[实用新型]单片机控制脉宽和前后沿的IGBT激光泵浦灯电源

说明书

本实用新型属于固体激光电源技术领域。

在工业加工中，对各种不同类型的材料和不同性质的加工所需要的脉冲激光波形就会有所不同。在科学实验中也需要不同波形的激光脉冲。利用激光电源控制泵浦灯放电波形就可控制脉冲激光的波形，两者是密切相关的。

一种控制泵浦灯放电波形的方法是利用LC元件组成的脉冲形成网络（Pulse Forming Network，简称PFN），也叫仿真线储能网络。

图1是一种由PFN组成的脉冲激光电源电原理示意图。

图1中（1）、（3）、…、（5）为PFN电容，（2）、（4）、…、（6）为PFN电感，（7）为泵浦灯，（8）为PFN充电电路，（9）为预燃电路。假定由（1）、（3）、…、（5）和（2）、（4）、…、（6）组成的多节LC储能网络中所有电容和电感值都分别相等，则储能网络对泵浦灯放电的波形基本是前后沿对称的梯形波。随仿真线网络的增多，此梯形脉冲波的脉宽增大，前后沿变陡。通过改变仿真线网络的节数，可实现对脉冲宽度和前后沿的调节。

另外一种控制泵浦灯放电波形的方法是在连续固体激光电源的放电回路中加入直流斩波器件，使泵浦灯工作在矩形波状态，达到脉冲激光输出。

图2是一种以直流斩波方式工作的脉冲激光电源的电原理示意图。

图2中（8）为充电电路，（10）是储能电容，（11）是直流斩波器。直流斩波器可以采用SCR，也可以采用GTO（可关断SCR）、Power MosFET（功率Mos场效应管）、GTR（大功率晶体管）、IGBT（绝缘栅型双极晶体管）。直流斩波器关断一次，泵浦灯放电一次。

但是以上两种方法存在如下缺陷：

1、如用PFN，不能方便地对脉冲宽度和前后沿连续实时控制，只能在整台激光电源断电后方可调整脉宽和前后沿。

2、如用斩波方式，无法调整脉冲的前后沿。

3、如用PFN，电路中有硬触点接头，调整脉宽和前后沿时必须动手更换。

4、如用PFN，激光电源中仿真线网络的电感、电容体积大、重量大、电源价格昂贵。

本实用新型的目的是：

1、实现对脉冲宽度和前后沿的任意级实时自动控制。

2、去掉在对脉冲宽度和前后沿调节过程中的硬触点。

3、减小电感和电容的体积、重量，以减小电源的体积、重量、降低电源的成本。

图3是本实用新型的电路原理示意图。

图3中（12）为三相整流桥，（13）为输入滤波电容，（14）为IGBT开关管，（15）为续流二极管，（16）为输出滤波电感，（17）为输出滤波电容，（18）为8031单片机系统，（19）为D／A转换器，（20）为直流放大器，（21）为脉宽调制控制芯片TL494，（22）为TL494（21）输出电阻，（23）为驱动晶体管，（24）为EXB841（25）输入电阻，（25）为IGBT专用驱动模块EXB841，（26）为取样电阻，（27）为光电耦合器，（28）为A／D转换器，（9）为预燃电路。

本实用新型由主电路、控制电路、反馈电路以及预燃电路组成。

主电路包括输入回路，输出回路和功率开关器件IGBT（14）。输入回路由三相整流桥（12）与滤波电容（13）并联而成。输出回路由续流二极管（15）、滤波电感（16）和输出滤波电容（17）串联而成。A点为输出电压的正端，B为输出电压的负端。输入回路与输出回路之间由开关器件IGBT（14）串联连接。激光泵浦灯（7）连接在A、B两点之间。主电路工作时，三相工频交流电经整流桥（12）整流、滤波电容（13）滤波后获得直流电压输入。输入电压的D端经开关器件IGBT（14）按高频控制方式斩波后加在输出回路的S点。续流二极管（15）在开关IGBT（14）关断期内起续流作用，输出滤波电感（16）和输出滤波电容（17）起平滑输出波形的作用。

控制电路产生高频PWM驱动信号，控制IGBT（14）以高频方式工作。由LC元件平滑滤波，产生一定脉宽和前后沿的放电脉冲。