CN104332814A - 一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，包括整流滤波模块、稳压直流电源模块、辅助电源、CPLD数字控制模块、逆变升压模块、正负反馈电路和比较器；其中整流滤波模块、稳压直流电源模块、辅助电源、CPLD数字控制模块、逆变升压模块依次相连，所述逆变升压模块还通过依次相连的反馈模块、比较器与CPLD数字控制模块相连；本发明基于CPLD的数字控制方式，能够保证在长时间工作下稳定的功率输出；辅助电源VIPer22A，采用基于VIPer22A变换器和高频电源变压器的辅助电源，输出电压波形稳定无较大尖峰；频率响应高、控制精确、且输出电流纹波小，能够保证激光器长期稳定的工作。

Description

一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源

技术领域

本发明公开了一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，涉及电源设计技术领域。

背景技术

激光加工设备对电源的要求非常高，电源是设备运行的基础，没有电源，但也并不意味着只要是电源就符合金属激光切割机，同时电源具有一定的安全隐患，所以需要满足一下要求，电网的电波控制在+10%--15%之间，我国电源由于技术上的原因，质量上存在不足，加上人为因素，这个波动范围比较难控制。

激光加工主要是利用 CO，激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，来完成所需轨迹图形的切割或者相应工艺品表面的雕刻。激光加工属于非接触加工，具有加工方法多、适应性强、加工精度高、质量好和加工效率高等优点。激光驱动电源作为激光器的直接控制单元，其光开关响应的最高频率和出光功率稳定和可靠性会直接影响最终的加工效果。 

专利号为CN103606811A，专利名称为基于CPLD的脉冲光纤激光器驱动电源控制系统，该专利提高了激光功率的稳定性，但并没有从电源部分进行控制，电源的不稳定性依然会影响激光的稳定性，所以该专利没有从根源上解决该技术问题。

专利号为CN201717507U，专利名称为一种激光电源，该专利中设计的电源中没有针对电源的稳定性和抖动性进行控制，只是简单的改进了电源的开关引起的问题，且该电源的功能不足以支撑现有激光加工的需要。

综上所述，现有的激光驱动电源的稳定性目前都得不到很好的解决，已成为目前急需要解决的问题。同时，为了实现电压的调控，反馈和比较电路是必不可少的。现有技术中的正负反馈电路通常结构复杂，制作成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，提供采集正负电压反馈输出。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，包括整流滤波模块、稳压直流电源模块、辅助电源、CPLD数字控制模块、逆变升压模块、正负反馈电路和比较器；

其中整流滤波模块、稳压直流电源模块、辅助电源、CPLD数字控制模块、逆变升压模块依次相连，所述逆变升压模块还通过依次相连的反馈模块、比较器与CPLD数字控制模块相连；

220V的交流电源经过整流滤波模块后产生310V的直流电压，然后310V直流电压经过稳压直流电源模块经过处理后分别为逆变升压模块和辅助电源提供电压，辅助电源将310V直流电压处理为12V和5V的直流电源为数字控制部分和反馈部分提供基准电压，正负反馈电路采样逆变升压模块输出端的电流，与CPLD数字控制模块输出的控制命令通过比较器进行比较从而控制逆变升压模块的输出电流；

所述正负反馈电路包括三极管和电阻，负载的输出电压正极和电阻的一端相连接，电阻的另一端分别和三极管的集电极和基极相连接后作为反馈电路的正极输出，三极管的发射极和负载的输出电压负极相连接并接地，且作为反馈电路的负极输出。

作为本发明的进一步优化方案，逆变升压模块包括半桥逆变电路、串联谐振电路，其中所述半桥逆变电路的输入端与稳压直流电源模块的输出端相连，所述半桥逆变电路的输出端与所述串联谐振电路相连。

作为本发明的进一步优化方案，辅助电源模块采用的芯片型号为VIPer22 A。

作为本发明的进一步优化方案，还包括滤波模块，所述滤波模块的输入端与所述辅助电源的输出端相连，所述滤波模块的输出端与CPLD数字控制模块相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述CPLD数字控制模块采用的芯片型号为 FLEX601。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明基于 CPLD 的数字控制方式，在激光加工中可以胜任10kb/s的控制脉冲，能够很好地完成坡度雕刻和小字的雕刻。在激光切割加工中，由于数字控制模块输出的驱动脉冲的占空比不受外部非控制信号的影响，能够保证在长时间工作下稳定的功率输出；辅助电源VIPer22 A，采用基于 VIPer22 A 变换器和高频电源变压器的辅助电源，输出电压波形稳定无较大尖峰；频率响应高、控制精确、且输出电流纹波小，能够保证激光器长期稳定的工作。

附图说明

图1是本发明的模块结构示意图，

其中：U表示输出电压，R表示电阻。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明的系统结构示意图如图1所示，一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，包括整流滤波模块、稳压直流电源模块、辅助电源、CPLD数字控制模块、逆变升压模块、正负反馈电路和比较器；

其中整流滤波模块、稳压直流电源模块、辅助电源、CPLD数字控制模块、逆变升压模块依次相连，所述逆变升压模块还通过依次相连的反馈模块、比较器与CPLD数字控制模块相连；

220V的交流电源经过整流滤波模块后产生310V的直流电压，然后310V直流电压经过稳压直流电源模块经过处理后分别为逆变升压模块和辅助电源提供电压，辅助电源将310V直流电压处理为12V和5V的直流电源为数字控制部分和反馈部分提供基准电压，正负反馈电路采样逆变升压模块输出端的电流，与CPLD数字控制模块输出的控制命令通过比较器进行比较从而控制逆变升压模块的输出电流；

所述正负反馈电路包括三极管和电阻，负载的输出电压正极和电阻的一端相连接，电阻的另一端分别和三极管的集电极和基极相连接后作为反馈电路的正极输出，三极管的发射极和负载的输出电压负极相连接并接地，且作为反馈电路的负极输出。

稳压直流电源模块主要完成交流220V的输入电压到310V的直流电压的转换，并保证逆变升压模块在一个合理的参数下稳定可靠工作。

逆变升压模块主要完成负载需要的约200V的高压输出，正负反馈电路主要起到保护作用，通过采样逆变升压模块的电流大小来保护输出电流不超过30mA，控制输出电流的范围。

作为本发明的进一步优化方案，逆变升压模块包括半桥逆变电路、串联谐振电路，其中所述半桥逆变电路的输入端与稳压直流电源模块的输出端相连，所述半桥逆变电路的输出端与所述串联谐振电路相连，310V的直流电压经过逆变升压模块得到高频方波电压，为了保证低电流激光器的器辉，在逆变回路中采用了串联谐振和并联谐振技术。高频升压变压器和高压整流电路构成的升压部分被封装成独立的元件高压包。

数字部分采用 CPLD 控制，一方面 CPLD 完成开关光、水保护、过流过压反馈等信号的逻辑控制，另一方面主要是完成PWM 波的输出。

作为本发明的进一步优化方案，辅助电源模块采用的芯片型号为VIPer22 A，基于 VIPer22 A 变换器和高频电源变压器的辅助电源，输出电压波形稳定无较大尖峰。

作为本发明的进一步优化方案，还包括滤波模块，所述滤波模块的输入端与所述辅助电源的输出端相连，所述滤波模块的输出端与CPLD数字控制模块相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述CPLD数字控制模块采用的芯片型号为 FLEX601。

由于控制部分采用了基于 CPLD 的数字控制方式，在激光雕刻加工中可以胜任lokb/s的控制脉冲，能够很好地完成坡度雕刻和小字的雕刻。在激光切割加工中，由于数字控制模块输出的驱动脉冲的占空比不受外部非控制信号的影响，能够保证在长时间工作下稳定的功率输出。在激光雕刻中，能够实时响应控制系统的功率数据，同时由于激光器的出光功率与工作电流之间并不是线性关系，在坡度雕刻时，可以通过数字控制部分修正光功率，使其以线性变化来保证在雕刻坡度中对坡度的要求。

在激光加工应用中，有时会有很多特殊的加工要求，如切割起始阶段要求出光功率大一些。数字控制方式能够方便地修改程序来满足相应的新要求。

该激光驱动电源频率响应高、控制精确、且输出电流纹波小，能够保证激光器长期稳定的工作。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，其特征在于：包括整流滤波模块、稳压直流电源模块、辅助电源、CPLD数字控制模块、逆变升压模块、正负反馈电路和比较器；

其中整流滤波模块、稳压直流电源模块、辅助电源、CPLD数字控制模块、逆变升压模块依次相连，所述逆变升压模块还通过依次相连的反馈模块、比较器与CPLD数字控制模块相连；

220V的交流电源经过整流滤波模块后产生310V的直流电压，然后310V直流电压经过稳压直流电源模块经过处理后分别为逆变升压模块和辅助电源提供电压，辅助电源将310V直流电压处理为12V和5V的直流电源为数字控制部分和反馈部分提供基准电压，正负反馈电路采样逆变升压模块输出端的电流，与CPLD数字控制模块输出的控制命令通过比较器进行比较从而控制逆变升压模块的输出电流；

所述正负反馈电路包括三极管和电阻，负载的输出电压正极和电阻的一端相连接，电阻的另一端分别和三极管的集电极和基极相连接后作为反馈电路的正极输出，三极管的发射极和负载的输出电压负极相连接并接地，且作为反馈电路的负极输出。

2.如权利要求1所述的一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，其特征在于：逆变升压模块包括半桥逆变电路、串联谐振电路，其中所述半桥逆变电路的输入端与稳压直流电源模块的输出端相连，所述半桥逆变电路的输出端与所述串联谐振电路相连。

3.如权利要求1或2所述的一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，其特征在于：辅助电源模块采用的芯片型号为VIPer22 A。

4.如权利要求1所述的一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，其特征在于：还包括滤波模块，所述滤波模块的输入端与所述辅助电源的输出端相连，所述滤波模块的输出端与CPLD数字控制模块相连。

5.如权利要求4所述的一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源，其特征在于：所述CPLD数字控制模块采用的芯片型号为 FLEX601。