專利名稱：一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光電源，特別是涉及一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有大功率激光放電電源中，大多是采用未分頻或二分頻的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，縮略詞為PWM)控制電路，前一種控制單個(gè)功率開關(guān)管工作，后一種控制兩個(gè)并聯(lián)的功率開關(guān)管交替工作。由于作為功率開關(guān)管的絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，縮略詞為IGBT)工作時(shí)的功耗，與工作頻率即載波頻率基本是線性相關(guān)。工作頻率越高，IGBT功耗越大，器件的實(shí)際溫度也就越高，安全隱患越突顯，因此，IGBT的工作頻率嚴(yán)重制約了大功率激光放電電源的輸出功率提高。盡管可以采用多個(gè)IGBT并聯(lián)方式， 以減少單個(gè)IGBT的電流以降低溫度，但是，又存在并聯(lián)個(gè)管之間的均流問題。此外，大功率激光放電電源的開關(guān)頻率還受到IGBT最高特性頻率只有幾十KHz的限制，采用的電感感抗高，存在電源體積偏大，功耗增大，轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定度下降的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路。本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以解決。這種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，包括脈沖寬度調(diào)制PWM信號(hào)生成器，所述PWM信號(hào)生成器用于控制一組并聯(lián)的功率開關(guān)管為大功率激光放電提供電源。這種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路的特點(diǎn)是設(shè)有由級(jí)聯(lián)的計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的至少三分頻電路，所述計(jì)數(shù)器的輸入端與所述PWM信號(hào)生成器的輸出端連接，所述譯碼器的輸出端與所述PWM信號(hào)生成器的輸出端同時(shí)與一組并行的門電路連接，所述一組并行的門電路的各個(gè)輸出端分別與所述一組并聯(lián)的功率開關(guān)管的控制端一一對(duì)應(yīng)連接，組成至少三分頻的PWM控制電路。本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。所述計(jì)數(shù)器是異步集成計(jì)數(shù)器和同步集成計(jì)數(shù)器中的一種。所述計(jì)數(shù)器是任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。所述計(jì)數(shù)器是四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。設(shè)有采用反饋清零法的或門、門組合電路，所述或門的一輸入端與所述PWM信號(hào)生成器的輸出端連接，另一輸入端與所述門組合電路的輸出端連接，所述或門的輸出端與所述計(jì)數(shù)器的清零控制端連接，所述門組合電路的輸入端與所述計(jì)數(shù)器的輸出端連接。所述譯碼器是二 -四線譯碼器、三-八線譯碼器和四-十六線譯碼器中的一種。
本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下再進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。所述一組并聯(lián)的功率開關(guān)管是至少三個(gè)功率開關(guān)管并聯(lián)的一組并聯(lián)的功率開關(guān)管。所述一組并聯(lián)的功率開關(guān)管是連接在降壓變換器BUCK電源結(jié)構(gòu)和升壓變換器 BOOST電源結(jié)構(gòu)中的一組并聯(lián)的功率開關(guān)管。所述功率開關(guān)管是IGBT。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是本發(fā)明采用至少三分頻的PWM信號(hào)同時(shí)控制數(shù)量相同的至少三個(gè)功率開關(guān)管循環(huán)工作，不僅可以降低單個(gè)功率開關(guān)管的工作頻率，提高電源的總工作開關(guān)頻率、電源轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定度，還可以降低散熱片溫度，減小電源體積，有效解決多個(gè)功率開關(guān)管并聯(lián)之間的均流問題，可以用于12KW以上的大功率激光電源。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的電路組成圖；圖2是圖1電路的PWM信號(hào)生成器、譯碼器和門電路的輸出波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。一種如圖1、2所示的大功率釔鋁石榴石晶體YAG激光電源用四分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，包括采用型號(hào)為TL494芯片的PWM信號(hào)生成器TO。PWM信號(hào)生成器TO用于控制一組并聯(lián)的功率開關(guān)管Q1、功率開關(guān)管Q2、功率開關(guān)管Q3、功率開關(guān)管Q4為大功率YAG激光放電提供電源。功率開關(guān)管Q1、功率開關(guān)管Q2、功率開關(guān)管Q3、功率開關(guān)管Q4采用型號(hào)為 MDI550-12A4 的 IGBT。設(shè)有由級(jí)聯(lián)的型號(hào)為74HC93的四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3和采用型號(hào)為74HC138的三-八線譯碼器Ul組成的四分頻電路。四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3的輸入端與PWM信號(hào)生成器 U6的輸出端連接，三-八線譯碼器Ul的輸出端與PWM信號(hào)生成器U6的輸出端同時(shí)與一組并行的門電路U5A、門電路TOB、門電路TOC、門電路U5D連接，一組并行的門電路U5A、門電路U5B、門電路TOC、門電路U5D的各個(gè)輸出端分別與一組并聯(lián)的功率開關(guān)管Q1、功率開關(guān)管 Q2、功率開關(guān)管Q3、功率開關(guān)管Q4的控制端一一對(duì)應(yīng)連接，組成四分頻的PWM控制電路。門電路U5A、門電路TOB、門電路TOC、門電路U5D采用型號(hào)為74HC08的四二輸入端與門芯片。設(shè)有采用反饋清零法的型號(hào)為⑶4071的四二輸入端或門U4，以及由型號(hào)為 74HC30的八輸入端與非門芯片和型號(hào)為74HC14的非門芯片組成的門組合電路U2。四二輸入端或門U4的一輸入端與PWM信號(hào)生成器U6的輸出端連接，另一輸入端與門組合電路U2 的輸出端連接，四二輸入端或門U4的輸出端與四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3的清零控制端連接，門組合電路U2的輸入端與四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3的輸出端連接。本具體實(shí)施方式
的工作過程如下YAG激光棒Laserl的泵浦燈Yl的電能由一組并聯(lián)的功率開關(guān)管Q1、功率開關(guān)管 Q2、功率開關(guān)管Q3、功率開關(guān)管Q4、電感Ll和續(xù)流二極管Dl組成的降壓變換器BUCK放電模塊供給，電源正端V+和電源負(fù)端V-之間并聯(lián)有儲(chǔ)能電容Cl。
型號(hào)為S8745-01的光電轉(zhuǎn)換管Ml檢測到的激光功率信號(hào)反饋到PWM信號(hào)生成器 U6，由PWM信號(hào)生成器U6將激光功率反饋信號(hào)與用戶設(shè)置的參考信號(hào)相比較生成PWM信號(hào)。圖2中的上面的波形a是PWM信號(hào)生成器TO輸出的PWM信號(hào)波形；中間的波形b是三-八線譯碼器Ul輸出的1、2、3、4路信號(hào)波形；下面的波形c是一組并行的門電路冊(cè)六、門電路TOB、門電路TOC、門電路U5D輸出驅(qū)動(dòng)四個(gè)一組并聯(lián)的功率開關(guān)管Ql、功率開關(guān)管Q2、 功率開關(guān)管Q3、功率開關(guān)管Q4的信號(hào)波形。PWM信號(hào)生成器U6生成的PWM信號(hào)輸出至A點(diǎn)一四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3完成二進(jìn)制數(shù)代碼輸出至B點(diǎn)一B點(diǎn)的二進(jìn)制數(shù)代碼分兩路一路輸出至將二進(jìn)制數(shù)代碼計(jì)數(shù)到四進(jìn)制時(shí)輸出低電平反饋至門組合電路U2再經(jīng)四二輸入端或門與A點(diǎn)的信號(hào)組合成清零信號(hào)對(duì)四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3清零，四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3從又零開時(shí)計(jì)數(shù)，使四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3四個(gè)一次反復(fù)循環(huán)計(jì)數(shù)輸出。另一路輸出至三-八線譯碼器Ul —三-八線譯碼器Ul分四路輸出至門電路U5A、 門電路TOB、門電路TOC、門電路U5D再與A點(diǎn)波形進(jìn)行門控輸出一將PWM信號(hào)生成器U6生成的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成四分頻輸出的PWM信號(hào)。最終用四分頻輸出的PWM信號(hào)經(jīng)一組并行的隔離驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)四個(gè)一組并聯(lián)的功率開關(guān)管Q1、功率開關(guān)管Q2、功率開關(guān)管Q3、功率開關(guān)管Q4，實(shí)現(xiàn)四分頻控制，以降低單個(gè)功率開關(guān)管的工作頻率，提高電源的工作開關(guān)頻率、電源轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定度，還可以降低散熱片溫度，減小電源體積，有效解決并聯(lián)個(gè)管之間的均流問題。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，包括脈沖寬度調(diào)制PWM信號(hào)生成器，所述PWM信號(hào)生成器用于控制一組并聯(lián)的功率開關(guān)管為大功率激光放電提供電源，其特征在于設(shè)有由級(jí)聯(lián)的計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的至少三分頻電路，所述計(jì)數(shù)器的輸入端與所述 PWM信號(hào)生成器的輸出端連接，所述譯碼器的輸出端與所述PWM信號(hào)生成器的輸出端同時(shí)與一組并行的門電路連接，所述一組并行的門電路的各個(gè)輸出端分別與所述一組并聯(lián)的功率開關(guān)管的控制端一一對(duì)應(yīng)連接，組成至少三分頻的PWM控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，其特征在于所述計(jì)數(shù)器是異步集成計(jì)數(shù)器和同步集成計(jì)數(shù)器中的一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，其特征在于所述計(jì)數(shù)器是任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
4.如權(quán)利要求3所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，其特征在于所述計(jì)數(shù)器是四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
5.如權(quán)利要求4所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，其特征在于設(shè)有采用反饋清零法的或門、門組合電路，所述或門的一輸入端與所述PWM信號(hào)生成器的輸出端連接，另一輸入端與所述門組合電路的輸出端連接，所述或門的輸出端與所述計(jì)數(shù)器的清零控制端連接，所述門組合電路的輸入端與所述計(jì)數(shù)器的輸出端連接。
6.如權(quán)利要求5所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，其特征在于所述譯碼器是二 -四線譯碼器、三-八線譯碼器和四-十六線譯碼器中的一種。
7.如權(quán)利要求6所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，其特征在于所述一組并聯(lián)的功率開關(guān)管是至少三個(gè)功率開關(guān)管并聯(lián)的一組并聯(lián)的功率開關(guān)管。
8.如權(quán)利要求7所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，其特征在于所述一組并聯(lián)的功率開關(guān)管是連接在降壓變換器BUCK電源結(jié)構(gòu)和升壓變換器BOOST 電源結(jié)構(gòu)中的一組并聯(lián)的功率開關(guān)管。
9.如權(quán)利要求8所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，其特征在于所述功率開關(guān)管是絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
全文摘要
一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調(diào)制控制電路，包括PWM信號(hào)生成器，用于控制一組并聯(lián)的功率開關(guān)管為大功率激光放電提供電源。設(shè)有由級(jí)聯(lián)的計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的至少三分頻電路，計(jì)數(shù)器的輸入端與PWM信號(hào)生成器的輸出端連接，譯碼器的輸出端與PWM信號(hào)生成器的輸出端同時(shí)與一組并行的門電路連接，一組并行的門電路的各個(gè)輸出端分別與一組并聯(lián)的功率開關(guān)管的控制端一一對(duì)應(yīng)連接，組成至少三分頻的PWM控制電路。不僅可以降低單個(gè)功率開關(guān)管的工作頻率，提高電源總的工作開關(guān)頻率、電源轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定度，還可以降低散熱片溫度，減小電源體積，有效解決多個(gè)功率開關(guān)管并聯(lián)之間的均流問題，可以用于12KW以上的大功率激光電源。
文檔編號(hào)H02M1/088GK102403885SQ201110365949
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者張肽鋒 申請(qǐng)人:深圳市聯(lián)贏激光股份有限公司