基于功率MOSFET的激光器外觸發(fā)系統(tǒng)研制
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實(shí)驗(yàn)中測(cè)得激光器閃燈觸發(fā)信號(hào)、普克爾盒觸發(fā)信號(hào)脈寬均為160 μs，后者較前者滯后約250 μs，兩者均可調(diào)，并且普克爾盒觸發(fā)信號(hào)的輸出頻率也可調(diào)，滿足激光器的使用要求。
3.2 激光器外觸發(fā)工作對(duì)功率源的影響
低抖動(dòng)高功率重復(fù)頻率主開(kāi)關(guān)系統(tǒng)是功率源同步控制系統(tǒng)的研制核心和難點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)脈沖功率源同步系統(tǒng)的低抖動(dòng)工作，首先對(duì)系統(tǒng)工作過(guò)程中的抖動(dòng)來(lái)源進(jìn)行分析。同步系統(tǒng)的工作流程如下：激光器外觸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)快上升沿的信號(hào)送到激光器，激光器產(chǎn)生脈沖激光注入激光開(kāi)關(guān)，激光開(kāi)關(guān)閉合，形成線通過(guò)感應(yīng)疊加模塊對(duì)二極管放電，產(chǎn)生電子束。在這個(gè)過(guò)程中，可能產(chǎn)生以下的抖動(dòng)：
(1)激光器外觸發(fā)系統(tǒng)電路抖動(dòng)J1。抖動(dòng)來(lái)源于傳輸線路及轉(zhuǎn)換線路中的芯片延時(shí)不同和芯片本身的抖動(dòng)，該抖動(dòng)經(jīng)實(shí)測(cè)小于2 ns；
(2)激光器抖動(dòng)J2。抖動(dòng)來(lái)源于激光器的工作過(guò)程，在快前沿信號(hào)(tr≤5 ns)觸發(fā)下激光器抖動(dòng)小于3 ns。
(3)激光開(kāi)關(guān)抖動(dòng)J3。抖動(dòng)來(lái)源于激光觸發(fā)產(chǎn)生等離子體放電的物理過(guò)程，設(shè)計(jì)指標(biāo)為小于5 ns。
圖5為脈沖功率源中4路感應(yīng)疊加模塊合成負(fù)載波形，重復(fù)頻率25 Hz，負(fù)載為平面二極管，圖中為25個(gè)波形的重疊（通道1為二極管電流信號(hào)波形，通道2為二極管電壓信號(hào)波形）。由此證明：采用激光器外觸發(fā)系統(tǒng)，負(fù)載輸出波形的一致性較好，重復(fù)頻率25 Hz工作時(shí)開(kāi)關(guān)抖動(dòng)低，滿足設(shè)計(jì)要求。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/187836.htm
3.3 抗干擾考慮
激光器外觸發(fā)單元是同步運(yùn)行中的控制環(huán)節(jié)，是裝置能否正常工作的關(guān)鍵。對(duì)觸發(fā)電路的要求是脈沖前沿陡且有足夠的幅值與脈寬，穩(wěn)定性與抗干擾性能好等。而高壓發(fā)生裝置容易產(chǎn)生各種瞬時(shí)尖峰信號(hào)，即所謂“毛刺”，當(dāng)其幅值和能量達(dá)到一定程度時(shí)，極易導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。在前期的同步運(yùn)行試驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中，由于受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地條件的限制，激光器電源與脈沖功率源的初級(jí)充電電源共地，在功率源運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)致激光器外觸發(fā)系統(tǒng)輸出至激光器普克爾盒的觸發(fā)信號(hào)相對(duì)于設(shè)定時(shí)刻提前產(chǎn)生一個(gè)尖峰干擾脈沖，從而無(wú)法保證同步運(yùn)行試驗(yàn)的正常進(jìn)行。對(duì)此采取增加電源濾波器、高頻電容等方式，以消除電源引入的干擾影響，結(jié)果有所改善。下一步工作則是將激光器與其外觸發(fā)系統(tǒng)共用同一電源，與脈沖功率源的電源徹底分開(kāi)，保證同步系統(tǒng)的安全工作。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用功率MOSFET及其高速驅(qū)動(dòng)器等措施有效，利用光纖收發(fā)器件轉(zhuǎn)換傳輸、高耐壓脈沖變壓器隔離可行。影響脈沖功率源開(kāi)關(guān)同步輸出轉(zhuǎn)換效率的是激光器外觸發(fā)回路的性能。功率MOSFET開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)可以通過(guò)觸發(fā)脈沖控制，選用高峰值輸出電路的MOSFET驅(qū)動(dòng)器，可以將輸出脈沖信號(hào)上升沿控制在5 ns以下。采用激光器外觸發(fā)系統(tǒng)，單臺(tái)脈沖功率源重頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)參數(shù)：工作電壓150 kV，電流30 kA、抖動(dòng)
≤5 ns、重復(fù)頻率25 Hz。為進(jìn)一步開(kāi)展兩臺(tái)或多臺(tái)脈沖功率源穩(wěn)定、可靠地精確同步輸出奠定一定的技術(shù)基礎(chǔ)。
另外，觸發(fā)控制電路印制電路板中，控制電路極易受到功率回路的干擾，應(yīng)使MOSFET驅(qū)動(dòng)器和MOSFET的走線長(zhǎng)度盡可能短，以此限制電感引起的振蕩效應(yīng)。驅(qū)動(dòng)器輸出和MOSFET柵極間的電感，也會(huì)影響MOSFET驅(qū)動(dòng)器在瞬態(tài)條件下將MOSFET柵極維持在低電平的能力。激光觸發(fā)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，如減小波形前沿、增強(qiáng)抗干擾能力等還需要繼續(xù)深入研究。
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評(píng)論