專利名稱：一種電感電容正弦變換CO₂激光電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以DSP為核心控制芯片、利用電感電容正弦變換產(chǎn)生適合于C02激光
管負(fù)載特性的激勵(lì)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種電感電容正弦變換co2激光電源。
背景技術(shù)：
目前，中國(guó)激光行業(yè)發(fā)展迅猛，激光廣泛應(yīng)用于焊接、切割、打標(biāo)、劃片、刻膜等各 個(gè)領(lǐng)域；而激光電源的發(fā)展已成為制約激光行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸，工作可靠性不夠高， 輸出不夠穩(wěn)定是當(dāng)前市場(chǎng)上常見激光電源比較普遍的問題。主要原因在于多數(shù)產(chǎn)品采用的 主電路拓?fù)渑c(A激光管的負(fù)載特性不相適應(yīng)，造成電源易損壞，影響系統(tǒng)正常工作。同時(shí)， 由于負(fù)載(A激光管易發(fā)生漏氣，破損等異常問題，也易造成電源的損壞。另外，其產(chǎn)品基 本上都是采用模擬電路控制，其控制精度和響應(yīng)速度都難于滿足系統(tǒng)的高精度要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種采用DSP為核心控制器和電感電容正弦變換電路的技 術(shù)方案的電感電容正弦變換C02激光電源。 本發(fā)明一種電感電容正弦變換0)2激光電源，包括驅(qū)動(dòng)電路、激光輸出控制電路、 電流采樣電路，還有主電路單元中采用電感電容正弦變換電路，數(shù)字化處理電流反饋信號(hào) 的DSP控制器。 主電路單元，包括整流濾波電路、半橋逆變電路、電感電容正弦變換電路和高壓 變換電路。 電感電容正弦變換電路，由電感(L3)、電容(C10)、高壓包(T2)組成；其中高壓包 (T2)原邊輸入兩抽頭分別與電容(C10)兩引腳相連接，高壓包(T2)原邊的第l抽頭同時(shí)與 電感(L3)的第2抽頭相連接。 DSP控制器，電流反饋電路由運(yùn)算放大器(U3)及相關(guān)外圍器件組成，電流反饋信 號(hào)經(jīng)電流反饋單元輸入DSP控制單元進(jìn)行數(shù)字化處理。
DSP控制器為TMS320LF2401數(shù)字信號(hào)處理器。 主電路單元，包括220V交流電經(jīng)過保險(xiǎn)絲(Fl)和防浪涌的熱敏電阻(Rl)接入； 再由電容(C1、C2、C3、C4)以及電感(Ll)組成的濾波電路進(jìn)行濾波后，由整流橋(VI)變換 成300V左右的直流電；電容(C5、C6)和功率管(Q1、Q2)組成半橋逆變電路，放電電阻(R4、 R5)分別與電容(C5、C6)并聯(lián)，續(xù)流二極管(D1、D2)分別與功率管(Q1、Q2)并聯(lián)；電阻(R10) 與電容(C7)串聯(lián)后再并聯(lián)在功率管(Ql)兩端，電阻(R11)與電容(C8)串聯(lián)后再并聯(lián)在功 率管(Q2)兩端；電感(L3)和電容(C10)串聯(lián)組成電感電容正弦變換電路，(L3)另一端與電 感(L2)相連，電容(C10)另一端與隔直電容(C9)連接，電容(C9)另一端與橋臂電容(C5、 C6)的連接點(diǎn)相接，高壓包(T2)并聯(lián)在電容(C10)上。 驅(qū)動(dòng)電路，包括電阻(R5、R6) —端接DSP控制器中輸出P麗波的信號(hào)腳，另一端 與三極管(T1、T4)的基極相接；三極管(T1、T4)和電阻(R8、R9)為放大電路，三極管(Tl)的集電極與電阻(R8)的一端和三極管(T2、 T3)的基極相接，三極管(T4)的集電極與電阻 (R9)的一端和三極管(T5、T6)的基極相接，三極管(T1、T4)的發(fā)射極接地；電阻(R7) —端 接驅(qū)動(dòng)電源，另一端與三極管(T2、T3、T5、T6)分別組成的兩個(gè)推挽電路相連，二極管(D4、 D5、D6、D7)分別并聯(lián)在三極管(T2、T3、T5、T6)的集電極與發(fā)射極；電容(C28、C29)的一端 分別與二極管(D5、D7)的陰極相接，另一端與驅(qū)動(dòng)模塊(U4)的4、6腳分別相接。
激光輸出控制電路，包括電阻(R25、 R26)和電容(C30、 C31)分別組成兩組激光 電源輸出的啟停控制電路；電阻(R25、R26) —端與電源相接，另一端與DSP控制芯片的信號(hào) 腳相接；電容(C30、 C31) —端與DSP控制器的信號(hào)腳相接，另一端接地；二極管(D8)陽(yáng)極 接能量控制電壓，負(fù)極接分壓電阻(R12)，電阻(R12)的另一端接DSP控制器的A/D采樣口 ； 電容(C12、C13)和電阻(R13)的一端接DSP的A/D采樣口，另一端接地；二極管(D9)的陰 極接DSP控制器的A/D采樣口 ，陽(yáng)極接地。 電流采樣電路，由運(yùn)算放大器(U3)、電容(C14、 C15、 C16、 C17)，電阻(R14、 R15、 R16)和磁珠(L2)、穩(wěn)壓管(DIO、 Dll)組成；電流反饋信號(hào)經(jīng)電阻(R14)輸入運(yùn)算放大器 (U3)第6腳，運(yùn)算放大器(U3)第5腳接地；電阻(R15)的一腳與運(yùn)算放大器(U3)第6腳 連接，另一腳與運(yùn)算放大器(U3)第7腳連接；電容(C14)的一腳與運(yùn)算放大器(U3)第6腳 連接，另一腳與運(yùn)算放大器(U3)第7腳連接；電容(C15)的一腳與運(yùn)算放大器的第7腳連 接，另一腳接地；磁珠(L2)的一腳與運(yùn)算放大器的第7腳連接，另一腳與穩(wěn)壓管(D10、D11) 的陰極相接，穩(wěn)壓管(D10、D11)陽(yáng)極接地；電容(C16) —腳與穩(wěn)壓管(D10)的陰極相接，另 一腳接地；電容(C17) —腳與穩(wěn)壓管(D10)的陰極相接，另一腳接地；電阻(R16) —腳與穩(wěn) 壓管(D10)的陰極相接，另一腳接地。 本發(fā)明一種電感電容正弦變換C02激光電源是這樣實(shí)現(xiàn)的利用功率管(Ql、 Q2) 組成的半橋電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高頻變換，電感(L3)、電容(C10)采用串聯(lián)的方式，對(duì)高頻變 換的電能具有正弦諧振的作用，使輸出端獲得與輸入端電壓成正比、與負(fù)載阻抗變化無關(guān) 的電流；電源內(nèi)部利用DSP控制器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的控制，對(duì)激光管上的負(fù)載電流進(jìn)行監(jiān)控， 如果激光管出現(xiàn)漏氣或破損，軟件中能及時(shí)判斷出異?，F(xiàn)象，并迅速切斷電源的輸出，對(duì)電 源和激光設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)保護(hù)。 本發(fā)明一種電感電容正弦變換C02激光電源的優(yōu)點(diǎn)是 1)電感電容的正弦變換電路使輸出端能獲得與輸入端電壓成正比、與負(fù)載阻抗變 化無關(guān)的電流，能很好的滿足C02激光管的負(fù)載特性，為激光管的正常工作提供相匹配的能 量供給； 2)通過DSP控制器對(duì)負(fù)載電流的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)C02激光管是否異常并實(shí)時(shí)處理， 防止因其異常而損壞激光電源； 3)全數(shù)字化的控制，保證電源的控制精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好。


圖1為一種電感電容正弦變換C02激光電源的原理框圖。 圖2為主電路單元的電路原理圖。 圖3為驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖。 圖4為激光輸出控制電路的電路原理圖。
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圖5為電流采樣電路的電路原理圖。
圖6為DSP控制器電路的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1-6所示，一種電感電容正弦變換0)2激光電源，包括驅(qū)動(dòng)電路、激光輸出 控制電路、電流采樣電路，還有主電路單元中采用電感電容正弦變換電路，數(shù)字化處理電流 反饋信號(hào)的DSP控制器。 主電路單元，包括整流濾波電路、半橋逆變電路、電感電容正弦變換電路和高壓 變換電路。 電感電容正弦變換電路，由電感(L3)、電容(C10)、高壓包(T2)組成；其中高壓包 (T2)原邊輸入兩抽頭分別與電容(C10)兩引腳相連接，高壓包(T2)原邊的第l抽頭同時(shí)與 電感(L3)的第2抽頭相連接。 DSP控制器，電流反饋電路由運(yùn)算放大器(U3)及相關(guān)外圍器件組成，電流反饋信 號(hào)經(jīng)電流反饋單元輸入DSP控制器進(jìn)行數(shù)字化處理。
DSP控制器為TMS320LF2401數(shù)字信號(hào)處理器。 主電路單元，包括220V交流電經(jīng)過保險(xiǎn)絲(Fl)和防浪涌的熱敏電阻(Rl)接入； 再由電容(C1、C2、C3、C4)以及電感(Ll)組成的濾波電路進(jìn)行濾波后，由整流橋(VI)變換 成300V左右的直流電；電容(C5、C6)和功率管(Q1、Q2)組成半橋逆變電路，放電電阻(R4、 R5)分別與電容(C5、C6)并聯(lián)，續(xù)流二極管(D1、D2)分別與功率管(Q1、Q2)并聯(lián)；電阻(R10) 與電容(C7)串聯(lián)后再并聯(lián)在功率管(Ql)兩端，電阻(R11)與電容(C8)串聯(lián)后再并聯(lián)在功 率管(Q2)兩端；電感(L3)和電容(C10)串聯(lián)組成電感電容正弦變換電路，(L3)另一端與電 感(L2)相連，電容(C10)另一端與隔直電容(C9)連接，電容(C9)另一端與橋臂電容(C5、 C6)的連接點(diǎn)相接，高壓包(T2)并聯(lián)在電容(C10)上，電阻(R8)的一端與電阻(R9)的一端 相接，電阻(R8)的另一端與驅(qū)動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)模塊(U4)的1腳相接，電阻(R9)的另一端 與驅(qū)動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)模塊(U4)的2腳相接，電阻(R6)的一端與電阻(R7)的一端相接，電 阻(R6)的另一端與驅(qū)動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)模塊(U4)的9腳相接，電阻(R9)的另一端與驅(qū)動(dòng)電 路中的驅(qū)動(dòng)模塊(U4)的8腳相接。 驅(qū)動(dòng)電路，包括電阻(R5、R6) —端分別與DSP控制器電路中(Ul)的10、12腳，另 一端與三極管(Tl、 T4)的基極相接；三極管(Tl、 T4)和電阻(R8、 R9)為放大電路，三極管 (Tl)的集電極與電阻(R8)的一端和三極管(T2、T3)的基極相接，三極管(T4)的集電極與 電阻(R9)的一端和三極管(T5、T6)的基極相接，三極管(T1、T4)的發(fā)射極接地；電阻(R7) 一端接驅(qū)動(dòng)電源，另一端與三極管(T2、 T3、 T5、 T6)分別組成的兩個(gè)推挽電路相連，二極管 (D4、D5、D6、D7)分別并聯(lián)在三極管(T2、T3、T5、T6)的集電極與發(fā)射極；電容(C28、C29)的 一端分別與二極管(D5、D7)的陰極相接，另一端與驅(qū)動(dòng)模塊(U4)的4、6腳分別相接。
激光輸出控制電路，包括電阻(R25、 R26)和電容(C30、 C31)分別組成兩組激光 電源輸出的啟?？刂齐娐?；電阻(R25、R26) —端與電源相接，另一端與DSP控制器的信號(hào)腳 相接；電容(C30、C31) —端分別與DSP控制器電路中(Ul)的28、27腳相接，另一端接地； 二極管(D8)陽(yáng)極接能量控制電壓，負(fù)端接分壓電阻(R12)，電阻(R12)的另一端接DSP控制 器電路中(Ul)的29腳相接；電容(C12、C13)和電阻(R13)的一端接DSP的A/D采樣口 ，另
5一端接地；二極管(D9)的陰極接DSP控制器的A/D采樣口，陽(yáng)極接地。
電流采樣電路，由運(yùn)算放大器(U3)、電容(C14、 C15、 C16、 C17)，電阻(R14、 R15、 R16)和磁珠(L2)、穩(wěn)壓管(DIO、 Dll)組成；電流反饋信號(hào)經(jīng)電阻(R14)輸入運(yùn)算放大器 (U3)第6腳，運(yùn)算放大器(U3)第5腳接地；電阻(R15)的一腳與運(yùn)算放大器(U3)第6腳 連接，另一腳與運(yùn)算放大器(U3)第7腳連接；電容(C14)的一腳與運(yùn)算放大器(U3)第6腳 連接，另一腳與運(yùn)算放大器(U3)第7腳連接；電容(C15)的一腳與運(yùn)算放大器的第7腳連 接，另一腳接地；磁珠(L2)的一腳與運(yùn)算放大器的第7腳連接，另一腳與穩(wěn)壓管(D10、D11) 的陰極相接，穩(wěn)壓管(D10、D11)陽(yáng)極接地；電容(C16) —腳與穩(wěn)壓管(D10)的陰極相接，另 一腳接地；電容(C17) —腳與穩(wěn)壓管(D10)的陰極相接，另一腳接地；電阻(R16) —腳與穩(wěn) 壓管(D10)的陰極相接，并與DSP控制器電路中數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的17腳相接，另一腳 接地。 DSP控制器電路，由數(shù)字信號(hào)處理器TMS320LF2401組成，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的 10腳與驅(qū)動(dòng)電路中的電阻R5相接，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的12腳與驅(qū)動(dòng)電路中的電阻R6 相接，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的28腳與激光輸出控制電路中的電容(C30)的一端相接，數(shù)字 信號(hào)處理器(Ul)的27腳與激光輸出控制電路中的電容(C31)的一端相接，數(shù)字信號(hào)處理 器(Ul)的29腳與激光輸出控制電路中的電容(R12)的一端相接，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的 17腳與電流采樣電路中的電阻(R16)的一端相接。
權(quán)利要求
一種電感電容正弦變換CO2激光電源，包括驅(qū)動(dòng)電路、激光輸出控制電路和電流采樣電路，其特征在于還有主電路和DSP控制器電路，主電路單元中采用電感電容正弦變換電路，數(shù)字化處理電流反饋信號(hào)的DSP控制器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感電容正弦變換C02激光電源，其特征在于主電路單元，包括整流濾波電路、半橋逆變電路、電感電容正弦變換電路和高壓變換電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感電容正弦變換(A激光電源，其特征在于電感電容正弦變換電路，由電感(L3)、電容(C10)、高壓包(T2)組成；其中高壓包(T2)原邊輸入兩抽頭分別與電容(CIO)兩引腳相連接，高壓包(T2)原邊的第l抽頭同時(shí)與電感(L3)的第2抽頭相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感電容正弦變換C02激光電源，其特征在于DSP控制器電路，由數(shù)字信號(hào)處理器TMS320LF2401組成，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的IO腳與驅(qū)動(dòng)電路中的電阻R5相接，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的12腳與驅(qū)動(dòng)電路中的電阻R6相接，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的28腳與激光輸出控制電路中的電容(C30)的一端相接，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的27腳與激光輸出控制電路中的電容(C31)的一端相接，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的29腳與激光輸出控制電路中的電阻(R12)的一端相接，數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)的17腳與電流采樣電路中的電阻(R16)的一端相接。
全文摘要
一種電感電容正弦變換CO2激光電源，包括驅(qū)動(dòng)電路、激光輸出控制電路、電流采樣電路，還有主電路和DSP控制器電路，主電路單元中采用電感電容正弦變換電路，數(shù)字化處理電流反饋信號(hào)的DSP控制器。其優(yōu)點(diǎn)是電感電容的正弦變換電路使輸出端能獲得與輸入端電壓成正比、與負(fù)載阻抗變化無關(guān)的電流，能很好的滿足CO2激光管的負(fù)載特性，為激光管的正常工作提供相匹配的能量供給；通過DSP控制器對(duì)負(fù)載電流的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)CO2激光管是否異常，防止因其異常而損壞激光電源；全數(shù)字化的控制，保證電源的控制精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)H01S3/09GK101741002SQ20091027338
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者曹敏, 李勇, 王震, 肖剛 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七○九研究所