基于CPLD的數字式大功率激光驅動電源設計

來源：電子工程網  作者：秩名2014年09月16日 14:19

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[導讀] 激光加工主要是利用CO：激光束聚焦在材料表 面使材料熔化，同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹 走被熔化的材料，來完成所需軌跡圖形的切割或者相應工藝品表面的雕刻。

關鍵詞：驅動電源CPLD

　　激光加工主要是利用CO：激光束聚焦在材料表 面使材料熔化，同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹 走被熔化的材料，來完成所需軌跡圖形的切割或者相應工藝品表面的雕刻。激光加工屬于非接觸加工， 具有加工方法多、適應性強、加工精度高、質量好和加工效率高等優點。激光驅動電源作為激光器的 直接控制單元，其光開關響應的最高頻率和出光功率穩定和可靠性會直接影響最終的加工效果。基于快速響應和出光穩定的需求，樂創自動化技術有限公司研發了一種基于CPLD的數字式大功率激光驅動電源。

　　2 、系統組成及其工作原理

　　2.1 系統組成

　　基于 CPLD的數字式大功率CO：激光驅動電源 的系統結構如圖1所示。該系統主要由主電源、穩壓電源、輔助電源、驅動橋路、逆變升壓、反饋電路和數字控制電路等部 分組成。其中主電源和穩壓電源主要完成AC20V 的輸人到310V直流電壓的穩定輸出，保證逆變升 壓部分在一個合理的參數下穩定可靠工作。輔助電源主要是將310V直流電壓轉換成SV和12V直流電 壓供數字控制部分和反饋比較器部分使用。驅動橋路和逆變升壓主要是完成負載需要的約200（刃V高壓的輸出。反饋電路主要起到保護作用，控制輸出 電流的范圍。

　　基于CPLD的數字式大功率激光驅動電源設計結構框圖

　　2.2 工作原理

　　在激光驅動電源的原理框圖中，AC202V經過 整流濾波后產生310V的直流電壓，310V直流電壓經過穩壓電源輸出穩定的310V直流電壓供逆變 升壓部分和輔助電源工作，輔助電源把3lOV直流電壓變成12V和SV直流電壓給數字控制部分和反 饋部分提供基準電壓。數字控制部分通過控制驅動橋路的導通時間來完成功率的控制。反饋電路通 過采樣輸出源端的電流大小來保護輸出電流不超過 30MA。

　　3 、功能的實現方法

　　3.1主電路及穩壓電路部分

　　AC220V 經過整流濾波后得到301V左右的直流電壓，再經過開關型穩壓電源得到穩定的3lOV直流電壓。

　　3.2 驅動橋路及逆變升壓部分

　　310V 直流電壓經過半橋逆變得到高頻方波電 壓，為了保證低電流激光器的器輝，在逆變回路中采用了串聯諧振和并聯諧振技術。高頻升壓變壓器 和高壓整流電路構成的升壓部分被封裝成獨立的元件高壓包。設計中采用2個高壓包串聯輸出給激光 器供電。

　　3.3數字控制部分及反饋部分

　　數字部分采用CPLD控制，一方面CPLD完成 開關光、水保護、過流過壓反饋等信號的邏輯控制， 另一方面主要是完成PWM波的輸出。

　　3.4 輔助電源部分

　　基于VIPer22 A變換器和高頻電源變壓器的輔 助電源，輸出電壓波形穩定無較大尖峰。

　　4 、功能特點

　　4.1穩定性好，抗外電壓波動性強，調節范圍大

　　由在逆變升壓電路之前設計了一級開關型穩 壓電源，該穩壓電源能夠保證外網電壓在一15% （187V）一+10%（242V）之間變化時，逆變升壓部 分的基準電壓穩定在30v，這樣就保證了逆變升壓部分能工作在一個穩定的參數下，同時也就提高了其工作的穩定性。

　　4.2 頻率響應高

　　由于控制部分采用了基于CPLD的數字控制方 式，在激光雕刻加工中可以勝任lokb/s的控制脈 沖，能夠很好地完成坡度雕刻和小字的雕刻。

　　在激光切割加工中，由于數字控制模塊輸出的 驅動脈沖的占空比不受外部非控制信號的影響，能 夠保證在長時間工作下穩定的功率輸出。在激光雕刻中，能夠實時響應控制系統的功率數據，同時由 于激光器的出光功率與工作電流之間并不是線性關系，在坡度雕刻時，可以通過數字控制部分修正光 功率，使其以線性變化來保證在雕刻坡度中對坡度 的要求。

　　4.3 可以定制的控制方式

　　在激光加工應用中，有時會有很多特殊的加工 要求，如切割起始階段要求出光功率大一些。數字 控制方式能夠方便地修改程序來滿足相應的新要求。

　　5 、結論

　　通過在成都微巨科技有限公司生產的1.6M的 激光器上長時間測試，該激光驅動電源頻率響應高、控制精確、且輸出電流紋波小，能夠保證激光器長 期穩定的工作。

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