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高压反激式转换器设计方案
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2017-11-16
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对于用于闪光灯泵浦式脉冲固体激光器且配备了外部驱动型反激式转换器的电容器充电装置而言，本例可大幅提高其转换效率。在闪光灯泵浦式脉冲固体激光器中，当向蓄能电容器充入高电压时，所充入的电能由提供给闪光灯的电能而定。
反激式转换器拓扑很适合于电容器充电电源的设计。传统的反激式转换器威廉希尔官方网站 采用电压反馈按预定要求输出电压，以及采用脉冲宽度调制对电压进行调整，但这样的威廉希尔官方网站 在出现电容性负载的情况下无法使用，原因如下：在反激式转换器中，电能在开关装置接通期间存储，在关闭期间传输。为了向蓄能电容器充入预定的电能，需要经历多个存储和传输周期。
为了让存储的电能达到预定值，在每个电能传输周期中，电容器都会获得一定的电压阶跃，所获电压阶跃的量级也会随着电容器电压的升高而逐渐降低。在最后一个存储和传输周期内，开关装置的关闭期按预定要求降至最小值，而在此期间负载达到最终需要的电压。如果通过设计，试图让转换器开关装置使用固定的开关频率，那么就会降低转换器的运行效率。如果开关频率过高，那么在早期充电阶段，电能可能无法完全传输。这可能会对连接至原边的威廉希尔官方网站 元件造成损害。此外，由此产生的剩余磁通也可能会导致铁芯饱和。而如果开关频率过低，那么转换器在后期充电的大部分时间内都会处在空转状态。
我们采用了一种基于闭环反馈系统的设计方法，可确保电能在输入波形的每个周期内都可以被充分传输。事实上，该系统还可以实时监测储能电容器电压的状态。在这样的系统中，每个周期的时长都会缩短，这是为了使接通时间保持固定。也就是说，开关装置的关闭时间会根据电能传输的要求而缩短。因此，这种设计方法较为理想，因为它既能确保将充电时间缩到最短，又能实现最佳的变压器设计。
下图所示的是用于20Hz调QNd-YAG激光器且配备了反激式转换器的电容器充电装置的威廉希尔官方网站 图。在这个设计方案中，可按要求在50ms之内对30μF的蓄能电容器充入15J的电能，从而确保激光器在20Hz的条件下可正常运行。
该威廉希尔官方网站 通过外部驱动型反激式配置而运行。在MOSFET开关接通期间电能得以存储，而在MOSFET开关关闭期间，电能则被传输至蓄能电容器。在电能每次被传输至二级威廉希尔官方网站 时，输出电容器都会获得一定的电压阶跃，所获电压阶跃的量级也会随着电容器电压的升高而不断降低。与此同时，开关装置的关闭时长也会相应缩短。随后，蓄能电容器的电压会被探测到，从而产生控制电压VS.该控制电压被传输至减法器U2，从而减掉其中的基准负电压VREF1.由此，减法器的输出电压为VR=VS-VREF1，接着VR将被输往压频转换器U1；这样一来，利用电容器电压就可以线性地改变转换器的工作频率。
如果储能电容器最初未充电，输出电压则为0，在这种情况下VS=VS（min）=0V.根据U2的输出可得到少量的正电压（VR（min）或-VREF1）。该电压决定了压频转换器输出的初始期。压频转换器输出的电压传输至单稳多谐振荡器U5，使开关装置的接通时间达到固定值。随着储能电容器的电压逐渐升高，传至压频转换器的控制电压也随之增加，这就缩短了开关装置的关闭时间。电压环路将VC（输出电压的一部分）与基准电压VREF2进行比较，从而为单稳态威廉希尔官方网站 产生复位脉冲，以获得预期的输出电压。
该充电装置还可以冷却转换器，防止闪光灯因余光发热。为冷却闪光灯，必须在闪光灯发光指令下发瞬间的几毫秒内去使能储能电容器的充电功能。在此期间通过延迟启动U5就可以实现这一点。而利用发光指令脉冲触发第二个单稳态U7即可延迟U5的启动。如果出现转换结束（EOC）输出即表明充电已经完成。
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如果储能电容器最初未充电，输出电压则为0，在这种情况下VS=VS（min）=0V.根据U2的输出可得到少量的正电压（VR（min）或-VREF1）。该电压决定了压频转换器输出的初始期。压频转换器输出的电压传输至单稳多谐振荡器U5，使开关装置的接通时间达到固定值。随着储能电容器的电压逐渐升高，传至压频转换器的控制电压也随之增加，这就缩短了开关装置的关闭时间。电压环路将VC（输出电压的一部分）与基准电压VREF2进行比较，从而为单稳态威廉希尔官方网站 产生复位脉冲，以获得预期的输出电压。
该充电装置还可以冷却转换器，防止闪光灯因余光发热。为冷却闪光灯，必须在闪光灯发光指令下发瞬间的几毫秒内去使能储能电容器的充电功能。在此期间通过延迟启动U5就可以实现这一点。而利用发光指令脉冲触发第二个单稳态U7即可延迟U5的启动。如果出现转换结束（EOC）输出即表明充电已经完成。
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