一种准分子激光充电电源的全光隔离控制装置的制作方法

本发明涉及充电电源的控制技术领域，尤其涉及一种准分子激光充电电源的全光隔离控制装置。

背景技术：

紫外波段的准分子激光有波长短，分辨率高，光子能量高，热效应较少，大功率、大能量输出等特点，在光谱学、表面科学、材料科学和反应动力学等学科科研领域，眼科、皮肤科等医疗领域，微加工和材料表面改性等工业领域有着广泛应用。

常见的准分子激光器采用放电泵浦的工作方式，电路结构示意如图1所示，其工作过程为首先电容充电电源在信号的驱动下对储能电容cs进行充电，当cs上的充电电压达到设定值时停止工作，则储能电容cs上的电压不再上升并维持；随后控制电路产生闸流管k触发信号使得闸流管导通，则cs上的电荷经回路电感向放电电容cd转移；当cd两端电压超过电极间气体的击穿电压时，气体放电，形成准分子激光输出。闸流管k导通时cs的放电高压一般达到15~30kv、放电电流峰值一般达到10~20ka，且整个放电时间几十个纳秒，因此工作过程中地线串扰和空间电磁辐射干扰等强度较大，使得系统的控制，尤其是电容充电电源的控制非常困难。

充电电源的控制通常通过两种信号实现，一种为开关量，可以通过光耦或者光纤实现；另一种为控制电容充电电压幅度的模拟信号，可以通过pwm或压频频压转换等实现，但是精度较低，通过dac芯片可以产生高精度的模拟信号，但是dac类的数字芯片极易受电磁干扰发生复位，从而无法正常工作。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种准分子激光充电电源的全光隔离控制装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种准分子激光充电电源的全光隔离控制装置，包括有主控板、第一光纤接收模块、第二光纤接收模块、dac模块、线性光耦模块和激光充电电源，主控板的两路光信号输出端分别与第一光纤接收模块的两个输入端连接，主控板的另外三路光信号输出端分别与第二光纤接收模块的三个输入端连接，第一光纤接收模块的两个输出端分别连接激光充电电源的两个输入端连接，第二光纤接收模块的三个输出端连接dac模块的三个输入端，dac模块的输出端连接线性光耦模块的输入端，线性光耦模块的输出端连接激光充电电源的一个输入端；主控板产生五路光信号分别为fync、sclk、sdi、enable和inhibit，其中enable和inhibit两路信号分别发送给第一光纤接收模块，第一光纤接收模块将enable和inhibit两路信号分别进行光电转换后，直接发送给激光充电电源，enable和inhibit两路信号分别控制激光充电电源的供电和工作时间；fync、sclk和sdi三路信号分别发送给第二光纤接收模块，第二光纤接收模块分别将fync、sclk和sdi三路信号进行光电转换后，发送给dac模块，经过数模转换后，dac模块将输出的模拟信号vprogram_pre发送给线性光耦模块，经线性光耦模块电气隔离后将输出的vprogram信号发送给激光充电电源来控制充电高压的瓶颈电压，即激光充电电源输出电压不会超过设定的高压值。

所述的主控板采用pic系列开发板，其中主控板的rc2引脚、rc3/sck引脚、rc5/sdo引脚、rd3引脚和rd4引脚分别产生fync、sclk、sdi、enable和inhibit五路信号。

所述的激光充电电源采用tdk_lambda系列高压充电电源，第一光纤接收模块输出的enable和inhibit两路信号分别发送给激光充电电源的enable/reset引脚和inhibit引脚，线性光耦模块输出的vprogram信号发送给激光充电电源的vprogram引脚。

所述的dac模块采用ad5721r芯片u1，所述的线性光耦模块包括有第一运算放大器ic2、第二运算放大器ic3和线性光耦ic1，线性光耦ic1的型号为il300，芯片u1的sdi引脚、+sync引脚和sclk引脚分别接收第二光纤接收模块发送的sdi、fync、sclk信号，芯片u1的vout引脚连接第一运算放大器ic2的同相输入端，第一运算放大器ic2的输出端连接线性光耦ic1的led+引脚，线性光耦ic1的pd2+引脚连接第二运算放大器ic3的同相输入端，第二运算放大器ic3a的输出端连接激光充电电源的vprogram引脚。

所述的第一运算放大器ic2和第二运算放大器ic3的型号为mc1458。

本发明工作过程为首先主控板产生5路光信号给光隔离电源制板，控制板的光纤接收模块接收到光信号之后，通过光电转换把光信号转换成电信号。enable和inhibit两路信号直接传递给激光充电电源，其中enable来控制激光充电电源的供电，inhibit用来控制激光充电电源的工作时间，即给激光器的储能电容cs充电的时间。sclk、fync和sdi三路信号传递给dac芯片ad5721r，该dac芯片有12位串行输入，与主控板通过spi串行通信，具有8个软件可编程输出范围：0v~5v、0v~10v、0v~16v等，可满足对不同激光充电电源需求的模拟信号vprogram的控制。dac产生的模拟信号传递给高精度线性光耦il300，经电气隔离后再传递给激光充电电源用来控制充电高压的瓶颈电压，即激光充电电源输出电压不会超过设定的高压值。

本发明的优点是：本发明首先通过光纤传输开关式控制信号，其次在控制信号驱动dac产生模拟电压后，再通过线性光耦隔离输出，可以实现整个系统的全光隔离，抑制电磁干扰，实现高稳定可靠控制；其次采用dac输出模拟电压后再线性光耦隔离，可以实现高精度高分辨率的电源控制。

附图说明

图1为准分子激光器放电泵浦的电路结构图。

图2为本发明的工作原理框图。

图3为dac模块电路图。

图4为线性光耦模块电路图。

具体实施方式

如图2所示，一种准分子激光充电电源的全光隔离控制装置，包括有主控板1、第一光纤接收模块2、第二光纤接收模块3、dac模块4、线性光耦模块5和激光充电电源6，主控板1的两路光信号输出端分别与第一光纤接收模块2的两个输入端连接，主控板1的另外三路光信号输出端分别与第二光纤接收模块3的三个输入端连接，第一光纤接收模块2的两个输出端分别连接激光充电电源6的两个输入端连接，第二光纤接收模块3的三个输出端连接dac模块4的三个输入端，dac模块4的输出端连接线性光耦模块5的输入端，线性光耦模块5的输出端连接激光充电电源6的一个输入端；主控板1产生五路光信号分别为fync、sclk、sdi、enable和inhibit，其中enable和inhibit两路信号分别发送给第一光纤接收模块2，第一光纤接收模块2将enable和inhibit两路信号分别进行光电转换后，直接发送给激光充电电源6，enable和inhibit两路信号分别控制激光充电电源6的供电和工作时间；fync、sclk和sdi三路信号分别发送给第二光纤接收模块3，第二光纤接收模块3分别将fync、sclk和sdi三路信号进行光电转换后，发送给dac模块4，经过数模转换后，dac模块4将输出的模拟信号vprogram_pre发送给线性光耦模块5，经线性光耦模块5电气隔离后将输出的vprogram信号发送给激光充电电源6来控制充电高压的瓶颈电压，即激光充电电源输出电压不会超过设定的高压值。

所述的主控板1采用pic系列开发板，其中主控板的rc2引脚、rc3/sck引脚、rc5/sdo引脚、rd3引脚和rd4引脚分别产生fync、sclk、sdi、enable和inhibit五路信号。

所述的激光充电电源6采用tdk_lambda系列高压充电电源，第一光纤接收模块2输出的enable和inhibit两路信号分别发送给激光充电电源6的enable/reset引脚和inhibit引脚，线性光耦模块5输出的vprogram信号发送给激光充电电源6的vprogram引脚。

如图3、4所示，所述的dac模块4采用ad5721r芯片u1，所述的线性光耦模块5包括有第一运算放大器ic2、第二运算放大器ic3和线性光耦ic1，线性光耦ic1的型号为il300，芯片u1的sdi引脚、+sync引脚和sclk引脚分别接收第二光纤接收模块发送的sdi、fync、sclk信号，芯片u1的vout引脚连接第一运算放大器ic2的同相输入端，第一运算放大器ic2的输出端连接线性光耦ic1的led+引脚，线性光耦ic1的pd2+引脚连接第二运算放大器ic3的同相输入端，第二运算放大器ic3的输出端连接激光充电电源的vprogram引脚。

两个运算放大器mc1458起到阻抗变换的作用，可增强模拟信号vprogram带负载的能力。此处的运算放大器用作电压跟随器使用。