专利名称：一种大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光电源，特别是涉及一种大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路。
背景技术：
现有大功率激光放电电源中，大多是采用未分频或二分频的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，缩略词为PWM)控制电路，前一种控制单个功率开关管工作，后一种控制两个并联的功率开关管交替工作。由于作为功率开关管的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，缩略词为IGBT)工作时的功耗，与工作频率即载波频率基本是线性相关。工作频率越高，IGBT功耗越大，器件的实际温度也就越高，安全隐患越突显，因此，IGBT的工作频率严重制约了大功率激光放电电源的输出功率提高。尽管可以采用多个IGBT并联方式， 以减少单个IGBT的电流以降低温度，但是，又存在并联个管之间的均流问题。此外，大功率激光放电电源的开关频率还受到IGBT最高特性频率只有几十KHz的限制，采用的电感感抗高，存在电源体积偏大，功耗增大，转换效率和稳定度下降的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路。本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。这种大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，包括脉冲宽度调制PWM信号生成器，所述PWM信号生成器用于控制一组并联的功率开关管为大功率激光放电提供电源。这种大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路的特点是设有由级联的计数器和译码器组成的至少三分频电路，所述计数器的输入端与所述PWM信号生成器的输出端连接，所述译码器的输出端与所述PWM信号生成器的输出端同时与一组并行的门电路连接，所述一组并行的门电路的各个输出端分别与所述一组并联的功率开关管的控制端一一对应连接，组成至少三分频的PWM控制电路。本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。所述计数器是异步集成计数器和同步集成计数器中的一种。所述计数器是任意进制计数器。所述计数器是四位二进制计数器。设有采用反馈清零法的或门、门组合电路，所述或门的一输入端与所述PWM信号生成器的输出端连接，另一输入端与所述门组合电路的输出端连接，所述或门的输出端与所述计数器的清零控制端连接，所述门组合电路的输入端与所述计数器的输出端连接。所述译码器是二 -四线译码器、三-八线译码器和四-十六线译码器中的一种。
本发明的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。所述一组并联的功率开关管是至少三个功率开关管并联的一组并联的功率开关管。所述一组并联的功率开关管是连接在降压变换器BUCK电源结构和升压变换器 BOOST电源结构中的一组并联的功率开关管。所述功率开关管是IGBT。本发明与现有技术对比的有益效果是本发明采用至少三分频的PWM信号同时控制数量相同的至少三个功率开关管循环工作，不仅可以降低单个功率开关管的工作频率，提高电源的总工作开关频率、电源转换效率和稳定度，还可以降低散热片温度，减小电源体积，有效解决多个功率开关管并联之间的均流问题，可以用于12KW以上的大功率激光电源。
图1是本发明具体实施方式
的电路组成图；图2是图1电路的PWM信号生成器、译码器和门电路的输出波形图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
并对照附图对本发明进行说明。一种如图1、2所示的大功率钇铝石榴石晶体YAG激光电源用四分频脉冲宽度调制控制电路，包括采用型号为TL494芯片的PWM信号生成器TO。PWM信号生成器TO用于控制一组并联的功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4为大功率YAG激光放电提供电源。功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4采用型号为 MDI550-12A4 的 IGBT。设有由级联的型号为74HC93的四位二进制计数器U3和采用型号为74HC138的三-八线译码器Ul组成的四分频电路。四位二进制计数器U3的输入端与PWM信号生成器 U6的输出端连接，三-八线译码器Ul的输出端与PWM信号生成器U6的输出端同时与一组并行的门电路U5A、门电路TOB、门电路TOC、门电路U5D连接，一组并行的门电路U5A、门电路U5B、门电路TOC、门电路U5D的各个输出端分别与一组并联的功率开关管Q1、功率开关管 Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4的控制端一一对应连接，组成四分频的PWM控制电路。门电路U5A、门电路TOB、门电路TOC、门电路U5D采用型号为74HC08的四二输入端与门芯片。设有采用反馈清零法的型号为⑶4071的四二输入端或门U4，以及由型号为 74HC30的八输入端与非门芯片和型号为74HC14的非门芯片组成的门组合电路U2。四二输入端或门U4的一输入端与PWM信号生成器U6的输出端连接，另一输入端与门组合电路U2 的输出端连接，四二输入端或门U4的输出端与四位二进制计数器U3的清零控制端连接，门组合电路U2的输入端与四位二进制计数器U3的输出端连接。本具体实施方式
的工作过程如下YAG激光棒Laserl的泵浦灯Yl的电能由一组并联的功率开关管Q1、功率开关管 Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、电感Ll和续流二极管Dl组成的降压变换器BUCK放电模块供给，电源正端V+和电源负端V-之间并联有储能电容Cl。
型号为S8745-01的光电转换管Ml检测到的激光功率信号反馈到PWM信号生成器 U6，由PWM信号生成器U6将激光功率反馈信号与用户设置的参考信号相比较生成PWM信号。图2中的上面的波形a是PWM信号生成器TO输出的PWM信号波形；中间的波形b是三-八线译码器Ul输出的1、2、3、4路信号波形；下面的波形c是一组并行的门电路冊六、门电路TOB、门电路TOC、门电路U5D输出驱动四个一组并联的功率开关管Ql、功率开关管Q2、 功率开关管Q3、功率开关管Q4的信号波形。PWM信号生成器U6生成的PWM信号输出至A点一四位二进制计数器U3完成二进制数代码输出至B点一B点的二进制数代码分两路一路输出至将二进制数代码计数到四进制时输出低电平反馈至门组合电路U2再经四二输入端或门与A点的信号组合成清零信号对四位二进制计数器U3清零，四位二进制计数器U3从又零开时计数，使四位二进制计数器U3四个一次反复循环计数输出。另一路输出至三-八线译码器Ul —三-八线译码器Ul分四路输出至门电路U5A、 门电路TOB、门电路TOC、门电路U5D再与A点波形进行门控输出一将PWM信号生成器U6生成的PWM信号转换成四分频输出的PWM信号。最终用四分频输出的PWM信号经一组并行的隔离驱动器驱动四个一组并联的功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4，实现四分频控制，以降低单个功率开关管的工作频率，提高电源的工作开关频率、电源转换效率和稳定度，还可以降低散热片温度，减小电源体积，有效解决并联个管之间的均流问题。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.一种大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，包括脉冲宽度调制PWM信号生成器，所述PWM信号生成器用于控制一组并联的功率开关管为大功率激光放电提供电源，其特征在于设有由级联的计数器和译码器组成的至少三分频电路，所述计数器的输入端与所述 PWM信号生成器的输出端连接，所述译码器的输出端与所述PWM信号生成器的输出端同时与一组并行的门电路连接，所述一组并行的门电路的各个输出端分别与所述一组并联的功率开关管的控制端一一对应连接，组成至少三分频的PWM控制电路。
2.如权利要求1所述的大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，其特征在于所述计数器是异步集成计数器和同步集成计数器中的一种。
3.如权利要求1或2所述的大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，其特征在于所述计数器是任意进制计数器。
4.如权利要求3所述的大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，其特征在于所述计数器是四位二进制计数器。
5.如权利要求4所述的大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，其特征在于设有采用反馈清零法的或门、门组合电路，所述或门的一输入端与所述PWM信号生成器的输出端连接，另一输入端与所述门组合电路的输出端连接，所述或门的输出端与所述计数器的清零控制端连接，所述门组合电路的输入端与所述计数器的输出端连接。
6.如权利要求5所述的大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，其特征在于所述译码器是二 -四线译码器、三-八线译码器和四-十六线译码器中的一种。
7.如权利要求6所述的大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，其特征在于所述一组并联的功率开关管是至少三个功率开关管并联的一组并联的功率开关管。
8.如权利要求7所述的大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，其特征在于所述一组并联的功率开关管是连接在降压变换器BUCK电源结构和升压变换器BOOST 电源结构中的一组并联的功率开关管。
9.如权利要求8所述的大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，其特征在于所述功率开关管是绝缘栅双极型晶体管IGBT。
全文摘要
一种大功率激光电源用多分频脉冲宽度调制控制电路，包括PWM信号生成器，用于控制一组并联的功率开关管为大功率激光放电提供电源。设有由级联的计数器和译码器组成的至少三分频电路，计数器的输入端与PWM信号生成器的输出端连接，译码器的输出端与PWM信号生成器的输出端同时与一组并行的门电路连接，一组并行的门电路的各个输出端分别与一组并联的功率开关管的控制端一一对应连接，组成至少三分频的PWM控制电路。不仅可以降低单个功率开关管的工作频率，提高电源总的工作开关频率、电源转换效率和稳定度，还可以降低散热片温度，减小电源体积，有效解决多个功率开关管并联之间的均流问题，可以用于12KW以上的大功率激光电源。
文档编号H02M1/088GK102403885SQ201110365949
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者张肽锋 申请人:深圳市联赢激光股份有限公司