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TEA CO_2激光器充电电源及其数字控制

胡群力  
【摘要】: TEA CO2激光器具有效率高、光束质量好、功率高等特点,在工业加工、航天、国防领域应用日益广泛。高功率的TEA CO2激光器要求电容充电电源具有充电快速、高功率、高效率的特点。传统上,TEA CO2激光器常使用工频充电电源。这种电源庞大笨重,精度低,并且对电网干扰严重。随着功率电子学的发展,高频逆变的具恒流源特性的串联谐振充电电源以其结构紧凑,能耗少,抗负载短路能力强等优点取代传统工频电源应用于脉冲TEA CO2激光器。随着数字技术发展,数字处理器件逐渐应用于充电电源控制,很大地提高了电源性能。 本文首先阐述了几种开关式充电电源的工作原理和各自特点,重点讲述了全桥串联谐振电源的工作过程,对串联谐振回路给出简化电路和数学模型,分析了串联谐振回路的谐振电流与充电电容电压随时间变化的规律,总结了谐振电压峰值、充电电压峰值等五条结论,并使用PSpice对串联谐振回路进行仿真验证。 依据上述分析,给出了已知充电电源最大平均功率和充电电压等参数设计串联谐振回路参数的方法步骤和设计实例,分析了模拟控制充电电源的工作原理和基于SG3527芯片的技术实现。 为进一步提高充电电源的性能,引入数字控制,使用DSP TMS320LF2407A制作了电源数字控制板,实现了对谐振回路周期的实时跟踪。阐述了从性能指标要求到系统结构设计,传感器及主控CPU选择,算法及系统程序实现,制板调试的一系列设计过程。将数字控制电源的实验结果与模拟控制对比,比较了数字控制的优点和不足,并提出进一步的发展改进建议。


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