全桥型IGBT脉冲激光电源原理与性能分析

　　　1引言

　　近年来，高功率Nd：YAG固体激光器已广泛用于工业加工领域和医疗仪器领域，如材料加工、激光测距、激光打标、激光医疗、激光核聚变等。与气体激光器或其他激光器（如化学激光器，自由电子激光器等）相比，固体激光器具有结构紧凑、牢固耐用等优点，其运行方式多样，可在脉冲、连续、调Q及锁模下运行。

　　2原理框图

　　本文介绍的激光电源为工作于重复脉冲方式的固体激光器提供电能。该激光器采用氙灯作泵浦光源，在惰性气体灯中，氙气的总转换效率最高。激光器用于激光打标，工作频率每秒60次。电源系统采用IGBT管全桥逆变方式，工作频率为20kHz，控制电路采用PWM方式。

图1原理框图

　　图1示出电源原理框图，整个电路可分为主电路（电力变换电路）和控制电路两大部分。来自电网的380V交流电压经整流滤波后得到约520V左右的直流电压，加到桥式逆变器上。逆变器主功率开关采用三菱公司的CT60型IGBT管。PWM电路产生一对相位互差180°的脉冲电压控制逆变桥的四个功率管，将直流电压变换为高频方波电压，再经高频高压整流桥得到高压直流（约1400V），向储能电容Co充电。电容Co上电压充到预定值（1000V）后，控制电路发出信号，将放电晶闸管触发导通，Co上电压快速向负载氙灯释放，激光器正常工作。

　　预燃触发电路针对负载氙灯特性而设，该型激光器要求先通入近两万伏的高压脉冲，将其内部击穿，再维持较低的连续电流（约100～200mA），激光器才能在电容Co的断续放电状态下正常工作。因此，电源的工作步骤应是：开机——预燃触发——电容放电。

　　3工作原理及仿真波形

　　图2示出电源主电路，V1—V4组成桥式逆变器，两端并联RCD吸收支路，L为限流电感，Co为储能电容，Lo用于限制Co对负载氙灯的放电电流，保护氙灯。

图2主电路图

　　与文献1中介绍的激光电源不同，此处将限流电感L放在变压器原边。这除了能实现功率管的零电压开通外，例如在V1，V4关断后，由于L的续流作用，D2，D3导通，则V2，V3可实现零电压开通;还可分担变压器原边绕组上的压降，减少变压器匝数，进而减小变压器磁心。

　　图3为利用PSPICE软件对图2仿真的结果。图中上部为变压器原边绕组电流i1，下部为输出电压Uo。

图3仿真波形

　　仿真参数：开关频率f=20kHz，

　　死区时间t=2μs，

　　L=100μH，变压器变比N1：N2=24：60

　　C0=100μF。