发明内容
为了解决现有技术中的问题,本实用新型提供了一种自适应电压输出的激光器泵浦源智能老化系统与方法、可读存储介质。
本实用新型的目的是:提供一种自适应电压输出的激光器泵浦源智能老化系统与方法,可以实现输出电压自适应,从而适用于各种类型不同电压、电流的激光器泵浦源,以降低老化设备的成本高,提高老化设备的利用率。
本实用新型提供了一种自适应电压输出的激光器泵浦源智能老化系统,包括自适应电压输出单元,所述自适应电压输出单元包括单路DC/DC恒流输出通道和单路控制MCU,所述单路控制MCU的输出端与所述单路DC/DC恒流输出通道的输入端连接,所述单路DC/DC恒流输出通道的正负输出端分别接激光器泵浦源的正负两端,所述单路DC/DC恒流输出通道的正负输出端与所述单路控制MCU的输入端连接,所述单路控制MCU实时采集所述单路DC/DC恒流输出通道输出的电压电流,并控制所述单路DC/DC恒流输出通道的输出电流。
作为本实用新型的进一步改进,所述单路DC/DC恒流输出通道采用移相全桥方案。
作为本实用新型的进一步改进,所述单路DC/DC恒流输出通道包括母线电容Cin、全桥MOS管Q3、全桥MOS管Q4、全桥MOS管Q5、全桥MOS管Q6、钳位二极管D3、钳位二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、续流电感Lout,负载电阻Rload和变压器T1A,所述母线电容Cin的两端分别接电压输入正极Vin+、电压输入负极Vin-,所述全桥MOS管Q3的漏极接电压输入正极Vin+,所述全桥MOS管Q3的源极接全桥MOS管Q4的漏极,所述全桥MOS管Q4的源极接电压输入负极Vin-,所述全桥MOS管Q5的漏极接电压输入正极Vin+,所述全桥MOS管Q5的源极接全桥MOS管Q6的漏极,所述全桥MOS管Q6的源极接电压输入负极Vin-,所述钳位二极管D3的阳极与所述钳位二极管D4的阴极连接,所述钳位二极管D3的阴极接电压输入正极Vin+,所述钳位二极管D4的阳极接电压输入负极Vin-,所述变压器T1A的初级线圈的同名端接所述钳位二极管D3的阳极,所述变压器T1A的初级线圈的异名端接所述全桥MOS管Q3的源极,所述整流二极管D5的阳极接电压输出负极Vout-,所述整流二极管D5的阴极接所述变压器T1A的次级线圈L1的同名端,所述整流二极管D6的阳极接电压输出负极Vout-,所述整流二极管D6的阴极接所述变压器T1A的次级线圈L2的异名端,所述变压器T1A的次级线圈L1的异名端接次级线圈L2的同名端,所述续流电感Lout的一端接所述变压器T1A的次级线圈L1的异名端,所述续流电感Lout的另一端接电压输出正极Vout+,所述负载电阻Rload的两端分别接电压输出正极Vout+、电压输出负极Vout-。
作为本实用新型的进一步改进,所述单路DC/DC恒流输出通道还包括谐振电感Lr,所述谐振电感Lr的一端接钳位二极管D3的阳极,另一端接所述全桥MOS管Q5的源极。
作为本实用新型的进一步改进,所述单路DC/DC恒流输出通道还包括隔直电容C6,所述隔直电容C6的一端接所述全桥MOS管Q3的源极,另一端接所述变压器T1A的初级线圈的异名端。
作为本实用新型的进一步改进,所述单路DC/DC恒流输出通道还包括输出滤波电容Cout,所述输出滤波电容Cout的两端分别接电压输出正极Vout+、电压输出负极Vout-。
作为本实用新型的进一步改进,所述全桥MOS管Q3、全桥MOS管Q4、全桥MOS管Q5、全桥MOS管Q6均采用SICMOS管。
作为本实用新型的进一步改进,所述钳位二极管D3、钳位二极管D4均采用SIC钳位二极管。
作为本实用新型的进一步改进,所述整流二极管D5、整流二极管D6均采用SIC整流二极管。
作为本实用新型的进一步改进,所述单路控制MCU的输出端通过运算放大器与所述单路DC/DC恒流输出通道的输入端连接。
作为本实用新型的进一步改进,所述运算放大器的同相输入端接所述单路控制MCU的控制模拟量D/A的输出端,所述运算放大器的反相输入端接所述单路DC/DC恒流输出通道的电压输出负极,所述运算放大器的输出端接所述单路DC/DC恒流输出通道的输入端。
作为本实用新型的进一步改进,所述激光器泵浦源智能老化系统还包括总监控MCU,所述总监控MCU与所述单路控制MCU输入输出双向连接,所述单路控制MCU向所述总监控MCU上报实时状态,所述总监控MCU向所述单路控制MCU下发控制指令。
作为本实用新型的进一步改进,所述激光器泵浦源智能老化系统包括PC端,所述总监控MCU通过CAN接口与所述PC端连接。
作为本实用新型的进一步改进,所述总监控MCU向所述单路控制MCU下发的控制指令包括对采集到的电压值、电流值和电流控制量进行误差计算所需要的K值和B值,其中,K值是倍数误差,B值是零偏误差。
作为本实用新型的进一步改进,所述自适应电压输出单元至少有两路,每路的单路控制MCU固定一个唯一的地址位,通过CAN通讯汇集到CAN总线上,并通过CAN总线与所述总监控MCU相互通讯。
作为本实用新型的进一步改进,每四路自适应电压输出单元对应一个总监控MCU。
作为本实用新型的进一步改进,所述激光器泵浦源智能老化系统还包括供电部分,所述供电部分包括三相维也纳PFC和MCU_PFC控制器,所述三相维也纳PFC通过母线与所述单路DC/DC恒流输出通道的输入端连接,所述三相维也纳PFC与所述MCU_PFC控制器输入输出双向连接,所述MCU_PFC控制器的输出端与所述单路控制MCU的输入端连接,所述MCU_PFC控制器向所述单路控制MCU下发PFC状态,给所述单路控制MCU做开关时序控制。
本实用新型的有益效果是:通过上述方案,可以实现输出电压自适应,从而适用于各种类型不同电压、电流的激光器泵浦源,以降低老化设备的成本高,提高老化设备的利用率。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
实施例一
如图1、2、3、5所示,一种自适应电压输出的激光器泵浦源智能老化系统,包括自适应电压输出单元。
如图1所示,本实施例采用四个自适应电压输出单元形成单个模块四路输出,形成多路自适应电压输出的激光器泵浦源智能老化系统,也可以根据需要调整自适应电压输出单元的数量。
所述自适应电压输出单元包括单路DC/DC恒流输出通道101和单路控制MCU102。
单路DC/DC恒流输出通道101又称为单路DC/DC恒流输出单元或单路DC/DC恒流输出模块。
所述单路控制MCU102的输出端与所述单路DC/DC恒流输出通道101的输入端连接,所述单路DC/DC恒流输出通道101的正负输出端分别接激光器泵浦源100的正负两端,所述单路DC/DC恒流输出通道101的正负输出端与所述单路控制MCU102的输入端连接,所述单路控制MCU102实时采集所述单路DC/DC恒流输出通道101输出的电压电流,并控制所述单路DC/DC恒流输出通道101的输出电流。
激光器泵浦源100为自适应电压输出的激光器泵浦源智能老化系统的老化对象。
所述单路DC/DC恒流输出通道101采用移相全桥方案,满足输出电压自适应的需求。
如图2所示,所述单路DC/DC恒流输出通道101包括母线电容Cin、全桥MOS管Q3、全桥MOS管Q4、全桥MOS管Q5、全桥MOS管Q6、钳位二极管D3、钳位二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、续流电感Lout,负载电阻Rload和变压器T1A,所述母线电容Cin的两端分别接电压输入正极Vin+、电压输入负极Vin-,所述全桥MOS管Q3的漏极接电压输入正极Vin+,所述全桥MOS管Q3的源极接全桥MOS管Q4的漏极,所述全桥MOS管Q4的源极接电压输入负极Vin-,所述全桥MOS管Q5的漏极接电压输入正极Vin+,所述全桥MOS管Q5的源极接全桥MOS管Q6的漏极,所述全桥MOS管Q6的源极接电压输入负极Vin-,所述钳位二极管D3的阳极与所述钳位二极管D4的阴极连接,所述钳位二极管D3的阴极接电压输入正极Vin+,所述钳位二极管D4的阳极接电压输入负极Vin-,所述变压器T1A的初级线圈的同名端接所述钳位二极管D3的阳极,所述变压器T1A的初级线圈的异名端接所述全桥MOS管Q3的源极,所述整流二极管D5的阳极接电压输出负极Vout-,所述整流二极管D5的阴极接所述变压器T1A的次级线圈L1的同名端,所述整流二极管D6的阳极接电压输出负极Vout-,所述整流二极管D6的阴极接所述变压器T1A的次级线圈L2的异名端,所述变压器T1A的次级线圈L1的异名端接次级线圈L2的同名端,所述续流电感Lout的一端接所述变压器T1A的次级线圈L1的异名端,所述续流电感Lout的另一端接电压输出正极Vout+,所述负载电阻Rload的两端分别接电压输出正极Vout+、电压输出负极Vout-。
所述单路DC/DC恒流输出通道还包括谐振电感Lr,所述谐振电感Lr的一端接钳位二极管D3的阳极,另一端接所述全桥MOS管Q5的源极。
所述单路DC/DC恒流输出通道还包括隔直电容C6,所述隔直电容C6的一端接所述全桥MOS管Q3的源极,另一端接所述变压器T1A的初级线圈的异名端。
所述单路DC/DC恒流输出通道还包括输出滤波电容Cout,所述输出滤波电容Cout的两端分别接电压输出正极Vout+、电压输出负极Vout-。
所述全桥MOS管Q3、全桥MOS管Q4、全桥MOS管Q5、全桥MOS管Q6均采用SICMOS管,主功率器件采用SIC功率器件,提高工作频率,提高环路带宽,减小输出滤波电容,降低输出电流上升下降沿的时间。
所述钳位二极管D3、钳位二极管D4均采用SIC钳位二极管。
所述整流二极管D5、整流二极管D6均采用SIC整流二极管。
所述单路控制MCU102的输出端通过运算放大器103与所述单路DC/DC恒流输出通道101的输入端连接。
所述运算放大器103的同相输入端接所述单路控制MCU102的控制模拟量D/A的输出端,所述运算放大器103的反相输入端接所述单路DC/DC恒流输出通道101的电压输出负极,所述运算放大器103的输出端接所述单路DC/DC恒流输出通道101的输入端。
所述激光器泵浦源智能老化系统还包括总监控MCU104,所述总监控MCU104与所述单路控制MCU102输入输出双向连接,所述单路控制MCU101向所述总监控MCU104上报实时状态,所述总监控MCU104向所述单路控制MCU102下发控制指令。
所述激光器泵浦源智能老化系统包括PC端107,所述总监控MCU104通过USB-CAN接口与所述PC端107连接。
所述总监控MCU104向所述单路控制MCU102下发的控制指令包括对采集到的电压值、电流值和电流控制量进行误差计算所需要的K值和B值,其中,K值是倍数误差,B值是零偏误差。
所述自适应电压输出单元至少有两路,每路的单路控制MCU102固定一个唯一的地址位,通过CAN通讯汇集到CAN总线上,并通过CAN总线与所述总监控MCU104相互通讯。
每四路自适应电压输出单元对应一个总监控MCU,每四路自适应电压输出单元形成一个模块,8路输出的老化系统采用2个四路恒流输出的PFC_DC/DC模块级联而成;如图5所示,12路输出的老化系统采用3个四路恒流输出的PFC_DC/DC模块级联而成;共用同一块总监控板,实现8路或者12路的恒流输出,系统运行及控制方案与四路输出的老化系统一致。功率部分和总监控部分模块化,简化了系统的复杂度提高了可靠性。
所述激光器泵浦源智能老化系统还包括供电部分,所述供电部分包括三相维也纳PFC(功率因数校正)105和MCU_PFC控制器106,所述三相维也纳PFC105通过母线与所述单路DC/DC恒流输出通道101的输入端连接,所述三相维也纳PFC105与所述MCU_PFC控制器106输入输出双向连接,所述MCU_PFC控制器106的输出端与所述单路控制MCU102的输入端连接,所述MCU_PFC控制器106向所述单路控制MCU102下发PFC状态,给所述单路控制MCU102做开关时序控制。
如图1所示,PFC部分将输入的三相交流电压变换为正负400V直流电压母线给后级DCDC供电,功率回路采用三相维也纳拓扑,满足后级大功率输出的需求,MCU_PFC控制器106把前级的工作状态传递给后级的单路控制MCU102做开关时序控制,单路独立的单路DC/DC恒流输出通道101的输入端共用正负400V直流电压母线,单路DC/DC恒流输出通道101的主功率开关管采用SIC MOS功率器件,恒流输出。每路单路DC/DC恒流输出通道101采用独立的单路控制MCU102进行控制PWM电路的功率、频率、占空比,每个单路控制MCU102固定一个地址位,通过CAN通讯汇集到总线上,与总监控MCU104相互通讯;开关机和输出电流、频率的设定通过上位机(例如PC端107)控制,由上位机下发电流值,DC/DC的各路的单路控制MCU102响应后再下发模拟控制量到电流环的输入,与采样电流比较产生控制量来调节单路DC/DC恒流输出通道101的PWM占空比从而精确控制输出电流。各路单路DC/DC恒流输出通道101的输出相互独立互不干扰,通过上位机的校准保证输出电压电流的精度。
本实用新型涉及大功率激光器泵浦源的老化电源领域,公开了一种新型的、多路输出,输出电压自适应的大功率激光器泵浦源智能老化系统,其优点是:输出电压自适应,适用各种类型不同电压电流激光器泵浦源的老化。
本实用新型提出了一种新型的多路输出,输出电压自适应的大功率激光器泵浦源智能老化系统。多路输出可同时老化12路的泵浦源,极大的提高了老化效率,整机通过CAN通讯由上位机进行智能化的监控和控制,输出电流的动态频率、占空比、功率可通过上位机去控制,满足稳态和动态下的泵浦源老化需求;每路独立输出互不干扰,每路输出都具有独立的输出过压,过流保护,通过MCU的校准来保证电压电流的高精度、MCU通过工作状态、温升等数据,计算电源使用寿命。整机配有急停开关,运行异常时,快速关闭各路输出,安全可靠。输出电压自适应,适用各种类型不同电压、电流的激光器泵浦源。
实施例二
以实施例一提供的一种自适应电压输出的激光器泵浦源智能老化系统为基础,提供相应的老化流程说明。
如图3、4所示,所述的自适应电压输出的激光器泵浦源智能老化系统的老化流程如下:
S1、单路控制MCU102使用A/D模数转换中断快速采集输入电压和输出电压、输出电流,软件对采集量进行快速平滑滤波处理,一些突发干扰和波动被滤除,使采集值更加平稳可靠,经过平滑滤波处理后的值将会缓存在RAM供系统调用;
S2、总监控MCU104通过CAN接口实时接收来自PC端107的USB-CAN的数据。单路控制MCU102内部存有一个地址值,非本地址值的数据将被过滤掉,只留下和地址值对应的有效数据,数据先被缓存,再进行协议分析,从中获取有效的电流控制量及调整参数并被缓存在RAM供系统使用;
S3、对采集到的电压/电流值和电流控制量,经过误差计算后(输出=输入*K+B),得到高精度的电压/电流值和电流控制量,并进行缓存。这里的K值是倍数误差,B值是零偏误差,由实际测试值和目标值进行推导计算而来,计算后的KB值会由总监控MCU104保存到RAM供系统调用;
S4、单路控制MCU 102通过内部的D/A数模转换,将电流控制量转换成模拟电压值,并输出给运放,精准控制输出电流;
S5、单路控制MCU 102根据缓存的采集值,判定是否存在过压、过流、过温,当发生任何异常时,快速切断输出,有效保护设备和负载的安全。同时通过CAN上报给总监控MCU104,故障信息通过USB-CAN实时上报到PC端107的控制台,进行故障报警。
多路输出可同时老化12路的泵浦源,极大的提高了老化效率,整机通过CAN通讯由上位机进行智能化的监控和控制,输出电流的动态频率、占空比、功率可通过上位机去控制,满足稳态和动态下的泵浦源老化需求;每路独立输出互不干扰,每路输出都具有独立的输出过压,过流保护,通过MCU的校准来保证电压电流的高精度、MCU通过工作状态、温升等数据,计算电源使用寿命。整机配有急停开关,运行异常时,快速关闭各路输出,安全可靠。输出电压自适应,适用各种类型不同电压、电流的激光器泵浦源。
本实用新型提供的一种自适应电压输出的激光器泵浦源智能老化系统,能够同时老化多路(例如12路)的激光器泵浦源,极大的提高了老化效率。输出电压自适应,适用各种类型不同电压电流激光器泵浦源的老化。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明,不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本实用新型的保护范围。