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设计和制作激光电源面临的问题

由市电到直流高压电的转换是一种电力电子变换技术[14],但归其本质却是一种通过高频变压器实现功率调节的方式。激光电源在输出电压范围已经远远超出了日常接触的电压范围,由此它被归类一种特种电源,实现这种特种电源面临许多问题。
 
第一,激光电源的输出电压与普通输出电压存在着数量级的差距,对电路结构提出了更高的要求,主要体现在高压产生的方式和高压控制的方式上。因此如何形成高压输出是激光电源必须首先解决的问题。
 
第二,普通的电压可通过工频变压器升压得到,或者通过简单的线性稳压电路的原理来实现,但是对于输出高达10KV以上的电压而言这些方法将变得不切实际,电路的主结构必须采用DC/DC变换器来实现,而DC/DC变换器的拓扑结构较多且复杂,不同的拓扑结构有不同的输出整流电路与之匹配。主电路拓扑结构的选择,是设计和制作激光电源第二个需要解决的问题。
 
第三,闭环控制系统的设计。为实现稳定可控的直流高压输出,必须建立可靠的闭环控制系统。
 
第四,核心部件——高频变压器的设计是设计的另一个难点。高频变压器对于开关电源,犹如心脏一般重要,它实现了由电到磁,然后由磁到电的转换过程,设计高频变压器又有许多棘手的问题需要解决,比如如何选择磁芯,何种磁芯适合激光电源的需求;如何避免直流偏磁,如何抑制磁通不平衡;变压器原副边匝数如何选取,如何选择合适的导线线径等等问题,总之如何从头到尾按照设计要求设计出完整的、可靠的、高效的高频变压器,这些都是在设计激光电源的高频变压器时需要解决的问题。
 
第五,激光电源输出的高电压容易与普通电压信号发生干扰,严重时会发生电击穿现象,必须设计一个隔离的控制?槭迪挚刂啤
 
第六,高电压具有一定的危险性,需要建立相应的保护措施,为激光电源设计相应的保护电路。
 
第七,激光电源作为特种电源,相应的元器件与普通电路采用的元器件存在差别,激光电源元器件选取也成为了一大设计难点。
 
本文的以下内容将围绕着以上提出的七个问题入手,从电路的设计理论分析到最后的综合的电路设计、仿真、测试,实现一个完整的激光电源。
 
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