sp全数字连续式激光电源的研制

1DSP全数字连续式激光电源的研制摘要本文主要研究了电源系统的数字化控制方案，并研制了一台DSP控制的为灯泵浦激光器供电的连续式激光电源的原理样机。本文首先介绍了当前激光电源领域的发展现状，分析了激光电源领域的发展趋势。并在充分论证数字化控制可行性的基础上，提出了数字化控制的电源的软硬件设计方案，并实现了一台具有优良性能的数控激光电源。在研制的过程中，控制系统的设计是整个项目的难点。不仅要求控制系统具有良好的稳定性和抗干扰能力，还要求控制系统能够达到优良的性能。我们对控制电路进行了大量的抗干扰滤波处理，使得控制电路能够抵抗电源内部的电磁干扰。而数字控制器的设计则在考虑输入电压、电G5875量G12573系统G2454数G2476化的基础上，G13479G2524MATLAB进行G13520G2524设计，能够G7693G6466当前系统状G5589G6925G2476控制器的G3698G11422。在研制的实G20576样机上，G2163能G1852部实现。而在输入电压G14551G3272，控制G12946G5242，上G2331G991G19489G7114G19400G12573G1863G19202性能G6363G7643上，基本达到了G8181G6323控制电源的G8712G5191。G13475过连续66G4579G7114的G6347机G8991G16809G7422出现G6937G19568，G7828G20576了样机G5049G1328的可G19764性。G7380G2530，本文对研究G6116G7536进行了G5647G13479，并提出了进一G8505G6925进G5326G16770。关键字激光电源，G5332G1863电路，数字控制器，DSP2ABSTRACTTHISPAPERMAINLYSTUDIEDTHEDIGITALCONTROLLEDSYSTEMOFPOWERSUPPLYADSPCONTROLLEDCONTINUOUSLASERPOWERSUPPLYSAMPLETHATPOWEREDUPTHELIGHTPUMPEDLASERMACHINEHASBEENDEVELOPEDTHISPAPERINTRODUCEDTHECURRENTDEVELOPMENTOFLASERPOWERSUPPLYFIRST,ANDANALYZEDTHEDEVELOPMENTTRENDOFLASERPOWERSUPPLYALSOONTHEARGUMENTOFTHEPOSSIBILITYOFDIGITALCONTROLLING,THESOFTWARE2每个IGBT的通过电G8981为100A85C3IGBT的G13796压G15521200V。需要G8892G5859的是电G8981G4493量是G6363IGBT在G9213G5242为85CG7114的数G1552。续G8981G1120极G12661的G4493量。G11013G1122SEMIKRON的SKM100GB124DG8181块内有两个IGBT。一个G11004G7481做G5332G1863器件以G3818，另一个G11004G1319内G4504G10995的G2465并G13864G1120极G12661做续G8981G1120极G12661。G3252G8504，续G8981G1120极G12661的电G8981G4493量满足需求。但是IGBT内部G4504G10995的G1319G1120极G12661G2465向G5686G3809G7114G19400G17751长，G1186导通到G6142G14279的G7114G19400过长，会造G6116G5332G1863G6451G13803过大，是IGBT过热。输出滤波电G5875。G8504电源的输出要求为G5670G8981输出，G3252G8504输出滤波电G5875理论上应G16825G7092G12363大，但实际上同样G2475到G6116本和G12366G19400的G19492制，输出G13523波电G5875不可能做到G7092G12363大。G3252为电G5875的G5191G3355电G8981G12573G1122G7380终输出电G8981，在稳压输出的情G1929G991，G7380大有可能取电G5875电G8981的波动G1552为G5191G3355G1552的60，更有甚G13785，有可能出现电G5875电G8981的G7041续，但是在G5670G8981输出中，这是G13489对不G1813G16780出现的。在这G18336G17885取电G5875电G8981的波动G1552为G5191G3355G1552的108。G11013G1122G7380大输出电G8981为30A，电G5875电G8981的G7380大波动G1552为3A。电G13605电压为220V，G13475过整G8981G2530的G11464G8981电压为300V，G18337载G7114的压G19489有30V，G1563设30A电G8981G7114输出电压200V，G7693G6466电G5875电G8981连续G7114的BUCK电路输入电压输出电压与占G12366G8616的G1863系，VOUTDVS，得到D074。电G5875电压与电G8981G1863系G3926G991IVLT31即IUSVOUTLTSD32G1856式中忽G11065了G5332G1863周期的G7114G19400长G5242内的输入和输出电压的微G4579G2476化。G16311得电G5875L069MH，取电G5875量为07MH。G3252为市场上有07MH电G5875的现G17147。计G12651电G5875的绕G13459G13459G5464。电G5875电G8981的G13459G5464不能G11004G5191G3355电G8981G7481计G12651，而应G16825G11004有G6940G1552G7481计G12651。计G12651电G5875G13459G5464主要考虑电G5875G6451G13803，分别是G19093G6451和G19120G6451。G19093G6451是G6363电G5875磁芯的21磁通量G2476化造G6116的G6451G13803G727G19120G6451是G6363电G5875电G8981G8981过导G13459G7114，G11013G1122导G13459是有电G19471的，当电G5875量G17751大G7114，导G13459的内G19471不能忽G11065。理想情G1929G991，电G5875的G19093G6451应G16825G12573G1122G19120G6451，这G7114电G5875的G6451G13803G7380G4579，发热量G7380G45799。电G5875中的电G8981G11013G1122电G5875本G17535的滤波G1328G11004，基本上都是G11464G8981分量，但是G1144G8981分量G1185G9994存在，且G20652G20069G1144G8981分量的G5145G1552G17751大，会造G6116极大的G6451G13803，G3252G8504G20652G20069滤波电G5875多G11004多G13941G13466G9434包G13459G6122G13785G13055G19120G11394并绕。使G11004多G13941G9434包G13459，一方G19766可以G19489G1314绕G13459的内G19471，另一方G19766，G11013G1122G20652G20069电G8981有趋G13944G6940应，使G11004G13466导G13459可以提G20652导G13459的利G11004G10587。我们G17153G1092的电G5875是G11013G13055G19120G11394绕制的，通过电G8981G20652达100A，G11464G8981G19471抗只有20M。电G5875的G8680G19565长G5242有2MM，可以保证通过30A的电G8981G7114电G5875不会G20293和。输出滤波电G4493。对G1122G5670G8981源G7481G16840，输出端G2164电G4493对G5670G8981控制是不利的。但是考虑到电G5875不能G7092G12363大，同G7114电G4493对G13453波电G8981G2572G6922G6940G7536G7138显，G3252G8504在输出端G1185G9994需要滤波电G4493。电G4493G4493量的计G12651G7693G6466电G14667G4444G5670原理QUCIT。在电G5875电G8981大G1122输出电G8981G7114，电G4493G15999充电G727当电G5875电G8981G4579G1122输出电G8981G7114，电G4493G6930电。充G6930电的G7114G19400相G12573，G5670G12573G1122G5332G1863周期的一半。G13453波电G8981要求在04，G8702灯负载的动G5589电G19471在3左右。在30A的输出G7114，求得G13453波电G8981012A，G13453波电压036V。电G4493两端的G13453波电压不仅G11013G13453波电G8981造G6116的，还和电G4493的G12573G6940串G13864电G19471ESR相G1863。前G19766G5062G13475提到，G6164G1092的电G16311电G4493的在25KHZG7114的ESR为50M。G1563设只有一个输出滤波电G4493。需要满足以G991条件G7260505050505TSIVESRIC，则21INESRLOESRVSRCIGSDSRLCSLRRCR4164236366242640052000101264101307102000100710300520001031410333101SSSSSSG1866中输入电压G7693G6466G13475G20576G1856式，在电G13605电压正常且输出G5114载的情G1929G991，输入滤波电G4493的G5191G3355电压G13434为220V12264V。霍G4584电G8981传G5875器的传递函数G72669111000101LEMGSS42AD电路的传递函数G72661119191911147101ADSCGSSRCSRSC43DSP内部的G3698G11422G3926G991G7264096136172DSPGS44G3252为DSP的AD采样电路的满量程是3V，同G7114AD的位数是12位，G3252G8504AD的33G3698G11422就是122409633。同样，G11013G1122DSP的内核G20069G10587为150MHZ，G5332G1863G20069G1058725KHZ，G3252而每个G5332G1863周期的分辨G10587就是10150662617225MKK。G6164以PWM的G3698G11422就是16172。整个系统的G5332G10627传递函数为G726OLEMADDSPGSGGGG45462662641011114096191421000013100021014710136172SSSSS462665338710111421000013210147101SSSSS系统的BODEG3282G3926G328244G6164示17G726A12444A125A126A127A128A129A130BODEA12434上G17860分析都G1563设系统是连续系统，而实际系统是一个离散的采样系统，需要考虑到采样保持G7114G19400和控制延迟G7114G19400。采样保持G7114G19400主要有ADG17728换G10627G14422和PWM输出G10627G14422G1927定，而控制延迟G7114G19400G11013采取的软件G13479G7512G1927定。采样保持过程使G11004G19658G19466保持器，传递函数为11SSTES46控制延迟G7114G19400的A131A132A133A134A135SSTE47G1866延迟G7114G19400是TS。考虑延迟的离散系统BODEG3282G3926G328245G6164示G726A13645A137A138A139A140A141A142BODEA136考虑了离散G10627G14422的延迟G1055G2530，系统的相位延迟G3698大，会G1955G4579系统的稳定性。控制系统稳定满足以G991连个条件18G726351当系统G5332G10627传递函数的BODEG3282的G3698G11422大G11221G7114，系统的相位G4579G11221802当系统G5332G10627传递函数的BODEG3282的相位大G1122180G7114，系统的G3698G11422G4579G11221G727理想系统的传递函数BODEG3282应为G3926G991G5430状19G7261G11860G20069G10587到中G20069区，系统的G3698G11422应以40DB/DEC的斜G10587G991G19489，这样可以保证系统的G1314G20069G3698G11422G7092G12363大，能够实现系统的稳G5589G16835G5058为G19658G7272中G20069区G3698G11422应以20DB/DEC的斜G10587G991G19489，并且系统的G12371G17246G20069G10587G4625可能G20652。这样可以保证系统的中G20069区足够G4497，能够G2164G5567系统的动G5589G2721应速G5242G7273G20652G20069区G3698G11422应以40DB/DECG6122更G20652的斜G10587衰G1955，可以有G6940G6245制G3134声G12573G20652G20069干扰。分析现有系统的BODEG3282可以G11487出，现有系统是稳定的，但是却不够好。现有系统的G1314G20069段G17829G1296一条G11464G13459，G1314G20069G3698G11422G7138显不够。而中G20069区又G3838G4497，而一般G5332G1863电源的G5114G4497设在G5332G1863G20069G10587的1/101/20，G20652G20069抗干扰能力极G5058。G3252G8504需要设计一个控制器G7481G7669正整个系统的BODEG3282。G1186BODEG3282中可以G11487出，系统中只能使G110041个G12227分G10627G14422，G2554则相角会急G2107G1955少到180，造G6116系统的不稳定。只使G11004一个G12227分G10627G14422，虽G9994G1314G20069G3698G11422斜G10587不够陡峭，但是却保证了稳定性。在100HZ处设置一个G1314G20069G19658点。G3252为电G13605电压G13475过G7737式整G8981G2530G2476G6116100HZ的正弦半波，在G13475过输入滤波电G4493的G5191滑滤波，G2476G6116100HZ的G14045动G11464G8981，G8504G14045动电G8981就是控制系统的输入电压。当整G8981G2530的电压G20652G1122电G4493电压G7114，对电G4493充电，G11013G1122电G4493的G19471抗极G4579，G8504充电电G8981相当大，电G4493电压会在12MSG11013G7380G1314G1552G2476化到G7380G20652G1552，G11013G8504造G6116输入电压的G2476动。而控制系统需要抵G5493这G12193G5567速G2476化的输入电压。100HZ的G1314G20069G19658点，传递函数G3926G9910011S，当S100G7114，得到2。这G5859味着对100HZ信G2507的G3698G11422为2，G3252而可以有G6940抵抗这G12193输入电压的波动。在1KHZG7114，相位急G2107G1955G4579，为补偿这个相位，需要一个G19658点G7481G3698G2164相位。G17728折G20069G10587设为1000HZ，传递函数设为0001S1，可以提供大G1343445的相位超前。在G5332G1863G20069G10587的1/5处，即5KHZ处G6930置一个极点，G11004G1122衰G1955G20652G20069段G3698G11422，有G6940的G6245制G20652G20069干扰。极点的传递G3926G9913102101S36则整个控制器的传递函数G3926G991G726300110001102101CSSGSKSS48G1866中KG11004G1122控制器整G1319G3698G11422的修正。取K1，G2164入控制器G2530系统传递函数BODEG3926G328246G6164示，A14346A144A145A146A147A148A149BODEA143G11013G3282可G11705，G12371G17246G20069G10587并不在中G20069区，G4570G12371G17246G20069G10587设在G5332G1863G20069G10587的1/10左右，需要G3698G11422整G1319提G233144DB，则取K150。G6164得BODEG3282G3926G328247G6164示37A14347A150A151A152A153A154A155A144A145A146A147A148A149BODEA143G8991得G12371G17246G20069G1058725KHZ，相角G16041量44。采样G19658极点G2317G18209的方法，G4570控制器的L氏G17728化为Z域G2476换20。12120046380090760044391501181908187CZZGZZZ49控制器的当前输出为UN,上一采样G7114G19400输出为UN1,依G8437类推G727当前系统G16835G5058为EN,上一采样G7114G19400G16835G5058为EN1,依G8437类推。得12120046380090760044391501181908187CUNZZGZENZZ410UN1819UN108187UN2150G708004638EN009076EN1004439EN24113845本章小结本G12468G12628单介绍了整个软件系统的G13479G7512和设计思路。对G1122实G7114性要求不同的任务的G3926G1321G2524理G4445G6502。而对G1122数字控制器则做了G16826G13466研究，G16826G13466G16772录了G8181G3423推导，控制器设计的过程。395全文总结本文G6164论G17860的是我读G4410士G4410位期G19400G6164G1186事的DSPG1852数字激光电源研制项目的G3926实G2465映。我们研制出的DSPG1852数字激光电源不仅具有良好的人机G1144G1126G2163能和稳定的串口通信G2163能，还针对各G12193紧急情G1929同提供了G2721应的保护G2163能，以应对G3809杂的G5049业G10627境。而在输入电压，控制G12946G5242和G2721应G7114G19400G12573G1863G19202性能G6363G7643上基本达到了G8181G6323芯片控制的电源的G8712G5191。本文的主要贡献G3926G991G708个人G5049G1328G5647G13479G709G7261论G17860了电源系统数字化控制的可行性。2控制系统电路的设计思路3对BUCKG5332G1863电路进行G12628单G5326G81814G7693G6466G5326G8181的G13479G7536设计控制器5G7380终G7693G6466G8991G16809G13479G7536分析数字控制器的优G13582点。本论文主要G1186G5049程的角G5242进行论G17860，对G1122一些问G20076理论分析还不够，这是本论文的遗憾。406参考文献1李适民,黄维玲G12573编著激光器件原理与设计,G12544G1120版G2283G1152,G3281G19462G5049业出版社,20052442652陈坚编著电力电子G4410电力电子G2476换和控制G6228G7427G2283G1152,G20652G12573教育出版社,200257983BROWN,MARTY著,徐G5515鸿G12573译G5332G1863电源设计G6363南G2283G1152,机械G5049业出版社,2004354TEXASINSTRUMENTTMS320X281XDSPEVENTMANAGEREVREFERENCEGUIDENOVEMBER2004SPRU065C212205TEXASINSTRUMENTDIGITALSIGNALPROCESSORSDATAMANUALAPRIL,2001SPRS174N136谢自G13666G12573编电子G13459路设计实G20576G8991G16809G8506G8733,G2338中理G5049大G4410出版社,19948107ABRAH