廖斐大功率射频激光电源功率控制技术研究汇编.docx
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廖斐大功率射频激光电源功率控制技术研究汇编
分类号学号M200872316
学校代码10487密级
硕士学位论文
大功率射频激光电源功率
控制技术研究
学位申请人
:
廖斐
学科专业
:
光学工程
指导教师
:
唐霞辉教授
答辩日期
:
2011.1.8
ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirements
fortheDegreeofMasterofEngineering
ResearchonPowerControlTechnologyof
HighPowerLaserRFPowerSupply
Candidate
:
LiaoFei
Major
:
OpticalEngineering
Supervisor
:
Prof.TangXiahui
HuazhongUniversityofScience&Technology
Wuhan430074,P.R.China
Jan.,2011
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:
学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本论文属于
保密□,在年解密后适用本授权书。
不保密□。
(请在以上方框内打“√”)
学位论文作者签名:
指导教师签名:
日期:
年月日日期:
年月日
摘要
射频电源功率控制是大功率射频板条CO2激光器关键技术之一。
本文系统地研究了射频电源功率控制电路,主要包括PWM调制器、调制信号放大,以及大功率电子管栅极电流检测,实现了对射频板条CO2激光器输出激光功率调节和电子管栅极过流保护。
论文主要内容包括:
(1)分析了大功率电子管式射频电源的工作原理及其对功率控制电路的要求,设计了基于TMS320F2812处理器的脉宽调制电路,它能产生维持方式、连续方式和脉冲方式三种脉宽调制信号。
(2)开发了射频电源调制器的串口通讯界面。
通过VB6.0开发平台和MSComm通讯控件编写射频电源调制器与PC机的串口通讯界面。
通讯界面通过RS-232与调制器通讯,实现外控时对调制器输出的PWM信号进行控制以及内控时实时显示PWM的参数。
(3)设计了射频电源脉宽调制放大电路。
根据电子管栅极驱动能力的要求,课题使用了BIMOSFET作为电路的放大器件,将射频电源调制器输出的5V的PWM信号放大成-200V的PWM信号来驱动电子管的栅极。
(4)设计了射频电源栅极电流检测电路。
利用EPM7064SL44芯片来完成栅流检测电路逻辑功能,实现对射频电源栅极的电流信号和电路板的掉电信号的检测,当栅极电流平均值大于2.5A或者电路板掉电的时候CPLD会产生一个高电平报警信号。
使用Quartus2软件对此逻辑电路进行了时序仿真。
本文研制的射频电源功率控制电路实现了对射频板条CO2激光器输出光功率的实时控制,并保证射频电源电子管栅极电流在额定的范围内安全有效的工作。
论文研究工作对于攻克大功率射频激光电源及其调制技术提供了理论指导和设计依据。
关键词:
射频激光电源脉宽调制器调制放大串口通讯栅流检测
Abstract
ThepowercontrolofRFpowersupplyisoneofthekeytechnologiesofhighpowerRFslabCO2laser. Powercontrolcircuit ofRFpowersupplysystematichasresearchedinthisthesis,whichincludePulseWidthModulator,PWM signalamplifying,grid currentdetectionofhighpowerelectronictube.Thecircuitcanrealizetheoutputpower adjustmentofRF slab CO2 laserandover-currentprotectiononelectronictubegrid.Themaincontentsareasfollows:
(1)TheworkingprincipleofhighpowerelectronictubeRFpowersupplyanditsRequirementsforpowercontrolcircuithasbeenintroduce.PulseWidth ModulationcircuithasbeendesignedbasedonprocessorTMS320F2812.ThecircuitcangeneratesthreekindsofPWMsignalswhichincludemaintenancemode,continuousmodeandpulsemode.
(2)TheSerialcommunication interfaceofRF power modulatorhasbeenwritten.CommunicationinterfacebetweenRFpowerpulsewidthmodulatorandPChasbeenwrittenbyVB6.0developmentplatformandMSComm communicationcontrol.Communicatingwiththemodulatorvia RS-232throughcommunication interface,theoutputsignalofRFmodulatorcanbecontrolledwhenmodulatorisintheconditionofexternalcontrollingandPWMparameterscanbereal-timedisplayedwhenmodulatorisintheconditionofinternalcontrolling.
(3)TheamplifingcircuitofRF power pulsewidthmodulation hasbeendesigned.Accordingto therequirementsof electronictube grid drivecapability,BIMOSFETisusedasan amplifierdeviceofthecircuit,whose functionistotransfer5VPWMsignalfromRFPulseWidthModulatorinto-200VPWMsignaltodrivethegridoftube.
(4)TheRF power detection circuitfor gatecurrenthasbeendesigned.ThelogicfunctionofgridcurrentdetectioncircuitofRFpoweriscompletedbyusingEPM7064SL44chip.ItsmainfunctionistodetectthecurrentsignalofRFpowergridandthepower-offsignalofcircuit.Whenthe averagevalueofgate current isgreaterthan 2.5Aor thecircuitboardis power-down,theCPLDchipwouldproduceahighlevelalarmsignal.TimingsimulationforthislogiccircuitisdonebyusingQuartus2software.
ThepowercontrolcircuitofRFpowersupplyrealizetheoutputpowerreal-timecontrolofRFslabCO2LaserandguaranteethattheRF power tube can work safelyandeffectivelywithintheratedrange.Thisresearchprovidesatheoretical basis anddesign guidanceforthecaprureofhighpowerLaserRFpowersupplyanditsmodulatortechnology.
Keywords:
LaserRFpowersupplyPulseWidthModulatorPWMamplification
SerialcommunicationinterfaceGridcurrentdetection
目录
摘要I
AbstractII
1绪论
1.1射频电源的发展及其在CO2激光器上的应用
(1)
1.2射频电源及其功率控制技术研究进展
(2)
1.3本课题研究的主要内容和意义
(2)
2射频电源调制器
2.1射频电源结构及其原理(5)
2.2射频电源功率控制电路的整体设计(7)
2.3射频电源调制器(8)
2.4本章小结(14)
3射频电源调制器的串口通讯界面
3.1脉宽调制器串口通讯界面开发软件(15)
3.2射频电源调制器的串口通讯界面设计(16)
3.3本章小结(21)
4射频电源调制器放大电路
4.1射频电源调制器放大电路的整体设计(22)
4.2射频电源调制器放大电路模块设计(24)
4.3PCB结构设计及抗干扰措施(27)
4.4本章小结(29)
5射频电源栅流检测电路
5.1射频电源栅流检测电路总体设计(30)
5.2射频电源栅流检测电路设计(31)
5.3检测电路软件设计(39)
5.4本章小结(43)
6全文总结与展望
致谢(46)
参考文献(47)
附录1人机界面下位机数据接收程序(50)
1绪论
1.1射频电源的发展及其在CO2激光器上的应用
1.1.1射频激励CO2激光器及其优点
CO2激光器是最重要、用途最广泛的气体激光器之一,CO2激光器的激励方式有直流激励、交流高频激励、射频激
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