可移动高能脉冲固体激光器直驱式电源系统研究

可移动高能脉冲固体激光系统，面临的一个主要问题是电源小型化。目前激光泵浦氙灯脉冲电源采用电容器储能，包含高压充电机、电容器组、充放电开关等多个部件。由于电容器组式脉冲电源储能密度低、部件多，使装置体积大、重量大，严重制约了其应用和发展。本研究试图以基于波形可以调控的高密度惯性储能的补偿脉冲发电机直驱式电源系统模式取代低密度电场储能、基于电容器组的现有电源系统模式，实现激光器紧凑、小型化、可移动的目标。补偿脉冲发电机集能量存储、能量转换和脉冲成形于一体，可以用单一部件取代常规系统中的高压发电机、高压充电机、电容器组和脉冲成形网络等多个部件，实现由发电机到脉冲氙灯的直接驱动。本质的问题是要研究补偿脉冲发电机与脉冲氙灯负载之间的特性参数匹配关系，建立一套根据固体激光器脉冲氙灯对电源输出参数要求而设计配套补偿脉冲发电机电源系统的理论。最后，通过直驱式模型系统的研制与实验研究，来验证理论研究的结果。

可移动高能脉冲固体激光系统，面临的一个主要问题是电源小型化。目前激光泵浦氙灯脉冲电源采用电容器储能，包含高压发电机、电容器组、充放电开关等多个部件。由于电容器组式脉冲电源储能密度低、部件多，使装置体积大、重量大，严重制约了其应用和发展。本研究试图以基于波形可以调控的高密度惯性储能的补偿脉冲发电机直驱式电源系统模式取代低密度电场储能、基于电容器组的现有电源系统模式，实现激光器紧凑、小型化、可移动的目标。补偿脉冲发电机集能量转换、能量存储和脉冲成形于一体，可以用单一部件取代常规系统中的高压发电机、充电电路、电容器组和脉冲成形网络等多个部件，实现由发电机到脉冲氙灯的直接驱动。经过本项目的研究，详细分析了脉冲氙灯的负载特性及其与其结构参数的关系，研究得出了主动补偿式脉冲发电机比较适合于直接驱动脉冲氙灯，并采取场、路及其相结合的多种分析方法，结合系统模型的构建和电机的设计，进行了全系统的性能仿真研究。在此基础上加工制造出能满足脉冲能量输出要求的主动补偿脉冲发电机样机并搭建了直驱式电源系统，实验结果证明了该方案的可行性。通过该项目的研究，得出了直接驱动脉冲氙灯负载下的脉冲发电机及其脉冲氙灯负载系统的分析与优化设计理论与方法。