激光電源在激光應(yīng)用系統(tǒng)中是非常重要的一部分內(nèi)容，其性能指標(biāo)，特別是功率和穩(wěn)定性指標(biāo)直接影響到激光應(yīng)用的質(zhì)量和效果。傳統(tǒng)的激光電源采用可控硅作為功率開(kāi)關(guān)器件，但是有很多弊端：（1）由于工頻電力網(wǎng)50Hz的電流經(jīng)整流后進(jìn)入可控硅，可控硅觸發(fā)頻率為100Hz，故由于調(diào)整頻率的限制，這種電源的工作穩(wěn)定性不高。（2）這種電源的穩(wěn)定性受電力網(wǎng)波動(dòng)的影響較大。（3）可控硅的觸發(fā)電路主要是控制觸發(fā)相位角的變化，這種電路不易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。因此，在激光應(yīng)用中，改進(jìn)激光電源的性能已在所難免。現(xiàn)在，一種新型的功率開(kāi)關(guān)器件——IGBT正逐漸取代可控硅而作為激光電源的大功率開(kāi)關(guān)管。
絕緣柵雙極管（簡(jiǎn)稱IGBT）集MOSFET和GTR一身，既具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，又具有通態(tài)電壓低、耐壓高和承受電流大等優(yōu)點(diǎn)。它的簡(jiǎn)易符號(hào)如圖1所示。
IGBT是一個(gè)零電壓開(kāi)關(guān)器件．它的開(kāi)通與關(guān)斷由柵極電壓控制。當(dāng)柵極電壓Vge施以正電壓時(shí)，IGBT導(dǎo)通，當(dāng)Vge施以負(fù)電壓時(shí)，IGBT關(guān)斷。其柵極電壓與IGBT的通斷情況如圖2所示。
根據(jù)這一原理，可以根據(jù)柵極電壓的波形占空比的改變來(lái)調(diào)節(jié)從IGBT器件輸出電流的大小當(dāng)柵極電壓信號(hào)占空比增大時(shí)，電流增大．占空比變小時(shí)，電流減小。因此，調(diào)節(jié)柵極電壓可使其占空比隨主電路的輸出電流的變化作自適應(yīng)調(diào)節(jié)，起到恒流調(diào)節(jié)的作用。
IGBT器件在激光電源中的應(yīng)用
近年來(lái)，大功率開(kāi)關(guān)管IGBT在激光電源中被廣泛應(yīng)用，正是由于它便于寬調(diào)制這一優(yōu)點(diǎn)。它在激光電源中的應(yīng)用能滿足激光電源中大功率、高穩(wěn)定性以及高恒流性等特點(diǎn)。圖3是一種應(yīng)用于激光電源的對(duì)IGBT模塊進(jìn)行脈寬調(diào)制的典型電路。
電路中，SG3524是一個(gè)專用的脈寬調(diào)制器，EXB840是一個(gè)專門用于驅(qū)動(dòng)IGBT器件的集成塊。SG3524是一個(gè)功能很強(qiáng)的集成塊，內(nèi)部集成有誤差放大器、振蕩器（鋸齒波發(fā)生器）、比較器和兩只交替輸出的晶體開(kāi)關(guān)管，還具有過(guò)流保護(hù)功能。
SG3524的（1）（2）引腳分別是內(nèi)部誤差放大器的反相、同相輸入端，（6）（7）引腳為內(nèi)部振蕩器的外接定時(shí)元件端，定時(shí)元件R、c，接到第（6）（7）腳上，它們與內(nèi)部其它組件共同構(gòu)成鋸齒波振蕩器。鋸齒波振蕩器在第（3）腳輸出一串固定頻率的三角波，工作頻率為f=1/Rt*Ct。（11）（14）為輸出腳。第（10）腳為封鎖腳、如果送至（10）腳的電平為高電平，則（11）（14）腳輸出的脈沖寬度為零，利用這一特點(diǎn)可作過(guò)流保護(hù)。（9）腳為補(bǔ)償端．它的工作原理為：將通過(guò)霍爾電流傳感器對(duì)輸出主電路的電流值進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到幅值較小的電壓信號(hào)反饋到SG3524誤差放大器的反相輸入端（1）腳，誤差放大器的輸出端連到芯片內(nèi)部比較器的正相輸入端。設(shè)反相輸入端上的電壓值為V1，而鋸齒波發(fā)生器輸出的電壓信號(hào)接到內(nèi)部比較器的反相輸入端，設(shè)此信號(hào)為V2，這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓比較器后就產(chǎn)生一個(gè)方波脈沖系列信號(hào)，并且此方波脈沖系列的占空比隨從（1）腳反饋回的電壓信號(hào)的變化而相應(yīng)增大或變小。它的原理示意圖如圖4所示。
這一方波系列由（11）（14）腳交替輸出，經(jīng)EXB840模塊去驅(qū)動(dòng)IGBT器件。SG3524還具有過(guò)流保護(hù)功能，本電路中的用法如圖3。當(dāng)主電路中有過(guò)流情況時(shí)，EXB840的驅(qū)動(dòng)模塊中與（5）腳相連的光電耦合器的發(fā)光二極管導(dǎo)通，經(jīng)光電耦合后，光電耦合器左側(cè)的晶體三極管導(dǎo)通，因此過(guò)流保護(hù)輸出端上有高電平輸出，將此端接到SG3524的（10）腳，就可以使SG3524輸出端（11）（14）輸出的脈沖寬度為零，IGBT器件立即處于完全截止?fàn)顟B(tài)，起到過(guò)流保護(hù)的作用。
在應(yīng)用中，IGBT的浪涌吸收是非常重要的。由于IGBT處于高速開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此在工作中必然會(huì)伴有電壓浪涌與電流浪涌。由于電壓浪涌、電流浪涌嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)高的電壓和電流而燒壞IGBT器件，故在本電路中采用了浪涌吸收電路，它由電阻、電容和二極管相連組成，其中電阻的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，一般為大功率電阻。
在本電路中，采用具有雙IGBT的模塊，其中一個(gè)IGBT器件只利用其快速恢復(fù)二極管起快速續(xù)流的作用，以防止IGBT高速關(guān)斷時(shí)兩端產(chǎn)生過(guò)高電壓而擊穿IGBT器件。
