專利名稱：一種高重復率全固態高壓脈沖發生器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓脈沖發生裝置，具體為一種高重復率全固態高壓脈沖發生
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背景技術：
放電激勵準分子激光器廣泛應用于工業、醫療和科研等領域。放電激勵準分子激光器的工作特性決定泵浦系統必須具有較高的功率密度和較短的激勵脈沖上升時間。 KrF, ArF等準分子激光泵浦峰值功率密度一般在MW/cm3量級，激勵脈沖上升時間一般少于 150ns。準分子器件一般采用間流管釋放高壓儲能電容器中的能量來產生快速放電激勵。基于閘流管的高壓脈沖發生器優點是結構緊湊、主放電回路簡單，但其關鍵部件氫閘流管的壽命有限，典型使用壽命只有約IO9次脈沖，且閘流管價格昂貴，更換不便。此外，閘流管電路還有回路殘余振蕩大，需要預熱時間，老化后容易誤導通等缺點。因此，在半導體光刻、微加工等高重復率激光系統中，這類高壓脈沖發生器不能滿足使用需求。
發明內容
本發明的目的是提供一種高重復率全固態高壓脈沖發生器，以解決現有技術準分子激光器采用間流管產生放電激勵，因間流管壽命短，更換不便，且間流管電路在工作時回路殘余振蕩大，需要預熱時間，老化后容易誤導通等缺陷而影響準分子激光器整體工作性能的問題。為達到上述目的，本發明采用的技術方案為
一種高重復率全固態高壓脈沖發生器，包括直流電源、諧振充電電路、儲能電容器、升壓脈沖變壓器、磁脈沖壓縮開關電路，所述直流電源與濾波電容并聯后接入諧振充電電路， 所述諧振充電電路連接儲能電容器后再連接在濾波電容兩端，所述升壓脈沖變壓器的初級線圈兩端連接在儲能電容器兩端，所述升壓脈沖變壓器的次級線圈接入磁脈沖壓縮開關電路，其特征在于所述磁脈沖壓縮開關電路包括三個相互并聯的電容C2、C3、Cd，所述電容 C2、C3、Cd的低電位端接地，所述電容C2與電容C3的高電位端間連接有磁脈沖壓縮開關 MS1，所述電容C3與電容Cd的高電位端間連接有磁脈沖壓縮開關MS2，所述電容C2的高電位端通過二極管D2連接在升壓脈沖變壓器的次級線圈的一端，所述電容C2的低電位端連接在升壓脈沖變壓器的次級線圈的另一端，所述電容Cd兩端還并聯有輸出端Ec、fe。所述的一種高重復率全固態高壓脈沖發生器，其特征在于所述諧振充電電路由電感L、開關Si、二極管Dl依次串聯構成，所述諧振充電電路的電感端與直流電源的正極連接，所述諧振充電電路的二極管端通過儲能電容器與直流電源的負極連接。所述的一種高重復率全固態高壓脈沖發生器，其特征在于所述升壓脈沖變壓器的初級線圈兩端通過開關S2與儲能電容器兩端連接，所述升壓脈沖變壓器的次級線圈通過接入磁脈沖壓縮開關電路。本發明的有益效果為本發明采用功率半導體開關結合磁脈沖壓縮開關的方法產生高壓快速脈沖來代替閘流管，半導體開關的壽命比間流管高3個數量級以上，磁脈沖開關在長期高重復率條件下性能無明顯下降，因此本發明相比采用閘流管的準分子激光器壽命較長，本發明為全固態高壓脈沖發生器，因此回路放電不會產生殘余能量振蕩，使激光頭壽命明顯延長。功率半導體開關無需預熱，避免了預熱等待時間，且功率半導體開關和磁脈沖壓縮開關不易老化，不存在間流管老化產生誤導通現象。
圖1為本發明的電路原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明包括直流電源、諧振充電電路、儲能電容器、升壓脈沖變壓器、 磁脈沖壓縮開關電路，直流電源與濾波電容并聯后接入諧振充電電路，諧振充電電路連接儲能電容器后再連接在濾波電容兩端，升壓脈沖變壓器的初級線圈兩端連接在儲能電容器兩端，升壓脈沖變壓器的次級線圈接入磁脈沖壓縮開關電路，磁脈沖壓縮開關電路包括三個相互并聯的電容C2、C3、Cd，電容C2、C3、Cd的高電位端接地，電容C2與電容C3的低電位端間連接有磁脈沖壓縮開關MS1，電容C3與電容Cd的低電位端間連接有磁脈沖壓縮開關 MS2，電容C2的低電位端通過二極管D2連接在升壓脈沖變壓器的次級線圈的一端，電容C2 的高電位端連接在升壓脈沖變壓器的次級線圈的另一端，電容Cd兩端還并聯有輸出端Ec、 Ea0諧振充電電路由電感L、開關Si、二極管Dl依次串聯構成，諧振充電電路的電感端與直流電源的正極連接，諧振充電電路的二極管端通過儲能電容器與直流電源的負極連接。升壓脈沖變壓器的初級線圈兩端通過開關S2與儲能電容器兩端連接，升壓脈沖變壓器的次級線圈通過接入磁脈沖壓縮開關電路。直流電源連接濾波電容，通過諧振充電電路對儲能電容器進行倍壓充電，再通過半導體開關放電形成低壓寬脈沖，再經過脈沖變壓器進行升壓，高壓寬脈沖再經過兩級磁脈沖壓縮開關壓縮后形成高壓窄脈沖，輸出到激光放電電極兩端，從而實現對激光光工作氣體的放電激勵。如圖1 所示，電路中 C0=200uF, Cl=2. 5uF, C2=C3=10nF，Cd=8nF。直流電源輸出電壓為500-700V，CO為一大容值濾波電容。C0、L、S1、D1、C1串聯在一起構成LC諧振倍壓充電回路，通過控制Sl的斷開和閉合，Cl可以被充電到最高近1400V。開關S2導通，儲能電容器Cl通過脈沖變壓器對C2充電。脈沖變壓器T是變比為 1 :16的升壓脈沖變壓器，其耦合系數較高，漏感很小。由于受開關管能力限制，此能量轉移過程一般在數微秒，這里設計為5ys左右。D2是止回二極管。在C2電壓逐漸升高過程中， 磁脈沖壓縮開關MSl處于非飽和狀態，可近似認為斷路；當C2電壓達到最高時，MSl正好飽和，此時MSl近似為一空心小電感，C2快速向C3放電。同理，經過MS2的壓縮過程，電容Cd 上的電壓上升時間達到約100ns，最后電極對工作氣體數十納秒快速放電泵浦產生準分子激光。
權利要求
1.一種高重復率全固態高壓脈沖發生器，包括直流電源、諧振充電電路、儲能電容器、 升壓脈沖變壓器、磁脈沖壓縮開關電路，所述直流電源與濾波電容并聯后接入諧振充電電路，所述諧振充電電路連接儲能電容器后再連接在濾波電容兩端，所述升壓脈沖變壓器的初級線圈兩端連接在儲能電容器兩端，所述升壓脈沖變壓器的次級線圈接入磁脈沖壓縮開關電路，其特征在于所述磁脈沖壓縮開關電路包括三個相互并聯的電容C2、C3、Cd，所述電容C2、C3、Cd的高電位端接地，所述電容C2與電容C3的低電位端間連接有磁脈沖壓縮開關MSl，所述電容C3與電容Cd的低電位端間連接有磁脈沖壓縮開關MS2，所述電容C2的低電位端通過二極管D2連接在升壓脈沖變壓器的次級線圈的一端，所述電容C2的高電位端連接在升壓脈沖變壓器的次級線圈的另一端，所述電容Cd兩端還并聯有輸出端Ec、Ea。
2.根據權利要求1所述的一種高重復率全固態高壓脈沖發生器，其特征在于所述諧振充電電路由電感L、開關Si、二極管Dl依次串聯構成，所述諧振充電電路的電感端與直流電源的正極連接，所述諧振充電電路的二極管端通過儲能電容器與直流電源的負極連接。
3.根據權利要求1所述的一種高重復率全固態高壓脈沖發生器，其特征在于所述升壓脈沖變壓器的初級線圈兩端通過開關S2與儲能電容器兩端連接，所述升壓脈沖變壓器的次級線圈通過接入磁脈沖壓縮開關電路。
全文摘要
本發明公開了一種高重復率全固態高壓脈沖發生器，包括直流電源、諧振充電電路、儲能電容器、升壓脈沖變壓器、磁脈沖壓縮開關電路，直流電源與濾波電容并聯后接入諧振充電電路，諧振充電電路連接儲能電容器后再連接在濾波電容兩端，升壓脈沖變壓器的初級線圈兩端連接在儲能電容器兩端，升壓脈沖變壓器的次級線圈接入磁脈沖壓縮開關電路。本發明采用功率半導體開關結合磁脈沖壓縮開關的方法產生高壓快速脈沖來代替閘流管，用于放電激勵氣體激光器，能避免閘流管器件帶來的缺點，滿足準分子激光器高重復率、長壽命運行需求。
文檔編號H01S3/09GK102447213SQ201110406899
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者余吟山, 方曉東, 梁勖, 游利兵, 王慶勝 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所