CN105281190B - 一种用于激光器的射频电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于激光器的射频电源，包括：单片机控制模块、前级信号驱动模块、前级微带分配电路、功率放大模块、微带功率合成电路、功率信号检测模块、射频输出模块、直流电压输入模块，本发明的有益效果是抗驻波比大不会因为驻波比瞬间过大而损坏，整机使用了微带的线路连接方式，相对传统激光器射频电源体积缩小了很多，频率稳定，并自带有过热保护，反射保护。
Description
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及一种射频电源系统。
背景技术
气体激光器，特别是二氧化碳气体激光器都是运用射频电源对激光谐振腔内的气体放电产生激光。射频电源在其中的作用是产生高频率的激励电压，对比使用直流高压电源的二氧化碳激光器，使用射频电源的激光器寿命是使用直流高压电源的二氧化碳激光器的很多倍，一般使用直流高压电源的激光器只能使用2年左右，而使用射频的激光器能寿命一般10年以上。而射频激光器中的气体是有损耗的，用几年后就需要重新充一次气体，现有的射频电源大多在气体寿命结束后容易损坏，工作不够稳定可靠，而且体积都比较大。
发明内容
针对上述所述现有射频电源所存在的问题与不足之处，本发明的目的是提供一款稳定性高与体积小的射频电源系统。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于激光器的射频电源，包括：单片机控制模块1、前级信号驱动模块2、前级微带分配电路3、功率放大模块4、微带功率合成电路5、功率信号检测模块6、射频输出模块7、直流电压输入模块8，其中，单片机控制模块1给出PWM信号与功率控制信号到前级信号驱动模块2，所述前级信号驱动模块2根据所述单片机给出的PWM信号与功率控制信号输出对应大小的射频信号，所述射频信号输入到前级微带分配电路3的输入端，所述前级微带分配电路3将所述射频信号一分为三输出到功率放大模块4，所述功率放大模块4将所述射频信号放大后分为三路输出到微带功率合成电路5的三个输入端，所述微带功率合成电路5再将三路信号合成为一路输出到射频输出模块7，其中功率放大模块4是由直流电压输入模块8供给电能，功率信号检测模块6通过微带耦合的方式从微带功率合成电路5的输出拾取信号，将检测到的信号输入至单片机控制模块1。
优选的，单片机控制模块1包括8个分电路模块，其中单片机控制电路9起控制作用，Can通讯电路10起到通讯接口的作用，检测电路包括检测电源的电压检测电路11，PWM检测电路12，功率检测电路13，温度检测电路14，湿度检测电路16，上述各检测电路将检测到的信号输出到单片机的IO端口。
优选的，前级信号驱动模块2包括一个有源晶振，用来输出稳定的射频信号，所述射频信号连接到高频电子开关U4的输入端，高频电子开关U5的输入端接高频电子开关U4的输出端，PWM控制信号被输入到高频电子开关U4与U5的控制引脚，U5的输出信号经过低通滤波电路输出到集成放大模块J5的输入端，集成放大模块将射频信号放大并输出，功率控制信号经过运算放大电路放大后，输出到集成放大模块J5，集成放大模块J5根据放大后的功率控制信号的大小输出对应的射频信号。
优选的，功率放大模块4包括输入信号阻抗匹配电路，射频信号经过输入信号阻抗匹配电路后输出到由晶体管Q1、Q2构成的LDMOS放大器，射频信号经过放大后输出到阻抗变换器，将阻抗变换后的两路信号输出到非平衡平衡转化器T4，两路非平衡信号转换为一路信号后输出。
优选的，前级信号驱动模块2输出的射频信号输入到前级微带分配电路3的输入端，前级微带分配电路3包括精确计算长度的覆铜线与3个微波平衡电阻，信号进入电路输入端后一分为三个一样大小的信号输出。
优选的，功率放大模块4放大出来的信号输入到微带功率合成电路5的3个输入端，所述微带功率合成电路是由3个微带合成覆铜线路与3个合成平衡电阻组成，微带合成覆铜线路是由1段经过精确计算的覆铜线制成，信号在输出处合成为一路信号。
优选的，功率信号检测模块6，通过微带感应器从射频输出线路上拾取正向与反向两个射频信号，并转化为直流信号输出给到功率检测电路13，所述微带拾取器由一段宽是2mm长是40mm的覆铜线构成，当射频输出线路上有射频电流流过的时候，微带拾取器的一段便能产生直流电压，输入经过检波二极管后输出到电容滤波再经过一个电阻分压，最后才输出。
优选的，所述有源晶振是81.36MHz的有源晶振，所述低通滤波电路包括电容C18、C19、C20和电感L1、L2，所述运算放大电路包括放大器U6A与外围电阻电容。
优选的，所述输入信号阻抗匹配电路包括电感L3、电容C1与阻抗变换器T1。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：进口高抗驻波比的晶体管与完善的控制检测电路保证了系统更稳定可靠，当激光器气体老化后也能很好地保护电源不会损坏。系统采用了模块化的驱动电路，微带分配电路与微带合成电路等技术使得整个系统的尺寸大大缩小。
附图说明：
图1为本发明的系统连接示意图；
图2为本发明的单片机控制模块内部功能电路示意图；
图3为前级信号驱动模块电路图；
图4为功率放大模块电路图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明书，但不应以此限制本发明的保护范围。
参考图1，单片机控制模块1给出PWM信号与功率控制信号到前级信号驱动模块2，所述前级信号驱动模块2根据所述单片机给出的PWM信号与功率控制信号输出对应大小的射频信号，所述射频信号输入到前级微带分配电路3的输入端，所述前级微带分配电路3将所述射频信号一分为三输出到功率放大模块4，所述功率放大模块4将所述射频信号放大后分为三路输出到微带功率合成电路5的三个输入端，所述微带功率合成电路5再将所述的三路信号合成为一路输出到射频输出模块7，其中功率放大模块4是由直流电压输入模块8供给电能，功率信号检测模块6通过微带耦合的方式从微带功率合成电路5的输出拾取信号，将检测到的信号输入至单片机控制模块1。
参考图2，单片机控制模块1包括8个分电路模块，其中单片机控制电路9起控制作用，Can通讯电路10起到通讯接口的作用，检测电路包括检测电源的电压检测电路11，PWM检测电路12，功率检测电路13，温度检测电路14，湿度检测电路16，上述各检测电路将检测到的信号输出到单片机的IO端口，单片机再根据这些信号对电源进行控制。
参考图3，图中Y2为一个81.36MHz的有源晶振，主要作用是输出稳定的射频功率信号，所述射频功率信号连接到高频电子开关U4的输入端6脚，所示模块J6输出PWM控制信号，U4与U5为同一型号的高频电子开关并为串联关系，PWM控制信号连接到U4与U5的控制引脚1，当U4与U5的1脚为低电平的时候允许Y2的射频功率信号通过U5的引脚5输出，当U4与U5的1脚为高电平时则信号被截止。U5的输出信号经过由电容C18、C19、C20，电感L1、L2组成的一个低通滤波电路，输出到集成放大模块J5的输入引脚1。集成放大模块J5主要的作用是将射频信号放大并输出。模块J7输出功率控制信号经过放大器U6A与外围电阻电容组成的运算放大电路放大后，输出到集成放大模块J5的2脚，集成放大模块J5会根据2脚的电压值大小输出对应的射频信号。
参考图4，功率放大模块4的电路原理为，射频信号从端口J3进入由电感L3、电容C1与阻抗变换器T1组成的输入信号阻抗匹配电路，对信号经过阻抗匹配后输出到由晶体管Q1、Q2构成的放大器，此放大器为最新款的LDMOS放大器，所述放大器对比平时常见的VMOS最大的优点是高抗驻波比，最常见的VMOS的驻波比是1∶30，而所述LDMOS则能达到1∶65，此性能涉及到晶体管的抗冲击能力，激光器工作时会因为状态改变而产生冲击的信号，而普通的晶体管在此环境下使用很容易烧毁，而所述LDMOS则不容易损坏。信号经过晶体管Q1，Q2放大后输出到由阻抗变换器T2、T3，把输出放大后的信号进行阻抗变换，最后信号输出到非平衡平衡转化器T4，将两路非平衡信号转换为一路信号并从J2端输出。
前级信号驱动模块2输出的射频信号输入到前级微带分配电路3的输入端，前级微带分配电路3主要由精确计算长度的覆铜线与3个微波平衡电阻构成，信号进入电路输入端后会一分为三个一样大小的信号输出。微波平衡电阻主要起到平衡输出的3路信号，使信号大小幅度都一致。
功率放大模块4放大出来的信号输入到微带功率合成电路5的3个输入端，所述微带功率合成电路是由3个微带合成覆铜线路与3个合成平衡电阻组成，微带合成覆铜线路是由1段经过精确计算的覆铜线制成，信号在输出处合成为一路信号，平衡电阻在这里起到平衡输入信号的作用。
功率信号检测模块6，主要是通过微带感应器从射频输出线路上拾取正向与反向两个射频信号，并转化为直流信号输出给到功率检测电路13，其中主要特征是所述微带拾取器由一段宽是2mm长是40mm的覆铜线构成，当射频输出线路上有射频电流流过的时候，微带拾取器的一端产生交流电压信号，输入经过检波二极管后输出到电容滤波再经过一个电阻分压，最后才输出。因为拾取的两个信号所以此检测器是由两个一样的电路组成。
Claims (9)
1.一种用于激光器的射频电源，其特征在于：包括：单片机控制模块（ 1） 、前级信号驱动模块（ 2） 、前级微带分配电路（ 3） 、功率放大模块（ 4） 、微带功率合成电路（ 5） 、功率信号检测模块（ 6） 、射频输出模块（ 7） 、直流电压输入模块（ 8） ，其中，单片机控制模块（ 1） 给出PWM信号与功率控制信号到前级信号驱动模块（ 2） ，所述前级信号驱动模块（ 2） 根据所述单片机给出的PWM信号与功率控制信号输出对应大小的射频信号，所述射频信号输入到前级微带分配电路（ 3） 的输入端，所述前级微带分配电路（ 3） 将所述射频信号一分为三输出到功率放大模块（ 4） ，所述功率放大模块（ 4） 将所述射频信号放大后分为三路输出到微带功率合成电路（ 5） 的三个输入端，所述微带功率合成电路（ 5） 再将三路信号合成为一路输出到射频输出模块（ 7） ，其中功率放大模块（ 4） 是由直流电压输入模块（ 8） 供给电能，功率信号检测模块（ 6） 通过微带耦合的方式从微带功率合成电路（5） 的输出拾取信号，将检测到的信号输入至单片机控制模块（ 1） 。
2.根据权利要求1所述的用于激光器的射频电源，其特征在于：单片机控制模块（ 1）包括8个分电路模块，其中单片机控制电路（ 9） 起控制作用，Can通讯电路（ 10） 起到通讯接口的作用，检测电路包括检测电源的电压检测电路（ 11） ，PWM检测电路（ 12） ，功率检测电路（ 13） ，温度检测电路（ 14） ，湿度检测电路（ 16） ，上述各检测电路将检测到的信号输出到单片机的IO端口。
3.根据权利要求1所述的用于激光器的射频电源，其特征在于：前级信号驱动模块（ 2）包括一个有源晶振，用来输出稳定的射频信号，所述射频信号连接到高频电子开关U4的输入端，高频电子开关U5的输入端接高频电子开关U4的输出端，PWM信号与功率控制信号被输入到高频电子开关U4与U5的控制引脚，U5的输出信号经过低通滤波电路输出到集成放大模块J5的输入端，集成放大模块将射频信号放大并输出，功率控制信号经过运算放大电路放大后，输出到集成放大模块J5，集成放大模块J5根据放大后的功率控制信号的大小输出对应的射频信号。
4.根据权利要求1所述的用于激光器的射频电源，其特征在于：功率放大模块（ 4） 包括输入信号阻抗匹配电路，射频信号经过输入信号阻抗匹配电路后输出到由晶体管Q1、Q2构成的LDMOS放大器，射频信号经过放大后输出到阻抗变换器，将阻抗变换后的两路信号输出到非平衡平衡转化器T4，两路非平衡信号转换为一路信号后输出。
5.根据权利要求1所述的用于激光器的射频电源，其特征在于：前级信号驱动模块（ 2）输出的射频信号输入到前级微带分配电路（ 3） 的输入端，前级微带分配电路（ 3） 包括精确计算长度的覆铜线与3个微波平衡电阻，信号进入电路输入端后一分为三个一样大小的信号输出。
6.根据权利要求1所述的用于激光器的射频电源，其特征在于：功率放大模块（ 4） 放大出来的信号输入到微带功率合成电路（ 5） 的3个输入端，所述微带功率合成电路是由3个微带合成覆铜线路与3个合成平衡电阻组成，微带合成覆铜线路是由1段经过精确计算的覆铜线制成，信号在输出处合成为一路信号。
7.根据权利要求1所述的用于激光器的射频电源，其特征在于：功率信号检测模块（ 6），通过微带感应器从射频输出线路上拾取正向与反向两个射频信号，并转化为直流信号输出给到功率检测电路13，微带感应器是由一段宽是2mm长是40mm的覆铜线构成，当射频输出线路上有射频电流流过的时候，微带感应器的一端产生交流电压信号，输入经过检波二极管后输出到电容滤波再经过一个电阻分压，最后才输出。
8.根据权利要求3所述的用于激光器的射频电源，其特征在于：所述有源晶振是81.36MHz的有源晶振，所述低通滤波电路包括电容C18、C19、C20和电感L1、L2，所述运算放大电路包括放大器U6A与外围电阻电容。
9.根据权利要求4所述的用于激光器的射频电源，其特征在于：所述输入信号阻抗匹配电路包括电感L3、电容C1与阻抗变换器T1。
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