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长脉冲Nd：YAG激光治疗仪的高功率激光电源研制

作　者: 高春轩
导　师: 叶志生
学　校: 天津大学
专　业: 物理电子学
关键词: 固体脉冲激光器充电电源软开关全桥变换器移相控制控制电路驱动电路
分类号: TH773
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着20世纪60年代红宝石激光器的出现,激光在医疗领域中的应用越来越广泛,尤其是固体脉冲激光器几乎在所有的医疗领域中得以应用。目前,固体脉冲激光器的泵浦源还是以惰性气体闪光灯为主。这样,作为激光器中最重要部分之一的泵浦电源的充电系统,也就对设计者提出了更高的要求,传统的充电电源由于自身的缺陷已经被新型的开关电源所取代。而现在应用比较广泛的半桥型开关电源,在大电压输入和高功率输出方面存在不足并且日趋明显。因此,本文中我们应用移相控制ZVS PWM全桥变换器,设计了一套高功率充电电源。所做工作如下:1.简单阐述了激光在医疗领域中的应用,介绍了开关电源的发展与应用。2.介绍了软开关技术的特性和实现的策略以及全桥变换器的构成和控制方式;分析了移相控制零电压开关PWM全桥变换器的工作原理;然后对全桥型电路拓扑进行改进并做出比较。3.设计了充电电源的主电路,并给出相关器件参数的计算;应用UCC3895作为PWM控制器件,设计了工作于峰值电流模式下的控制电路;以HCPL-316J为核心芯片,设计了主电路中作为功率开关管的IGBT的驱动电路。4.结合设计中相关器件的设计参数,利用PSpise进行高压仿真试验,分析并预测电源系统的工作情况。对控制电路和驱动电路进行实验分析与调试,为以后的进一步工作做基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 激光在医学领域中的应用  8-9
  1.2 开关电源的发展与应用  9-13
    1.2.1 电力电子器件的发展概况  9-11
    1.2.2 开关电源的发展概况与趋势  11-12
    1.2.3 开关电源的应用  12-13
  1.3 课题的提出以及本文所做的工作  13-15
    1.3.1 课题的提出  13-14
    1.3.2 本文所做的工作  14-15
第二章软开关技术和移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器  15-35
  2.1 软开关技术  15-20
    2.1.1 软开关技术的提出  15-16
    2.1.2 软开关技术的实现  16-18
    2.1.3 软开关电路的分类  18-20
  2.2 全桥(FULL-BRIDGE)直流变换器  20-22
    2.2.1 全桥逆变器  20-22
    2.2.2 全桥直流变换器中直流分量的抑制  22
  2.3 移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器  22-34
    2.3.1 变换器的工作原理  24-26
    2.3.2 两个桥臂实现ZVS的差异  26-27
    2.3.3 副边占空比的丢失与死区时间分析  27-28
    2.3.4 变换器的改进与比较  28-34
  2.4 小结  34-35
第三章 10KW激光充电电源系统的设计  35-58
  3.1 开关电源的主电路设计  35-40
    3.1.1 高频变压器的设计  36-37
    3.1.2 滤波电感的设计  37-38
    3.1.3 谐振电感的设计  38
    3.1.4 输出滤波电容和隔直电容的设计  38-39
    3.1.5 输出整流电路的设计  39-40
  3.2 开关电源的控制电路  40-45
    3.2.1 PWM集成控制器的选取  40-41
    3.2.2 PWM集成控制器控制模式的选取  41-43
    3.2.3 PWM集成控制器控制的电路设计  43-45
  3.3 开关电源的功率开关管的驱动  45-50
    3.3.1 功率开关管的工作特性及其驱动要求  45-46
    3.3.2 HCPL-316J的工作原理及其优点  46-48
    3.3.3 HCPL-316J驱动电路的设计  48-50
  3.4 实验分析及仿真模拟  50-57
    3.4.1 控制电路的实验分析  50-53
    3.4.2 驱动电路的实验分析  53-55
    3.4.3 充电系统的仿真模拟与分析  55-57
  3.5 总结与展望  57-58
参考文献  58-61
发表论文和参加科研情况说明  61-62
致谢  62

长脉冲Nd：YAG激光治疗仪的高功率激光电源研制

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