CN108258578B - 一种全数字化控制激光器电源及控制方法 - Google Patents

一种全数字化控制激光器电源及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108258578B
CN108258578B CN201711362903.4A CN201711362903A CN108258578B CN 108258578 B CN108258578 B CN 108258578B CN 201711362903 A CN201711362903 A CN 201711362903A CN 108258578 B CN108258578 B CN 108258578B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
control
assembly
charging
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711362903.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108258578A (zh
Inventor
宋博
郑伟
颜凡江
李旭
冯文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Original Assignee
Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity filed Critical Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority to CN201711362903.4A priority Critical patent/CN108258578B/zh
Publication of CN108258578A publication Critical patent/CN108258578A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108258578B publication Critical patent/CN108258578B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明为一种全数字化控制激光器电源及控制方法，激光器电源为星载激光发射机的核心控制部分。激光器电源包括控制组件和充电组件，控制组件用于接收外部管理控制器发送的遥控指令，包括任务包和配置包，根据任务包调整激光发射机的工作模式，并对配置包进行解析，得到控制激光发射机的工作参数以及控制充电组件和外部LD放电组件以及外部调Q组件的控制指令；充电组件接收到控制组件的控制指令，进行升压转换后提供高压给外部电容组件，对外部信号分配器转发再由控制组件透传的一次电进行降压转换后提供给外部LD放电组件和外部调Q组件。本发明解决激光发射机联调测试和外场试验进行独立控制和实时监测工作状态的问题，具有简化系统复杂性、提升系统集成度的进步。

Description

一种全数字化控制激光器电源及控制方法
技术领域
本发明涉及一种全数字化控制激光器电源及控制方法，属于电子工程技术中激光器电路控制领域。
背景技术
随着我国航天事业的不断发展，为了加强国防和军队信息化建设，同时为国民经济发展提供稳定、及时、可靠的基础地理信息，测绘卫星的比例逐步加重，这其中对于高程信息的需求愈来愈高。为了获得较高精度的距离信息，星载激光测距仪步入全面发展的时期。星载测距仪主要包括测距信息处理机、接收机和发射机三大部分，而产生激光最直接的部分便是发射机。发射机分为激光器电源、激光器和电容组件三大部分，激光器电源主要实现发射机的时序控制、参数调整和与外部管理控制器的通信，以及产生激光器所需高压的功能，达到对激光器中的LD放电组件和调Q组件以及激光器主体遥控遥测的目的。
在星载发射机发展初期，激光器电源控制系统都是通过单纯的模拟电路实现的，这种模拟电路的设计比较复杂，控制精度较差，由模拟电路产生的时统信号、LD电流驱动信号和调Q触发脉冲时序关系受电压变化的影响和温度的飘移会发生时序紊乱，而且这种单纯的模拟电路实现方式无法实现发射机状态实时监测和实时在线调整充电电流、充电电压、LD放电电流、LD驱动时序、调Q驱动时序参数和时序的功能，而且充电电流和LD放电电流超出阈值无法实现自主切断，给产品的可靠性和安全性带来极大的隐患，很难匹配航天应用中对电路精度极高和自动化控制精准的要求。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种全数字化控制激光器电源及控制方法，针对上述问题，本发明解决的技术问题如下：(1)采用FPGA内部DCM分频、倍频和移相等技术，攻克了时序电路复杂，精度较差，由模拟电路产生的时统信号、LD驱动信号和调Q触发信号等时序关系受电压变化影响和温度飘移发生时序紊乱的难题，取得了基于FPGA实现较高时钟精度和稳定度的效果，达到了激光器电源全数字化设计的技术水平。(2)采用基于FPGA和模数/数模转换相结合的技术，攻克了激光器电源状态实时监测和在线参数调整的难题，取得了实时监测充电电流和LD放电电流是否超出阈值和实时在线调整充电电流、充电电压、LD放电电流、LD驱动时序、调Q驱动时序等参数和时序的效果，该项技术达到国内领先水平，为国内首台高轨电子对抗卫星提供技术保障。
本发明解决的技术方案为：一种全数字化控制激光器电源，包括：激光器电源控制组件和激光器电源充电组件；
激光器电源控制组件，用于接收外部管理控制器发送的遥控指令，包括：任务包和配置包，根据任务包调整激光发射机的工作模式，并对配置包进行解析，得到控制激光发射机的工作参数以及控制激光器电源充电组件的控制指令；
控制组件对外部管理控制器提供的配置包解析完成后同时解析出对LD放电组件和调Q组件的控制指令；
在外部管理控制器统一时序控制下，激光器电源控制组件完成激光发射机的时序控制；
激光器电源控制组件还具有对激光器电源充电组件以及外部的LD放电组件和调Q组件的遥测量采集功能，并将遥测量进行数字化处理后通过总线发送至外部管理控制器，实现监测充电组件、外部LD放电组件和外部调Q组件工作状态的功能；
激光器电源控制组件，根据外部信号分配器转发的受控非滤波数字一次电源，产生自身所需二次电源，通过充电组件低压供电模块产生充电组件所需的低压二次电源，通过第一充电组件接口将充电组件所需的低压二次电源送至充电组件；
激光器电源充电组件，在激光器电源控制组件解析出的外部管理控制器提供的控制指令控制下，采集充电组件的遥测量，并对充电组件的工作时序进行控制，以及对外部电容组件充电高压和充电电流实现调整和监控，并对外部LD放电组件和外部调Q组件供电进行控制。
激光器电源充电组件，对外部信号分配器转发再由控制组件透传的受控滤波模拟一次电，进行降压转换后提供给LD放电组件和调Q组件，进行升压转换后提供给电容组件。
一种全数字化控制激光器电源，包括：激光器电源控制组件和激光器电源充电组件；
激光器电源控制组件，用于接收外部管理控制器发送的遥控指令，包括：任务包和配置包，根据任务包调整激光发射机的工作模式，并对配置包进行解析，得到控制激光发射机的工作参数以及控制激光器电源充电组件的控制指令；在外部管理控制器统一时序控制下，激光器电源控制组件完成激光发射机的时序控制；激光器电源控制组件，根据外部信号分配器转发的受控非滤波数字一次电源，产生自身所需二次电源，通过充电组件低压供电模块产生充电组件所需的低压二次电源，通过第一充电组件接口将充电组件所需的低压二次电源送至充电组件；
激光器电源充电组件，在激光器电源控制组件解析出的外部管理控制器提供的控制指令控制下，采集充电组件的遥测量，并对充电组件的工作时序进行控制，以及对外部电容组件充电高压和充电电流实现调整和监控，并对外部LD放电组件和外部调Q组件供电进行控制；激光器电源充电组件，对外部信号分配器转发再由控制组件透传的受控滤波模拟一次电，进行降压转换后提供给LD放电组件和调Q组件，进行升压转换后提供给电容组件。
激光器电源控制组件还具有对激光器电源充电组件以及外部的LD放电组件和调Q组件的遥测量采集功能，并将遥测量进行数字化处理后通过总线发送至外部管理控制器，实现监测充电组件、外部LD放电组件和外部调Q组件工作状态的功能。
激光器电源控制组件，包括：通讯接口、防静电模块、控制组件供电模块、充电组件低压供电模块、第一串并转换模块、FPGA最小系统、第一充电组件接口、第一监测模块；
控制组件供电模块，接收到信号分配器输入的受控非滤波数字一次电，进行低压转换产生控制组件所需的板载二次电源，控制组件通讯接口接收来自外部管理控制器提供的遥控指令，遥控指令为串行信号，首先经过第一串并转换模块将串行信号转化为并行信号，控制第一监测模块进行板载二次电源的电压、电流和温度这些模拟信号的采集，将这些这些模拟信号通过AD进行数字化转换后再通过第一串并转换模块进行并行信号转化为串行信号后输出至外部管理控制器，在第一串并转换模块工作过程中，控制组件的FPGA最小系统配置完成，开始代替第一串并转换模块进行工作，控制组件中防静电模块对应外部JTAG工艺测试接口，实现FPGA最小系统的配置程序重烧写的功能，FPGA最小系统控制充电组件低压供电模块产生充电组件所需的板载二次低压电源，该电源与FPGA最小系统发送的控制指令通过第一充电组件接口传输至充电组件，FPGA最小系统发送的控制指令为串行信号。
激光器电源充电组件，包括：第二充电组件接口、第二串并转换模块、PWM调制和高压模块、第二监测模块、AD模块、DA和比较器模块、LD放电组件接口、调Q组件接口、LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块；
充电组件通过第二充电组件接口接收到控制组件传输过来的控制指令和所需的板载二次电源以及控制组件透传过来的受控滤波模拟一次电，第二串并转换模块将得到的控制指令进行串转并处理，得到控制充电组件中除第二充电组件接口的各模块和接口的多个并行控制信号，在这些控制信号控制下，各模块和接口开始正常工作；
第二监测模块进行充电组件的遥测量的采集传输至AD模块完成数字化转换，通过第二串并转换模块进行并行转串行处理，通过第二充电组件接口反馈给控制组件进行遥测量采集，遥测量异常状态下，控制组件能够自动切断充电组件板载二次低压电源的供电，DA和比较器模块收到并行控制信号后，输出PWM调制和高压模块所需的控制信号和电压、电流基准，PWM调制和高压模块根据该控制信号和电压、电流基准，实现高压转换产生高于200V的高压，同时第二串并转换模块产生的并行信号中有控制LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块加电的信号，完成LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块的低压电源产生；高压转换产生的高于200V的高压和LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块产生的低压电源以及第二串并转换模块产生的剩余并行信号通过LD放电组件接口和调Q组件接口传输至外部LD放电组件和调Q组件，对外部LD放电组件和外部调Q组件进行板载电源加载和信号控制以及遥测量采集工作。
通讯接口，包括：隔离变压器和差分芯片；激光器电源控制组件与外部管理控制器通讯接口，通过变压器进行去耦隔离，差分芯通过422差分电流环方式传输。
控制组件供电模块，包括：DC/DC转换器和低压差稳压器；
DC/DC转换器直接将外部信号分配器传输过来的受控非滤波一次电转换为控制组件所需的电源，再经过低压差稳压器产生板载所需的其余二次电源。
第一串并转换模块，包括：D触发器、施密特触发器、串化器、并行转化器这些门电路；
D触发器控制并行转化器的串行信号进入和并行信号输出的时间间隔和并行转化器内部寄存器清除时间选择以及串化器装载并行信号输入的时间，施密特触发器接收需要输出的并行信号经过转换和延时送入串化器，串化器最终将输入的并行信号转换为串行信号输出，通过通讯接口反馈给外部的管理控制器。
FPGA最小系统，包括：FPGA芯片、复位电路、基准晶振、配置芯片；
复位电路提供给FPGA复位信号，基准晶振选用频率稳定性优异的温补晶振给FPGA提供基准时钟，配置芯片用来存储FPGA工作所需的配置文件。
第二串并转换模块，包括：D触发器、施密特触发器、串化器、并行转化器这些门电路；
D触发器控制并行转化器的串行信号进入和并行信号输出的时间间隔和并行转化器内部寄存器清除时间选择以及串化器装载并行信号输入的时间，施密特触发器接收需要输出的并行信号经过转换和延时送入串化器，串化器最终将输入的并行信号转换为串行信号输出，通过第二充电组件接口反馈给控制组件。
PWM调制和高压模块，包括；PWM调制器，高压变换器，MOSFET；
PWM调制器接收到DA和比较器模块中DA产生的基准电压和电流，同时受DA和比较器模块中比较器输出的控制信号控制PWM调制器的打开或者关闭，当基准电压和电流输入到PWM调制器且PWM调制器打开时，PWM调制器输出一定占空比的周期性信号至MOSFET打开MOSFET，从而控制高压变换器工作。
本发明的一种全数字化控制激光器电源的控制方法，步骤如下：
(1)激光器电源控制组件，接收外部管理控制器发送的遥控指令，包括：任务包和配置包，
(2)根据任务包调整激光发射机的工作模式，并对配置包进行解析，得到控制激光发射机的工作参数以及控制激光器电源充电组件的控制指令；
(3)在外部管理控制器统一时序控制下，激光器电源控制组件完成激光发射机的时序控制；
(4)激光器电源控制组件，根据外部信号分配器转发的受控非滤波数字一次电源，产生自身所需二次电源，通过充电组件低压供电模块产生充电组件所需的低压二次电源，通过第一充电组件接口将充电组件所需的低压二次电源送至充电组件；
(5)激光器电源充电组件，在激光器电源控制组件解析出的外部管理控制器提供的控制指令控制下，采集充电组件的遥测量，并对充电组件的工作时序进行控制，以及对外部电容组件充电高压和充电电流实现调整和监控，并对外部LD放电组件和外部调Q组件供电进行控制。
(6)激光器电源充电组件，对外部信号分配器转发再由控制组件透传的受控滤波模拟一次电，进行降压转换后提供给LD放电组件和调Q组件，进行升压转换后提供给电容组件。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明为星载激光器电源的全数字化设计，通过控制组件和充电组件，向发射机提供时统信号、LD电流驱动信号、调Q触发脉冲、AD模块控制信号、DA和比较器模块控制信号、PWM调制和高压模块控制信号，从而实现发射机所需充电电流、充电高压、LD放电电流、LD驱动时序、调Q驱动高压、调Q驱动时序等时序和参数调整的功能，并且在充电高压和电流、LD放电电流等超出阈值限定时，发射机可以自主关断，实现自动保护的功能。全数字化激光器电源通过串并转换模块实现对激光器的遥控遥测，并通过以太网协议、422电平传输方式实现发射机与外部管理控制器的指令通信。
(2)采用基于FPGA的数字电路控制技术，解决激光器电源和激光器联调和外场试验独立控制和监测的问题，具有简化系统复杂性、提升系统集成度、轻巧便携的进步。
(3)采用实时数字显示控制技术，解决激光器电源和激光器遥测量实时显示和激光计数实时显示以及激光器重频可调的问题，具有测量结果直接上位机输出和激光器出光重频可调的进步。
(4)采用上电顺序可控技术，解决传统模拟电路搭建的激光器电源不能监测各个组件的状态而且在上电时容易损伤或者误触发出射激光的问题，具有先按顺序采集激光器电源内部各个组件的状态量，确认正常后各个组件逐步加电的进步。对于正在进行相关在轨型号中具有提高产品可靠性、降低产品成本、提高产品安全性等推动牵引作用，在航天高可靠电子电路设计技术和领域的产品规划和发展可起到提高产品性能、扩展产品功能的推动作用，在技术和经济层面的效益均十分显著。
(5)传统的激光器电源均为模拟电路搭建而成，对电路设计和自动化控制的精度要求很难满足航天水平，因此，实现星载激光器电源的全数字化设计变得尤为重要。在基于FPGA技术基础上，设计出一种通过以太网协议、422电平传输形式实现与外部管理控制器通信，并且对发射机提供时统信号、调Q信号、AD/DA控制信号，从而实现激光器所需充电电流、充电高压、LD放电电流、LD驱动时序、调Q驱动高压、调Q驱动时序等发射机时序和参数调整的功能，并且在充电高压和电流、LD放电电流等超出阈值限定时，发射机可以自主关断，实现自动保护的功能。测试结果表明全数字化星载激光器电源设计满足功能和性能的需求。
附图说明
图1为本发明全数字化控制激光器电源设计原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明为一种全数字化控制激光器电源，激光器电源为星载激光发射机的核心控制部分。激光器电源包括控制组件和充电组件，控制组件用于接收外部管理控制器发送的遥控指令，包括任务包和配置包，根据任务包调整激光发射机的工作模式，并对配置包进行解析，得到控制激光发射机的工作参数以及控制充电组件和外部LD放电组件以及外部调Q组件的控制指令；充电组件接收到控制组件的控制指令，进行升压转换后提供高压给外部电容组件，对外部信号分配器转发再由控制组件透传的一次电进行降压转换后提供给外部LD放电组件和外部调Q组件。依据上述技术方案，本发明解决激光发射机联调测试和外场试验进行独立控制和实时监测工作状态的问题，具有简化系统复杂性、提升系统集成度的进步；同时解决传统激光器电源由于不能监测发射机各组件的状态，在各组件同时上电时容易发生器件损伤或者激光误触发出光的问题，具有先按顺序采集发射机各组件状态量，确认正常后各组件逐步加电的进步。
如图1所示，本发明全数字化控制激光器电源包括激光器电源控制组件和激光器电源充电组件。
激光器电源控制组件，用于接收外部管理控制器发送的遥控指令，包括：任务包和配置包，根据任务包调整激光发射机的工作模式，并对配置包进行解析，得到控制激光发射机的工作参数以及控制激光器电源充电组件的控制指令
控制组件对外部管理控制器提供的配置包解析完成后同时解析出对外部LD放电组件和外部调Q组件的控制指令。
激光发射机工作模式主要包括“测量”模式、“测试”模式两种。
在“测量”模式下，激光发射机根据飞行任务完成激光发射机的工作方式控制，完成电容组件充电、外部LD驱动组件放电、外部调Q组件调Q脉冲产生并控制整个激光发射机的工作时序。
激光发射机的工作时序以激光触发脉冲为时统信号，周期500ms，脉宽为50us，基于时统信号延时200us产生LD电流驱动信号，该信号脉宽为220～240us，基于LD电流驱动信号后沿提前6us产生调Q触发脉冲，该信号脉宽为10～50us，基于时统信号延时5ms产生电容高压充电使能信号；
激光发射机上电顺序以外部信号分配器提供的受控非滤波数字一次电供给控制组件为起始，通过控制组件供电模块产生控制组件板载二次电源，控制组件FPGA最小系统开始进行上电配置，同时第一串并转换模块接收到外部管理控制器发送的串行控制指令开始工作，采集控制组件各个状态量通过第一串并转换模块反馈给外部管理控制器，若控制组件状态正常，控制组件继续工作，FPGA顺利配置完成后控制充电组件低压供电模块工作，产生充电组件工作所需板载二次电源，然后通过第一充电组件接口传输至充电组件，同时控制组件通过第一充电组件接口发送控制指令至充电组件，通过第二串并转换模块采集充电组件状态量并反馈至控制组件，并进行充电组件初始化，若充电组件状态量正常，充电组件接收到控制组件的控制指令，通过第二串并转换模块控制PWM调制和高压模块进行升压转换后提供高压给外部电容组件，同时对外部信号分配器转发再由控制组件透传的一次电进行降压转换后提供给外部LD放电组件和外部调Q组件，至此发射机各组件按照设定的上电顺序完成加电。发射机加电时序可通过激光器电源控制组件实现内部上电时序控制，也可以通过外部管理控制器通过以太网协议、422电平传输形式向控制组件发送指令更改上电顺序，上电顺序一般为控制组件加电、充电低压加电、电容充电高压加电、LD加电、调Q加电，断电时序一般为加电时序的逆向实施。供电电源分为受控非滤波数字一次电和受控滤波模拟一次电，均由外部信号分配器输出；
“测试”模式下又可分成“检测”模式、“标定”模式和“服务”模式三种：“检测/标定”模式：该模式下，激光发射机根据管理控制器的指令完成各项参数测量；“服务”模式：该模式下，通过外部管理控制器把用于修正激光器电源软件或常量的指令程序信息上载到激光器电源控制组件内部。当功能自检完成，或者在轨测试开始性能自检完成时，激光发射机当前参数设置不适用于该轨测量时，需要修正激光器电源的软件或常量，此时通过地面注入方式，将新的配置包上注，存储在外部管理控制器相对应激光发射机的FLASH中，然后通过控制指令控制激光发射机进行新的参数设置；
在外部管理控制器统一时序控制下，激光器电源控制组件完成激光发射机的时序控制；
激光器电源控制组件还具有对激光器电源充电组件以及外部的LD放电组件和外部调Q组件的遥测量采集功能，并将遥测量进行数字化处理后通过总线发送至外部管理控制器，实现监测充电组件、外部LD放电组件和外部调Q组件工作状态的功能；
激光器电源控制组件，根据外部信号分配器转发的受控非滤波数字一次电源，产生自身所需二次电源，通过充电组件低压供电模块产生充电组件所需的低压二次电源，通过第一充电组件接口将充电组件所需的低压二次电源送至充电组件；
激光器电源充电组件，在激光器电源控制组件解析出的外部管理控制器提供的控制指令控制下，采集充电组件的遥测量，并对充电组件的工作时序进行控制，以及对外部电容组件充电高压和充电电流实现调整和监控，并对外部LD放电组件和外部调Q组件供电进行控制。
激光器电源充电组件，对外部信号分配器转发再由控制组件透传的受控滤波模拟一次电，进行降压转换后提供给LD放电组件和调Q组件，进行升压转换后提供给电容组件。
控制组件工作首先是控制组件供电模块接收到信号分配器输入的受控非滤波数字一次电，进行低压转换产生控制组件所需的板载二次电源。控制组件供电模块采用DC/DC转换器直接将外部信号分配器传输过来的受控非滤波一次电转换为控制组件所需的12V数字电源，然后再经过低压差稳压器产生板载所需的其余二次电源，由于传统二次电源转换所需DC/DC模块体积较大，并且需要单独二次电源转换电路，本发明控制组件供电模块集成到控制组件上面，不需要单独的二次电源转换电路，而且选用的DC/DC转换器体积小，从而提高了产品的集成度，减小了产品的体积与重量；
激光器电源控制组件与外部管理控制器通讯接口采用422电平形式、IEEE802.3局域网数传协议传输，通过变压器进行去耦隔离，采用双绞线进行传输，采用曼彻斯特编码消除传输过程中的直流分量，在双工模式下其传输速率可达到10Mbit/s，其中隔离变压器采用符合IEEE802.3(Military/Aerospace)标准的100B-2002X变压器；差分芯通过422差分电流环方式传输，保证了信号传输的可靠性，提高了抵抗外部干扰的能力。
控制组件通讯接口接收来自外部管理控制器提供的遥控指令，激光器电源控制组件与外部管理控制器通讯接口采用422电平形式、IEEE802.3局域网数传协议传输，通过变压器进行去耦隔离，采用双绞线进行传输，采用曼彻斯特编码消除传输过程中的直流分量，在双工模式下其传输速率可达到10Mbit/s，其中变压器采用符合IEEE802.3(Military/Aerospace)标准的100B-2002X变压器。通过422差分电流环方式传输，保证了信号传输的可靠性，提高了抵抗外部干扰的能力；
控制组件供电模块采用DC/DC转换器直接将外部信号分配器传输过来的受控非滤波一次电转换为控制组件所需的12V数字电源，然后再经过低压差稳压器产生板载所需的其余二次电源，由于传统二次电源转换所需DC/DC模块体积较大，并且需要单独二次电源转换电路，本发明控制组件供电模块集成到控制组件上面，不需要单独的二次电源转换电路，而且选用的DC/DC转换器体积小，从而提高了产品的集成度，减小了产品的体积与重量。
控制组件接收到的遥控指令为串行信号，首先经过第一串并转换模块将串行信号转化为并行信号。控制组件第一串并转换模块采用多级门电路组合搭建的硬件设计技术，并行转化器接收到外部管理控制器通过通讯接口进来的串行控制指令，产生多路并行控制指令，D触发器控制并行转化器的串行信号进入和并行信号输出的时间间隔和并行转化器内部寄存器清除时间选择以及串化器装载并行信号输入的时间，施密特触发器接收需要输出的并行信号经过转换和延时送入串化器，串化器最终将输入的并行信号转换为串行信号输出，通过通讯接口反馈给外部的管理控制器。该设计解决了在外部管理控制器输入信号线硬件资源极度匮乏的条件下不影响产品功能的难题，取得了星载设备小型化的效果，达到了仅依靠单一串行数据输入实现板级多路并行控制信号输出和板级多路并行输出信号输入实现单一串行数据输出的技术水平。采用简单可靠的串并转换硬件电路设计技术，攻克了板级FPGA初始上电到配置完成这段空闲阶段板载硬件电路可以正常工作进行模拟状态量实时监测的难题，取得了实现FPGA配置完成开始工作前这段时间内板载部分电路低延时可控的效果，达到产品小型化和可靠性有效提高的技术水平。
控制组件第一串并转换模块采用多级门电路组合搭建的硬件设计技术，并行转化器接收到外部管理控制器通过通讯接口进来的串行控制指令，产生多路并行控制指令，D触发器控制并行转化器的串行信号进入和并行信号输出的时间间隔和并行转化器内部寄存器清除时间选择以及串化器装载并行信号输入的时间，施密特触发器接收需要输出的并行信号经过转换和延时送入串化器，串化器最终将输入的并行信号转换为串行信号输出，通过通讯接口反馈给外部的管理控制器。该设计解决了在外部管理控制器输入信号线硬件资源极度匮乏的条件下不影响产品功能的难题，取得了星载设备小型化的效果，达到了仅依靠单一串行数据输入实现板级多路并行控制信号输出和板级多路并行输出信号输入实现单一串行数据输出的技术水平。采用简单可靠的串并转换硬件电路设计技术，攻克了板级FPGA初始上电到配置完成这段空闲阶段板载硬件电路可以正常工作进行模拟状态量实时监测的难题，取得了实现FPGA配置完成开始工作前这段时间内板载部分电路低延时可控的效果，达到产品小型化和可靠性有效提高的技术水平。
控制第一监测模块进行板载二次电源的电压、电流和温度这些模拟信号的采集，其中电压模拟量为每路电源的遥测，例如板载二次电源里面的12V、3.3V、2.5V、1.8V和1.0V这些电源，通过分压产生相应的遥测量，电流模拟量为产生的每一路板载二次电源工作时产生的电流，通过电流采集器完成相应遥测量的采集，温度模拟量为大功率器件发热情况的检测，通过温度采集器完成相应遥测量的采集，将这些这些模拟信号通过AD进行数字化转换后再通过第一串并转换模块进行并行信号转化为串行信号后输出至外部管理控制器。
在第一串并转换模块工作过程中，控制组件的FPGA最小系统配置完成，开始代替第一串并转换模块进行工作。控制组件FPGA最小系统的核心是FPGA芯片，选用Xilinx公司Spartan 6系列的FPGA芯片XQ6SLX75，复位电路提供给FPGA复位信号，基准晶振选用频率稳定性优异的温补晶振给FPGA提供基准时钟，配置芯片用来存储FPGA工作所需的配置文件，使用该种设计达到了这个激光器电源全数字化控制的目的，而且设计复杂度相对传统的模拟电路设计方法较低，控制精度相对传统的模拟电路设计方法较高，由全数字化设计产生的时统信号、LD电流驱动信号和调Q触发脉冲时序关系受电压变化的影响很小，对温度的飘移不敏感不会会发生时序紊乱，提高了产品的可靠性和适应性。
FPGA最小系统的核心是FPGA芯片，选用Xilinx公司Spartan 6系列的FPGA芯片XQ6SLX75，复位电路提供给FPGA复位信号，基准晶振选用频率稳定性优异的温补晶振给FPGA提供基准时钟，配置芯片用来存储FPGA工作所需的配置文件，使用该种设计达到了这个激光器电源全数字化控制的目的，提高了产品的可靠性和适应性。
控制组件中防静电模块对应外部JTAG工艺测试接口，实现FPGA最小系统的配置程序重烧写的功能，由于产品测试过程中一般电路板是在结构内部，而在测试过程中需要多次进行参数更改和不同工作模式的切换，所以需要FPGA最小系统具有可重复烧写不同配置程序的功能，预留出外部JTAG工艺测试接口可以在结构不开盖的情况下反复烧写FPGA最小系统的程序，这样极大提高了工作效率，降低了产品反复开盖容易造成损坏的风险，并且实现实时参数设置和不同工作模式任意切换的效果。
FPGA最小系统控制充电组件低压供电模块产生充电组件所需的板载二次低压电源，该电源与FPGA最小系统发送的控制指令通过第一充电组件接口传输至充电组件，FPGA最小系统发送的控制指令为串行信号，采用的传输形式为422差分电平传输，这样极大提高了指令传输的可靠性。
FPGA最小系统除了上述通过防静电模块与外部JTAG工艺测试接口相互工作、控制充电组件低压供电模块工作以及通过第一充电组件接口与充电组件互相工作外，还要代替第一串并转换模块实现与外部管理控制器的通讯，同时控制第一监测模块工作实时监测控制组件各个模块状态是否正常，并通过通讯接口与外部管理控制器实时通讯，若遥测量出现异常情况，外部管理控制器可以及时切断控制组件，起到了提高产品可靠性、实时监测产品状态的功能。同时FPGA最小系统中的配置芯片有备份设计，若控制组件在第一片配置芯片工作时出现异常，外部管理控制器可以通过通讯接口将备份配置芯片使能，并且同时关闭主份配置芯片，从而FPGA最小系统可以使用备份配置芯片重新配置，使控制组件正常工作，这样极大降低了产品维护和维修的成本，提高了产品抗风险的能力。
充电组件工作是通过第二充电组件接口接收到控制组件传输过来的控制指令和所需的板载二次电源以及控制组件透传过来的受控滤波模拟一次电，第二串并转换模块将得到的串行控制指令进行串转并处理，得到控制充电组件中除第二充电组件接口以外的各模块和接口的多个并行控制信号，在这些控制信号控制下，各模块和接口开始正常工作。充电组件第二串并转换模块采用多级门电路组合搭建的硬件设计技术，并行转化器接收到控制组件通过第二充电组件接口进来的串行控制指令，产生多路并行控制指令，D触发器控制并行转化器的串行信号进入和并行信号输出的时间间隔和并行转化器内部寄存器清除时间选择以及串化器装载并行信号输入的时间，施密特触发器接收需要输出的并行信号经过转换和延时送入串化器，串化器最终将输入的并行信号转换为串行信号输出，通过第二充电组件接口反馈给控制组件。该设计解决了在输入信号线由于硬件资源极度匮乏的条件下不影响产品功能的难题，取得了星载设备小型化的效果，达到了仅依靠单一串行数据输入实现板级多路并行控制信号输出和板级多路并行输出信号输入实现单一串行数据输出的技术水平。
充电组件第二串并转换模块采用多级门电路组合搭建的硬件设计技术，并行转化器接收到控制组件通过第二充电组件接口进来的串行控制指令，产生多路并行控制指令，D触发器控制并行转化器的串行信号进入和并行信号输出的时间间隔和并行转化器内部寄存器清除时间选择以及串化器装载并行信号输入的时间，施密特触发器接收需要输出的并行信号经过转换和延时送入串化器，串化器最终将输入的并行信号转换为串行信号输出，通过第二充电组件接口反馈给控制组件。该设计解决了在输入信号线由于硬件资源极度匮乏的条件下不影响产品功能的难题，取得了星载设备小型化的效果，达到了仅依靠单一串行数据输入实现板级多路并行控制信号输出和板级多路并行输出信号输入实现单一串行数据输出的技术水平。
第二监测模块进行充电组件的遥测量的采集，遥测量包括板载二次电源的电压、电流和温度这些模拟信号，其中电压模拟量为每路电源的遥测，例如控制组件中充电组件低压供电模块产生通过第二充电组件接口传来的12V、充电组件自身产生的3.3V、通过第二充电组件接口传来受控滤波模拟一次电这些电源，通过分压产生相应的遥测量，电流模拟量为产生的上述各路电源工作时产生的电流、以及LD放电组件供电模块和调Q组件供电模块输出电源至外部LD放电组件和外部调Q组件使这两个组件工作时产生的电流，通过电流采集器完成相应遥测量的采集，温度模拟量为大功率器件发热情况的检测，通过温度采集器完成相应遥测量的采集，传输至AD模块完成数字化转换，通过第二串并转换模块进行并行转串行处理，通过第二充电组件接口反馈给控制组件进行遥测量采集，遥测量异常状态下，控制组件能够自动切断充电组件板载二次低压电源的供电。
DA和比较器模块收到并行控制信号后，输出PWM调制和高压模块所需的控制信号和电压、电流基准，PWM调制和高压模块根据该控制信号和电压、电流基准，实现高压转换产生高于200V的高压。充电组件PWM调制和高压模块中PWM调制器接收到DA和比较器模块中DA产生的基准电压和电流，同时受DA和比较器模块中比较器输出的控制信号控制PWM调制器的打开或者关闭，当基准电压和电流输入到PWM调制器且PWM调制器打开时，PWM调制器输出一定占空比的周期性信号至MOSFET打开MOSFET，从而控制高压变换器工作，将由外部信号分配器转发再由控制组件透传的一次电进行升压，产生外部电容组件充电所需的高于200V的电压，同时第二监测模块采集到高压转换器产生高压的过程中的相关遥测量进入AD模块经过数字化转换后通过第二串并转换模块经由第二充电组件接口进入控制组件，从而实现高压和高压电流的实时监控，而且在这个过程中产生的相关遥测量进入DA和比较器模块中的比较器，比较器的输出又作用于PWM调制和高压模块中的PWM调制器开关控制引脚，从而形成控制高压产生的闭环控制。该设计实现对外部电容组件充电高压和电流的调整、监控功能，并实现向外部电容组件提供所需充电高压的功能，并且在充电高压和电流超出阈值限定时，可以自主关断，实现自动保护的功能。
充电组件电压转换采用较成熟的反激式DC-DC转换器，初级电压足够高时，此变换器的效率可达80％。输出电压的任务、启动和监测充电过程均通过PWM调制和高压模块实现。
PWM调制和高压模块中的PWM脉宽调制器利用电流传感器上的电压基准和PWM调制和高压模块中的变压器一次绕阻的电压作为反馈信号，形成MOSFET控制时序PWM信号。用PWM脉宽调制器控制变压器的一次绕阻的脉冲占空比，可省去次级电压检测的光耦或变压器反馈。
充电组件的PWM调制和高压模块中PWM调制器接收到DA和比较器模块中DA产生的基准电压和电流，同时受DA和比较器模块中比较器输出的控制信号控制PWM调制器的打开或者关闭，当基准电压和电流输入到PWM调制器且PWM调制器打开时，PWM调制器输出一定占空比的周期性信号至MOSFET打开MOSFET，从而控制高压变换器工作，将由外部信号分配器转发再由控制组件透传的一次电进行升压，产生外部电容组件充电所需的高于200V的电压，同时第二监测模块采集到高压转换器产生高压的过程中的相关遥测量进入AD模块经过数字化转换后通过第二串并转换模块经由第二充电组件接口进入控制组件，从而实现高压和高压电流的实时监控，而且在这个过程中产生的相关遥测量进入DA和比较器模块中的比较器，比较器的输出又作用于PWM调制和高压模块中的PWM调制器开关控制引脚，从而形成控制高压产生的闭环控制。该设计实现对外部电容组件充电高压和电流的调整、监控功能，并实现向外部电容组件提供所需充电高压的功能，并且在充电高压和电流超出阈值限定时，可以自主关断，实现自动保护的功能。
充电组件计算所需的原始数据为：Uс0(初始充电输出电压)为0～350V，Uс(工作周期输出电压)为200～350V，C(储能组件容量)为380μF，Ec(泵浦脉冲电能)为5J，Tc(储能电路充电时间)为0.5s，f(泵浦脉冲重复频率)为≤2Hz。
以下为PWM调制和高压模块的主要关系：
t1/t2＝U2*KU1,(1)
Ipk2＝Ipk1*K,(2)
Id1＝0.5Ipk1t1/(t1+t2),(3)
Id2＝0.5Ipk2t2/(t1+t2),(4)
W＝U1Id1,(5)
式中U1/U2为变压器的一次电压/二次电压，K＝ω1/ω2为变压比，t1/t2为储存时间(积分时间)/输出时间，Ipk1/Ipk2为变压器一次绕阻/二次绕阻中的最大电流，Id1/Id2为变压器一次绕阻/二次绕阻中的平均电流。
不考虑外部电容组件的初充电过程，电压U2可认为是固定的(不可调的)，因为在一个周期里使用的并不是外部电容组件的全部能量，而且外部电容组件的电压与Uc相比变化不大。略去中间运算，指定
W＝Ec/Tc＝15W，(6)
K＝1/10，U1＝V1＝30V，U2＝Uс＝300V，
得到Ipk1＝2.0A，Ipk2＝0.2A，Id1＝1.0A，Id2＝0.1A。
MOSFET的工作频率为
fsw＝1/(t1+t2)，(7)
在保持变压器动力开关和磁路中损耗水平可接受的情况下，基于大功率变压器外形尺寸最小化，选择MOSFET的工作频率为300～400kHz。
当fsw＝400KHz，U1＝V1＝30V，Ipk1＝2A，变压器一次绕阻的所需电感为：
L1＝t1/(t1+t2)/fsw/(Ipk1U1)＝3.8uH，(8)
使用RDSon小于0.2Ω的MOSFET开关时，最大发热功率为：
<WVT2>＝Ipk12RDSon(t1/(t1+t2))/3＝0.15W，(9)
考虑到反馈电阻和变压器一次绕阻的损耗功率，总发热功率将不超过2W。
从中可以看出PWM调制和高压模块的整体转换效率比较高，总发热功率比较下，提高了产品的工作效率，减小了产品的热耗损失，具有提高产品利用率和降低产品成本的效果。
第二串并转换模块产生的并行信号中有控制LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块加电的信号，完成LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块的低压电源产生；高压转换产生的高于200V的高压和LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块产生的低压电源以及第二串并转换模块产生的剩余并行信号通过LD放电组件接口和调Q组件接口传输至外部LD放电组件和调Q组件，对外部LD放电组件和外部调Q组件进行板载电源加载和信号控制以及遥测量采集工作。
通过上位机代替外部管理控制器，实现上位机与激光器电源的串口通讯，上位机发送请求遥测指令，可得到激光器电源控制组件和充电组件以及外部LD放电组件的三组遥测量，从而实时监测各个电路组件的温度、电压、电流和高压等状态量是否正常。发射机加电时序可通过激光器电源控制组件实现内部上电时序控制，也可以通过上位机软件手动控制上电顺序，上电时序一般为控制组件板载二次电源加电、充电组件低压加电、外部电容组件充电高压加电、外部LD放电组件加电、外部调Q组件加电，断电时序一般为加电时序的逆向实施。上位机软件还可以发送遥控指令实现激光器所需充电电流、充电高压、LD放电(驱动)电流、LD驱动时序、调Q驱动高压(一级升压)、调Q驱动时序等发射机时序和参数调整的功能，充电电流参数调整范围为2250～4096，数值增加会导致充电速度加快，一般设定值为3300，充电高压由电压反馈将高压钳制于最高230V左右，一般设定值为3800，对应高压值为220V左右，LD放电电流参数设置为1000时对应电流值为10A，参数设置为1800时对应电流值为90A，已达到放电电流所需电流上限，故LD驱动电流设置范围一般为1000～1800，继续提高(上限4096)LD放电电流会继续增大，但是实际不需要过高的电流，故放电电流上限为90A，并且在充电高压和电流、LD驱动电流等超出阈值限定时，发射机可以自主关断，实现自动保护的功能。
本发明的一种全数字化控制激光器电源的控制方法，步骤如下：
(1)激光器电源控制组件，接收外部管理控制器发送的遥控指令，包括：任务包和配置包，
(2)根据任务包调整激光发射机的工作模式，并对配置包进行解析，得到控制激光发射机的工作参数以及控制激光器电源充电组件的控制指令；
(3)在外部管理控制器统一时序控制下，激光器电源控制组件完成激光发射机的时序控制；
(4)激光器电源控制组件，根据外部信号分配器转发的受控非滤波数字一次电源，产生自身所需二次电源，通过充电组件低压供电模块产生充电组件所需的低压二次电源，通过第一充电组件接口将充电组件所需的低压二次电源送至充电组件；
(5)激光器电源充电组件，在激光器电源控制组件解析出的外部管理控制器提供的控制指令控制下，采集充电组件的遥测量，并对充电组件的工作时序进行控制，以及对外部电容组件充电高压和充电电流实现调整和监控，并对外部LD放电组件和外部调Q组件供电进行控制。
(6)激光器电源充电组件，对外部信号分配器转发再由控制组件透传的受控滤波模拟一次电，进行降压转换后提供给LD放电组件和调Q组件，进行升压转换后提供给电容组件。
实验结果表明相对于传统的模拟电路实现方式本发明可以实现发射机状态实时监测和实时在线调整充电电流、充电电压、LD放电电流、LD驱动时序、调Q驱动时序参数和时序的功能，同时控制各组件的加断电顺序，而且充电电流和LD放电电流超出阈值可以实现自主切断，极大提高了产品的可靠性和安全性，消除了激光器误触发出射激光的隐患，极好的满足了航天应用中对电路精度极高和自动化控制精准的需求。

Claims (10)

1.一种全数字化控制激光器电源，其特征在于包括：激光器电源控制组件和激光器电源充电组件；
激光器电源控制组件，用于接收外部管理控制器发送的遥控指令，包括：任务包和配置包，根据任务包调整激光发射机的工作模式，并对配置包进行解析，得到控制激光发射机的工作参数以及控制激光器电源充电组件的控制指令；在外部管理控制器统一时序控制下，激光器电源控制组件完成激光发射机的时序控制；激光器电源控制组件，根据外部信号分配器转发的受控非滤波数字一次电源，产生自身所需二次电源，通过充电组件低压供电模块产生充电组件所需的低压二次电源，通过第一充电组件接口将充电组件所需的低压二次电源送至充电组件；
激光器电源充电组件，在激光器电源控制组件解析出的外部管理控制器提供的控制指令控制下，采集充电组件的遥测量，并对充电组件的工作时序进行控制，以及对外部电容组件充电高压和充电电流实现调整和监控，并对外部LD放电组件和外部调Q组件供电进行控制；激光器电源充电组件，对外部信号分配器转发再由控制组件透传的受控滤波模拟一次电，进行降压转换后提供给LD放电组件和调Q组件，进行升压转换后提供给电容组件；
激光器电源控制组件，包括：通讯接口、防静电模块、控制组件供电模块、充电组件低压供电模块、第一串并转换模块、FPGA最小系统、第一充电组件接口、第一监测模块；
控制组件供电模块，接收到外部信号分配器输入的受控非滤波数字一次电源，进行低压转换产生控制组件所需的板载二次电源，控制组件通讯接口接收来自外部管理控制器提供的遥控指令，遥控指令为串行信号，首先经过第一串并转换模块将串行信号转化为并行信号，控制第一监测模块进行板载二次电源的电压、电流和温度这些模拟信号的采集，将这些模拟信号通过AD进行数字化转换后再通过第一串并转换模块进行并行信号转化为串行信号后输出至外部管理控制器，在第一串并转换模块工作过程中，控制组件的FPGA最小系统配置完成，开始代替第一串并转换模块进行工作，控制组件中防静电模块对应外部JTAG工艺测试接口，实现FPGA最小系统的配置程序重烧写的功能，FPGA最小系统控制充电组件低压供电模块产生充电组件所需的板载二次低压电源，该电源与FPGA最小系统发送的控制指令通过第一充电组件接口传输至充电组件，FPGA最小系统发送的控制指令为串行信号。
2.根据权利要求1所述的一种全数字化控制激光器电源，其特征在于：激光器电源控制组件还具有对激光器电源充电组件以及外部的LD放电组件和调Q组件的遥测量采集功能，并将遥测量进行数字化处理后通过总线发送至外部管理控制器，实现监测充电组件、外部LD放电组件和外部调Q组件工作状态的功能。
3.根据权利要求1所述的一种全数字化控制激光器电源，其特征在于：激光器电源充电组件，包括：第二充电组件接口、第二串并转换模块、PWM调制和高压模块、第二监测模块、AD模块、DA和比较器模块、LD放电组件接口、调Q组件接口、LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块；
充电组件通过第二充电组件接口接收到控制组件传输过来的控制指令和所需的板载二次电源以及控制组件透传过来的受控滤波模拟一次电源，第二串并转换模块将得到的控制指令进行串转并处理，得到控制充电组件中除第二充电组件接口的各模块和接口的多个并行控制信号，在这些控制信号控制下，各模块和接口开始正常工作；
第二监测模块进行充电组件的遥测量的采集传输至AD模块完成数字化转换，通过第二串并转换模块进行并行转串行处理，通过第二充电组件接口反馈给控制组件进行遥测量采集，遥测量异常状态下，控制组件能够自动切断充电组件板载二次低压电源的供电，DA和比较器模块收到并行控制信号后，输出PWM调制和高压模块所需的控制信号和电压、电流基准，PWM调制和高压模块根据该控制信号和电压、电流基准，实现高压转换产生高于200V的高压，同时第二串并转换模块产生的并行信号中有控制LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块加电的信号，完成LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块的低压电源产生；高压转换产生的高于200V的高压和LD放电组件供电模块、调Q组件供电模块产生的低压电源以及第二串并转换模块产生的剩余并行信号通过LD放电组件接口和调Q组件接口传输至外部LD放电组件和调Q组件，对外部LD放电组件和外部调Q组件进行板载电源加载和信号控制以及遥测量采集工作。
4.根据权利要求1所述的一种全数字化控制激光器电源，其特征在于：通讯接口，包括：隔离变压器和差分芯片；激光器电源控制组件与外部管理控制器通讯接口，通过变压器进行去耦隔离，差分芯片通过422差分电流环方式传输。
5.根据权利要求1所述的一种全数字化控制激光器电源，其特征在于：控制组件供电模块，包括：DC/DC转换器和低压差稳压器；
DC/DC转换器直接将外部信号分配器传输过来的受控非滤波一次电转换为控制组件所需的电源，再经过低压差稳压器产生板载所需的其余二次电源。
6.根据权利要求1所述的一种全数字化控制激光器电源，其特征在于：第一串并转换模块，包括：D触发器、施密特触发器、串化器、并行转化器这些门电路；
D触发器控制并行转化器的串行信号进入和并行信号输出的时间间隔和并行转化器内部寄存器清除时间选择以及串化器装载并行信号输入的时间，施密特触发器接收需要输出的并行信号经过转换和延时送入串化器，串化器最终将输入的并行信号转换为串行信号输出，通过通讯接口反馈给外部的管理控制器。
7.根据权利要求1所述的一种全数字化控制激光器电源，其特征在于：FPGA最小系统，包括：FPGA芯片、复位电路、基准晶振、配置芯片；
复位电路提供给FPGA复位信号，基准晶振选用频率稳定性优异的温补晶振给FPGA提供基准时钟，配置芯片用来存储FPGA工作所需的配置文件。
8.根据权利要求3所述的一种全数字化控制激光器电源，其特征在于：第二串并转换模块，包括：D触发器、施密特触发器、串化器、并行转化器这些门电路；
D触发器控制并行转化器的串行信号进入和并行信号输出的时间间隔和并行转化器内部寄存器清除时间选择以及串化器装载并行信号输入的时间，施密特触发器接收需要输出的并行信号经过转换和延时送入串化器，串化器最终将输入的并行信号转换为串行信号输出，通过第二充电组件接口反馈给控制组件。
9.根据权利要求3所述的一种全数字化控制激光器电源，其特征在于：PWM调制和高压模块，包括；PWM调制器，高压变换器，MOSFET；
PWM调制器接收到DA和比较器模块中DA产生的基准电压和电流，同时受DA和比较器模块中比较器输出的控制信号控制PWM调制器的打开或者关闭，当基准电压和电流输入到PWM调制器且PWM调制器打开时，PWM调制器输出一定占空比的周期性信号至MOSFET打开MOSFET，从而控制高压变换器工作。
10.一种全数字化控制激光器电源的控制方法，其特征在于步骤如下：
(1)激光器电源控制组件，接收外部管理控制器发送的遥控指令，包括：任务包和配置包，
(2)根据任务包调整激光发射机的工作模式，并对配置包进行解析，得到控制激光发射机的工作参数以及控制激光器电源充电组件的控制指令；
(3)在外部管理控制器统一时序控制下，激光器电源控制组件完成激光发射机的时序控制；
(4)激光器电源控制组件，根据外部信号分配器转发的受控非滤波数字一次电源，产生自身所需二次电源，通过充电组件低压供电模块产生充电组件所需的低压二次电源，通过第一充电组件接口将充电组件所需的低压二次电源送至充电组件；
(5)激光器电源充电组件，在激光器电源控制组件解析出的外部管理控制器提供的控制指令控制下，采集充电组件的遥测量，并对充电组件的工作时序进行控制，以及对外部电容组件充电高压和充电电流实现调整和监控，并对外部LD放电组件和外部调Q组件供电进行控制；
(6)激光器电源充电组件，对外部信号分配器转发再由控制组件透传的受控滤波模拟一次电源，进行降压转换后提供给LD放电组件和调Q组件，进行升压转换后提供给电容组件。
CN201711362903.4A 2017-12-18 2017-12-18 一种全数字化控制激光器电源及控制方法 Active CN108258578B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711362903.4A CN108258578B (zh) 2017-12-18 2017-12-18 一种全数字化控制激光器电源及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711362903.4A CN108258578B (zh) 2017-12-18 2017-12-18 一种全数字化控制激光器电源及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108258578A CN108258578A (zh) 2018-07-06
CN108258578B true CN108258578B (zh) 2019-08-09

Family

ID=62722913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711362903.4A Active CN108258578B (zh) 2017-12-18 2017-12-18 一种全数字化控制激光器电源及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108258578B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109828238B (zh) * 2019-02-18 2021-03-02 航天南湖电子信息技术股份有限公司 一种时序/增益控制设备
CN111585157B (zh) * 2020-05-22 2022-11-08 江苏师范大学 用于中红外超快激光器的数控驱动电源
TWI745134B (zh) * 2020-10-26 2021-11-01 友達光電股份有限公司 控制雷射光的方法、控制系統及輸入裝置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6483344B2 (en) * 2001-01-31 2002-11-19 Stmicroelectronics, Inc. Interconnect circuitry for implementing logic functions in a field programmable gate array and method of operation
CN102222952A (zh) * 2011-06-16 2011-10-19 深圳市华测检测技术股份有限公司 一种无线激光充电器
CN202221868U (zh) * 2011-08-17 2012-05-16 上海致凯捷激光科技有限公司 激光二极管驱动电源
CN103633541A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 北京信息科技大学 基于fpga的脉冲光纤激光器功率控制系统
CN203707857U (zh) * 2013-12-27 2014-07-09 深圳市光大激光科技股份有限公司 一种输出功率恒定的固体激光电源
CN104079064A (zh) * 2014-06-04 2014-10-01 华中科技大学 一种自备电源系统
CN204967820U (zh) * 2015-08-14 2016-01-13 天津纤测道客科技发展有限公司 基于fpga与无线通讯技术的嵌入式光时域反射仪
CN106093917A (zh) * 2016-06-01 2016-11-09 中国科学院合肥物质科学研究院 基于fpga技术的高精度星载激光高度计地面定标系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8611384B2 (en) * 2006-05-18 2013-12-17 Finisar Corporation High-temperature operation of vertical cavity surface emitting lasers

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6483344B2 (en) * 2001-01-31 2002-11-19 Stmicroelectronics, Inc. Interconnect circuitry for implementing logic functions in a field programmable gate array and method of operation
CN102222952A (zh) * 2011-06-16 2011-10-19 深圳市华测检测技术股份有限公司 一种无线激光充电器
CN202221868U (zh) * 2011-08-17 2012-05-16 上海致凯捷激光科技有限公司 激光二极管驱动电源
CN103633541A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 北京信息科技大学 基于fpga的脉冲光纤激光器功率控制系统
CN203707857U (zh) * 2013-12-27 2014-07-09 深圳市光大激光科技股份有限公司 一种输出功率恒定的固体激光电源
CN104079064A (zh) * 2014-06-04 2014-10-01 华中科技大学 一种自备电源系统
CN204967820U (zh) * 2015-08-14 2016-01-13 天津纤测道客科技发展有限公司 基于fpga与无线通讯技术的嵌入式光时域反射仪
CN106093917A (zh) * 2016-06-01 2016-11-09 中国科学院合肥物质科学研究院 基于fpga技术的高精度星载激光高度计地面定标系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
星载激光器电源遥控遥测系统的设计与实现;宋博，郑伟;《红外与激光工程》;20161031;第45卷(第10期);正文第1-5节 *
资源三号(02)星载高精度激光测距技术的实现;宋博，李旭;《光电子技术》;20170330;第37卷(第1期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108258578A (zh) 2018-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108258578B (zh) 一种全数字化控制激光器电源及控制方法
US9178354B2 (en) Multipurpose, universal converter with battery control and real-time power factor correction
CN205882805U (zh) 电源适配器及具有其的充电系统
CN102290978B (zh) 电源管理系统
CN105634445A (zh) 一种应用于开关电源的频率可配置的振荡器电路
CN102097858B (zh) 用于大型led显示屏的混合直流电源系统
CN208690959U (zh) 多组锂电池充放电智能管理系统
US20190386504A1 (en) Energy harvesting power system
CN106100328A (zh) 数控可调电源及调压方法
CN102879117A (zh) 一种采用电场感应供电的隔离开关触头温度在线测量和无线传输装置
CN104422808A (zh) 一种采样电路、开关电源控制电路、开关电源及采样方法
CN102590758A (zh) 一种高压电池组测试系统
CN208767814U (zh) 电推力器驱动电路及脉冲式电推力器
CN102944259B (zh) 一种无线无源测量装置
CN106100026B (zh) 一种卫星电源镍镉蓄电池充电调节器
CN206759312U (zh) Dcdc模块自动切换的直流电能变换系统
US20220121262A1 (en) Power supply guarantee system and power supply guarantee method
CN109217445B (zh) 一种基于能量采集的传感器节点供电系统及供电方法
CN205160138U (zh) Agv的无线充电系统
CN201548703U (zh) 伪随机信号发送机
CN106655354A (zh) 一种基于脉冲宽度调制技术的远程无线电池管理系统及方法
CN104215991A (zh) 基于陀螺传感器的动物运动状态监测器及其监测方法
CN109088620B (zh) 一种基于数据控制的pfm调制电路
CN209044355U (zh) 一种综合式处理单元
CN102931706A (zh) 一种蓄电池两阶段电流充电的星载软件限流控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant