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光纤激光器数控电源的软硬件设计
资料介绍
随着工业技术的发展，光纤激光器研制水平突飞猛进并开始被使用于诸如遥测、医疗设备、材料加工、先进武器装备开发等工业生产的各行各业。由于激光器工作核心激光二极管(LD)对注入电流的稳定性要求很高，驱动电源提供电流的质量直接影响激光器的工作性能，因此作为整个激光器系统中的重要组成部分激光电源的发展同时也备受关注。数控电源与传统电源相比，利用嵌入式技术进行数字控制，提高了电源使用的可靠性和抗干扰性以及控制的精度和稳定性，并支持数字通信，可以利用上位机对电源进行远程监控，有助于系统集成一体化的实现，因此数控电源逐渐取代传统电源已成为一种趋势。
本文以某型在研的车载激光武器项目为背景，在分析光纤激光器的工作原理和对驱动电源的要求后，为达到提高整个激光电源的转换效率进而提升武器系统的战斗续航能力的目的，决定采用开关电源代替传统的采用恒流电路的低效率激光电源，来为激光器泵浦中的激光二极管提供稳定工作电流。基于实际工程应用需求提出了一套采用有限双极性控制零电压零电流开关(Zero-voltage and Zero-current Switching，ZVZCS)全桥DC-DC变换器为主功率电路拓扑，采用PIC18单片机为数字控制芯片进行软件设计的全数字化激光电源设计方案。
根据设计方案按照数字开关电源设计步骤，首先，完成对数控电源的主功率电路，辅助供电电路、采集电路、单片机工作电路、保护电路等相关硬件模块的设计。其次，为了满足数字控制需要，利用基于有效占空比计算法在BUCK电路小信号模型基础上推导出有限双极性控制下ZVZCS全桥电路数学模型来提高控制算法设计的理论可靠性，并完成基于PID算法的数字控制器设计。最后根据数字控制系统实现所需要的各种功能对PIC单片机的各个软件模块进行配置和设计和基于VxWorks嵌入式系统的控制上位机的软件设计。
利用制作的数字激光电源样机进行电源的输出控制精度、纹波系数和转换效率等相关参数的测试，测试结果证明本课题所设计数控激光电源的性能指标均达到设计要求，能够满足实际工程应用的需求，对数字控制激光电源的开发具有一定的参考价值。
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