使用高壓反激式轉(zhuǎn)換器提高轉(zhuǎn)換效率

該設計理念顯著提高了用于閃光燈泵浦脈沖固態(tài)激光源的基于外部驅(qū)動反激式轉(zhuǎn)換器的電容器充電單元的轉(zhuǎn)換效率。在閃光泵浦脈沖固態(tài)激光源中，儲能電容器被充電至高電壓，這取決于它在放電時要傳遞給閃光燈的能量大小。

反激式轉(zhuǎn)換器拓撲非常適合電容充電電源設計。傳統(tǒng)的反激式轉(zhuǎn)換器電路采用電壓反饋來實現(xiàn)所需的輸出電壓，以及用于電壓調(diào)節(jié)的脈沖寬度調(diào)制，由于以下原因，不能用于容性負載的情況：

在反激式轉(zhuǎn)換器中，能量在開關(guān)器件的導通期間存儲，并在關(guān)斷期間傳輸。需要大量的存儲和傳輸循環(huán)才能將儲能電容器充電至所需值。

對于給定的存儲能量，每次傳輸中的能量傳輸都會以一定的電壓步長為電容器充電，隨著電容器兩端電壓的增加，其大小會不斷減小。結(jié)果，所需的關(guān)斷時間從初始最大值變?yōu)樵谧詈笠粋€存儲和傳輸周期中的最小值，該周期將負載帶到其最終電壓。任何使用固定開關(guān)頻率設計轉(zhuǎn)換器的嘗試都會導致效率降低。在較高開關(guān)頻率的情況下，在較早的充電階段能量傳輸將是不完整的。這可能導致連接在初級側(cè)的電路元件損壞。由于剩余磁通，還有可能導致磁芯飽和。在開關(guān)頻率較低的情況下，

我們采用了一種基于閉環(huán)反饋系統(tǒng)的設計方法，可確保在輸入波形的所有單獨周期中完成能量傳輸。事實上，該系統(tǒng)始終監(jiān)控儲能電容器電壓的狀態(tài)?？s短每個周期時間，保持準時固定。即，根據(jù)能量轉(zhuǎn)移過程的要求減少關(guān)斷時間。因此，我們擁有確保最快充電時間以及最佳變壓器設計的理想情況。

此處顯示的電路是基于反激式轉(zhuǎn)換器的電容器充電單元的電路，用于以 20Hz 工作的 Q 開關(guān) Nd-YAG 激光器。該設計在不到 50ms 的時間內(nèi)以 15 焦耳的所需能量為 30μF 的儲能電容器 (ESC) 充電，以確保在 20Hz 下運行。

該電路以外部驅(qū)動的反激配置運行。能量在開關(guān) MOSFET 導通期間存儲，并在其切換到關(guān)斷狀態(tài)期間傳輸?shù)絻δ茈娙萜鳌Ｃ看螌⒛芰總鬏數(shù)酱渭夒娐窌r，輸出電容器都會以一定的電壓階躍充電。該階躍的幅度隨著電容器兩端電壓的增加而減小。開關(guān)器件關(guān)斷時間的減少遵循與電容器兩端電壓累積相同的模式。感測儲能電容器兩端的電壓并產(chǎn)生控制 電壓VS。該電壓被饋送到減法器 U2 VFC32，該減法器 U2：VFC32 減去負參考電壓 V REF 1 從控制電壓。減法器的輸出為 V R = V S – V REF 1，饋入電壓頻率轉(zhuǎn)換器 (VFC) U1;因此，工作頻率隨電容器兩端的電壓線性變化。

最初，當 ESC 未充電時，輸出電壓為零且 V S = V S(min) = 0V。在 U2 的輸出端，我們有小的正電壓(V R(min) 或 -V REF1)。

該電壓決定了 VFC 輸出的初始周期。該輸出進入單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 U5 以實現(xiàn)固定的導通時間。隨著 ESC 電壓的增加，VFC 轉(zhuǎn)換器的控制電壓增加，從而減少了關(guān)斷時間。電壓檢測回路將 V C (輸出電壓的一部分)與參考電壓 V REF2進行比較 ，以生成用于單穩(wěn)態(tài)電路的復位脈沖，從而實現(xiàn)所需的輸出電壓。

該裝置還具有淬火轉(zhuǎn)換器的功能，可防止閃光燈的“余輝”。為了使閃光燈熄滅，必須在閃光燈發(fā)出命令的瞬間將 ESC 的充電禁用幾毫秒。這是通過在此期間推遲 U5 來實現(xiàn)的。釋抑是通過觸發(fā)命令脈沖觸發(fā)第二個單穩(wěn)態(tài) U7 來產(chǎn)生的。EOC 輸出指示充電過程已完成。