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1、第28卷第11期武汉理工大学学报·信息与管理工程版Vol.28No.112006年11月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Nov.2006文章编号:1007-144X(2006)11-0110-04大功率YAG脉冲激光电源系统的改进设计赵蕊(武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉430070)摘要:根据氙灯特殊的电气特性,介绍了大功率YAG脉冲激光电源系统的工作原理,指出了现有系统的不足之处。通过在原系统中增加功率因数调整回路,使原系统的整体性能得到了改进。另外,对
2、改进后系统中的关键实现元件的参数进行了设计,为该电源的改造打下了基础。关键词:开关电源;单相逆变桥;IGBT;功率因素中图法分类号:TN86文献标识码:A氙灯为具有负阻特性的气体放电灯,它对电1引言源提出如下要求:激光具有普通光源所不具有的特性,即单色(1)高压触发脉冲,大约为2万伏左右的高性,相干性和方向性好,以及亮度高特有的优点,压电脉冲。使其在几乎所有的医学领域均得到应用。(2)氙灯预燃所需的维持电流,一般在80～由ANDERSON和PARRISH在1981年提出200mA。[1]的选择性光热解理论是激光美容医学发
3、展的基础,这个理论是指激光能量会有选择地被某些特定的组织成分吸收,并通过热作用将这一类特定的组织成分加以破坏,而同时对其周围的组织仅造成很小的伤害。为了实现选择性光热解作用,必须满足如下3个重要的条件:(1)激光波长。能作用到目标组织并充分有效地被目标组织吸收;(2)激光脉冲宽度。小于或者等于目标组织的热驰豫时间;(3)能量密度。能够使目标组织达到被破坏的温度。目前,激光美容医学的研究范围已经扩大到祛除皮肤色素性病变、血管性疾病、脱毛和除皱等领域。笔者主要围绕着大功率YAG脉冲激光电图1电源整体设计源系统进行设计与改进。
4、如图1所示,电源上电后,首先启动预燃电2系统的工作原理路,使氙灯预燃,进入辉光放电状态。氙灯预燃稳[2]定后,自动给控制电路上电,使整个电源系统工该脉冲激光电源在脉冲方式下,输出最大为16250J的能量,且放电时间、放电次数及放电作。电源的主电路工作过程如下:首先由控制系时间间隔均可在一定范围内调节,从而实现氙灯统发出充电信号,启动逆变器向储能电容器充电,输出能量可调。并实时监控电容器上的电压,当电容器充电到预定值时系统便自动产生封锁信号关闭逆变器,此收稿日期:2006-09-15.作者简介:赵蕊(1981-),女,湖北
5、武汉人,武汉理工大学信息工程学院硕士研究生.基金项目:博士后基金资助项目(2005037192).111第28卷第11期赵蕊:大功率YAG脉冲激光电源系统的改进设计时电源处于稳压状态,即准备放电状态。当控制取措施,使电源输入电流实现正弦波,并与输入电系统产生放电信号时,触发放电开关,储能电容器压保持同相。如式(2),功率因数与电流总谐波里的电荷向氙灯快速放电,若放电能量到达一定失真度(THD)的关系为值便可使氙灯发光。1λ失真=(2)21+(THD)3系统的改进设计222(I2+I3+⋯In)在开关电源中,如果没有功率因
6、数校正,当交式中,THD=I2,即为所有谐波分2流电输入经过整流后,直接加到滤波电容两端。量的总有效值和基波分量之商。只有交流输入电压高于滤波电容两端的电压时,正弦化是使其他谐波为零,即Ir=IR,则失真滤波电容才开始充电,因此输入电流波形为宽度IL0因数λ==1,同相位是使φ=0,即cos=1。很窄的脉冲,如图2所示。IR[3]电源输入级插入功率因数校正网络,通过适当的控制电路不断调节输入电流波形,使其逼近正弦波,并与输入的电网电压保持同相,这样就达到了功率因数校正的目的。加入功率因数调整后,滤波电容充电电流变为图4所
7、示。图2没有加功率因数校正网络的参数没有采用功率因素校正的开关电源还会存在一些问题,比如谐波电流会污染电网并干扰其他设备。另外,在输出功率一定的条件下,输入电流有效值大,因此必须增大输入熔断器等的规格。因此将主电路改为如图3所示,以提高电源的功率因数。图4加功率因数校正网络的参数这样平均电流控制将电感电流信号与锯齿波信号相加,当两信号之和超过基准电流时,开关管关断;当其和小于基准电流时,开关管导通。取样电流来自实际输入电流而不是开关电流。用于平均电流控制IC的是UC3854。图3改进电源部分设计4系统主电路的改进设计功率
8、因素λ是指交流输入有功功率P与视在功率S的比值,如式(1)所示。4.1电源主电路PULILcosφIL电源的主电路结构如图5所示,由输入整流λ===cosφ=rcosφ(1)SULIRIR滤波电路、单相逆变桥、高频变压器、功率因数校式中,r为基波因素,即基波电流有效值Ir和电网正芯片UC3854、谐振电感和隔直电容,
