基于功率MOSFET的激光器外觸發(fā)系統(tǒng)研制
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實驗中測得激光器閃燈觸發(fā)信號、普克爾盒觸發(fā)信號脈寬均為160 μs，后者較前者滯后約250 μs，兩者均可調，并且普克爾盒觸發(fā)信號的輸出頻率也可調，滿足激光器的使用要求。
3.2 激光器外觸發(fā)工作對功率源的影響
低抖動高功率重復頻率主開關系統(tǒng)是功率源同步控制系統(tǒng)的研制核心和難點。為了實現(xiàn)脈沖功率源同步系統(tǒng)的低抖動工作，首先對系統(tǒng)工作過程中的抖動來源進行分析。同步系統(tǒng)的工作流程如下：激光器外觸發(fā)系統(tǒng)產生一個快上升沿的信號送到激光器，激光器產生脈沖激光注入激光開關，激光開關閉合，形成線通過感應疊加模塊對二極管放電，產生電子束。在這個過程中，可能產生以下的抖動：
(1)激光器外觸發(fā)系統(tǒng)電路抖動J1。抖動來源于傳輸線路及轉換線路中的芯片延時不同和芯片本身的抖動，該抖動經實測小于2 ns；
(2)激光器抖動J2。抖動來源于激光器的工作過程，在快前沿信號(tr≤5 ns)觸發(fā)下激光器抖動小于3 ns。
(3)激光開關抖動J3。抖動來源于激光觸發(fā)產生等離子體放電的物理過程，設計指標為小于5 ns。
圖5為脈沖功率源中4路感應疊加模塊合成負載波形，重復頻率25 Hz，負載為平面二極管，圖中為25個波形的重疊（通道1為二極管電流信號波形，通道2為二極管電壓信號波形）。由此證明：采用激光器外觸發(fā)系統(tǒng)，負載輸出波形的一致性較好，重復頻率25 Hz工作時開關抖動低，滿足設計要求。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/187836.htm
3.3 抗干擾考慮
激光器外觸發(fā)單元是同步運行中的控制環(huán)節(jié)，是裝置能否正常工作的關鍵。對觸發(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)生裝置容易產生各種瞬時尖峰信號，即所謂“毛刺”，當其幅值和能量達到一定程度時，極易導致系統(tǒng)不能正常運行。在前期的同步運行試驗調試過程中，由于受實驗場地條件的限制，激光器電源與脈沖功率源的初級充電電源共地，在功率源運行時，導致激光器外觸發(fā)系統(tǒng)輸出至激光器普克爾盒的觸發(fā)信號相對于設定時刻提前產生一個尖峰干擾脈沖，從而無法保證同步運行試驗的正常進行。對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，保證同步系統(tǒng)的安全工作。
實驗結果表明：采用功率MOSFET及其高速驅動器等措施有效，利用光纖收發(fā)器件轉換傳輸、高耐壓脈沖變壓器隔離可行。影響脈沖功率源開關同步輸出轉換效率的是激光器外觸發(fā)回路的性能。功率MOSFET開關通斷狀態(tài)可以通過觸發(fā)脈沖控制，選用高峰值輸出電路的MOSFET驅動器，可以將輸出脈沖信號上升沿控制在5 ns以下。采用激光器外觸發(fā)系統(tǒng)，單臺脈沖功率源重頻開關實現(xiàn)參數(shù)：工作電壓150 kV，電流30 kA、抖動
≤5 ns、重復頻率25 Hz。為進一步開展兩臺或多臺脈沖功率源穩(wěn)定、可靠地精確同步輸出奠定一定的技術基礎。
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，應使MOSFET驅動器和MOSFET的走線長度盡可能短，以此限制電感引起的振蕩效應。驅動器輸出和MOSFET柵極間的電感，也會影響MOSFET驅動器在瞬態(tài)條件下將MOSFET柵極維持在低電平的能力。激光觸發(fā)實驗中存在的問題，如減小波形前沿、增強抗干擾能力等還需要繼續(xù)深入研究。
參考文獻
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