激光电源的控制子系统研制

发布时间：2017-12-10 07:00

  本文关键词：激光电源的控制子系统研制

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【摘要】：近年来,社会对电源控制系统的要求越来越高,传统的电源控制系统由于数字化程度不高、速度不够快、精度和可靠性低等缺点,使其逐渐满足不了人们的需求。随着电力电子技术、功率器件和数字芯片的发展,嵌入式设备电源控制系统逐渐进入人们的视野。同传统的电源系统相比,嵌入式设备电源系统具有速度快、可靠性强、通讯实时性好以及故障诊断处理等优点。因此,在科研和生产中,嵌入式设备电源控制系统有很好的应用前景。基于此,本文基于嵌入式设备设计了一种激光电源控制子系统。在该系统中,采用AVR单片机作为主控制芯片,并设计了多路测量信号调理电路、模拟信号和数字信号的隔离和驱动电路、通讯单元、脉冲调制成形单元等电路。此系统可用于发送控制命令和配置参数,通过采集电源的电压、电流和温度等参数来实现对电源运行状态的实时监控,保证电源的正常运行,实现激光器按预设流程一键出光,并通过采集的数据对电源工作状态进行故障诊断,及时发现故障和报警,实现电源的抗浪涌击穿、断电保护和过流保护等多种功能,避免生产事故的发生,从而节约大量的人力和事故支出。本设计以ATMEL公司的MCU芯片ATxmega128A1为核心控制器,设计了激光电源控制子系统的硬件电路,主要包括CAN通信硬件设计电路、电流源设计电路、温控系统保护电路和过流保护电路,采用负反馈原理和闭环控制思想分别实现对驱动电流和温度的控制。在硬件电路的基础上,使用ATMEL公司的AVR studio配合C高级语言的软件开发平台完成了软件设计,实现了数据采集、故障诊断以及控制脉冲信号产生等功能。本论文给出整体结构,该系统在实验室和工业现场上进行了调试,满足激光器电源的控制需求。测试结果表明,该系统可实现报文的发送、接收、故障诊断处理等功能,可靠性强,通讯实时性好。该系统能够控制激光器电源输出占空比20%及以上的0.5～6A范围内连续可调的稳定的电流,能使激光驱动电路一小时内电流偏差率控制在0.02%,温度控制偏差控制在±0.005°。另外,电气隔离电路的设计,进一步提高系统的抗干扰能力;同时,软件设计部分采用自顶向下的模块化设计方法,增强系统的可移植性。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP273;TN24

【参考文献】

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本文编号：1273513