一种基于CPLD的数字式大功率激光驱动电源设计

本文探讨的是一种基于CPLD（复杂可编程逻辑器件）的数字式大功率激光驱动电源设计，该设计旨在满足快速响应和出光稳定性的需求，适用于激光加工领域，特别是CO₂激光器的应用。激光加工因其非接触性、加工精度高、质量好和效率高等优势，广泛应用于切割和雕刻工艺。 系统主要由以下几个部分组成：主电源、稳压电源、辅助电源、驱动桥路、逆变升压、反馈电路和数字控制电路。主电源和稳压电源将AC220V转化为310V稳定的直流电压，为系统提供基础能量。辅助电源则将310V电压转换为12V和SV直流电压，用于数字控制和反馈电路。驱动桥路和逆变升压部分将直流电压转换为约2000V高压，以驱动激光器。反馈电路负责监控和限制输出电流不超过30mA，确保设备安全。 工作原理中，AC220V经过整流滤波后生成310V直流电压，通过稳压电源保持稳定。数字控制部分，由CPLD实现，它不仅处理开关光、水保护、过流过压等信号的逻辑控制，还生成PWM（脉宽调制）波来精确控制功率输出。反馈电路通过采集电流大小来保护激光器，防止过流。辅助电源采用VIPer22A变换器和高频电源变压器，输出电压波形平滑无尖峰。 该设计具有以下显著特点： 1. 稳定性好，具备较强的抗电压波动能力，能在较宽的电压范围内（187V至242V）保持逆变升压部分的基准电压稳定，从而保证工作稳定性。 2. 高频响应，CPLD的数字控制方式使得系统可以处理高达10kHz的控制脉冲，适用于精细雕刻和坡度控制。 3. 输出电流纹波小，确保长时间工作的激光器功率输出稳定，尤其在坡度雕刻时，数字控制可以校正光功率，实现线性变化，满足不同雕刻需求。 4. 定制化控制，可以根据特殊加工要求调整程序，例如在切割起始阶段调整出光功率。 通过在实际的1.6kW激光器上进行长时间测试，该驱动电源表现出高频率响应、精确控制和低电流纹波，确保了激光器的长期稳定运行。这一设计充分体现了CPLD在提升激光驱动电源性能方面的潜力，对于提高激光加工的效率和质量有着重要意义。