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、預燃和高壓放電三階段，其工作過程比較復雜，是一種非穩態的氣體放電。起輝階段，放電首先在石英管內壁接近觸發絲處產生電離通道，氣體由于與電子碰撞而被加熱，燈內的氙氣迅速電離，發生輝光放電。脈沖變壓器T、電容C2 、可控硅VT2 和電阻R2 構成起輝電路，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 的副端產生5kV左右的起輝電壓，氙燈光源在很強的軸向電場及觸發高壓脈沖作用下，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，從而氙燈光源出現弧光頻閃現象。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。它主要由光源的結構和點燈電路決定。現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，發光效率為40lm/W。

　　在傳統的氙燈光源起輝預燃系統中，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，通過串聯諧振得到高壓起輝電壓；預燃階段，通過調整占空比恒流輸出維持電流（約100mA）。

　　氙燈光源的優點是能解決光亮度與伴隨熱量的矛盾。它放電時發出強烈的光，但閃光持續時間很短，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象出現。本文根據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構，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。試驗結果表明，該電源效率較高，工作可靠，運行穩定，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象。