基于SG3525的新型二氧化碳激光器电源设计

基于SG3525的新型二氧化碳激光器电源 SG3525基于 的新型二氧化碳激光器电源设计 1 2 3,,夏胜德周桂耀范 丽 ( 1( ,066000; (2 燕山大学信息科学与学院秦皇岛 华南先进光电子 研究院,广州 510006; (3 西安工业大学电子信息工程学院,西安 710021) 摘 要: 目前二氧化碳激光器在激光切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等领域应用十分广 。。泛稳定的泵补源以及稳定的光功率输出对于激光加工的成败及优良性起着至关重要的作用提 SG3525 ,出了一款基于开关电源管理芯片 的新型二氧化碳激光器电源设计从样机实际效果 ,。来看该激光电源具有较好的可靠性和稳定性具有较好的市场应用前景 关键词: 二氧化碳激光器; 激光电源; PWM控制 器 SG3525 DOI 编码: 10( 3969 / j( issn( 1002, 2279( 2014( 05( 017 : TM911( 1: B: 1002, 2279( 201405) , 0059, 04中图分类号 文献标识码 文章编号 Design on Power of New Carbon Dioxide Laser Based on SG3525 1 2 3XIA Sheng, de,ZHOU Gui , yao,FAN Li ( 1( College of Informaiton Science and Technology,Yanshan University,QinHuangDo a06600,0China; 2( SouthCh ina Academy of Advanceptdo elOectronics,Guanzghou 51000,6China; 3( College of Electronic and Informaiton Engineering,Xi’an Technological University,Xi’an 71002,1China) Abstract: Now,the carbon dioxliadeser is widely used in the fields of laser cutting,weldnig, surface treatment, drilling and micro , procesisng( It is very important for laser procesisng and performance to keep stable source pump up andop sitcalteady po werou putt( This paper presentas design of new laser power based on the power management IC SG3525( The test results show that the polaswerer has good reliability and stability,and it also has goodications app prolspectsin the marke( t Key words: Carbon dioxide laserLass;er power; SG3525 PWMon rCtoller EMI 滤波电路、功率变换电路、控制电路、反馈电路、 1 引 言 。1 保护电路以及辅助电源系统等构成图 展示了该 SG3525 。在 传 统 的 开关电源脉冲调制控制器 激光电源的各个组成部分 SG2524 、的基础上增加了欠压锁定电路软 启 动 电 、PWM 。路锁存图腾柱式输出电路提高了控制电路 ,,的可靠性增强了输出的稳定性特别适用于电源输 。,出精度较高的场合在激光加工领域激光电源的 , 可靠性和稳定性直接影响到输出光功率的稳定性 PWM SG3525 提出了基于新型电流控制型 控 制 器 ,设计的二氧化碳激光电源旨在解决当前激光加工 。领域中激光输出不稳定的问 1 图 激光电源系统结构 2 激光电源系统结构概述 2( 1 SG3525的内部结构及 以气体为工作物质的激光器电源系统主要由 如图 2 所示,,T 和 CT 引脚分别外接定时电阻 : ( 1987 , ) ,,,,: 。作者简介夏胜德男湖北省黄冈市人在读研究生主研方向嵌入式系统及开关电源 : 2014 , 02 , 12收稿日期 ?602014 微 处 理 机 年 ? ,C,5 7 ,和定时电容 脚和 脚之间接 用于调节1 T T D f = OSC C( 0( 7,+ 3,) T T D 死区时间,振荡频率为: SG3525 2 图 的内部结构示意图 PWM ,,SG3525 PWM ,周期翻转一次 周期触发器的输出在每半个 的 比较器有三个输入端同相端 C; ,接定时电容 产生锯齿波电压反相端一接误差放 使脉冲交替出现在脉冲输出端当关断引脚为高电 T ,。PWM SG3525 ,,大器的输出端反相端二接软启动电路当同相输入 平时 锁存 器 置 位禁 止 输 出实 现 逐 ,PWM ; PWM 端的锯齿波电压高于任何一个反向端电压时个脉冲关断在 锁存器置位期间软启动电容 ,PWM ,,,; 9 比较器输出高电平置位 锁存器使输出关断开始放电如果该关断高电平持续软启动电容将充 PWM ,。脚的输出电压和锯齿波电压比较以决定 脉冲 分放电直至关断信号结束重新进入软启动 ; 8 ,,SG3525 PWM 的占空比脚外接软启动电容上电时由内部恒流 2( 2 构成的 控制电路 ,PWM 0 源给软启动电容充电比较器将输出从 至最 SG3525PWM 3 ,控制电路如图 所示软启动端接 ,,PWM 10F ,,大占空比的脉冲软启动完成随后 占空比由误 对地 μ的 软 启 动 电 容上 电 过 程 中由 内 部 ( 9 ) ; ,PWM 50A ,差放大器输出端脚控制正常工作时比较 μ的电流源 给 软启动电容充电使 电 容 的 电 压 、、PWM ,PWM 器振荡器以及外部关断信号控制着 锁存器的 线性缓慢升高比较器将输出从零逐渐变到最 。PWM ,PWM ,,输出锁存器在每个振荡周期被复位使输出 大占空比的 脉冲从而完成软启动过程启动 ,PWM PWM ( 9 ) 级产生驱动脉冲输出比较器根据占空比的不 后的 脉冲占空比由误差放大器的输出脚 ,,PWM。同对锁存器置位将输出脉冲关断完成半 个 电压控制 PWM 3 图 控制电路 SG3525 : 夏胜德等基于 的新型二氧化碳激光器电源设计 ?615 期 ? 2( 3 功率管隔离驱动电路、功率变换电路,X1 为限流电阻。电路的后半部分为 LLC 半电容, 4 ,,MOS L2 L2,如图 所示本电源驱动部分采用三极管图腾 桥谐振电路两个 管中间串接电感 并从 、Q2、Q3、Q4 ,Q1,柱式脉变隔离驱动构成图腾柱式输 的中心抽头输出电压提高了下级高压包的输出电 ,SG3525 PWM 。D3 C10,D4 C11 Q1 出在 的 电平作用下三极管对 和 压和 和 为尖峰电压抑制二极管 Q4,Q2 Q3 ,,,和 成对导通和截止用于驱动变压器构 和尖峰电压吸收电容有效缓解了开关管的开关应 MOS 。D1 D2 MOS Q6 ,,Q5 成了功率 前级隔离驱动电路一方面增加了驱 力和 用于加速 管导通和 用于 ,,MOS MOS ,C12 EMI 。动能力另一方面由于隔离的存在防止了 截 加速 管截止为 滤波电容 。CX1 止时开关应力对控制电路造成的损伤为隔直 4 图 隔离驱动及功率变换电路 2( 4 单向导通二极管 D14,正常工作时水冷却系统中有 保护电路 ,,,水保护系统原理如图 5 所示。关闭激光管的光循环水存在水压传感器端输出低电平与此同时 SG3525 10 , LM358 ( 功率输出主要由 控制器的第 引脚控制采样电压经由运放 与辅助电源电压分压阈 PWM ) ,。 当该端口为高电平时控制器的 输 出 被 禁 止值电压进 行 比 较当采样电压在阈值电压范围内 ,,LM38 ,保护电路由水保护以及过压保护共同实现控制出 时运放 输出低电平此时系统处于正常工作 PWM ; 现无冷却水或者出现过压时 控制器的输出都 状态当采样电压高于阈值电压或者冷却水循环系 。,,。会被禁止激光管冷却水循环系统中内置了水压传 统中无水存在时关闭输出实现自动保护 ,感器水保护端电信号由水压传感器经放大后接至 5 图 水保护及过压保护电路 2( 5 成锯齿波电 压,一个反相端接误差放大器的输出 控制电路 激光管中的电流大小是控制电路控制的核心 ( 9 脚) ,另一个反相端接软启动电路。当同相端的 对象。 根 据SG352 ,PWM ,SG3525 锯齿波电压高于任何一个反相端电压时比 的 工 作 原 理内 部 5 PWM ,9 3 ,比较器有 个输入端同相端接定时电容形 较器输出高电平使输出关断误差放大器的 脚电 ?622014 微 处 理 机 年 ? ,压与锯齿波电压比较,控制着 PWM脉 冲 占 空比 。电阻反馈给误差放大器输出端从而使误差放大器 6 ,PWM ,如图 左半部分所示电流互感器的电流经电阻转 输 输出端电平高于锯齿波电压继而增大了 ( ) ,,,换为电压反馈电压反馈电压与外接控制信号 出的占空比增加了开关管导通时间从而实现增 ,( 。,, 电压进行比较当外接电压大于反馈电压即外部 大激光管电流的目的反之当外接电平减小时 PWM ,, 通过电平调节希望增大激光管电流提高激光功率 减小了 占空比减小了开关管的导 通 时 间) ,PWM 。2 ,输出控制器 脚上出现高电压电平通过 从而减小激光管输出功率 6控制电路 图 参考文献: 3 结 束 语 ( ,M,(,,,1, 马洪涛沙占友周 芬 萍开关电源制作与调 试 该激光电源样机在实验室实际使用过程中表现 北京: 中国电力出版社,2010( ,,稳定性能可靠但将这款电源应用于激光加工等领 ,( ,M,( : 梁国忠梁作亮,2, 激 光 电 源 电 路北 京兵 器 工 业 ,域仍有一些控制方面的工作需要改进总的来说这 ,1995(出版社 。款电源具有一定的商业前景 ( ,D,( : ( 58 ),3, 冯炳摩擦力矩的测试方法研究哈尔滨哈尔滨 上接第 页 工业大学,2010: 2 , 20( 5 结 束 语 ,,,( Stribeck ,4, 许宏张怡王凌等基于 摩擦模型的无刷直 ,J,( ,流电机控制系统设计与仿 真控制与应用技术 设计的基于数字滤波技术的舵机摩擦力矩在线 2011,382() : 26 , 31( ,DSP 检测系统运用 技术实现了舵机传动机构摩擦 孙丽明( TMS320F2812 原 理 及 其 C 语 言 程 序 开 发 ,5, 。TMS320F2812 ,力矩的测量以 为主控芯片运用数 ,M,( 北京: 清华大学出版社,2008( ,字滤波和曲线拟合技术对测量结果进行处理与分 Ding Xuefang,Zhou Yan( The Application of Discrete ,6, 。,,析实验结果表明该系统测试效率高测试结果误 Fourier Transform anIdn vers eTransformin Digital Filter Design,C,( Educaiton Technology and ManagemenEnt gi- ,,差小具有很高的实用价值对航天航空的研究与发 neeirng,2012: 342 , 346( 。展具有非常重要的意义 ( ,D,,: ,7, 严琛基于脉冲噪声检测的图像去噪研究南京参考文献: ,2006: 12 , 24(南京理工大学 ,1, ( 于瑞涛基于嵌入式的微型轴承摩擦力矩测试系统设 ( ,8, 刘丹基于三次样条曲线拟合公路平面线形方法研究 ,D,( : ,2008: 1 , 15(计上海上海交通大学 ,D,( : 基于点云数据的曲线拟合阜新辽宁工程技术大 ,2, ,,( 蒋明桔秦现生沈宏华舵机传动机构静动摩擦力矩 10 , 18(,2009: 学 ,J,( ,2009,28( 12) : 44 , 47(测控系统设计测控技术