專利名稱：一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光電源，特別是涉及一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路。
背景技術：
現有大功率激光放電電源中，大多是采用未分頻或二分頻的脈沖寬度調制(PulseWidth Modulation，縮略詞為PWM)控制電路，前一種控制單個功率開關管工作，后一種控制兩個并聯的功率開關管交替工作。 由于作為功率開關管的絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor，縮略詞為IGBT)工作時的功耗，與工作頻率即載波頻率基本是線性相關。工作頻率越高，IGBT功耗越大，器件的實際溫度也就越高，安全隱患越突顯，因此，IGBT的工作頻率嚴重制約了大功率激光放電電源的輸出功率提高。盡管可以采用多個IGBT并聯方式，以減少單個IGBT的電流以降低溫度，但是，又存在并聯個管之間的均流問題。此外，大功率激光放電電源的開關頻率還受到IGBT最高特性頻率只有幾十KHz的限制，采用的電感感抗高，存在電源體積偏大，功耗增大，轉換效率和穩定度下降的缺陷。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是彌補上述現有技術的缺陷，提供一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路。本實用新型的技術問題通過以下技術方案予以解決。這種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，包括用于控制一組并聯的功率開關管的脈沖寬度調制PWM信號生成器。這種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路的特點是設有由級聯的計數器和譯碼器組成的至少三分頻電路，所述計數器的輸入端與所述PWM信號生成器的輸出端連接，所述譯碼器的輸出端與所述PWM信號生成器的輸出端同時與一組并行的門電路連接，所述一組并行的門電路的各個輸出端分別與所述一組并聯的功率開關管的控制端一一對應連接，組成至少三分頻的PWM控制電路。本實用新型的技術問題通過以下進一步的技術方案予以解決。所述計數器是異步集成計數器和同步集成計數器中的一種。所述計數器是任意進制計數器。所述計數器是四位二進制計數器。設有采用反饋清零法的或門、門組合電路，所述或門的一輸入端與所述PWM信號生成器的輸出端連接，另一輸入端與所述門組合電路的輸出端連接，所述或門的輸出端與所述計數器的清零控制端連接，所述門組合電路的輸入端與所述計數器的輸出端連接。所述譯碼器是二 -四線譯碼器、三-八線譯碼器和四-十六線譯碼器中的一種。本實用新型的技術問題通過以下再進一步的技術方案予以解決。[0016]所述一組并聯的功率開關管是至少三個功率開關管并聯的一組并聯的功率開關管。所述一組并聯的功率開關管是連接在降壓變換器BUCK電源結構和升壓變換器BOOST電源結構中的一組并聯的功率開關管。所述功率開關管是IGBT。本實用新型與現有技術對比的有益效果是本實用新型采用至少三分頻的PWM信號同時控制數量相同的至少三個功率開關 管循環工作，不僅可以降低單個功率開關管的工作頻率，提高電源的總工作開關頻率、電源轉換效率和穩定度，還可以降低散熱片溫度，減小電源體積，有效解決多個功率開關管并聯之間的均流問題，可以用于12KW以上的大功率激光電源。
圖I是本實用新型具體實施方式
的電路組成圖；圖2是圖I電路的PWM信號生成器、譯碼器和門電路的輸出波形圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
并對照附圖對本實用新型進行說明。一種如圖1、2所示的大功率釔鋁石榴石晶體YAG激光電源用四分頻脈沖寬度調制控制電路，包括采用型號為TL494芯片的PWM信號生成器U6。PWM信號生成器U6用于控制一組并聯的功率開關管Q1、功率開關管Q2、功率開關管Q3、功率開關管Q4為大功率YAG激光放電提供電源。功率開關管Q1、功率開關管Q2、功率開關管Q3、功率開關管Q4采用型號為 MDI550-12A4 的 IGBT。設有由級聯的型號為74HC93的四位二進制計數器U3和采用型號為74HC138的三-八線譯碼器Ul組成的四分頻電路。四位二進制計數器U3的輸入端與PWM信號生成器U6的輸出端連接,三-八線譯碼器Ul的輸出端與PWM信號生成器U6的輸出端同時與一組并行的門電路U5A、門電路U5B、門電路U5C、門電路TOD連接，一組并行的門電路U5A、門電路U5B、門電路U5C、門電路TOD的各個輸出端分別與一組并聯的功率開關管Ql、功率開關管Q2、功率開關管Q3、功率開關管Q4的控制端一一對應連接，組成四分頻的PWM控制電路。門電路U5A、門電路U5B、門電路U5C、門電路TOD采用型號為74HC08的四二輸入端與門芯片。設有采用反饋清零法的型號為⑶4071的四二輸入端或門U4，以及由型號為74HC30的八輸入端與非門芯片和型號為74HC14的非門芯片組成的門組合電路U2。四二輸入端或門U4的一輸入端與PWM信號生成器U6的輸出端連接,另一輸入端與門組合電路U2的輸出端連接，四二輸入端或門U4的輸出端與四位二進制計數器U3的清零控制端連接，門組合電路U2的輸入端與四位二進制計數器U3的輸出端連接。本具體實施方式
的工作過程如下YAG激光棒Laserl的泵浦燈Yl的電能由一組并聯的功率開關管Q1、功率開關管Q2、功率開關管Q3、功率開關管Q4、電感LI和續流二極管Dl組成的降壓變換器BUCK放電模塊供給，電源正端V+和電源負端V-之間并聯有儲能電容Cl。型號為S8745-01的光電轉換管Ml檢測到的激光功率信號反饋到PWM信號生成器U6，由PWM信號生成器U6將激光功率反饋信號與用戶設置的參考信號相比較生成PWM信號。圖2中的上面的波形a是PWM信號生成器U6輸出的PWM信號波形；中間的波形b是三-八線譯碼器Ul輸出的I、2、3、4路信號波形；下面的波形c是一組并行的門電路U5A、門電路U5B、門電路U5C、門電路TOD輸出驅動四個一組并聯的功率開關管Ql、功率開關管Q2、功率開關管Q3、功率開關管Q4的信號波形。PWM信號生成器U6生成的PWM信號輸出至A點一四位二進制計數器U3完成二進制數代碼輸出至B點一B點的二進制數代碼分兩路一路輸出至將二進制數代碼計數到四進制時輸出低電平反饋至門組合電路U2再經四二輸入端或門與A點的信號組合成清零信號對四位二進制計數器U3清零，四位二進制計數器U3從又零開時計數，使四位二進制計數器U3四個一次反復循環計數輸出。另一路輸出至三-八線譯碼器Ul —三-八線譯碼器Ul分四路輸出至門電路U5A、門電路U5B、門電路U5C、門電路TOD再與A點波形進行門控輸出一將PWM信號生成器U6生成的PWM信號轉換成四分頻輸出的PWM信號。最終用四分頻輸出的PWM信號經一組并行的隔離驅動器驅動四個一組并聯的功率開關管Q1、功率開關管Q2、功率開關管Q3、功率開關管Q4，實現四分頻控制，以降低單個功率開關管的工作頻率，提高電源的工作開關頻率、電源轉換效率和穩定度，還可以降低散熱片溫度，減小電源體積，有效解決并聯個管之間的均流問題。以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術領域的普通技術 人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬于本實用新型由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
權利要求1.一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，包括用于控制一組并聯的功率開關管的脈沖寬度調制PWM信號生成器，其特征在于 設有由級聯的計數器和譯碼器組成的至少三分頻電路，所述計數器的輸入端與所述PWM信號生成器的輸出端連接，所述譯碼器的輸出端與所述PWM信號生成器的輸出端同時與一組并行的門電路連接，所述一組并行的門電路的各個輸出端分別與所述一組并聯的功率開關管的控制端一一對應連接，組成至少三分頻的PWM控制電路。
2.如權利要求I所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，其特征在于 所述計數器是異步集成計數器和同步集成計數器中的一種。
3.如權利要求I或2所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，其特征在于 所述計數器是任意進制計數器。
4.如權利要求3所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，其特征在于 所述計數器是四位二進制計數器。
5.如權利要求4所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，其特征在于 設有采用反饋清零法的或門、門組合電路，所述或門的一輸入端與所述PWM信號生成器的輸出端連接，另一輸入端與所述門組合電路的輸出端連接，所述或門的輸出端與所述計數器的清零控制端連接，所述門組合電路的輸入端與所述計數器的輸出端連接。
6.如權利要求5所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，其特征在于 所述譯碼器是二 -四線譯碼器、三-八線譯碼器和四-十六線譯碼器中的一種。
7.如權利要求6所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，其特征在于 所述一組并聯的功率開關管是至少三個功率開關管并聯的一組并聯的功率開關管。
8.如權利要求7所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，其特征在于 所述一組并聯的功率開關管是連接在降壓變換器BUCK電源結構和升壓變換器BOOST電源結構中的一組并聯的功率開關管。
9.如權利要求8所述的大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，其特征在于 所述功率開關管是絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
專利摘要一種大功率激光電源用多分頻脈沖寬度調制控制電路，包括PWM信號生成器，用于控制一組并聯的功率開關管為大功率激光放電提供電源。設有由級聯的計數器和譯碼器組成的至少三分頻電路，計數器的輸入端與PWM信號生成器的輸出端連接，譯碼器的輸出端與PWM信號生成器的輸出端同時與一組并行的門電路連接，一組并行的門電路的各個輸出端分別與一組并聯的功率開關管的控制端一一對應連接，組成至少三分頻的PWM控制電路。不僅可以降低單個功率開關管的工作頻率，提高電源總的工作開關頻率、電源轉換效率和穩定度，還可以降低散熱片溫度，減小電源體積，有效解決多個功率開關管并聯之間的均流問題，可以用于12KW以上的大功率激光電源。
文檔編號H02M1/088GK202384985SQ20112045762
公開日2012年8月15日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者張肽鋒 申請人:深圳市聯贏激光股份有限公司