解決光亮度與伴隨熱量的矛盾的方法-氙燈光源

氙燈光源的工作分為起輝、預(yù)燃和高壓放電三階段，其工作過程比較復(fù)雜，是一種非穩(wěn)態(tài)的氣體放電。起輝階段，放電首先在石英管內(nèi)壁接近觸發(fā)絲處產(chǎn)生電離通道，氣體由于與電子碰撞而被加熱，燈內(nèi)的氙氣迅速電離，發(fā)生輝光放電。脈沖變壓器T、電容C2 、可控硅VT2 和電阻R2 構(gòu)成起輝電路，當(dāng)VT2 關(guān)斷時，電壓U1通過電阻R2給電容C2 充電，在電容C2 上存儲能量，通常U1 為1kV左右，充電時間很短。當(dāng)VT2導(dǎo)通時，電容C2 和脈沖變壓器T的電感諧振放電，在變壓器T 的副端產(chǎn)生5kV左右的起輝電壓，氙燈光源在很強(qiáng)的軸向電場及觸發(fā)高壓脈沖作用下，氣體被擊穿，形成放電通道；預(yù)燃階段，當(dāng)輸進(jìn)的能量足夠大時，電極加熱到具有一定的熱發(fā)射能力，燈管中的氣體則由輝光放電過渡到弧光放電。此時，氙燈光源可近似為一電阻，電壓U2 通過電阻R1 和二極管D 加到氙燈光源兩端形成預(yù)燃回路；高壓放電階段，氙燈光源為弧光放電，當(dāng)VT1 關(guān)斷時，電壓U3 向電容C1 充電，當(dāng)VT1 導(dǎo)通時，電容C1 向氙燈光源放電，從而氙燈光源出現(xiàn)弧光頻閃現(xiàn)象。在高壓放電階段，預(yù)燃電路一直給氙燈光源提供維持電流（約100mA）。

　　氙燈光源一般由密封在玻璃或石英玻璃體內(nèi)的兩個電極組成,殼體中充以氙等惰性氣體。脈沖光源的閃光持續(xù)是指1/3峰值光強(qiáng)所對應(yīng)的時間間隔,稱為脈沖寬度。它主要由光源的結(jié)構(gòu)和點(diǎn)燈電路決定?，F(xiàn)有脈沖光源的脈沖寬度一般為10-9～10-2s,瞬時亮度可達(dá)1010cd/m2，是除激光外亮度zui高的人造光源，氙燈光源的瞬時光通量可達(dá)109lm，閃光重復(fù)頻率為1～106次／分,工作壽命達(dá)106次以上，發(fā)光效率為40lm/W。

　　在傳統(tǒng)的氙燈光源起輝預(yù)燃系統(tǒng)中，起輝階段和預(yù)燃階段分別需要電壓源，如圖1所示，U1為起輝電壓，U2為預(yù)燃電壓，從而增加了電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。新型氙燈光源起輝預(yù)燃電源采用PWM技術(shù)控制，起輝和預(yù)燃階段共用一個電源，起輝時為電壓源，預(yù)燃時為恒流源。起輝階段，zui大占空比輸出zui高電壓，通過串聯(lián)諧振得到高壓起輝電壓；預(yù)燃階段，通過調(diào)整占空比恒流輸出維持電流（約100mA）。

　　氙燈光源的優(yōu)點(diǎn)是能解決光亮度與伴隨熱量的矛盾。它放電時發(fā)出強(qiáng)烈的光，但閃光持續(xù)時間很短，所以熱量影響較小。由于瞬時光能量大，圖像的層次還原較好。為了延長氙燈光源的壽命，進(jìn)步光電轉(zhuǎn)換效率，在重復(fù)率較低的情況下，一般需要在脈沖大電放逐電之前加上預(yù)燃電流。假如采用傳統(tǒng)的工頻變壓器式預(yù)燃電路，就必須增大濾波電容和大功率限流電阻，增大了電路的體積，電路也輕易因干擾而被誤以為解除預(yù)燃[3]。另外，氙燈光源在工作時，弧光放電時間較長，放電電容的能量開釋不充足而*可能導(dǎo)致放電電容不能正常放電的現(xiàn)象出現(xiàn)。本文根據(jù)氙燈光源的工作原理，提出了一種氙燈光源起輝預(yù)燃的電源結(jié)構(gòu)，并研制了氙燈光源的預(yù)燃電源。該電源采用PWM技術(shù)控制，起輝和預(yù)燃階段共用一個電源，起輝時為電壓源，預(yù)燃時為恒流源。試驗(yàn)結(jié)果表明，該電源效率較高，工作可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，氙燈光源有效地解決了因放電電容的殘余能量導(dǎo)致的不正常放電現(xiàn)象。