專利名稱：脈沖激光器快速連通保護器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬激光電源，特別是脈沖激光器電源發(fā)生故障，產(chǎn)生突發(fā)性連續(xù)導通即將造成激光器炸燈、炸棒等時，實施快速保護激光器的裝置。
目前，在各種脈沖激光器中，當激光電源發(fā)生故障時，通常采用以下幾種措施切斷電源1.快速熔斷器;
2.接觸器分閘;
3.快速斷路器分閘。
這些裝置的全分斷時間在0.5～0.05秒之間，這些保護都屬慢速保護。最近用晶閘管制做的交流電子開關(guān)，在切斷50赫茲交流時，全分斷時間在10毫秒左右，但它只能用作切斷激光電源與外電網(wǎng)之間的分離保護，不能作切斷激光電源與激光器之間的分離保護。因而對脈沖激光器還不能提供足夠的有效保護。
本發(fā)明的目的是提供一種脈沖激光器快速連通保護器，以便激光電源發(fā)生連通故障時，在10微秒左右即可把激光電源流向激光器的電流旁路，保證脈沖激光器的安全可靠。
本發(fā)明的脈沖激光器快速連通保護器，除有慢速保護電路外，特點是還有取樣電路、邏輯電路和快速保護電路。
所說的取樣電路，由M(M＝k+n)個取樣單元構(gòu)成，M為被監(jiān)測的回路數(shù)，k為充電回路數(shù)，n為放電回路數(shù)，每個取樣單元由被監(jiān)測回路中串接的取樣線圈、放在該線圈中的霍爾傳感器和連接在該霍爾傳感器的輸出端和正端之間的負載電阻構(gòu)成。
所說的邏輯電路，它是與非門負邏輯電路，或由與非門和合門形成的負邏輯電路，它的作用是對各個被監(jiān)測回路的取樣單元的取樣信號進行邏輯判斷，并輸出邏輯信號。
所說的快速保護電路的構(gòu)成是由高頻開關(guān)管和發(fā)散極電阻構(gòu)成射極跟隨器，對邏輯電路輸入該高頻開關(guān)管基極的信號進行放大，信號通過與高頻開關(guān)管發(fā)射極和發(fā)射極電阻節(jié)點連接的限流電阻輸入高頻功放管的基極放大，該高頻功放管的發(fā)射極接地，集電極接脈沖變壓器原線圈，原線圈的兩端并連續(xù)流二極管后接低壓直流電源，脈沖變壓器的次級兩端接削波二極管、檢波二極管、平滑電容形成的削波檢波網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡的一端與晶閘管的陰極相連，另一端接晶閘管的門極，晶閘管的陽極串連放電電阻形成快放電電路，該快放電電路并接在激光電源整流器的正負兩端。
所說的取樣單元中霍爾傳感器對邏輯電路采用“0”電平輸出有效。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1.響應快。取樣器的取樣時間為0.1微秒，邏輯電路和快放電保護電路的響應時間≤0.4微秒，晶閘管的響應時間為10微秒，通態(tài)電流臨界上升率為50～100安培/微秒。故電源一旦出現(xiàn)故障，本保護器的快速保護電路即可在10.5微秒內(nèi)把流入激光器的電流旁路，保證激光器絕對安全。
2.抗干擾能力強。脈沖激光器工作時有很強的沖擊電流，容易對其他電路引起干擾，本保護器由于應用霍爾傳感器取樣，要干擾取樣器必須有200高斯以上的強磁場，這樣的磁場必須有幾十安培電流通過20匝的線圈時才能達到，沖擊電流在線圈周圍產(chǎn)生的干擾磁場遠小于此值，其他的高頻空間干擾更難達到此值。同時由于取樣器霍爾傳感器的輸出采用“0”電平有效，這樣在后繼的線路中抗干擾能力亦強，因為干擾信號都是非零信號。
3.通用性強。它可以用在諧振充放電型激光電源，亦可用在大功率恒流充放電和開關(guān)變換型激光電源中，還可用于一些電子開關(guān)元件組成的網(wǎng)絡設備中，即這網(wǎng)絡中各回路的電流需按一定的時序，一定的流向或一定的邏輯關(guān)系流通或截止，否則，將造成事故的設備中。
4.可靠性好。本發(fā)明的快速保護電路不僅響應快，而且把外電網(wǎng)流入的電能及儲存在濾波電容內(nèi)的電能一并旁路掉，這樣就避免了因濾波電容中電能在外電網(wǎng)輸入切斷后造成毀壞設備的可能性。另外本保護器還有慢速保護電路，在事故發(fā)生后10毫秒～0.5秒及時切斷外電網(wǎng)與激光電源的聯(lián)系，防止激光電源中電子元件損壞及對外電網(wǎng)的不良影響。
5.本保護器當電源正常工作時不消耗電能，確切地說，耗電極少，不發(fā)熱，安全性好。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。
圖1是本發(fā)明保護器與外電網(wǎng)、激光電源和激光器之間的關(guān)系框圖。
圖2是本發(fā)明的原理電路圖。
圖3是本發(fā)明的邏輯電路的邏輯4是本發(fā)明在激光電源(k＝1，n＝1)上的一個應用實例。
圖1中1是外電網(wǎng)，2是激光電源，3是激光器，虛線框內(nèi)表示本發(fā)明保護器，它由取樣電路4、邏輯電路5、快速保護電路6和慢速保護電路7四部分組成。
圖2中取樣電路4包含兩個并列的取樣單元，取樣線圈401，置于該線圈內(nèi)的霍爾傳感器402和在該傳感器402的輸出端和正端之間的負載電阻403構(gòu)成一個取樣單元，其正端接次低壓直流電源(+12伏)，地端接地，輸出端構(gòu)成邏輯電路的一個信號輸入端。另一取樣單元由線圈404，霍爾傳感器405和負載電阻406構(gòu)成。連接方式同前。取樣單元的數(shù)量取決于所需監(jiān)測的充、放電回路數(shù)M。
所說的霍爾傳感器可用開關(guān)型霍爾傳感器或鎖鍵型霍爾傳感器，也可用雙輸出集成霍爾傳感器。取樣線圈401、404的選材和繞制決定于激光電源正常工作時流過電流而不發(fā)熱，線圈匝數(shù)保證回路中有10安培以上電流時其內(nèi)部磁場足以使霍爾傳感器翻轉(zhuǎn)，輸出“0”電平信號。
我們知道，脈沖激光電源中通常有二種回路，即充電回路和放電回路。激光電源正常工作時，當充電回路充電時，放電回路必須截止，即I充≠0，則I放＝0，當放電回路對激光器放電時，充電回路必須截止，即I放≠0，則I充＝0。充電回路和放電回路同時有電流時，即I充≠0，I放≠0時，則稱激光電源出現(xiàn)了連通事故，這種現(xiàn)象必須立即抑制，否則激光器就將發(fā)生炸燈、炸棒等破壞性事故。邏輯電路5的作用就是對取樣電路4的各取樣單元輸出的“0”電平信號進行判斷，當充電回路和放電回路同時輸出“0”電平時，邏輯電路輸出高電平信號，觸發(fā)快速保護電路6和慢速保護電路7工作，立即把激光電源2流向激光器3的電流旁路，切斷外電網(wǎng)1與激光電源2的聯(lián)系，抑制連通事故的發(fā)展，以保護激光器和激光電源的安全。
圖3是邏輯電路4的三種邏輯圖，圖中K1、K2、K3表示充電回路取樣單元輸出，N1、N2、N3表示放電回路取樣單元輸出。圖3-a表示所監(jiān)測的激光電源只有一個充電回路和一個放電回路的情況，是與非門負邏輯電路。圖3-b表示激光電源有一個充電回路、三個放電回路的情況。三個放電回路取樣單元輸出組成合門，該合門輸出與充電回路取樣單元輸出組成與非門負邏輯電路。圖3-c表示激光電源有三個充電回路和三個放電回路的情況，即三個充電回路取樣單元輸出和三個放電回路取樣單元輸出分別組成合門，該兩合門組成與非門負邏輯電路。其他情況也可類似地組成合門和與非門的負邏輯電路。
圖2中快速保護電路6的構(gòu)成是由一高頻開關(guān)管601和發(fā)射極電阻602構(gòu)成射極跟隨器，對邏輯電路5輸入該高頻開關(guān)管基極的信號進行放大，集電極接次低壓直流電源(+12伏)，該管601放大的信號通過與管601發(fā)射極和發(fā)射電阻602的節(jié)點連接的限流電阻603輸入高頻功放管604的基極進行功放，高頻功放管604的發(fā)射極接地，集電極接脈沖變壓器606的原線圈，原線圈的兩端并連續(xù)流二極管605后接低壓直流電源(+24伏)，脈沖變壓器606的次級兩端接削波二極管607、檢波二極管608、平滑電容609形成的削波檢波網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡的一端接晶閘管611的陰極并接地，另一端接晶閘管611的門極，晶閘管611的陰極串連放電電阻610形成快放電電路并接在激光電源2整流器的正負兩端。
圖4是本發(fā)明保護器在單燈諧振充放電激光電源中應用實例的電路圖。激光電源的主回路由熔斷器201、電源變壓器202、整流晶閘管203、整流二極管204、濾波電容205、諧振電感206、充電晶閘管207、貯能電容208、放電晶閘管209、激光器氙燈210、動合按鈕211、J1的動合觸點212、動開按鈕213組成。取樣線圈401串接在充電回路中，取樣線圈404串接在放電回路中。401～406是兩個取樣單元組成的取樣電路4，他們的電連接關(guān)系如前所述。601～611是快速保護電路，其連接關(guān)系如前所述。邏輯電路5是由二極管501，502、三極管505、三極管505的限流電阻503、基極接地電阻504和集電極負載電阻506構(gòu)成的一與非門負邏輯電路。
圖中有慢速保護電路7，用于切斷外電網(wǎng)與激光電源的聯(lián)系。
慢速保護電路7由高頻開關(guān)管701、發(fā)射極電阻702組成射極跟隨器，對邏輯電路輸入高頻開關(guān)管701的基極的信號進行電流放大，信號通過該高頻開關(guān)管發(fā)射極和發(fā)射極電阻702的節(jié)點連接的限流電阻703輸入到晶閘管704的門極，該晶閘管的陰極接地，陽極通過繼電器J2705接次低壓直流電源，J2的一個動開觸點J2-1串聯(lián)在電磁開關(guān)J1的線包回路內(nèi)，J1的三個主觸點j1-1，j1-2，j1-3分別串接在外電網(wǎng)與激光電源之間。
本發(fā)明保護器的工作情況如下激光電源正常工作時，電磁開關(guān)J1的三個主觸點j1-1、j1-2、j1-3閉合，外電網(wǎng)與激光電源接通，激光電源在控制器(圖中未畫出)指令下，先觸發(fā)充電晶閘管207導通，充電回路充電，當貯能電容208充電到峰值后，回路中電流為“0”，晶閘管207截止，然后控制器觸發(fā)放電晶閘管209導通，貯能電容208通過放電回路放電，當放電回路電流為“0”時，晶閘管209自然截止，充電回路又重新工作，如此充放電循環(huán)往復。串接在充電回路和放電回路的取樣線圈交替感應磁場，霍爾傳感器的輸出端也交替輸出“0”電平。這時邏輯電路輸出為“0”電平。
當激光電源被干擾而同時使充電回路和放電回路都有電流時，即發(fā)生連通事故時，兩個取樣單元均輸出“0”電平，邏輯電路4即輸出高電平信號，同時加在高頻開關(guān)管601、701的基極上，快速保護電路將信號由高頻開關(guān)管的發(fā)射極通過限流電阻603輸入高頻功放管604進行放大，經(jīng)脈沖變壓器606耦合，經(jīng)過削波二極管607、檢波二極管608和平滑電容609整形后，觸發(fā)晶閘管611，晶閘管611和放電電阻610形成的快放電回路快速放電，將整流器和濾波電容205輸出的電流旁路，由于快速保護電路的響應在10.5微秒，所以激光器的炸燈，炸棒等惡性事故即可避免。與此同時邏輯電路信號也加在高頻開關(guān)701的基極，放大后觸發(fā)晶閘管704導通，繼電器J2吸動，串聯(lián)在電磁開關(guān)J1線包回路內(nèi)的J2的動開觸點J2-1斷開，電磁開關(guān)J1線包內(nèi)電流截止，J1的三個主觸點斷開，即切斷了外電網(wǎng)與激光電源的聯(lián)系。
權(quán)利要求
1.一種脈沖激光器快速連通保護器，有慢速保護電路，其特征在于還有1)取樣電路，它由M(M=k+n)個取樣單元構(gòu)成，M為被監(jiān)測的回路數(shù)，其中k為充電回路數(shù)，n為放電回路數(shù)，每個取樣單元由被監(jiān)測回路中串接的取樣線圈，放在該線圈中的霍爾傳感器和連接在該傳感器的輸出端和正端之間的負載電阻構(gòu)成；2)邏輯電路，它是與非門負邏輯電路，或由與非門和合門形成的負邏輯電路，對各個被監(jiān)測回路的取樣單元的取樣信號進行邏輯判斷；3)快速保護電路，由高頻開關(guān)管和發(fā)射極電阻構(gòu)成射極跟隨器，對邏輯電路輸入該高頻開關(guān)管的基極的信號進行放大，信號通過與高頻開關(guān)管發(fā)射極和發(fā)射極電阻節(jié)點連接的限流電阻輸入高頻功放管的基極，該高頻功放管的發(fā)射極接地，集電極接脈沖變壓器原線圈，原線圈的兩端并連續(xù)流二極管后接低壓直流電源，脈沖變壓器的次級兩端接削波二極管、檢波二極管、平滑電容形成削波檢波網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡的一端接晶閘管的陰極，連地，另一端接晶閘管的門極，晶閘管的陽極串連放電電阻形成快放電電路并接在激光電源整流器的正、負兩端。
2.按照權(quán)利要求1的保護器，其特征在于當k＝1，n＝1時，所說的邏輯電路采用與非門負邏輯電路。
3.按照權(quán)利要求1的保護器，其特征在于當k＝1，n≥2時，所說的邏輯電路為由放電回路取樣單元輸出組成合門，該合門輸出與充電回路取樣單元輸出組成與非門負邏輯電路。
4.按照權(quán)利要求1的保護器，其特征在于當k≥2，n≥2時，所說的邏輯電路為充電回路取樣單元輸出和放電回路取樣單元輸出分別組成合門，該兩合門組成與非門負邏輯電路。
5.按照權(quán)利要求1，2，3，4的保護器，其特征在于所說的慢速保護電路的其構(gòu)成如下由高頻開關(guān)管701，發(fā)射極電阻702組成射極跟隨器，對邏輯電路輸入高頻開關(guān)管701的基極的信號進行電流放大，信號通過與高頻開關(guān)管發(fā)射極和發(fā)射極中電阻702的節(jié)點連接的限流電阻703輸入到晶閘管704的門極，該晶閘管的陰極接地，陽極通過繼電器J2705接次低壓直流電源，J2的一個動開觸點J2-1串聯(lián)在電磁開關(guān)J1的線包回路內(nèi)，J1的三個主觸點分別串接在外電網(wǎng)與激光電源之間。
全文摘要
一種脈沖激光器快速連通保護器，由慢速保護電路、取樣電路、邏輯電路和快速保護電路構(gòu)成，它主要用于脈沖激光電源，通過對電源充、放電過程的監(jiān)測，當電源發(fā)生連通故障時，在11微秒左右既停止對激光器放電，同時實施切斷外電網(wǎng)與激光電源的聯(lián)系。它也可用于需要快速保護且充、放電過程有一定時序要求的電源設備中。
文檔編號H02H7/20GK1071284SQ9110749
公開日1993年4月21日 申請日期1991年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月25日
發(fā)明者姜閱清, 毛偉民, 柳月英, 李安民 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所