載特性，最大工作頻率為60Hz,，即儲能電容在1秒鐘內(nèi)放電60次,，周期為16.7ms,。考慮放電時間,，則充電時間最多只有11ms,。所以上式中m最大值取11ms/25μs=440
用MATLAB對上式進行計算，并繪出不同的L值,、不同的n值,、不同的直流電壓Ui（Ui有一允許變化范圍）情況下，電容電壓U0的上升曲線,。從中選取最佳方案,，最終確定參數(shù)如下：
L=100μH
n=N2：N1=60：24
圖5中，橫坐標表示變壓器副邊繞組匝數(shù)N2,，縱坐標表示輸出電壓U0,，在L=100μH，Ui=520V,，f=20kHz,，N2=60時，輸出電壓U0為峰值,。
圖5MATLAB計算最佳變比
5試驗結果
圖6為實測波形,，（b）圖示出（a）圖的前幾個周期。圖中上部是變壓器原邊電源i1波形,，下部是儲能電容U0的電壓波形,，與圖3仿真波形對應。由圖中看出,，i1為零后,，U0并未立刻下降，而是保持一段時間,，這是因為充放電時間固定的緣故,，當U0達到預定值后保持至充電時間終了。
圖6實驗波形