一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的方法及裝置，包括：柵極控制電路根據(jù)接收到的上級控制單元發(fā)送來的控制信息產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的控制脈沖，并通過該控制脈沖控制電子管柵極產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的脈沖。本發(fā)明通過柵極調(diào)制電路產(chǎn)生穩(wěn)定可靠、占空比連續(xù)可調(diào)的脈沖，從而實現(xiàn)高重復(fù)頻率的柵極控制，減少了柵極產(chǎn)生的成本，并減低了柵極產(chǎn)生的復(fù)雜度。
【專利說明】一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子管【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近10年來，大功率激光器的實用技術(shù)突飛猛進，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸多重要的領(lǐng)域和行業(yè)，正形成著諸多的新興產(chǎn)業(yè)、朝陽產(chǎn)業(yè)。大功率激光器射頻功率源研制項目定位:為先進裝備制造業(yè)超微精細高精數(shù)控加工成套裝備配套大功率激光器射頻功率源的主力機型。先進的激光制造系統(tǒng)的核心部件大功率激光器需要配套大功率射頻功率源。掌握工業(yè)應(yīng)用主流高精尖端激光器件的原創(chuàng)性自主知識產(chǎn)權(quán)，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)是發(fā)展我國激光制造業(yè)的關(guān)鍵所在。
[0003]射頻激勵擴散冷卻全金屬板條波導(dǎo)CO2激光器是目前國際上最先進的第四代氣體激光器，是當今集成先進激光制造系統(tǒng)的首選激光器件，已逐步成為激光制造業(yè)的主力激光器。
[0004]大功率激光器射頻功率源的核心技術(shù)之一就是高重復(fù)頻率窄脈沖控制電子管柵極技術(shù)，目前大功率激光器射頻功率源主要是采用非自激振蕩式電路，通過信號源一側(cè)產(chǎn)生高頻率的調(diào)制脈沖，需要較為復(fù)雜的信號源和激勵推動級電路，成本較高，因此，如何實現(xiàn)一種不需要信號源和激勵推動級電路，僅僅由柵極調(diào)制脈沖控制實現(xiàn)的電子管自激振蕩式電路就成為現(xiàn)在亟待需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的方法及裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中電子管柵極不能產(chǎn)生自激振蕩式電路的問題。
[0006]本發(fā)明主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的方法，該方法包括:
[0008]柵極控制電路根據(jù)接收到的上級控制單元發(fā)送來的控制信息產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的控制脈沖，并通過該控制脈沖控制電子管柵極產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的脈沖。
[0009]優(yōu)選地，柵極控制電路將電子管柵極電壓/電流以及脈沖信息回傳給所述上級控制單元。
[0010]優(yōu)選地，還包括:驅(qū)動電路；
[0011]通過所述驅(qū)動電路將所述柵極控制電路產(chǎn)生的控制脈沖施加到所述電子管柵極上。
[0012]優(yōu)選地，還包括:接收電路；
[0013]所述接收電路將接收到的外部送來的調(diào)制脈沖加到電子管柵極上。
[0014]優(yōu)選地，所述電子管的工作頻率為80-90MHZ。[0015]本發(fā)明還提供了一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的裝置，該裝置包括:
[0016]接收單元，用于接收上級控制單元發(fā)送來的控制信息；
[0017]柵極控制電路單元，用于根據(jù)所述接收單元接收到的所述控制信息產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的控制脈沖，并通過該控制脈沖控制電子管柵極產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的脈沖。
[0018]優(yōu)選地，所述柵極控制電路單元還用于，將電子管柵極的電壓/電流以及脈沖信息回傳給所述上級控制單元。
[0019]優(yōu)選地，還包括:驅(qū)動電路單元；
[0020]所述驅(qū)動電路單元，用于將所述柵極控制電路單元產(chǎn)生的控制脈沖施加到所述電子管柵極上。
[0021]優(yōu)選地，還包括:接收電路單元；
[0022]所述接收電路單元，用于將接收到的外部送來的調(diào)制脈沖加到電子管柵極上。
[0023]優(yōu)選地，所述電子管的工作頻率為80-90MHZ。
[0024]本發(fā)明提供的一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的方法及裝置，通過柵極調(diào)制電路產(chǎn)生穩(wěn)定可靠、占空比連續(xù)可調(diào)的脈沖，從而實現(xiàn)高重復(fù)頻率的柵極控制，減少了柵極產(chǎn)生的成本，并減低了柵極產(chǎn)生的復(fù)雜度。
[0025]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的電路連接示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的裝置的局部接口側(cè)視圖；
[0030]圖5為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的裝置的整體側(cè)視圖；
[0031]圖6為本發(fā)明實施例的控制產(chǎn)生電子管柵極脈沖的驅(qū)動電路的電路示意圖；
[0032]圖7為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖裝置的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。為了清楚和簡化目的，當其可能使本發(fā)明的主題模糊不清時，將省略本文所描述的器件中已知功能和結(jié)構(gòu)的詳細具體說明。
[0034]本發(fā)明設(shè)計了一種控制產(chǎn)生電子管柵極脈沖的方法。本發(fā)明所使用的電子管為自激式的電子管放大器電子管，選型為法國CTK15-2、西門子的RS3041CJ或者國產(chǎn)的DB958及CTK15-2。并且電子管的工作頻率為80-90MHZ。是采用網(wǎng)狀釷鎢陰極、鑰絲焊接鼠籠型柵極、超蒸發(fā)水冷陽極和同軸型電極結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷三極管，最大輸出功率45kW，最高工作頻率 120MHz。
[0035]如圖1和2所示，通過柵極控制電路接收上級控制單元發(fā)送來的控制信息，該控制信息中包括電子管柵極的占空比和重復(fù)頻率的脈沖信息，根據(jù)該控制信息產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的控制脈沖，并通過該控制脈沖控制電子管柵極產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的脈沖，實現(xiàn)電子管柵極脈沖。
[0036]并且，柵極控制電路將電子管柵極電壓/電流以及脈沖信息回傳給所述上級控制單元，以便上級控制單元進行監(jiān)控。
[0037]本發(fā)明實施例的上級控制單元實際是一個FPGA為核心的控制板，將各個組成部分掛在CAN總線上，系統(tǒng)通過CAN總線給柵極控制電路發(fā)送控制信息。
[0038]本發(fā)明實施例還包括驅(qū)動電路，驅(qū)動電路與柵極控制電路連接，通過所述驅(qū)動電路將所述柵極控制電路產(chǎn)生的控制脈沖施加到所述電子管柵極上。
[0039]本發(fā)明實施例還包括接收電路；通過所述接收電路將接收到的外部送來的調(diào)制脈沖，并通過驅(qū)動電路將該調(diào)整脈沖加到電子管柵極上。
[0040]本發(fā)明實例負偏壓的產(chǎn)生采用工頻變壓器的形式。因為柵級功耗較小，變壓器的尺寸也較小。該裝置的驅(qū)動脈沖重復(fù)頻率高大80KHz，占空比可實現(xiàn)5%?90%連續(xù)可調(diào)。整個裝置的尺寸較小，結(jié)構(gòu)外形如圖3-5所示，柵極驅(qū)動2實際上就是接收控制板產(chǎn)生的脈沖信號，將脈沖信號放大到-200V左右，然后，將這個脈沖加到電子管的柵極上，還包括完成柵極電壓、柵極電流的檢測功能。柵極控制板實際上完成的是電子管柵極的驅(qū)動電路2。
[0041]裝置的盒體4和蓋6內(nèi)設(shè)有柵極控制板I，柵極控制板I接收來自上級控制單元(系統(tǒng)一級的控制單元)的控制命令，產(chǎn)生小信號調(diào)制脈沖，同時，將來自柵極驅(qū)動電路2采集到的柵極電壓、電流等信號經(jīng)過AD采樣，門限比較后通過CAN總線回送給上級控制單元。
[0042]該裝置內(nèi)還設(shè)有安裝板7、電阻8、變壓器9、控制插口插座10、24v插座11、AC220插座 12 和 6N110 (13)。
[0043]電源接口 6將+24V等板子上要用到的小信號電源；
[0044]控制接口 8實際上就是與上級控制單元通信的CAN通信接口 ；
[0045]220 V A C 12給變壓器3提供交流220 V電壓；
[0046]負載電阻8柵極調(diào)制回路的負載泄放電阻；
[0047]柵極高壓接線端子5為系統(tǒng)的-200V脈沖調(diào)制電壓通過這兩個端子接到電子管的柵極上；
[0048]裝置的外設(shè)有安裝固定用的盒體4 ;
[0049]變壓器9產(chǎn)生柵極調(diào)制的200V交流電壓，和15V交流電壓，15V交流電壓通過二極管整流后給后續(xù)的柵極控制I上的小信號電路供電。
[0050]圖6是本發(fā)明實施例的控制產(chǎn)生電子管柵極脈沖的驅(qū)動電路的電路示意圖，如圖4所示:[0051]X I端子接收來自變壓器的輸出交流電壓，變壓器輸出兩組輸出電壓:一組是145VAC左右，一組是14.5VAC左右；
[0052]V2, V3整流橋電路完成交流道直流的整流；
[0053]NI，N2電路完成DC/DC變換。輸出+15V，+5V電壓；
[0054]U2及其附屬電路:完成200VDC電壓的檢測，表示加電正常與否的檢測；
[0055]Ul及其附屬電路:完成柵極調(diào)制控制脈沖的輸入，起到電氣隔離的作用，避免對控制電路的影響；
[0056]D1UC3707電路，實現(xiàn)的是功率驅(qū)動器芯片，完成小信號的脈沖到-200V的柵極驅(qū)動脈沖的變換；
[0057]X16:接6N110型功率管，實現(xiàn)脈沖驅(qū)動信號的放大；
[0058]X8，X9端子就去組件的柵極高壓接線端子5，由柵極高壓接線端子5接到電子管的柵極上；
[0059]X13:接功率電阻，用于電壓電流檢測以及柵極調(diào)制回路吸收。
[0060]圖7產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖裝置的電路示意圖，由圖7我們可以看到整個裝置的電路原理，柵級控制板作為控制單元接收上級系統(tǒng)指令，產(chǎn)生所需的脈沖，同時將基本的柵級狀態(tài)信息上傳給上級系統(tǒng)。柵級驅(qū)動電路完成從變壓器的交流電壓的整流，以及柵級脈沖的放大驅(qū)動，同時實現(xiàn)柵級狀態(tài)的檢測功能。柵級驅(qū)動板驅(qū)動高速MOS管6N110，實現(xiàn)對電子管柵級電路的快速脈沖動作。
[0061]本發(fā)明實施例還提供了一種控制產(chǎn)生電子管柵極脈沖的裝置，所使用的電子管為自激式的電子管放大器電子管，選型為法國CTK15-2、西門子的RS3041CJ或者國產(chǎn)的DB958及CTK15-2。并且電子管的工作頻率為80-90MHZ。本發(fā)明實施例的裝置具體如圖1_4所示，該裝置包括相互連接的接收單元和柵極控制電路單元，通過接收單元接收上級控制單元發(fā)送來的控制信息，并通過柵極控制電路單元根據(jù)所述接收單元接收到的所述控制信息產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的控制脈沖，并通過該控制脈沖控制電子管柵極產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的脈沖。
[0062]所述柵極控制電路單元還用于，將電子管柵極的電壓/電流以及脈沖信息回傳給所述上級控制單元。
[0063]本發(fā)明實施例還包括:驅(qū)動電路單元，驅(qū)動電路單元將所述柵極控制電路單元產(chǎn)生的控制脈沖施加到所述電子管柵極上。
[0064]本發(fā)明實施例還可以包括接收電路單元，接收電路單元將接收到的外部送來的調(diào)制脈沖加到電子管柵極上。
[0065]本發(fā)明實施例的產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的裝置的技術(shù)指標參數(shù)為:
[0066](I)輸出功率:> 30kW ;
[0067](2)工作模式:連續(xù)波輸出和矩形脈沖調(diào)幅輸出；
[0068](3)工作頻率范圍:80MHz?90MHz范圍內(nèi)某一點頻工作；
[0069](4)輸出接口:與激光器配接，按照實測配合尺寸和形式；
[0070](5 )工作比:5% ?85% ；
[0071](6)負載駐波比適應(yīng)能力:適應(yīng)激光器大動態(tài)范圍阻抗變化；[0072](7)調(diào)制脈沖上升沿和下降沿:μ s量級；
[0073](8)連續(xù)波輸出功率不穩(wěn)定度≤ 3% ；
[0074]( 9 )連續(xù)波輸出諧波分量比例:≤5% ；
[0075](10)控制界面友好，監(jiān)控保護可靠；
[0076](Il)MTBF:不小于 5000h ;
[0077]激光器工作頻率指定81.36MHz,為保證激光器輸出功率達到2.5kff,要求功率源至少應(yīng)具備30kW RF功率輸出能力，由于激光器功率控制的需要，功率源還能夠工作在高重復(fù)頻率窄脈沖模式情況下。
[0078]綜上所述，本發(fā)明提供的一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的方法及裝置，至少能夠帶來以下的有益效果:
[0079]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高重復(fù)頻率的柵極控制，存在重復(fù)頻率高、負載回路等效電容較大、調(diào)制電壓較高的技術(shù)難點。柵極調(diào)制電路穩(wěn)定可靠、占空比連續(xù)可調(diào)是激光器對射頻功率源提出的特殊要求，難點在于窄脈沖情況下的驅(qū)動實現(xiàn)，采用高速射頻MOS管驅(qū)動技術(shù)的設(shè)計實現(xiàn)是關(guān)鍵所在，大功率容量的回路瀉放電阻的選取能夠有效保證調(diào)制電路的高速穩(wěn)定。采用FPGA可編程控制技術(shù)設(shè)計脈沖發(fā)生電路。
[0080]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的方法，其特征在于，包括: 柵極控制電路根據(jù)接收到的上級控制單元發(fā)送來的控制信息產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的控制脈沖，并通過該控制脈沖控制電子管柵極產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，柵極控制電路將電子管柵極電壓/電流以及脈沖信息回傳給所述上級控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:驅(qū)動電路； 通過所述驅(qū)動電路將所述柵極控制電路產(chǎn)生的控制脈沖施加到所述電子管柵極上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的方法，其特征在于，還包括:接收電路； 所述接收電路將接收到的外部送來的調(diào)制脈沖加到電子管柵極上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的方法，其特征在于，所述電子管的工作頻率為80-90MHZ。
6.一種產(chǎn)生自激振蕩式的電子管柵極調(diào)制脈沖的裝置，其特征在于，包括: 接收單元，用于接收上級控制單元發(fā)送來的控制信息； 柵極控制電路單元，用于根據(jù)所述接收單元接收到的所述控制信息產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的控制脈沖，并通過該控制脈沖控制電子管柵極產(chǎn)生預(yù)定占空比和重復(fù)頻率的脈沖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于， 所述柵極控制電路單元還用于，將電子管柵極的電壓/電流以及脈沖信息回傳給所述上級控制單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括:驅(qū)動電路單元； 所述驅(qū)動電路單元，用于將所述柵極控制電路單元產(chǎn)生的控制脈沖施加到所述電子管柵極上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任意一項所述的裝置，其特征在于，還包括:接收電路單元； 所述接收電路單元，用于將接收到的外部送來的調(diào)制脈沖加到電子管柵極上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述電子管的工作頻率為80-90MHZ。
【文檔編號】H03K7/06GK103746674SQ201310724121
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】王志宇, 謝勇, 蔡曉葳 申請人:北京長峰廣播通訊設(shè)備有限責任公司