光纖激光器數(shù)控電源的軟硬件設(shè)計(jì).pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，光纖激光器研制水平突飛猛進(jìn)并開始被使用于諸如遙測、醫(yī)療設(shè)備、材料加工、先進(jìn)武器裝備開發(fā)等工業(yè)生產(chǎn)的各行各業(yè)。由于激光器工作核心激光二極管(LD)對注入電流的穩(wěn)定性要求很高，驅(qū)動電源提供電流的質(zhì)量直接影響激光器的工作性能，因此作為整個激光器系統(tǒng)中的重要組成部分激光電源的發(fā)展同時也備受關(guān)注。數(shù)控電源與傳統(tǒng)電源相比，利用嵌入式技術(shù)進(jìn)行數(shù)字控制，提高了電源使用的可靠性和抗干擾性以及控制的精度和穩(wěn)定性，并支持?jǐn)?shù)字通信，可以利用

2、上位機(jī)對電源進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，有助于系統(tǒng)集成一體化的實(shí)現(xiàn)，因此數(shù)控電源逐漸取代傳統(tǒng)電源已成為一種趨勢。
　　本文以某型在研的車載激光武器項(xiàng)目為背景，在分析光纖激光器的工作原理和對驅(qū)動電源的要求后，為達(dá)到提高整個激光電源的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)而提升武器系統(tǒng)的戰(zhàn)斗續(xù)航能力的目的，決定采用開關(guān)電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的采用恒流電路的低效率激光電源，來為激光器泵浦中的激光二極管提供穩(wěn)定工作電流。基于實(shí)際工程應(yīng)用需求提出了一套采用有限雙極性控制零電壓零電流開關(guān)(Ze

3、ro-voltage and Zero-current Switching，ZVZCS)全橋DC-DC變換器為主功率電路拓?fù)?，采用PIC18單片機(jī)為數(shù)字控制芯片進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的全數(shù)字化激光電源設(shè)計(jì)方案。
　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案按照數(shù)字開關(guān)電源設(shè)計(jì)步驟，首先，完成對數(shù)控電源的主功率電路，輔助供電電路、采集電路、單片機(jī)工作電路、保護(hù)電路等相關(guān)硬件模塊的設(shè)計(jì)。其次，為了滿足數(shù)字控制需要，利用基于有效占空比計(jì)算法在BUCK電路小信號模型基礎(chǔ)上推導(dǎo)

4、出有限雙極性控制下ZVZCS全橋電路數(shù)學(xué)模型來提高控制算法設(shè)計(jì)的理論可靠性，并完成基于PID算法的數(shù)字控制器設(shè)計(jì)。最后根據(jù)數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需要的各種功能對PIC單片機(jī)的各個軟件模塊進(jìn)行配置和設(shè)計(jì)和基于VxWorks嵌入式系統(tǒng)的控制上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)。
　　利用制作的數(shù)字激光電源樣機(jī)進(jìn)行電源的輸出控制精度、紋波系數(shù)和轉(zhuǎn)換效率等相關(guān)參數(shù)的測試，測試結(jié)果證明本課題所設(shè)計(jì)數(shù)控激光電源的性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠滿足實(shí)際工程應(yīng)用的需求，對