一种基于DSP的激光电源能量控制的方法

摘要

本发明基于数字信号处理器(DSP)TMS320LF2401研制了CO2激光电源智能控制器，采取启辉恒压控制和工作恒流控制的方法实现了激光能量的快速稳定，提出了一种激光电源空载、激光管损坏等异常情况的在线判别方法，并针对干扰引起桥式电路直通的隐患设计了驱动信号隔离互锁电路。其优点是：采用DSP对激光电源进行恒压恒流控制可快速精确地稳定激光输出能量；直接利用上下桥臂MOSFET管栅极的控制信号作为互锁信号源，有效地避免了异常状态下上下桥臂的直通；可以在线识别激光电源空载、激光管损坏等异常情况，保证CO2激光电源开路和激光管损坏等异常状况发生时立即停止电源工作，从而有效地避免了高压无法及时泄放而烧毁电源。

主权项

一种基于DSP的激光电源能量控制的方法，其特征在于：采用DSP片上集成功能模块设计了一种移相互补对称PWM波的生成方法，通过驱动信号互锁保护电路直接对上下桥臂功率MOSFET管的驱动信号实行了互锁保护；所述移相互补对称PWM波的生成方法，采用TMS320LF2401片上集成事件管理器提供的对称PWM波形产生机制，选用其中一个通用定时器作为两个相关比较寄存器的基准时钟，并设定两个比较寄存器值之和为周期寄存器值，置相应PWM引脚的有效电平极性相反；所述的驱动信号互锁保护电路包括：上桥臂电路和下桥臂电路；其中，所述的上桥臂电路包括：电阻R1一端接PWM1信号脚，另一端与光耦隔离器U1的2脚相接；光耦隔离器U1的3脚接PWM1的参考地GND1，光耦隔离器U1的8脚与电阻R2一端相接，光耦隔离器U1的6脚与电阻R3、电阻R4的一端相接，光耦隔离器U1的5脚接PWM2的参考地GND2；电阻R2的另一端与二极管D1的阴极相连；PWM2信号脚与二极管D1的阳极、电阻Rg1一端相连；电阻Rg1的另一端、电阻R3的另一端、电阻R5的一端、电阻Rgs1一端、三极管T2的集电极分别与MOSFET管Q1的栅极相连；电阻R5的另一端与三极管T2的基极、三极管T1的集电极相连；三极管T1的基极与电阻R4的另一端相连；三极管T1发射极、三极管T2发射极、电阻Rgs1的另一端、MOSFET管Q1的源极与PWM2的参考地GND2相连；所述的下桥臂电路包括：电阻R6一端接PWM2信号脚，另一端与光耦隔离器U2的2脚相接；光耦隔离器U2的3脚接PWM2的参考地GND2，光耦隔离器U2的8脚与电阻R7一端相接，光耦隔离器U2的6脚与电阻R8、电阻R9的一端相接，光耦隔离器U2的5脚接PWM1的参考地GND1；电阻R7的另一端与二极管D2的阴极相连；PWM1信号脚与二极管D2的阳极、电阻Rg2一端相 连；电阻Rg2的另一端、电阻R8的另一端、电阻R10的一端、电阻Rgs2的一端、三极管T4的集电极分别与MOSFET管Q2的栅极相连；电阻R10的另一端与三极管T4的基极、三极管T3的集电极相连；三极管T3的基极与电阻R9的另一端相连；三极管T3发射极、三极管T4发射极、电阻Rgs2的另一端、MOSFET管Q2的源极与PWM1的参考地GND1相连；所述U1、U2为6N135；其中，采用数字信号处理器TMS320LF2401的片上集成AD采集高压包产生的反馈电压和CO2激光管输出电流对应的电压，根据恒压恒流反馈控制原理进行计算并实时更新PWM波的占空比，再通过半桥转换电路产生高频高压，利用高压包变压升压、整流后激励CO2激光管输出激光，所述TMS320LF2401数字信号处理器生成的PWM波信号为TTL电平，经过电平转换电路、信号隔离电路和驱动信号互锁保护电路再驱动半桥转换电路。