高性能大电流脉冲电源的设计与实现
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高压皮秒脉冲发生器的设计与实现
高压皮秒脉冲发生器的设计与实现高压皮秒脉冲发生器是一种用于产生高能量、高压、短脉冲的装置。
它在科学研究、工业应用和医疗领域都有重要的应用价值。
本文将介绍高压皮秒脉冲发生器的设计与实现，以及其在不同领域的应用。
高压皮秒脉冲发生器主要由高压电源、充电电路、储能电容、脉冲发生电路和输出负载等组成。
首先，高压电源是整个系统的核心组件，用于提供高压电源稳定可靠的电源。
其次，充电电路将电源输出的直流电压转化为脉冲电压，并通过控制充电时间和电流来实现对储能电容的快速充电。
储能电容是存储电能的装置，其容量越大，蓄能能力越强。
脉冲发生电路控制储能电容的放电过程，使得电容的电能以短脉冲的形式释放出来。
最后，输出负载是将脉冲能量传递给被测对象或其他设备的载体。
高压皮秒脉冲发生器的实现需要考虑以下几个关键问题。
首先，电源的选择和设计是非常重要的，需要满足高压、高能量、高稳定性等要求。
其次，充电电路的设计需要考虑充电速度和充电电流的控制，以保证储能电容能够快速充电并保持稳定。
第三，脉冲发生电路的设计需要考虑脉冲宽度、重复频率和输出电压的控制，以满足不同应用场景的需求。
最后，输出负载的选择和匹配需要根据具体应用来确定，以确保脉冲能量能够有效传递到被测对象或其他设备上。
高压皮秒脉冲发生器在科学研究领域有广泛的应用。
例如，在物理学中，它可以用于产生高能量的电子束或离子束，用于材料表面改性、微纳加工和材料分析等研究。
在化学领域，它可以用于产生高能量的化学反应，用于催化剂的制备和新材料的合成等研究。
在生物医学领域，它可以用于产生高能量的激光脉冲，用于皮肤美容、纹身去除和眼科手术等治疗。
高压皮秒脉冲发生器在工业应用中也有重要的作用。
例如，在电子器件制造中，它可以用于产生高能量的离子束，用于清洗、刻蚀和改性等工艺。
在材料加工中，它可以用于产生高能量的激光脉冲，用于焊接、切割和打孔等加工。
在电力系统中，它可以用于产生高能量的电磁脉冲，用于保护电力设备和系统。
大电流脉冲测试的方法与设计方案
附图说明
图1 为原有FH544功率运算放大器输出短路电流测试原理图；图2 为脉冲激励测试法框图； 图3为功率运算放大器脉冲激励的测试原理图；图4为FX2110驱动器测试原理图，图5为功率 运算放大器测试原理图；图6为功率MOSFET测试原理图。
具体实施方式
通过下列实施例详细说明本技术的具体实施方式：
采用双路功率电压电流源提供虚地。
功率运算放大器改进后的测试原理是：PVI可提供50V浮动源以及虚地，AWG可提供精度 10ns的脉冲激励；考虑所有功率器件以及设备供电、激励源的延迟时间后，设定脉冲时间为 500us，占空比2% ，这既满足器件能够正常瞬态工作，又满足器件不会发热；这些条件量化
以后，能满足绝大部分功率器件的输出电流的测试。
这一类产品的测试，不同产品之间测试只需要更改电源电压及脉冲幅度即可完成。
通过以上三种不同类型产品的大电流测试分析，可以确定脉冲时间（500uS）及占空比 （2%），量化后的测试条件，可以覆盖绝大部分产品的电流测试，同一类产品的测试只需
开发一次测试板及测试测试程序，很大程度上降低测试成本。
接脉冲信号，脉冲幅度大于阈值电压，从数据手册中可以了解到这种器件的开启时间均较
短，2%的占空比、500uS的脉冲时间足够器件开启工作并且完成漏极电流的测试。该类器件 的漏极电流不属于短路电流，而是器件开启工作的输出电流，没有烧毁器件的风险。图6为 FX9024测试原理图，从图中看出，测试原理较为简单，设计的测试板及测试程序可以覆盖
技术领域
本技术涉及电流的测试，具体来说，涉及大电流脉冲的测试方法。
技术背景
大电流脉冲测试法是为了避免在测量时由于器件发热引起测量误差而提出的一种分立器件测
试方法，原测试方法中规定脉冲时间不大于10ms，占空比最大为2%，在此范围内，脉冲必
图1 为原有FH544功率运算放大器输出短路电流测试原理图；图2 为脉冲激励测试法框图； 图3为功率运算放大器脉冲激励的测试原理图；图4为FX2110驱动器测试原理图，图5为功率 运算放大器测试原理图；图6为功率MOSFET测试原理图。
具体实施方式
通过下列实施例详细说明本技术的具体实施方式：
采用双路功率电压电流源提供虚地。
功率运算放大器改进后的测试原理是：PVI可提供50V浮动源以及虚地，AWG可提供精度 10ns的脉冲激励；考虑所有功率器件以及设备供电、激励源的延迟时间后，设定脉冲时间为 500us，占空比2% ，这既满足器件能够正常瞬态工作，又满足器件不会发热；这些条件量化
以后，能满足绝大部分功率器件的输出电流的测试。
这一类产品的测试，不同产品之间测试只需要更改电源电压及脉冲幅度即可完成。
通过以上三种不同类型产品的大电流测试分析，可以确定脉冲时间（500uS）及占空比 （2%），量化后的测试条件，可以覆盖绝大部分产品的电流测试，同一类产品的测试只需
开发一次测试板及测试测试程序，很大程度上降低测试成本。
接脉冲信号，脉冲幅度大于阈值电压，从数据手册中可以了解到这种器件的开启时间均较
短，2%的占空比、500uS的脉冲时间足够器件开启工作并且完成漏极电流的测试。该类器件 的漏极电流不属于短路电流，而是器件开启工作的输出电流，没有烧毁器件的风险。图6为 FX9024测试原理图，从图中看出，测试原理较为简单，设计的测试板及测试程序可以覆盖
技术领域
本技术涉及电流的测试，具体来说，涉及大电流脉冲的测试方法。
技术背景
大电流脉冲测试法是为了避免在测量时由于器件发热引起测量误差而提出的一种分立器件测
试方法，原测试方法中规定脉冲时间不大于10ms，占空比最大为2%，在此范围内，脉冲必
纳秒级脉冲电源的研究与设计
纳秒级脉冲电源的研究与设计随着脉冲功率技术在军事、医疗、环保等领域的快速发展,对于大功率脉冲电源的上升沿宽度要求日益提高,高功率快脉冲也逐渐成为脉冲功率技术的研究热点和发展趋势。
而如何以较低的成本在提高脉冲电源电压等级的同时陡化脉冲宽度也是研究的难点之一。
以高压快脉冲为技术核心,以小型化、高重频和高效率为发展方向,本论文提出了一种低成本对称式的脉冲发生拓扑,同时以磁压缩技术陡化脉冲宽度,并深入研究了磁开关的控制技术,以实现高稳定性的纳秒级脉冲电源的研制,论文主要内容分为以下三个部分:1、提出了一种具有对称串联结构的高压脉冲电源拓扑,大幅降低成本;基于这种新型的高压脉冲电源拓扑,分析并初步验证了各种工作环境下的可行性。
搭建了该高压脉冲电源的仿真模型,仿真验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下电路的工作原理。
在实验室完成了该高压脉冲电源的研制,实验验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下对于电路的分析,并在实际应用中证明了该拓扑相对于现有研究的优越性。
2、介绍了脉冲磁压缩技术的工作原理,分析了各个磁芯参数对磁开关性能的影响,基于此,确定了磁芯材料的选择,并搭建了磁芯检测平台测量磁芯的磁滞曲线,对比了不同磁芯材料的区别。
基于脉冲电源体积小型化原则,分析了影响磁开关体积的因素,并利用数学模型确定了磁开关参数的最优解。
系统地分析了磁复位原理以及磁复位电路与脉冲电源的匹配问题。
最后搭建了30kV/3kW的纳秒级脉冲电源样机,验证了磁复位原理的可行性,以及在高压大功率应用场合可能遇到的问题及其解决方案。
3、针对电流型磁复位方式存在的不足,指出了对于磁开关控制的必要性,并系统地分析了磁开关控制原理,提出了相应的控制方案。
最后基于PLECS软件搭建了35kV的纳秒级脉冲电源的仿真模型,通过仿真验证了控制方案的可行性和稳定性,并从实际应用角度分析了磁开关的最佳工作区间。
igbt的固态高压脉冲电源的设计原理
IGBT的固态高压脉冲电源的设计原理由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用，其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分。
为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，文中提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源，系统主要由高压直流充电电源和脉冲形成电路两部分组成，由DSP作为主控制芯片，控制IGBT的触发和实现软开关技术，并用仿真软件PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析，验证了设计思想的正确性。
由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用。
比如说高能量物理、粒子加速器、金属材料的加工处理、食品的杀菌消毒、环境的除尘除菌等方面，都需要这样一种脉冲能量--可靠、高能量、脉宽和频率可调、双极性、平顶的电压波形。
无论将此高功率脉冲电源用于何种用途，高压脉冲电源均是其设计的核心部分。
传统的高功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，然后采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节，脉冲波形易变化，可靠性较低，控制较困难，成本较高。
文中采用固态电器--IGBT来获取高压脉冲波形。
将IGBT 作为获取高压脉冲的电子开关，利用IGBT构成LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源，同时利用IGBT构成全桥组成脉冲形成电路，输出双极性高压脉冲波形。
文中给出了系统结构、系统各个部分功能说明，通过仿真电力电子仿真软件PSIM对LCC充电过程和脉冲形成电路进行仿真分析。
1 高压脉冲电源系统结构1.1 高压脉冲电源的拓扑结构高压脉冲电源常用的主电路拓扑可以归纳为两类：电容充放电式和高压直流开关电源加脉冲生成的两级式两种。
电容充放电式是通过长时间充电、瞬间放电，即通过控制充放电的时间比例，达到能量压缩、输出高压大功率脉冲的目的。
优点是可以输出的脉冲功率和电压等级较高，脉冲上升沿较陡;但是，输出脉冲的精度难以控制，而且重复频率低，因而应用范围比较有限，主要应用在核电磁物理研究、烟气除尘、污水处理、液体杀菌等场合。
一种数控低压大电流脉冲电源设计方案
在一些特殊应用场合，需要一种低电压大电流的电源，有时也需要电源频率、脉宽均可调整的脉冲电源。
本文以ATmega16 为系统控制核心，结合RT8105 所组成的DC/DC 电源电路实现，最终实现了频率、脉宽可调低电压大电流的脉冲电源。
1.系统组成系统组成框图如图1 所示。
图1 系统组成框图系统首先由RT8105 构成的DC-DC 电源电路产生稳定的2V 电压，该电压经过一个开关管连接至负载，通过ATmega16 单片机输出的脉冲波形配合相应的驱动电路控制该开关管的导通和关断，从而在负载上形成与该脉冲波形同频率、同脉宽的脉冲电流。
此外，系统中加入了键盘、LED 和串口。
键盘用于设置脉冲电源的频率和占空比，LED 用于显示当前脉冲电源的占空比，便于用户观察。
串口用于与PC 机进行连接，用户可通过相应的上位机软件进行设置，该系统工作安全、稳定，操作方便。
2、系统实现2.1. DC/DC变换电路DC/DC 变换电路作为系统中最重要的一部分，其输出电压的稳定直接影响脉冲电源的性能。
使用RT8105 可以直接驱动两路VMOS 开关管IRF640，电路结构简单。
具体电路如图3 所示。
图3 DC/DC变换电路原理图图中，系统供电电压为+12V，T8105 输出两路反相PWM 波驱动Q2 和Q4，经储能电感L1 和电容滤波，产生直流电压再由FB 引脚反馈回RT8105 进而调整输出PWM 波的占空比，形成硬件闭环电路，从而使输出电压稳定到2V。
电路输出电压计算公式为：Vout=Vref×（1+R6/R4），其中Vref 为RT8105 芯片内部的基准电压，Vref=0.8V±2%，当R6=13K，R4=8K 时输出压电压达到2.1V。
2.2. 脉冲产生电路脉冲产生电路由MCU 输出波形控制开关管的通断来实现。
由于VMOS 导通时所需VGS 电压必须大于4V，而MCU 输出电压仅5V，需要电路中加入一级放大电路，该放大电路由9012 和9013 两只三极管实现，脉冲产生电路如图4 所示。
ANSYS软件用于大功率脉冲电源仿真设计
18 © 2011 ANSYS, Inc.
May 31, 2013
用ANSYS软件解决关键技术问题
PCB板和元器件布局
ANSYS Q3D Extractor输入MCAD和ECAD几何模型，如PCB布局和元件布局， 并从关键器件上提取电气寄生参数，如环路电感、电容。可以在ANSYS Simplorer或者 Ansoft Designer中利用这些寄生参数来研究其对电路性能的影 响。从而优化电路设计，改善PCB布局和元件布局等。
May 31, 2013
背景介绍
工业辐照
7
© 2011 ANSYS, Inc.
May 31, 2013
背景介绍
目前在国内的高能粒子加速及雷达发射领域，大多采用工频率高 压电源及“闸流管/PFN/脉冲变压器”组成的线型调制器方案，技术相 对落后。
固态调制器技术是随着电力电子技术的发展及功率开关器件高速 度大功率背景下发展的新技术，与线型调制器相比，有以下优点：
May 31, 2013
用ANSYS软件解决关键技术问题
基于前述的关键技术问题，开发固态调制器最理想的方法是有利 用性能优异的软件仿真平台，在制作物理模型前，通过仿真分析最大 限度地真实地反映物理模型的各种物理特性，通过全方位分析虚拟模 型，优化模型性能，节约开发时间和成本。
16 © 2011 ANSYS, Inc.
对脉冲变压器原副边的终端阻抗建模，提高模型精度
35 © 2011 ANSYS, Inc.
May 31, 2013
ANSYS固态调制器方案
利用ANSYS软件平台功能考虑的下一步优化方向：
利用Q3D进一步提取PCB寄生参数，包括背板、驱动开关板、接地线和端口连接 利用Q3D进一步提取高压电路的寄生参数，包括RC网络和阴极引线环路 提高磁控管等效模型精度：采用“反向偏置二极管负载模型”或“压敏电阻模型” 吸收电路二极管采用Spice模型 储能电容采用等效电路 ………………………………
电磁发射用脉冲电源的设计
毕业设计(论文) 设计(论文)题目：电磁发射用脉冲电源的设计电磁发射用脉冲电源的设计摘要随着电磁发射技术的不断发展，其在国防建设以及国民生产中的应用也越来广泛。
高功率脉冲电源作为电磁发射技术的主要组成部分，也越来越受到人们的关注。
为了满足空间电磁发射技术的需要，高精度脉冲电源系统就显得非常重要，而脉冲电源的主电路拓扑结构的设计就成了一个重要的研究问题。
本论文主要介绍了电磁发射仿真实验中的脉冲电源系统的主电路的拓扑结构、特性，并运用saber电路仿真软件对主电路进行理论仿真。
主要完成的工作有：1.建立了脉冲电源主电路的数学模型：介绍了毫秒级（精确到百微秒级）脉冲电源系统的组成以及重要元件和相关参数进行介绍，同时分析了各个元件在主电路中所起到的作用，同时指明各元件的选择依据，通过理论上的软件仿真，从而确定了脉冲电源系统中各功率元件的参数。
2.通过在saber电路仿真软件中对脉冲电源的电路拓扑结构的仿真，获得电路中不同线路电流、电压随着时间的变化曲线，从而确定它们在短时间内（毫秒或者微秒级）的变化效果，并对此进行分析，通过调节，最终获得最佳的脉冲电源主电路拓扑结构以符合电磁发射对脉冲电源的要求。
关键词：电磁发射、脉冲电源、拓扑结构、仿真With the design of pulse power electromagnetic launchABSTRACTWith the continuous development of electromagnetic launch technology, its application in national defense construction and national production are more widely. High power pulse power as the main part of the electromagnetic launch technology, is becoming more and more get the attention of people.In order to meet the needs of space electromagnetic launch technology, high precision pulse power system is very important, and the design of the main circuit topology of pulse power supply is an important research question. This paper mainly introduced the electromagnetic emission experiments of pulse power system of main circuit topology structure, properties, and using saber circuit simulation software simulation was carried out on the main circuit theory. The main works are as follows:1. Established the mathematical model of pulse power main circuit: Introduces the composition of millisecond pulse power supply system and introduces the important components and related parameters, and analyzes the various elements play a role in the main circuit, at the same time, indicate the components selection basis,through the theory of software simulation, which determine the pulse power supply power components of the system parameters.2. Through the saber in the circuit simulation software simulation of pulse power supply circuit topology, different line current and voltage in the circuit are obtained with the change of time curve, to identify them in a short period of time (milliseconds or microsecond) change effect, and by, adjusting, finally get the best pulse power main circuit topology structure to conform to the requirements of the electromagnetic emission of pulse power supply.Key words: electromagnetic launch, pulse power, topology structure, simulation目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1.1 课题的背景及意义 (1)1.1.1电磁发射技术的发展及背景意义 (1)1.1.2脉冲电源的背景和意义 (2)1.2课题的研究现状 (3)1.2.1电磁发射技术的国内外研究现状及应用 (3)1.2.2脉冲电源的应用及研究现状 (5)1.3课题的应用前景 (10)1.4 电磁发射用脉冲电源的设计课题的研究意义 (11)1.5本文结构 (12)第二章脉冲电源的原理 (13)2.1等效模型在电源电路中的应用 (13)2.2电磁发射对脉冲电源的要求 (16)2.3本文采用的脉冲形成系统的形式 (18)2.4脉冲电源的设计要求 (19)2.5本章小结 (19)第三章脉冲电源的结构 (20)3.1概述 (20)3.2脉冲电源总体结构 (21)3.3脉冲电源的单个模块拓扑结构 (22)3.4脉冲电源的单个模块中各元器件的参数选择 (24)3.4.1储能电容器的参数设计 (24)3.4.2续流支路吸能电阻R (24)3.4.3调波电抗器L (25)3.4.4放电开关 (25)3.5脉冲电源的多个模块模型 (26)3.5.1多个模块串联结构拓扑 (26)3.5.2利用Marx发生器开关管 (28)3.6本章小结 (29)第四章脉冲电源单个模块结构的saber仿真 (30)4.1仿真电路的制定和元器件参数的选择 (30)4.2初始步长和瞬态分析终止时间的设置 (30)4.3仿真结果分析 (31)4.3.1脉冲电流波形 (31)4.3.2各支路电流和电压波形 (33)4.4本章小结 (36)第五章总结和展望 (37)参考文献 (38)致谢 (41)南京工业大学本科生毕业设计（论文）第一章绪论1.1 课题的背景及意义1.1.1电磁发射技术的发展及背景意义伴随着物理技术不断的进步和发展，使目前发射装置如大炮、火箭等类型的发射器已经不能满足现代人类对发射能力需求的更高要求，正是在此情况下产生了新一代超高速的电磁发射推进技术。
200kV全固态Marx结构方波脉冲电源设计
在 某型 离子 源研 究科 学装 置 中 ， 离子在 ２ ０ ０ ｋ Ｖ 的 高压 脉 冲 电 场作 用 下 被 加速 引 出。为 产 生 均 匀 能量 的
离 子脉 冲 ， 要 求 高压 脉 冲电源输 出的 电场具有 较 高 的均 匀性 ， 因此 ， 需 要 设 计 一 台输 出 电压达 到 ２ ０ ０ ｋ Ｖ、 输 出
１ 电 路 原 理 及 技 术 特 点
Ｍａ ｒ ｘ发 生器 采 用 电容 器 并 联 充 电、 串联 放 电 的方法 使 输 出 电压 倍 增 。将 传 统 Ｍａ ｒ ｘ发 生 器 结
构 中的开 关 用 固 态 开 关 代 替 ， 可 实 现 方 波 脉 冲输
出， 其 原理 如 图 １ 所 示 。每级 放 电开关 Ｓ （ ｉ 一１ ， ２ ，脉冲功率 ； 固态 开 关 ； 方 波 脉 冲 ； Ｍａ ｒ ｘ 结 构
中 图 分 类 号 ： ＴＭ８ ３ ２ 文 献标 志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ １ ８ ８ ４ ／ ＨＰ Ｌ Ｐ Ｂ ２ ０ １ ７ ２ ９ ． １ ６ ０ ４ ５ ３
…
，
１ ６ ） 为一 组 工作 电压 为 １ ２ ． ５ ｋ Ｖ的 Ｉ ＧＢ Ｔ 串联
开关 模 块 ， 当 １ ６级 Ｍａ ｒ ｘ单 元 中所 有 开 关 模 块 导 通时， 最大 可 以产 生 ２ ０ ０ ｋ Ｖ 的高 压 脉 冲输 出。 ＶＨ 为正 极性 高压 直 流充 电 电源 ， 它 通 过充 电硅 堆 Ｄ （ ｉ 一１ ， ２ ， …， １ ６ ）和 隔离 电 阻 Ｒ （ ｉ 一１ ， ２ ， …， １ ６ ） 为 每个 单 元 的储 能 电容 Ｃ （ 一 １ ， ２ ， …， １ ６ ）充 电 。
第２ ９卷第 ２期
大电流窄脉冲激光器电源的设计_杨林森
大电流窄脉冲激光器电源的设计杨林森,刘 俊(中北大学电子测试国家重点实验室,山西太原 030051)提要:本文主要介绍了一种为大电流窄脉冲激光器供电的激光电源的设计方法。
文章中首先论述了激光电源的发展现状。
然后根据工作项目的要求,通过CPLD 实现脉冲可调,用V MOS 管实现恒流控制,详细的介绍了这种激光电源的工作原理,设计方法,电路调试的过程及结果。
最终成功的设计出激光电源,其工作频率可调,脉宽:80ns-200ns 可调,脉冲电流高达6A 。
关键词:激光电源;V MOS 功率场效应管;大电流;窄脉冲中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2006)06-0078-02The Design about the semiconductor laser driver for special requestYANG lin-sen,LIU jun(National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology,s hanxi 030051,China)Abs tract:The paper mainl y introduce a research about a s emiconductor l as er driver works in the special condition s atis fyi ng the strict requirement which are narrow pulse generator and strong current .Thewriter s tate the actuality about the development of the laser diode dri ver and design a kind of las er diode driver suc -ces sfull y which can generate 6A c urrent and the puls e width is about 80ns.K ey words :las er di ode driver;V MOS power magni fier;narro w pulse generator;strong c urrent.收稿日期:2006-04-05基金项目:武器装备预研重点基金项目课题,编号:6140534作者简介:杨林森,男,山西朔州,中北大学,硕士。
电源控制器XY6112
一、 概述XY6112为高性能，电流模式PWM 控制器。
内置高压功率管，在AC85-350V的宽电压范围内提供高达12W 的连续输出功率。
高性价比的双极型制作工艺生产的控制芯片，结合高压功率管的一体化封装最大程度上节约了产品的整体成本。
该电源控制器可工作于典型的反激电路拓扑中，构成简洁的AC/DC转换器。
IC内部的启动电路可利用功率开关管本身的放大作用完成启动，很大程度地降低了启动电阻的功率消耗；而在输出功率较小时IC将自动降低工作频率，从而实现了很低的待机功耗；专利的驱动电路使开关管工作于临界饱和状态，提高了系统的工作效率，使系统可以轻松满足“能源之星”关于待机功耗和效率的认证要求。
在实现待机降频的同时限制工作频率进入音频范围，防止音频噪音的产生。
4-12V的工作电压范围提供了轻松的VCC电压设计空间，同时VCC达到12V时芯片内部保护，限制输出功能可防止光耦或反馈电路损坏引起的输出电压过高，IC内部还提供了完善的防过载与防饱和功能，可实时防范过载、变压器饱和、输出短路等异常状况，提高了电源的可靠性。
IC内部还集成了温度保护功能，在系统过热的情况下降低输出功率，或关闭输出。
现可提供DIP8的标准封装和满足ROHS标准。
图1：电路框图二、 特点 满足AC85-350V的输入电压范围的设计要求。
具有待机降频功能，无音频噪音问题，待机功耗可做到0.25W以下 高效的驱动电路，比同类产品效率高4-5%。
和同类产品比芯片发热减小40% 能满足能源之星2.0关于效率和待机功耗的最新要求。
具有温度补偿功能，精确电流控制 低启动电流和低工作电流，4-12V的宽工作压范围。
宽电压连续输出功率可达12W, 峰值输出功率可达15W 过温保护功能（OTP） 过压保护功能（OVP） 可靠性高 可实现无Y电容系统设计极少的外围元器件，整体方案成本低三、 应用范围9小家电(如:电磁炉)9充电器9电源适配器（如通信终端产品） 9DVD/DVB电源电脑，LCD TV待机电源四、 引脚功能描述管脚 符号 管脚定义描述1 OB 功率管基极，启动电流输入，外接启动电阻2 VCC 供电脚3 GND 接地脚4 CT 开关频率设定脚，外接定频电容5 FB 反馈脚6 IS 开关电流取样与限制设定脚，外接电流取样电阻7,8 OC 输出脚，接开关变压器备注：PCB Layout时应将Pin6与Pin7之间保留1mm以上的安全距离，避免产生放电现象。
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高性能大电流脉冲电源的设计与实现曹海源胡婷婷韦尚方万强孙斌卢常勇（武汉军械士官学校光电技术研究所，湖北武汉 430075）摘要 本文针对高功率脉冲DPSSL对激光电源的要求，综合运用了ARM7单片机控制技术、串联VICOR模块可调稳压源、IGBT功率器件及各种保护电路，设计并实现了小型、高效的半导体泵浦激光器驱动电源，具有电压调节范围宽、峰值电流高、控制精度高、良好的稳定性和高低温环境适应性等特点。
测试表明：电源整机运行稳定可靠，达到了很高的技术指标要求，可广泛应用于军用激光测距、激光雷达、激光对抗等领域。
关键词 驱动电源；ARM7；电流脉冲；IGBT；VICOR模块中图分类号 TN248.4 文献标识码 BDesign and Realization of High Performance and Strong Current Pulse Power Supply Cao,Hai-yuan Hu,Ting-ting Wei,Shang-fang Wan,Qiang Sun,Bin Lu,Chang-yong(Opto-electronics Facility, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officers School,Wuhan, Hubei, 430075, P.R.China)Abstract: In this paper, according to the request of the high power pulse DPSSL, we design and implement a compact, high efficiency power supply for DPSSL, which combines the control technology of ARM7 MCU, tunable voltage stabilizer using VICOR modules in series structure, IGBT power components, closed loop adjusting circuit, and various protective measures. It is specified as wide tuning range of the voltage, high peak current, high control precision, high stability, high adaptability to the high-low temperature, and so on. Test and measurement results show that our power supply operates steadily and reliably, and well meets the request of the performance index in the project. It can be widely applied in military laser rangefinder, Lidar, laser counterwork, and so on.Keywords: power supply; ARM7; current pulse; IGBT;VICOR module1 引言DPSSL（Diode Pumped Solid-State Laser）出现于八十年代末，与传统的灯泵固体激光器相比，它具有效率高、寿命长、结构紧凑、稳定性高等特点，广泛应用于军事、航空航天等领域中。
我国从九十年代中期也开始把DPSSL作为激光应用领域的一个新方向来重点研究。
而作为DPSSL的泵浦源，大功率半导体激光器对驱动电源的要求非常苛刻，不仅要提供几十甚至上百安培的电流，而且要求电流非常稳定可靠。
驱动电源已经成为DPSSL在各个领域应用的核心技术，近几年来一直是人们研究的热点。
本文的任务是研制DPSSL中大功率半导体激光器的脉冲驱动电源，根据系统的要求，电源输出电压为100V～200V连续可调，峰值电流为40A～80A连续可调，工作频率为5Hz～40Hz可调，脉宽为150us～300us可调，脉冲前后沿转换时间小于10 us，频率精度小于0.1％。
同时，对驱动电源的保护机制和体积都有一定的要求。
2系统设计原理脉冲电源的工作原理如图1所示，它由DC-DC变换、直流可调稳压控制、脉冲电流生成、稳流控制等部分组成。
本文的输入为24V的低压直流电源，工作电流达6A，可以采用功率匹配的直流稳压电源，也可采用聚合物锂电池。
DC-DC变换模块和电压调节电路将该直流低压逆变成100V～200V的直流高压，再采用特定的功率开关器件及其控制电路将直流高压变成所需脉宽及频率的电流脉冲，最后通过稳流控制电路完成对脉冲电流的稳流和整形，使其波形特征符合性能指标要求。
·3 系统硬件设计 由对工作原理的分析，本文提出了具体的设计方案，如图2所示，其硬件构成及功能如下：3.1 VICOR 电源模块稳定可靠的直流电压源是产生优质脉冲的前提条件。
经过调研，本方案采用目前技术成熟的V24C48T100BL 型VICOR 模块来实现电压变换。
模块内部电压变换采用DC-DC 转换器实现，具有体积小、效率高的特点。
其设定电压精度达±1％V out ，线压稳定度达±0.02％V out ，温度漂移低至±0.002％V out/℃，效率高达85％。
单个模块的额定电压是48V ，电压可调范围是10%-110%。
本方案采用5块VICOR 串联实现，必须考虑各个模块的电压均衡问题，否则极易导致个别模块负载过大而烧毁，从而引起一连串的器件损坏。
根据对VICOR 模块的原理分析可知，当输入电压一定时，其输出电压的大小受控于从其控制端输入的控制电流的大小。
本文采用了光耦器件来保证各模块控制电流注入的平衡。
即将5个同型号的光耦初级端口串行连接，通过三端稳压器件和精密电位器调整初级的电流，经过光电转换，在次级产生的电流去控制VICOR 模块的输出端电势差。
光耦器件的使用极大地提高了模块的抗干扰能力及环境适应性，实验证明，在高低温条件下，均能很好地控制VICOR 模块输出电势的大小，克服了使用一般器件的局限性。
为了提高电压控制的稳度，可从较低电势的模块输出端进行电压采样，利用负反馈来稳定光耦初级的电流调节。
同时，本文还采取了相应的保护措施对每个模块进行保护，以免当单个模块的控制电路工作不正常时被灌入电流所烧毁，有效地保护了贵重器件。
3.2 脉冲电流生成模块激光器负载要求电流大，而且要有很高的电流稳定度和很小的纹波系数，对大功率开关器件提出了很高的要求。
在本方案里采用绝缘栅极双极晶体管IGBT (Insulated Gate Bipolar 图1 驱动电源工作原理图图2总体设计方案Transistor)来实现。
IGBT是一种新型的复合器件，它把MOSFET的输入阻抗大、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，具有输入阻抗高、工作速度快、通态压降低、阻断电压高、承受电流大等特点。
本方案里选用的GT30J301型IGBT额定电流为30A，耐压值达600V，采用两片并联结构及相关电路可扩大电流，以满足负载需求。
图3驱动单元比较、放大与校正环节电路IGBT的驱动单元电路的设计非常关键，直接关系着电流波形的特性。
驱动单元接受来自CPU的DAC输出及PWM输出信号，经过驱动及功率放大后送至IGBT的控制端。
驱动单元的误差比较、放大、PID校正电路如图3所示。
控制单元所产生的幅度信号及频率脉冲信号通过信号合成电路，合成一个既包含幅度又包含频率的整体控制信号。
这一控制信号就作为基准信号送到了驱动单元的Vic端。
Vis为反馈输入端，其信号来自负载的电流采样。
其中U1构成差动放大器，输出为控制信号与电流取样信号的差值；U2和U3构成放大、PID 校正环节，以提高系统的稳态性能和动态性能。
3.3 实时控制单元及外围电路本方案里选用LPC2138处理器，负责监控键盘的输入、系统状态的显示、周期脉冲信号的产生及与外部的通信等任务。
它采用ARM7TDMI-S 处理器核，是ARM 通用32 位微处理器家族的成员之一，片内资源丰富，具有实时性好、可靠性高、功能完备、功耗小等优点。
同时，LPC2138具备JTAG仿真调试和ISP编程功能，便于开发调试。
采用22.1184M外部晶振，通过CPU内部PLL电路将系统时钟两倍频，一个机器周期对应22.6nS。
处理器内部含有一路10位逐次比较型DAC，分析表明，它完全能满足本系统的设计需求，无需扩展专门的数模转换模块，简化了硬件设计。
键盘电路的设计采用行列方式，由两条I/O线组成行输入口，8条IO线组成列输出口，在行列的每一个交点上，设置一个按键。
读健的方法采用扫描方式，即输出口按位轮换输出低电平，在从输入口读入健信息，最后通过软件方法获得键码。
系统中要显示的信息有电流值、频率值、工作时间、工作状态及操作方面的提示信息等。
在本系统中采用2个四位数码管显示器（LED）来实现，与CPU的连接采用SPI接口，连线简单，传输可靠，占用系统资源少。
3.4 保护电路如果半导体激光器中通过的电流超过额定的限度，将会导致激光器的损坏。
在本设计中，过流保护电路采用取样电阻、稳压二极管及比较器LM319来实现。
当注入激光器的电流大于80A时立即作过流处理。
在瞬时电流没有超过所允许的电流上限时，过高的工作频率及过大的脉冲宽度会导致平均电流过大，也会损坏激光器，因此，本文采用可重复触发的多谐振荡器74LS123、D型触发器74LS74及一些门器件设计了过频率和过脉宽保护电路，当电流脉冲控制信号频率大于40Hz及脉宽大于300us时能实现对后级驱动电路的封锁。
由于保护电路均是采用高速器件实现，无须程序指令控制决策，故保护动作即时可靠。
4 系统软件设计CPU通过控制指令完成对硬件系统的控制，主要负责周期脉冲信号的产生、数模转换及工作参数的设定、显示等。
另外，系统的PWM脉冲输出以及DAC输出也是通过软件来控制和实现的。
如图4所示，可以把主CPU的工作过程分为四个状态：初始态、预置态、工作态、保护态。
图4 系统软件流程图（1）在初始态，单片机进行初始化的一般操作，包括LED显示清空、DAC输出抑制、PWM输出抑制、读取历史参数值等，若“启动/停止”健被按下，单片机按历史参数设置转入工作态，若“参数设置”键被按下，则转入预置态。
（2）在预置态，可以对各项参数进行调节，并实现将新的设置信息进行存储，方便下次开机使用。