紫外线脉冲氙灯驱动电源的研究

论文摘要

随着科技的发展和光电技术的进步,越来越多的新型光源应用到工业中的各个方面。尤其是大功率氙灯的出现,对光源的驱动电路要求越来越高。根据氙灯的特性,在实际的生产中对紫外线氙灯驱动电源的功率要求越来越大,而目前紫外线氙灯驱动电源很难达到所需要的功率。现在紫外线氙灯驱动电源都需要辅助极,这样就大大限制了氙灯的应用范围。本课题采用现代电力电子高频逆变技术和RS-232通信技术,设计紫外线氙灯驱动电源。通过对紫外线氙灯驱动电源的工作原理和氙灯的特性进行研究,设计了相应的电源主电路和启辉电路并对主电路进行了MATLAB仿真,根据仿真结果和设计指标要求,选择了关键元器件。在确定了紫外线氙灯驱动电源工作原理和氙灯特性的基础上,设计了高压变换主电路的各个功能模块,实现了主控制电路的移相PWM波驱动、通信、电容电压检测和可控硅触发等电路的设计,同时,启辉电路实现了对氙灯的启辉和恒流控制,取样电路完成了对主电容电压的检测和氙灯电流的检测,辅助电源电路设计了四种不同输出电压作为供电电源。在硬件设计的基础上,完成了以dsPIC30F2020单片机为核心的软件设计、编写和调试,使用C语言进行编程。软件系统采用顺序循环执行的方式进行工作,整个程序分为主程序、子程序和中断程序三类,主程序实现了初始化功能模块和检测子程序的标志位,子程序实现了很多功能,包括:过热保护、数据处理、时间控制、氙灯放电、延时、结束照射、停机、检测氙灯放电、发出氙灯照射脉冲数和报警参数,中断程序实现了移相PWM波、过流检测、通信、电压模数转换、定时器定时、输入电平变化检测这些功能。各类程序在开发板上调试成功后应用到实际电路。通过对硬件和软件的设计,把各个部分制作和组装以后进行了系统的整体调试。对调试结果和相应波形的分析表明,本系统的硬件电路设计和软件设计正确,达到了系统所要求的技术指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 紫外线脉冲氙灯驱动电源的国内外研究现状及分析
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 紫外线脉冲氙灯驱动电源的总体方案设计
• 2.1 紫外线脉冲氙灯驱动电源的原理分析
• 2.2 紫外线脉冲氙灯驱动电源的主电路仿真实验
• 2.3 紫外线脉冲氙灯驱动电源的关键元器件选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 紫外线脉冲氙灯驱动电源的硬件设计
• 3.1 高压变换主电路设计
• 3.2 主控制电路设计
• 3.2.1 单片机管脚功能确定
• 3.2.2 通信电路设计
• 3.2.3 移相PWM 驱动电路设计
• 3.2.4 电容放电检测电路设计
• 3.2.5 可控硅触发电路设计
• 3.3 启辉电路设计
• 3.3.1 启辉主电路设计
• 3.3.2 启辉控制电路设计
• 3.4 辅助电源电路设计
• 3.5 取样电路设计
• 3.5.1 电压取样电路设计
• 3.5.2 电流取样电路设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 紫外线脉冲氙灯驱动电源的软件设计
• 4.1 单片机及软件平台简介
• 4.2 主程序设计
• 4.3 子程序设计
• 4.3.1 数据处理子程序
• 4.3.2 发送脉冲个数子程序
• 4.4 中断程序设计
• 4.4.1 AD 中断程序
• 4.4.2 串行通信中断程序
• 4.4.3 定时器1 中断处理程序
• 4.5 本章小结
• 第5章 本课题的实验结果及分析
• 5.1 驱动信号波形及分析
• 5.2 高频变压器波形及分析
• 5.3 IGBT 集电极和发射极之间的波形及分析
• 5.4 电容电压波形及分析
• 5.5 放电电流波形及分析
• 5.6 紫外线脉冲氙灯驱动电源的实物图
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录