[发明专利]一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置

说明书

本发明公开了一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，其包括充放电子模块、汇流母排、调波电感、氙灯以及隔离开关，设定数量的充放电子模块并联连接在一个汇流母排的输入端上，汇流母排的输出端并联连接若干路的调波电感，每路调波电感连接一路氙灯支路，一个充放电子模块包括一个半导体可控晶闸管开关组件和一个储能电容器组，晶闸管开关组件一端连接至汇流母排且另一端连接至储能电容器组，若干个半导体可控硅晶闸管开关串联构成一个晶闸管开关组件，各个充放电子模块中的储能电容器组的高压端之间均连接有隔离开关。本发明的电源装置能够采用半导体可控硅晶闸管作为主放电电路的开关，也无需额外的均流措施，结构简单，可靠性高，成本低廉。

技术领域

本发明属于激光技术、脉冲功率技术、高电压技术和电力电子技术的交叉复合领域，涉及一种可以采用大功率可控硅晶闸管开关、用于氙灯激励型高能激光器的泵浦电源装置。

背景技术

激光技术是近年来工程技术研究中的活跃领域。在各种各样的激光设备中，氙灯作为激光设备的一个常用光源，通常被人们也叫做激光氙灯、脉冲氙灯。氙灯是一种填充氙气的光电管或闪光电灯。氙气化学性质不活泼，不能燃烧，也不助燃，是天然的稀有气体中分子量最大、密度最高的气体。氙气高压灯辐射发出很强的紫外线，可用于医疗、制作光谱仪光谱以及各种工业激光设备中。

用于大型高功率激光器的强激光技术需要使用大尺寸高压氙灯，其长度往往在1000mm以上，内部气压也很高。这时，氙灯激励需要一个能提供强大功率的脉冲泵浦电源。以电容器为储能单元的大功率脉冲电源是强激光装置初级能源激励系统的重要组成部分，它为氙灯负载提供满足能量、功率和波形要求的激励脉冲。例如，在激光惯性约束聚变的前级泵浦能源中，单台电源系统需要为数十支串并联的大尺寸氙灯提供兆焦级的脉冲激励能量，电源中单个开关的能量传递能力要达到数吉瓦(10⁹W)峰值功率、数百千安(10⁵A)峰值电流、数百微秒(10^-6s)脉冲宽度的水平。

开关器件是脉冲功率电源中的重要器件，因为开关器件的性能会直接影响到输出脉冲波的上升时间、幅值等参数。高能脉冲开关要求响应快、损耗小、承受电压高、传导电流大、稳定性高、电感低、工作电压调节方便、结构简单坚固、寿命长、造价经济等特点。

目前主流的脉冲功率开关器件是气体间隙类开关(包括低气压的真空开关)和固体半导体开关两大类。气体间隙类开关单体耐高压能力、通流能力、抗负载故障能力都很强，造价也很低廉，但缺点是触发电路复杂、寿命有限、维护工作量较大、长期使用的经济性较差。固体半导体开关的优缺点正好与之相反。特别是由于目前半导体器件单体的工作电压、工作电流都很有限，因此不得不将多个单体开关串联或并联起来以实现耐高压和大通流能力，这样不仅提高了电路复杂性，增大了技术投资，可靠性也大为降低。

虽然串联半导体开关可以耐高压，并联半导体开关可以提高通流能力，但由于多个半导体器件导通动作的略微差异会导致电压和电流分配不均，因此，串联半导体开关必须配合均压电路(措施)，并联半导体开关必须采用均流电路(措施)。需要均压或均流的半导体开关单体越多，均流和均压电路(措施)就越复杂。这样，又进一步提高了开关技术复杂性和成本造价，降低了可靠性。

有鉴于此，考虑到氙灯激励对电源电压和电流的特殊要求，需要开发一种无须均流措施、经济有效地使用半导体可控硅晶闸管的脉冲泵浦电源装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种氙灯激励高能激光器的脉冲泵浦电源装置，其目的在于，设计充放电子模块并联充电、独立放电的方式，将脉冲泵浦电源中需要通过巨大电流的一个总开关分成了若干相对独立的小开关，本发明的电源装置能够采用半导体可控硅晶闸管作为主放电电路的开关，也无需额外的均流措施，结构简单，可靠性高，成本低廉。