使用高压反激式转换器提高转换效率

该设计理念显着提高了用于闪光灯泵浦脉冲固态激光源的基于外部驱动反激式转换器的电容器充电单元的转换效率。在闪光泵浦脉冲固态激光源中，储能电容器被充电至高电压，这取决于它在放电时要传递给闪光灯的能量大小。

反激式转换器拓扑非常适合电容充电电源设计。传统的反激式转换器电路采用电压反馈来实现所需的输出电压，以及用于电压调节的脉冲宽度调制，由于以下原因，不能用于容性负载的情况：

在反激式转换器中，能量在开关器件的导通期间存储，并在关断期间传输。需要大量的存储和传输循环才能将储能电容器充电至所需值。

对于给定的存储能量，每次传输中的能量传输都会以一定的电压步长为电容器充电，随着电容器两端电压的增加，其大小会不断减小。结果，所需的关断时间从初始最大值变为在最后一个存储和传输周期中的最小值，该周期将负载带到其最终电压。任何使用固定开关频率设计转换器的尝试都会导致效率降低。在较高开关频率的情况下，在较早的充电阶段能量传输将是不完整的。这可能导致连接在初级侧的电路元件损坏。由于剩余磁通，还有可能导致磁芯饱和。在开关频率较低的情况下，

我们采用了一种基于闭环反馈系统的设计方法，可确保在输入波形的所有单独周期中完成能量传输。事实上，该系统始终监控储能电容器电压的状态。缩短每个周期时间，保持准时固定。即，根据能量转移过程的要求减少关断时间。因此，我们拥有确保最快充电时间以及最佳变压器设计的理想情况。

此处显示的电路是基于反激式转换器的电容器充电单元的电路，用于以 20Hz 工作的 Q 开关 Nd-YAG 激光器。该设计在不到 50ms 的时间内以 15 焦耳的所需能量为 30µF 的储能电容器 (ESC) 充电，以确保在 20Hz 下运行。

该电路以外部驱动的反激配置运行。能量在开关 MOSFET 导通期间存储，并在其切换到关断状态期间传输到储能电容器。每次将能量传输到次级电路时，输出电容器都会以一定的电压阶跃充电。该阶跃的幅度随着电容器两端电压的增加而减小。开关器件关断时间的减少遵循与电容器两端电压累积相同的模式。感测储能电容器两端的电压并产生控制 电压VS。该电压被馈送到减法器 U2 VFC32，该减法器 U2：VFC32 减去负参考电压 V REF 1 从控制电压。减法器的输出为 V R = V S – V REF 1，馈入电压频率转换器 (VFC) U1;因此，工作频率随电容器两端的电压线性变化。

最初，当 ESC 未充电时，输出电压为零且 V S = V S(min) = 0V。在 U2 的输出端，我们有小的正电压(V R(min) 或 -V REF1)。

该电压决定了 VFC 输出的初始周期。该输出进入单稳态多谐振荡器 U5 以实现固定的导通时间。随着 ESC 电压的增加，VFC 转换器的控制电压增加，从而减少了关断时间。电压检测回路将 V C (输出电压的一部分)与参考电压 V REF2进行比较 ，以生成用于单稳态电路的复位脉冲，从而实现所需的输出电压。

该装置还具有淬火转换器的功能，可防止闪光灯的“余辉”。为了使闪光灯熄灭，必须在闪光灯发出命令的瞬间将 ESC 的充电禁用几毫秒。这是通过在此期间推迟 U5 来实现的。释抑是通过触发命令脉冲触发第二个单稳态 U7 来产生的。EOC 输出指示充电过程已完成。