一种脉冲氙灯电源的控制电路和控制方法技术

本发明专利技术涉及氙灯泵浦激光器的电源领域，特别是一种脉冲氙灯电源的控制电路和控制方法。将电流反馈环设置在功率反馈环内，第一限幅器后，在功率模式时，功率反馈环输出的电流可以通过后级的电流反馈环进行电流幅值限制，使最终输出电流在保证功率恒定的情况下避免了电流过大影响氙灯的使用寿命，甚至损坏氙灯。此外，通过插值法将所需的电流波形按较小的时间间隔等间隔输出，实现控制信号的线性可调，使控制信号能够适应功率缓慢上升或不同阶段功率上升速度不同的场合，提高了焊接质量。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲氙灯电源的控制电路和控制方法
本专利技术涉及氙灯泵浦激光器的电源领域，特别是一种脉冲氙灯电源的控制电路和控制方法。
技术介绍
以氙灯做为固体激光器的泵浦源已经是一种非常常见的方法，在激光行业中应用越来越多，同样，对电源的要求也越来越多，大多数的控制方法如图1所示：此方法有两个反馈环路即功率反馈环路1和电流反馈环路2，它们分别工作。当工作于电流模式时，单刀双掷开关4的公共端与第一PID控制模块7连接，控制信号3和电流传感器20输出的经放大和滤波处理后的信号在第一减法器5中做减法运算，输出信号进入第一PID控制模块7，进行PID运算，经限幅器9后输出给脉冲调制模块16，脉冲调制模块16输出脉冲调制信号，经脉宽电压转换模块17输出电流，电光转换器18中有电流流过，则发射出激光；当工作于功率模式时，单刀双掷开关4的公共端与第二PID控制模块8相连，控制信号3和光电传感器19输出的经放大和滤波处理后的信号在第二减法器6中做减法运算，输出信号进入第二PID控制模块8，进行PID运算，经限幅器9后，输出给脉冲调制模块16，脉冲调制模块16输出脉冲调制信号，经脉宽电压转换模块17输出电流，电光转换器18中有电流流过，则发射出激光。此方法有如下缺点：使用恒功率控制时，由于氙灯中电弧的振动或发光效率降低，注入激光晶体中的能量不稳定，由于无电流反馈，如果某一时刻氙灯的电弧偏离焦点较远，氙灯注入激光晶体中的能量特别小，激光电源需要加大电压的输出来提高电流，限幅器只能限制最大脉冲宽度，并不能限制最大电流，如果电流特别大的话，将会大大减少氙灯的使用寿命，甚至损坏氙灯。此外，传统方法的控制信号为脉冲式信号，不能根据焊接过程实时调节，对于需要功率缓慢上升或不同阶段功率上升速度不同的场合并不适用，影响焊接质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种脉冲氙灯电源的控制方法和控制电路。它能够在功率模式下限定电流的幅值，使输出的最大电流不会超出氙灯的正常使用范围，延长了氙灯的使用寿命，避免了氙灯损坏，而控制信号为线性可调信号，满足需要功率缓慢上升或不同阶段功率上升速度不同的场合，提高了焊接质量。对于本专利技术的一种脉冲氙灯电源的控制电路，上述技术问题是这样解决的：包括输入控制信号和功率反馈环路，所述的功率反馈环路包括依次连接的第一减法器、第一PID控制模块、第一限幅器、脉冲调制模块、脉宽电压转换模块、电光转换器、光电传感器、第一信号放大器和第一滤波器，所述的第一滤波器输出端和控制信号输出端均与第一减法器连接，其特征在于：在功率反馈环路的第一限幅器输出端与脉冲调制模块之间依次连接有第二减法器、第二PID控制模块和第二限幅器，所述的脉宽电压转换模块与第二减法器之间依次连接有电流传感器、第二信号放大器和第二滤波器，所述的第二减法器、第二PID控制模块、第二限幅器、脉冲调制模块、脉宽电压转换模块、电流传感器、第二信号放大器和第二滤波器共同形成一个设置在功率反馈环路内部的电流反馈环路。进一步的，在第一限幅器与第二减法器之间设置有一个单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的固定端与第二减法器连接，所述单刀双掷开关的公共端包括输入控制信号输出端和第一限幅器输出端两个连接节点。进一步的，当控制电路工作于电流模式时，所述单刀双掷开关的公共端与输入控制信号输出端连接；当控制电路工作于功率模式时，所述单刀双掷开关的公共端与第一限幅器输出端连接。进一步的，所述的第一滤波器与第一减法器之间连接有第一ADC模数转换器。进一步的，所述的第二滤波器与第二减法器之间连接有第二ADC模数转换器。对于本专利技术的一种脉冲氙灯电源的控制方法，上述技术问题是这样解决的：将电流反馈环路设置在功率反馈环路内，并连接在第一限幅器的输出端，功率模式下，功率反馈环路计算出维持恒定功率所需电流并从第一限幅器输出端输出，然后通过后端的电流反馈环路对电流的幅值进行限定，使得最终输出电流在保持输出功率恒定的情况下不超出正常使用范围。进一步的，所述功率反馈环路和电流反馈环路的输入控制信号为多段线性可调信号。进一步的，所述输入控制信号输出波形的计算方法为：a、根据焊接不同时刻对电流值需求的大小确定由不同时刻电流值组成的第一数组；b、在第一数组的相邻两点内以T为取值时间间隔均匀取n个时间点，根据插值法计算出n个时间点每相邻两点的电流间隔ΔI，ΔI的计算公式为：ΔI＝(I2-I1)/[(t2-t1)/T]，其中I2和I1为第一数组中相邻两个点的电流值，t2和t1为这两个点对应的时间；c、根据电流间隔ΔI计算出n个时间点各自对应的电流值，形成新的数据组，即第二数组。进一步的，所述输入控制信号波形的输出过程为：a、对第一ADC模数转换器(21)、第二ADC模数转换器和脉冲调制模块进行初始化；b、从存储器中读取所述第一数组，根据所述第一数组计算出所述第二数组并存储；c、打开定时器和定时器中断，将定时器的中断时间设置为T，循环等待flag标志位被置位；d、flag标志位每次置位则输出第二数组对应的一个数值，定时器的计数值加1；e、定时器的计数值达到控制信号的脉宽时间时，flag标志位置1同时关闭定时器，计数值清零，第二数组数值停止输出。本专利技术的有益效果是：将电流反馈环设置在功率反馈环内，第一限幅器后，在功率模式时，功率反馈环输出的电流可以通过后级的电流反馈环进行电流幅值限制，使最终输出电流在保证功率恒定的情况下避免了电流过大影响氙灯的使用寿命，甚至损坏氙灯。此外，通过插值法将所需的电流波形按较小的时间间隔等间隔输出，实现输入控制信号的线性可调，使输入控制信号能够适应功率缓慢上升或不同阶段功率上升速度不同的场合，提高了焊接质量，在输入控制信号触发输出前第二数组提前计算好，节省了在定时中断中执行的时间，保证每次中断不会相互影响，减小了程序出错几率。附图说明图1为传统氙灯电源控制电路模块图；图2为本专利技术氙灯电源控制电路模块图；图3为本专利技术电路原理图；图4为第一数组波形图；图5为输入控制信号输出流程图；图6为本专利技术定时器运算流程图；图中：1—功率反馈环路，2—电流反馈环路，3—输入控制信号，4—单刀双掷开关，5—第一减法器，6—第二减法器，7—第一PID控制模块，8—第二PID控制模块，9—限幅器，10—第一限幅器，11—第二限幅器，12—第一滤波器，13—第二滤波器，14—第一信号放大器，15—第二信号放大器，16—脉冲调制模块，17—脉宽电压转换模块，18—电光转换器，19—光电传感器，20—电流传感器，21—第一ADC模数转换器，22—第二ADC模数转换器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。1、如图2所示为本专利技术控制电路的模块连接图，该控制电路包括包括输入控制信号3和功率反馈环路1，功率反馈环路1包括依次连接的第一减法器5、第一PID控制模块7、第一限幅器10、脉冲调制模块16、脉宽电压转换模块17、电光转换器18、光电传感器19、第一信号放大器14和第一滤波器12，第一滤波器12输出端和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲氙灯电源的控制电路，包括输入控制信号(3)和功率反馈环路(1)，所述的功率反馈环路(1)包括依次连接的第一减法器(5)、第一PID控制模块(7)、第一限幅器(10)、脉冲调制模块(16)、脉宽电压转换模块(17)、电光转换器(18)、光电传感器(19)、第一信号放大器(14)和第一滤波器(12)，所述的第一滤波器(12)输出端和输入控制信号(3)输出端均与第一减法器(5)连接，其特征在于：在功率反馈环路(1)的第一限幅器(10)输出端与脉冲调制模块(16)之间依次连接有第二减法器(6)、第二PID控制模块(8)和第二限幅器(11)，所述的脉宽电压转换模块(17)与第二减法器(6)之间依次连接有电流传感器(20)、第二信号放大器(15)和第二滤波器(13)，所述的第二减法器(6)、第二PID控制模块(8)、第二限幅器(11)、脉冲调制模块(16)、脉宽电压转换模块(17)、电流传感器(20)、第二信号放大器(15)和第二滤波器(13)共同形成一个设置在功率反馈环路(1)内部的电流反馈环路(2)。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲氙灯电源的控制电路，包括输入控制信号(3)和功率反馈环路(1)，所述的功率反馈环路(1)包括依次连接的第一减法器(5)、第一PID控制模块(7)、第一限幅器(10)、脉冲调制模块(16)、脉宽电压转换模块(17)、电光转换器(18)、光电传感器(19)、第一信号放大器(14)和第一滤波器(12)，所述的第一滤波器(12)输出端和输入控制信号(3)输出端均与第一减法器(5)连接，其特征在于：在功率反馈环路(1)的第一限幅器(10)输出端与脉冲调制模块(16)之间依次连接有第二减法器(6)、第二PID控制模块(8)和第二限幅器(11)，所述的脉宽电压转换模块(17)与第二减法器(6)之间依次连接有电流传感器(20)、第二信号放大器(15)和第二滤波器(13)，所述的第二减法器(6)、第二PID控制模块(8)、第二限幅器(11)、脉冲调制模块(16)、脉宽电压转换模块(17)、电流传感器(20)、第二信号放大器(15)和第二滤波器(13)共同形成一个设置在功率反馈环路(1)内部的电流反馈环路(2)，在第一限幅器(10)与第二减法器(6)之间设置有一个单刀双掷开关(4)，所述单刀双掷开关(4)的固定端与第二减法器(6)连接，所述单刀双掷开关(4)的公共端包括控制信号(3)输出端和第一限幅器(10)输出端两个连接节点。2.如权利要求1所述的一种脉冲氙灯电源的控制电路，其特征在于：当控制电路工作于电流模式时，所述单刀双掷开关(4)的公共端与输入控制信号(3)输出端连接；当控制电路工作于功率模式时，所述单刀双掷开关(4)的公共端与第一限幅器(10)输出端连接。3.如权利要求1所述的一种脉冲氙灯电源的控制电路，其特征在于：所述的第一滤波器(12)与第一减法器(5)之间连接有第一ADC模数转换器(21)。4.如权利要求1所述的一种脉冲氙灯电源的控制电路，其特征在于：所述的第二滤波器(13)与第二减法器(6)之间连接有第二ADC模数转换器(22)。5.如权利要求1所述的一种脉冲氙灯电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺云杰，林卿，王锋，
申请(专利权)人：武汉凌云光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42