[发明专利]变形镜高压保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压保护电路，尤其涉及一种对自适应光学中的核心器件变形镜各个驱动器上的驱动电压过载、异常等情况进行保护的高压保护电路。

背景技术

一个典型的自适应光学系统框图如图1所示，变形镜(DM)1是自适应光学系统中的核心部件，主激光通过变形镜反射到分光镜2后大部分再被反射出去，小部分经过波前探测器(WFS)3后测量波前畸变，在波前处理机(WFC)4中进行波前复原计算和控制计算后得到的控制信号电压经过数模转换(DAC)5和高压放大器(HVA)6放大，使变形镜1产生所需的补偿波前，从而实现波前误差的实时校正。

分立式压电驱动器连续镜面的变形镜是目前应用最广，技术发展最成熟的变形镜。它通过粘在变形镜连续薄镜面下的若干个压电陶瓷驱动器的伸缩，产生镜面变形来校正波前误差，驱动器上的电压差越大，镜面变形量就越大。它的发展趋势是相同口径下，单元数增多，动态范围变大，极间距减小。对于这种由多个独立驱动器组成的网状拓扑的变形镜，其连续镜面受相邻几个驱动器的顶拉力作用而发生变形，此时，若相邻驱动器间的相对变形量过大，甚至会导致变形镜镜面剪切撕裂损坏，并且，变形镜驱动器驱动电压过大会产生电压击穿而损坏驱动器，因此，需要采取一定的措施来保护变形镜以避免损坏。

根据有限元分析，变形镜连续薄镜面应力值与变形镜驱动器网状拓扑结构(例如三角形、四边形)的相邻驱动器外加的电压差成正比。因此，可以通过控制外加电压来控制变形镜镜面受力，从而避免变形镜镜面剪切损坏。为此，对变形镜单个驱动器电压和变形镜相邻驱动器电压差实施过压保护就能直接避免变形镜单个驱动器过压损坏和镜面剪切损坏，从而实现对变形镜全方位的保护。

现有的变形镜过压保护网络都是利用数字的方法限定电压。《光电工程》2000年第3期公开了一种用可编程ASIC实现的变形镜过压保护网络，该过压保护网络采用数字限压的方法，由可编程ASIC与限压器阵列实现。该过压保护网络对任两个相邻驱动器求电压差，当电压差大于变形镜绝对电压差后，对这两个驱动器均进行降压。而申请号为200410009040.9的中国专利“中心驱动器电压趋零的变形镜过压保护调整方法”是对自适应光学系统波前处理机输出的每帧变形镜驱动器数字电压进行限压调整的一种数字过压保护方法，其特点在于：将变形镜各驱动器看成是中心驱动器，逐次比较中心驱动器与相邻驱动器的电压差与变形镜极限电压差的关系，如果大于变形镜极限电压差，将调整中心驱动器的电压，使其满足要求。

显然，自适应光学系统刚闭环未稳定、参数错误引起的振荡或大气剧烈扰动等都可能引起的相邻两驱动器所加电压差变大导致变形镜剪切损坏，对于这些情况，以上两种方法都能实现对它们的保护。但是，这两种方法都有共同的缺点：①因为都是在波前处理机中进行波前复原计算和控制计算后利用可编程芯片采用数字方法限压，它通过限定数模转换和高压放大器的输入电压来限定变形镜相邻驱动器电压差从而实现过压保护，属于间接保护，而变形镜是靠高压放大器产生的高压功率信号直接驱动的，当数模转换或高压放大器自身故障引起的变形镜损坏，上述两种方法则不能实施保护；②只对相邻驱动器电压差实施了过压保护，避免变形镜镜面的剪切损坏，而没有对单个驱动器实施过压保护，不能避免单个驱动器的电压击穿；③因为采用数字迭代的方法串接在自适应闭环系统前向支路中，会增加系统时间的滞后，从而对自适应光学系统的闭环带来不利的相位滞后，从而导致系统闭环稳定裕量下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种变形镜高压保护电路，它能够对变形镜单个驱动器电压和相邻驱动器电压差都实现过压保护从而避免变形镜单个驱动器电压击穿损坏和连续薄镜面剪切损坏；不会影响系统的延时而造成自适应光学系统的控制相位滞后。它是一种全面的有效的直接的在高压端的变形镜保护电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术解决方案是：变形镜高压保护电路(HVP)串联在受保护的变形镜(DM)和高压放大器(HVA)之间，在高压端进行保护，变形镜高压保护电路包括相邻驱动器过压保护网络电路和单驱动器过压保护网络电路。

所述的相邻驱动器过压保护电路采用双向瞬态抑制器D跨接在变形镜相邻驱动器之间，利用瞬态抑制器D的饱和嵌位特性以实现对相邻驱动器电压差的嵌位从而实现变形镜镜面剪切损坏的保护；根据多单元驱动器排布的网状拓扑结构就可以得出相邻驱动器的关系网络，针对这种变形镜驱动器的拓扑结构，就可以组成相同拓扑的相邻驱动器过压保护网络电路。