CN117452560A - 一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，涉及高压电弧发生器技术领域，该装置包括：初级可调稳压电路、高频变压器电路、初级驱动电路、次级高压整流电路、电弧时序控制电路以及电极棒电路；其中，初级可调稳压电路，用于控制放电电弧的强度与稳定度；高频变压器电路，用于提供两个双初级绕组高频高压变压器；初级驱动电路，用于将输入信号为四分之一占空比的交错等间隔脉冲电压输入至高频变压器，次级输出为五十倍高压交流脉冲。本发明通过分时高压放电控制技术实现了四电极双电弧叠加放电，可在电弧的中心高温区域进行石英光纤的熔融，同时实现电弧强度可调。
Description
技术领域
本发明涉及高压电弧发生器技术领域，具体来说，涉及一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置。
背景技术
高压电弧熔接光纤技术是一种用于连接光纤的高精度方法，它通过产生高温电弧将两端的光纤末端熔接在一起。这种技术通常用于制造光纤连接器、光纤连接头和光纤耦合器，以确保光信号能够有效地传输，而且连接质量非常高。
利用高压电弧熔接光纤的技术在我国已出现30多年的时间。采用一对电极棒产生高温电弧的方式（如图1所示）能够稳定可靠地熔融并接续通讯领域普遍使用的包层直径125um石英光纤。使用该熔接技术进行光纤连接可以提供高质量、稳定和可靠的连接，特别适用于通信领域。
光纤技术的应用不断向其它领域发展，目前市场上出现了包层直径200um以上甚至高达2000um的多种石英光纤，这些类型的光纤在工业、传感、医疗等领域有着重要应用前景。
目前国内光纤熔接机厂家已推出一些型号的大芯径光纤熔接机，这些熔接机还普遍使用传统的双电极电弧放电方式，然而传统的双电极放电方式因电弧高温区受限等原因无法满足大芯径光纤的可靠熔接，更不能满足光纤拉锥的技术性能要求。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，该装置包括：初级可调稳压电路、高频变压器电路、初级驱动电路、次级高压整流电路、电弧时序控制电路以及电极棒电路；
其中，初级可调稳压电路，用于控制放电电弧的强度与稳定度；
高频变压器电路，用于提供两个双初级绕组高频高压变压器；
初级驱动电路，用于将输入信号为四分之一占空比的交错等间隔脉冲电压输入至高频变压器，次级输出为五十倍高压交流脉冲；
次级高压整流电路，用于实现次级输出的六倍压整流，提高电极棒的空气电离击穿能力；
电弧时序控制电路，用于输出交替控制脉冲；
电极棒电路，用于提供按照两个放电回路连接的四个电极棒，在输入时序脉冲控制下，四个电极棒依次产生高压，实现两两分时交替放电。
进一步的，初级可调稳压电路包括两路运算放大器U1、运算放大器U2、二极管V1、二极管V2、场效应管V3、二极管V4、三极管V5、并联三极管V6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C23、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25及电感L1；
其中，二极管V1阳极与二极管V2阴极及输入信号Input2连接，二极管V1阴极与电阻R11一端及电容C5一端连接，二极管V2阳极与电容C5另一端连接且接地，电阻R11另一端分别与电阻R1一端、电阻R2一端及三极管V5集电极连接，电阻R2另一端与电阻R3另一端连接，电阻R3另一端接地，电阻R1另一端与两路运算放大器U1第1引脚连接，三极管V5发射极分别与电阻R25一端、电阻R21一端及电容C11一端连接，电容C11另一端与电阻R21另一端及运算放大器U2反相输入端连接，运算放大器U2电源正输入端与电容C23一端及输入信号+8V连接，电容C23另一端接地，运算放大器U2同相输入端与电阻R22一端及电阻R23一端连接，电阻R22另一端与输入信号Input3连接，电阻R23另一端接地，两路运算放大器U1第2引脚分别与电阻R7一端、电容C1一端、电阻R4一端及电阻R5一端连接，电阻R7另一端与电容C1另一端及两路运算放大器U1第3引脚连接，电阻R5另一端接地，电阻R4另一端分别与电阻R6一端、电容C4一端、电阻R9一端、电容C6一端及两路运算放大器U1第14引脚连接，电阻R6另一端与两路运算放大器U1第15引脚连接，电容C4另一端分别与电阻R9另一端、电阻R10一端及两路运算放大器U1第4引脚连接，电阻R10另一端接地，电容C6另一端接地，两路运算放大器U1第16引脚与电阻R13一端连接，电阻R13另一端与电阻R12一端及电阻R14一端连接，电阻R12另一端分别与输入信号Input1、输出信号Vout、电容C10一端及二极管V4阴极连接，电容C10另一端接地，电阻R14另一端分别与电容C2一端、电阻R16一端及电阻R16滑动端连接，电容C2另一端与两路运算放大器U1第5引脚连接，电阻R16另一端与电阻R15一端连接，电阻R15另一端与两路运算放大器U1第6引脚连接，两路运算放大器U1第8引脚、第11引脚与电阻R8一端连接，电阻R8另一端与输入信号+8V连接，两路运算放大器U1第9引脚、第10引脚分别与电阻R17一端、并联三极管V6第5引脚及第6引脚连接，并联三极管V6第3引脚与电容C7一端及电阻R18一端连接，电阻R18另一端与输入信号+8V连接，电容C7另一端接地，并联三极管V6第4引脚分别与并联三极管V6第1引脚及电阻R19一端连接，电阻R19另一端与场效应管V3栅极连接，场效应管V3源极分别与电容C8一端、电感L1一端及二极管V4阳极连接，电阻R20另一端接地，电感L1另一端与电容C9一端及输入信号VCC连接，电容C9另一端接地。
进一步的，输入信号Input1用于输出稳压反馈，输入信号Input2用于提供高压感应保护，输入信号Input3用于输入控制0-2.5V电压。
进一步的，高频变压器电路包括高频高压变压器T1与高频高压变压器T2，且高频高压变压器T1及高频高压变压器T2均采用双初级绕组和50倍匝数比单次级绕组设计。
进一步的，初级驱动电路包括电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、二极管V7、三极管V8、三极管V9、并联三极管V10、场效应管V11、二极管V12、三极管V13、三极管V14、并联三极管V15及场效应管V16；
其中，电阻R26一端与二极管V7阴极及脉冲信号CON1-P连接，电阻R26另一端与电阻R27一端及三极管V8基极连接，三极管V8集电极与电阻R28一端及电阻R29一端连接，电阻R28另一端与电阻R30一端及输入信号VCC8V连接，电阻R29另一端与三极管V9基极连接，电阻R30另一端与三极管V9集电极及并联三极管V10第2引脚、第5引脚连接，并联三极管V10第3引脚与电阻R31一端连接，电阻R31另一端与电容C12一端及输入信号VCC8V连接，并联三极管V10第4引脚、第1引脚与电阻R32一端连接，电阻R32另一端与场效应管V11栅极连接，场效应管V11源极与电容C13一端及高频高压变压器T1第3引脚连接，电容C13另一端与电阻R33一端连接，二极管V7阳极、电阻R27另一端、三极管V8发射极、三极管V9发射极、并联三极管V10第6引脚、场效应管V11漏极及电阻R33另一端连接且接地；电阻R41一端与二极管V12阴极及脉冲信号CON1-N连接，电阻R41另一端与电阻R34一端及三极管V13基极连接，三极管V13集电极与电阻R35一端及电阻R36一端连接，电阻R35另一端与电阻R37一端及输入信号VCC8V连接，电阻R36另一端与三极管V14基极连接，电阻R37另一端与三极管V14集电极及并联三极管V15第2引脚、第5引脚连接，并联三极管V15第3引脚与电阻R38一端连接，电阻R38另一端与电容C14一端及输入信号VCC8V连接，并联三极管V15第4引脚、第1引脚与电阻R39一端连接，电阻R39另一端与场效应管V16栅极连接，场效应管V16源极与电容C15一端及高频高压变压器T1第3引脚连接，电容C15另一端与电阻R40一端连接，二极管V12阳极、电阻R34另一端、三极管V13发射极、三极管V14发射极、并联三极管V15第6引脚、场效应管V16漏极及电阻R40另一端连接且接地；高频高压变压器T1第1引脚与第2引脚及输入信号Vin连接。
进一步的，高频高压变压器T1与高频高压变压器T2的第2引脚与第3引脚均与输入信号Vin连接，且输入信号Vin与初级可调稳压电路输出的输出信号Vout连接。
进一步的，该装置包括两个初级驱动电路，其中一个初级驱动电路输出脉冲信号CON1-P与脉冲信号CON1-N，另一个初级驱动电路输出脉冲信号CON2-P与脉冲信号CON2-N，且脉冲信号CON1-P与脉冲信号CON1-N均为高频高压变压器T1的控制脉冲，脉冲信号CON2-P与脉冲信号CON2-N均为高频高压变压器T2的控制脉冲。
进一步的，次级高压整流电路包括电阻R42、电阻R43、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、二极管V17、二极管V18、二极管V19、二极管V20、二极管V21及二极管V22；
其中，高频高压变压器T1第6引脚与二极管V17阳极、电容C17一端及次级倍压输出Elec1-n连接，二极管V17阴极分别与电容C16一端、二极管V18阳极及电容C18一端连接，电容C17一端分别与二极管V18阴极、二极管V19阳极及电容C19一端连接，电容C18另一端分别与二极管V19阴极、二极管V20阳极及电容C20一端连接，电容C19另一端分别与二极管V20阴极、二极管V21阳极及电容C21一端连接，电容C20另一端分别与二极管V21阴极及二极管V22阳极连接，电容C21另一端与二极管V22阴极及电阻R43一端连接，高频高压变压器T1第5引脚与电容C16另一端、电容C22一端连接，电容C22另一端与电阻R42一端连接，电阻R42另一端与电阻R43另一端及次级倍压输出Elec1-p连接。
进一步的，高频高压变压器T1经过其中一个次级高压整流电路输出次级倍压输出Elec1-n与次级倍压输出Elec1-p，高频高压变压器T2经过另一个次级高压整流电路输出次级倍压输出Elec2-n与次级倍压输出Elec2-p。
进一步的，电极棒电路包括四个电极棒，分别连接次级倍压输出Elec1-p、次级倍压输出Elec1-n、次级倍压输出Elec2-p及次级倍压输出Elec2-p。
本发明的有益效果为：通过分时高压放电控制技术实现了四电极双电弧叠加放电，可在电弧的中心高温区域进行石英光纤的熔融，同时实现电弧强度（即电弧区温度）可调，可均匀熔融80um至2000um的石英光纤，从而满足大芯径拉锥熔接机的设计要求，以及光纤拉锥的技术性能需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统技术中一对电极棒产生高温电弧的方式的示意图；
图2是根据本发明实施例的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置中初级可调稳压电路的电路原理图；
图3是根据本发明实施例的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置中初级驱动电路的电路原理图；
图4是根据本发明实施例的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置中次级高压整流电路的电路原理图；
图5是根据本发明实施例的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置中电弧时序控制电路的原理示意图；
图6是根据本发明实施例的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置中电弧时序控制电路输出时序结果示意图；
图7是根据本发明实施例的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置中电极棒电路的示意图。
实施方式
根据本发明的实施例，提供了一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图2-图7所示，根据本发明实施例的用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，该装置包括：初级可调稳压电路、高频变压器电路、初级驱动电路（两个）、次级高压整流电路（两个）、电弧时序控制电路以及电极棒电路。
其中，初级可调稳压电路，用于控制放电电弧的强度与稳定度。
高频变压器电路，用于提供两个双初级绕组高频高压变压器。
初级驱动电路，用于将输入信号为四分之一占空比的交错等间隔脉冲电压输入至高频变压器，次级输出为五十倍高压交流脉冲。
次级高压整流电路，用于实现次级输出的六倍压整流，提高电极棒的空气电离击穿能力。
电弧时序控制电路，用于输出交替控制脉冲。
电极棒电路，用于提供按照两个放电回路连接的四个电极棒，在输入时序脉冲控制下，四个电极棒依次产生高压，实现两两分时交替放电。
在一个实施例中，如图2所示，初级可调稳压电路包括两路运算放大器U1、运算放大器U2、二极管V1、二极管V2、场效应管V3、二极管V4、三极管V5、并联三极管V6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C23、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25及电感L1。
其中，二极管V1阳极与二极管V2阴极及输入信号Input2连接，二极管V1阴极与电阻R11一端及电容C5一端连接，二极管V2阳极与电容C5另一端连接且接地，电阻R11另一端分别与电阻R1一端、电阻R2一端及三极管V5集电极连接，电阻R2另一端与电阻R3另一端连接，电阻R3另一端接地，电阻R1另一端与两路运算放大器U1第1引脚连接，三极管V5发射极分别与电阻R25一端、电阻R21一端及电容C11一端连接，电容C11另一端与电阻R21另一端及运算放大器U2反相输入端连接，运算放大器U2电源正输入端与电容C23一端及输入信号+8V连接，电容C23另一端接地，运算放大器U2同相输入端与电阻R22一端及电阻R23一端连接，电阻R22另一端与输入信号Input3连接，电阻R23另一端接地，两路运算放大器U1第2引脚分别与电阻R7一端、电容C1一端、电阻R4一端及电阻R5一端连接，电阻R7另一端与电容C1另一端及两路运算放大器U1第3引脚连接，电阻R5另一端接地，电阻R4另一端分别与电阻R6一端、电容C4一端、电阻R9一端、电容C6一端及两路运算放大器U1第14引脚连接，电阻R6另一端与两路运算放大器U1第15引脚连接，电容C4另一端分别与电阻R9另一端、电阻R10一端及两路运算放大器U1第4引脚连接，电阻R10另一端接地，电容C6另一端接地，两路运算放大器U1第16引脚与电阻R13一端连接，电阻R13另一端与电阻R12一端及电阻R14一端连接，电阻R12另一端分别与输入信号Input1、输出信号Vout、电容C10一端及二极管V4阴极连接，电容C10另一端接地，电阻R14另一端分别与电容C2一端、电阻R16一端及电阻R16滑动端连接，电容C2另一端与两路运算放大器U1第5引脚连接，电阻R16另一端与电阻R15一端连接，电阻R15另一端与两路运算放大器U1第6引脚连接，两路运算放大器U1第8引脚、第11引脚与电阻R8一端连接，电阻R8另一端与输入信号+8V连接，两路运算放大器U1第9引脚、第10引脚分别与电阻R17一端、并联三极管V6第5引脚及第6引脚连接，并联三极管V6第3引脚与电容C7一端及电阻R18一端连接，电阻R18另一端与输入信号+8V连接，电容C7另一端接地，并联三极管V6第4引脚分别与并联三极管V6第1引脚及电阻R19一端连接，电阻R19另一端与场效应管V3栅极连接，场效应管V3源极分别与电容C8一端、电感L1一端及二极管V4阳极连接，电阻R20另一端接地，电感L1另一端与电容C9一端及输入信号VCC连接，电容C9另一端接地。
具体的，初级可调稳压电路的参数包括以下方面：
输入电压：DC9V-15V；
输出电压：18V-22V；
最大输出电流：5A；
输出电压控制方式：电压控制，控制电压0-2.5V；
高压感应保护：欠高压过流保护，响应时间100ms。
在一个实施例中，输入信号Input1用于输出稳压反馈，输入信号Input2用于提供高压感应保护，输入信号Input3用于输入控制0-2.5V电压。
具体的，初级可调稳压电路采用通用DC-DC升压电路，以TL494脉宽调制芯片（两路运算放大器U1）为核心，以N-MOS（场效应管V3）驱动LC储能进行电压升压，并通过DA（接输入信号input3/可来自于外部控制模块或mcu）转换器以及输出信号Vout输出和高压感应整流带来的反馈信号（输入信号input2/可接高频高压变压器T1的次级倍压输出Elec1_n）实现稳定控制。
其中，TL494是以两路误差比较运算放大器为基础组成的电压驱动型脉宽调制集成电路，脉宽频率由管脚PIN5、PIN6的外围RC时间常数决定。
本发明中两路运算放大器U1采用集电极开路并接输出（PIN9、PIN10），起到两路运放共同调节脉宽输出的作用。内部电压基准Vref（PIN14）输出+5V，两路运算放大器U1（PIN2/In1-）接入Rref的1/2分压为2.5V，正向输入端（PIN1/In1+）接入来自于电弧强度控制D/A转换器输出电压（input3：0-2.5V）和电弧的电磁感应反馈（input2：0-100mV）。
两路运算放大器U1的负向输入端（PIN15/In2-）接入基准电压+5V，正向输入端（PIN16/In2+）接入电压输出Vout的分压（input1：Vout*R14/（R12+R14））。两路运算放大器U1叠加输出的脉冲驱动连接N沟道场效应管V3，电感L1经过场效应管V3充放电储能升压，然后经二极管V4、电容C10隔离整流滤波后即获得输出信号Vout。
在一个实施例中，高频变压器电路包括高频高压变压器T1与高频高压变压器T2，且高频高压变压器T1及高频高压变压器T2均采用双初级绕组和50倍匝数比单次级绕组设计。
在一个实施例中，如图3所示，初级驱动电路包括电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、二极管V7、三极管V8、三极管V9、并联三极管V10、场效应管V11、二极管V12、三极管V13、三极管V14、并联三极管V15及场效应管V16。
其中，电阻R26一端与二极管V7阴极及脉冲信号CON1-P连接，电阻R26另一端与电阻R27一端及三极管V8基极连接，三极管V8集电极与电阻R28一端及电阻R29一端连接，电阻R28另一端与电阻R30一端及输入信号VCC8V连接，电阻R29另一端与三极管V9基极连接，电阻R30另一端与三极管V9集电极及并联三极管V10第2引脚、第5引脚连接，并联三极管V10第3引脚与电阻R31一端连接，电阻R31另一端与电容C12一端及输入信号VCC8V连接，并联三极管V10第4引脚、第1引脚与电阻R32一端连接，电阻R32另一端与场效应管V11栅极连接，场效应管V11源极与电容C13一端及高频高压变压器T1第3引脚连接，电容C13另一端与电阻R33一端连接，二极管V7阳极、电阻R27另一端、三极管V8发射极、三极管V9发射极、并联三极管V10第6引脚、场效应管V11漏极及电阻R33另一端连接且接地。
电阻R41一端与二极管V12阴极及脉冲信号CON1-N连接，电阻R41另一端与电阻R34一端及三极管V13基极连接，三极管V13集电极与电阻R35一端及电阻R36一端连接，电阻R35另一端与电阻R37一端及输入信号VCC8V连接，电阻R36另一端与三极管V14基极连接，电阻R37另一端与三极管V14集电极及并联三极管V15第2引脚、第5引脚连接，并联三极管V15第3引脚与电阻R38一端连接，电阻R38另一端与电容C14一端及输入信号VCC8V连接，并联三极管V15第4引脚、第1引脚与电阻R39一端连接，电阻R39另一端与场效应管V16栅极连接，场效应管V16源极与电容C15一端及高频高压变压器T1第3引脚连接，电容C15另一端与电阻R40一端连接，二极管V12阳极、电阻R34另一端、三极管V13发射极、三极管V14发射极、并联三极管V15第6引脚、场效应管V16漏极及电阻R40另一端连接且接地。高频高压变压器T1第1引脚与第2引脚及输入信号Vin连接。
在一个实施例中，高频高压变压器T1与高频高压变压器T2的第2引脚与第3引脚均与输入信号Vin连接，且输入信号Vin与初级可调稳压电路输出的输出信号Vout连接。
在一个实施例中，该装置包括两个初级驱动电路，其中一个初级驱动电路输出脉冲信号CON1-P与脉冲信号CON1-N，另一个初级驱动电路输出脉冲信号CON2-P与脉冲信号CON2-N，且脉冲信号CON1-P与脉冲信号CON1-N均为高频高压变压器T1的控制脉冲，脉冲信号CON2-P与脉冲信号CON2-N均为高频高压变压器T2的控制脉冲。
具体的，CON1-P/CON1-N：高频高压变压器T1的两个初级绕组控制脉冲，是来自FPGA IO管脚的一对交替脉冲信号。该对脉冲分别经两级三极管V8/V13、V9/V14由0-2.5V脉冲信号转换为0-8V脉冲信号，再经过并联三极管V10/V15增加驱动能力控制两个初级线圈的N-MOS开关管V11/V16，控制高压变压器的两个初级线圈交替产生相位相反的电流。
在一个实施例中，如图4所示，次级高压整流电路包括电阻R42、电阻R43、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、二极管V17、二极管V18、二极管V19、二极管V20、二极管V21及二极管V22。
其中，高频高压变压器T1第6引脚与二极管V17阳极、电容C17一端及次级倍压输出Elec1-n连接，二极管V17阴极分别与电容C16一端、二极管V18阳极及电容C18一端连接，电容C17一端分别与二极管V18阴极、二极管V19阳极及电容C19一端连接，电容C18另一端分别与二极管V19阴极、二极管V20阳极及电容C20一端连接，电容C19另一端分别与二极管V20阴极、二极管V21阳极及电容C21一端连接，电容C20另一端分别与二极管V21阴极及二极管V22阳极连接，电容C21另一端与二极管V22阴极及电阻R43一端连接，高频高压变压器T1第5引脚与电容C16另一端、电容C22一端连接，电容C22另一端与电阻R42一端连接，电阻R42另一端与电阻R43另一端及次级倍压输出Elec1-p连接。
具体的，次级高压整流电路实现次级输出的约6倍压整流，由6000V耐压高压电容和二极管网络组成，旨在提高电极棒的空气电离击穿能力。 高频高压变压器初级线圈的电压约20V，经50倍匝数比的放大，次级线圈感应电压约为1000V，然后各自跟随一个6倍压整流电路。以高频高压变压器T1为例，在T1次级正半周，二极管V17导通，V18截止，E1=VE1； 在T1负半周时，V17截止，V18导通，E2=E1=2VE1。在T1的第二个正半周，V17、V19导通，V18、V20截止……E1-PH点的电压升至V6约等于6倍VE1后，电极棒1/2之间的空气被电离击穿，两电极棒之间的空气阻抗迅速减小，T1次级主电流将通过R42、C22的RC网络输出形成电弧。
在一个实施例中，高频高压变压器T1经过其中一个次级高压整流电路输出次级倍压输出Elec1-n与次级倍压输出Elec1-p，高频高压变压器T2经过另一个次级高压整流电路输出次级倍压输出Elec2-n与次级倍压输出Elec2-p。
在一个实施例中，如图5所示，电弧时序控制电路旨在输出交替控制脉冲，本设计由FPGA实现，由控制输入端CON1-P、CON1-N及并列电路控制输入端CON2-P、CON2-N提供控制信号源，每路驱动脉冲输出频率为100KHz，控制输出时序结果如图6所示，脉冲控制的核心代码如下：
parameter Freq=24’d99；
reg[9：0] counter；
reg[3：0] arc；
always @（posedge CLK or negedge Sys_Rst_n） begin
if（!Sys_Rst_n）
counter<=0；
arc<=6'b100000；
else if（counter2==Freq） //根据输入时钟频率调节脉宽周期和占空比
arc[3：0]<={arc[2：0]， arc[3]}；
else begin
arc<=arc；
counter<=counter + 1’b1；
end
end
assign CON1-P=arc[3]；
assign CON1-N=arc[1]；
assign CON2-P=arc[2]；
assign CON2-N=arc[0]；
此外，在图6中1、2、3、4均表示控制电弧的脉冲序列，1号脉冲控制第一个电弧输出，2号脉冲控制第二个电弧输出…4号脉冲控制第四个电弧输出。其中，位于上方第一行不同的1表示进入下一个循环。
在一个实施例中，如图7所示，电极棒电路包括四个电极棒，分别连接次级倍压输出Elec1-p、次级倍压输出Elec1-n、次级倍压输出Elec2-p及次级倍压输出Elec2-p。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，该装置包括：初级可调稳压电路、高频变压器电路、初级驱动电路、次级高压整流电路、电弧时序控制电路以及电极棒电路；
其中，所述初级可调稳压电路，用于控制放电电弧的强度与稳定度；
所述高频变压器电路，用于提供两个双初级绕组高频高压变压器；
所述初级驱动电路，用于将输入信号为四分之一占空比的交错等间隔脉冲电压输入至所述高频变压器，次级输出为五十倍高压交流脉冲；
所述次级高压整流电路，用于实现次级输出的六倍压整流，提高电极棒的空气电离击穿能力；
所述电弧时序控制电路，用于输出交替控制脉冲；
所述电极棒电路，用于提供按照两个放电回路连接的四个电极棒，在输入时序脉冲控制下，四个电极棒依次产生高压，实现两两分时交替放电。
2.根据权利要求1所述的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，所述初级可调稳压电路包括两路运算放大器U1、运算放大器U2、二极管V1、二极管V2、场效应管V3、二极管V4、三极管V5、并联三极管V6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C23、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25及电感L1；
其中，所述二极管V1阳极与所述二极管V2阴极及输入信号Input2连接，所述二极管V1阴极与所述电阻R11一端及所述电容C5一端连接，所述二极管V2阳极与所述电容C5另一端连接且接地，所述电阻R11另一端分别与所述电阻R1一端、所述电阻R2一端及所述三极管V5集电极连接，所述电阻R2另一端与所述电阻R3另一端连接，所述电阻R3另一端接地，所述电阻R1另一端与所述两路运算放大器U1第1引脚连接，所述三极管V5发射极分别与所述电阻R25一端、所述电阻R21一端及所述电容C11一端连接，所述电容C11另一端与所述电阻R21另一端及所述运算放大器U2反相输入端连接，所述运算放大器U2电源正输入端与所述电容C23一端及输入信号+8V连接，所述电容C23另一端接地，所述运算放大器U2同相输入端与所述电阻R22一端及所述电阻R23一端连接，所述电阻R22另一端与输入信号Input3连接，所述电阻R23另一端接地，所述两路运算放大器U1第2引脚分别与所述电阻R7一端、所述电容C1一端、所述电阻R4一端及所述电阻R5一端连接，所述电阻R7另一端与所述电容C1另一端及所述两路运算放大器U1第3引脚连接，所述电阻R5另一端接地，所述电阻R4另一端分别与所述电阻R6一端、所述电容C4一端、所述电阻R9一端、所述电容C6一端及所述两路运算放大器U1第14引脚连接，所述电阻R6另一端与所述两路运算放大器U1第15引脚连接，所述电容C4另一端分别与所述电阻R9另一端、所述电阻R10一端及所述两路运算放大器U1第4引脚连接，所述电阻R10另一端接地，所述电容C6另一端接地，所述两路运算放大器U1第16引脚与所述电阻R13一端连接，所述电阻R13另一端与所述电阻R12一端及所述电阻R14一端连接，所述电阻R12另一端分别与输入信号Input1、输出信号Vout、所述电容C10一端及所述二极管V4阴极连接，所述电容C10另一端接地，所述电阻R14另一端分别与所述电容C2一端、所述电阻R16一端及所述电阻R16滑动端连接，所述电容C2另一端与所述两路运算放大器U1第5引脚连接，所述电阻R16另一端与所述电阻R15一端连接，所述电阻R15另一端与所述两路运算放大器U1第6引脚连接，所述两路运算放大器U1第8引脚、第11引脚与所述电阻R8一端连接，所述电阻R8另一端与输入信号+8V连接，所述两路运算放大器U1第9引脚、第10引脚分别与所述电阻R17一端、所述并联三极管V6第5引脚及第6引脚连接，所述并联三极管V6第3引脚与所述电容C7一端及所述电阻R18一端连接，所述电阻R18另一端与输入信号+8V连接，所述电容C7另一端接地，所述并联三极管V6第4引脚分别与所述并联三极管V6第1引脚及所述电阻R19一端连接，所述电阻R19另一端与所述场效应管V3栅极连接，所述场效应管V3源极分别与所述电容C8一端、所述电感L1一端及所述二极管V4阳极连接，所述电阻R20另一端接地，所述电感L1另一端与所述电容C9一端及输入信号VCC连接，所述电容C9另一端接地。
3.根据权利要求2所述的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，所述输入信号Input1用于输出稳压反馈，所述输入信号Input2用于提供高压感应保护，所述输入信号Input3用于输入控制0-2.5V电压。
4.根据权利要求3所述的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，所述高频变压器电路包括高频高压变压器T1与高频高压变压器T2，且所述高频高压变压器T1及所述高频高压变压器T2均采用双初级绕组和50倍匝数比单次级绕组设计。
5.根据权利要求4所述的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，所述初级驱动电路包括电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、二极管V7、三极管V8、三极管V9、并联三极管V10、场效应管V11、二极管V12、三极管V13、三极管V14、并联三极管V15及场效应管V16；
其中，所述电阻R26一端与所述二极管V7阴极及脉冲信号CON1-P连接，所述电阻R26另一端与所述电阻R27一端及所述三极管V8基极连接，所述三极管V8集电极与所述电阻R28一端及所述电阻R29一端连接，所述电阻R28另一端与所述电阻R30一端及输入信号VCC8V连接，所述电阻R29另一端与所述三极管V9基极连接，所述电阻R30另一端与所述三极管V9集电极及所述并联三极管V10第2引脚、第5引脚连接，所述并联三极管V10第3引脚与所述电阻R31一端连接，所述电阻R31另一端与所述电容C12一端及输入信号VCC8V连接，所述并联三极管V10第4引脚、第1引脚与所述电阻R32一端连接，所述电阻R32另一端与所述场效应管V11栅极连接，所述场效应管V11源极与所述电容C13一端及高频高压变压器T1第3引脚连接，所述电容C13另一端与所述电阻R33一端连接，所述二极管V7阳极、所述电阻R27另一端、所述三极管V8发射极、所述三极管V9发射极、所述并联三极管V10第6引脚、所述场效应管V11漏极及所述电阻R33另一端连接且接地；
所述电阻R41一端与所述二极管V12阴极及脉冲信号CON1-N连接，所述电阻R41另一端与所述电阻R34一端及所述三极管V13基极连接，所述三极管V13集电极与所述电阻R35一端及所述电阻R36一端连接，所述电阻R35另一端与所述电阻R37一端及输入信号VCC8V连接，所述电阻R36另一端与所述三极管V14基极连接，所述电阻R37另一端与所述三极管V14集电极及所述并联三极管V15第2引脚、第5引脚连接，所述并联三极管V15第3引脚与所述电阻R38一端连接，所述电阻R38另一端与所述电容C14一端及输入信号VCC8V连接，所述并联三极管V15第4引脚、第1引脚与所述电阻R39一端连接，所述电阻R39另一端与所述场效应管V16栅极连接，所述场效应管V16源极与所述电容C15一端及所述高频高压变压器T1第3引脚连接，所述电容C15另一端与所述电阻R40一端连接，所述二极管V12阳极、所述电阻R34另一端、所述三极管V13发射极、所述三极管V14发射极、所述并联三极管V15第6引脚、所述场效应管V16漏极及所述电阻R40另一端连接且接地；
所述高频高压变压器T1第1引脚与第2引脚及输入信号Vin连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，所述高频高压变压器T1与所述高频高压变压器T2的第2引脚与第3引脚均与所述输入信号Vin连接，且所述输入信号Vin与所述初级可调稳压电路输出的所述输出信号Vout连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，该装置包括两个所述初级驱动电路，其中一个所述初级驱动电路输出所述脉冲信号CON1-P与所述脉冲信号CON1-N，另一个所述初级驱动电路输出所述脉冲信号CON2-P与所述脉冲信号CON2-N，且所述脉冲信号CON1-P与所述脉冲信号CON1-N均为所述高频高压变压器T1的控制脉冲，所述脉冲信号CON2-P与所述脉冲信号CON2-N均为所述高频高压变压器T2的控制脉冲。
8.根据权利要求7所述的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，所述次级高压整流电路包括电阻R42、电阻R43、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、二极管V17、二极管V18、二极管V19、二极管V20、二极管V21及二极管V22；
其中，所述高频高压变压器T1第6引脚与所述二极管V17阳极、所述电容C17一端及次级倍压输出Elec1-n连接，所述二极管V17阴极分别与所述电容C16一端、所述二极管V18阳极及所述电容C18一端连接，所述电容C17一端分别与所述二极管V18阴极、所述二极管V19阳极及所述电容C19一端连接，所述电容C18另一端分别与所述二极管V19阴极、所述二极管V20阳极及所述电容C20一端连接，所述电容C19另一端分别与所述二极管V20阴极、所述二极管V21阳极及所述电容C21一端连接，所述电容C20另一端分别与所述二极管V21阴极及所述二极管V22阳极连接，所述电容C21另一端与所述二极管V22阴极及所述电阻R43一端连接，所述高频高压变压器T1第5引脚与所述电容C16另一端、所述电容C22一端连接，所述电容C22另一端与所述电阻R42一端连接，所述电阻R42另一端与所述电阻R43另一端及次级倍压输出Elec1-p连接。
9.根据权利要求8所述的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，所述高频高压变压器T1经过其中一个所述次级高压整流电路输出所述次级倍压输出Elec1-n与所述次级倍压输出Elec1-p，所述高频高压变压器T2经过另一个所述次级高压整流电路输出次级倍压输出Elec2-n与次级倍压输出Elec2-p。
10.根据权利要求9所述的一种用于大芯径光纤熔接和拉锥的四电极电弧发生装置，其特征在于，所述电极棒电路包括四个电极棒，分别连接所述次级倍压输出Elec1-p、所述次级倍压输出Elec1-n、所述次级倍压输出Elec2-p及所述次级倍压输出Elec2-p。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20240126 |