氙燈光源的工作分為起輝、預燃和高壓放電三階段,其工作過程比較復雜,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VT2 關斷時,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VT2導通時,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;預燃階段,當輸進的能量足夠大時,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燃回路;高壓放電階段,氙燈光源為弧光放電,當VT1 關斷時,電壓U3 向電容C1 充電,當VT1 導通時,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峰值光強所對應的時間間隔,稱為脈沖寬度。它主要由光源的結(jié)構(gòu)和點燈電路決定?,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109lm,閃光重復頻率為1~106次/分,工作壽命達106次以上,發(fā)光效率為40lm/W。
在傳統(tǒng)的氙燈光源起輝預燃系統(tǒng)中,起輝階段和預燃階段分別需要電壓源,如圖1所示,U1為起輝電壓,U2為預燃電壓,從而增加了電源設計的復雜性。新型氙燈光源起輝預燃電源采用PWM技術控制,起輝和預燃階段共用一個電源,起輝時為電壓源,預燃時為恒流源。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)點是能解決光亮度與伴隨熱量的矛盾。它放電時發(fā)出強烈的光,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,進步光電轉(zhuǎn)換效率,在重復率較低的情況下,一般需要在脈沖大電放逐電之前加上預燃電流。假如采用傳統(tǒng)的工頻變壓器式預燃電路,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燃的電源結(jié)構(gòu),并研制了氙燈光源的預燃電源。該電源采用PWM技術控制,起輝和預燃階段共用一個電源,起輝時為電壓源,預燃時為恒流源。試驗結(jié)果表明,該電源效率較高,工作可靠,運行穩(wěn)定,氙燈光源有效地解決了因放電電容的殘余能量導致的不正常放電現(xiàn)象。