[发明专利]一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统

权利要求书

1.一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：

所述系统包括初级升压电路、反激变换电路、AD采样电路、MCU主控电路、三相放电极针电路；

初级升压电路将输入直流电压进行升压；通过反激变换将升压后的直流电压转换为交流电压，再通过二极管整流电路将交流电压转变为直流电压；最后两个结构完全相同的反激变换电路顺接到三相极针上，形成三相T型放电，利用三极T型放电电弧产生的辐射热区熔接光纤；

MCU主控电路产生占空比可变的PWM波控制初级升压的直流电压幅度以及反激变换输出的交流电压幅度；AD采样电路采集光纤熔接机工作时初级升压电路和反激变换电路的电流，用PID算法控制PWM波的占空比使功率在工作时保持在安全工作区域以及保持功率的稳定。

2.根据权利要求1所述的一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：初级升压电路基于boost升压电路，在MOS管开通期时，有如下关系，其中，V_S为输入电压，V_O为输出电压，L为自感系数，t为时间，i_L为流过电感的电流，T_off为MOS管关闭的时间，T_on为MOS管开通的时间，D为输入脉冲波的占空比：

在MOS管关断期时，有如下关系：

由Δi_L++Δi_L-＝0得，Boost电路输入与输出电压关系如下：

3.根据权利要求2所述的一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：初级升压电路中，采用Boost电路将+12V输入直流电压升高至+33V；电路中U1单路栅极驱动器芯片起到电流放大的作用，使得高电平为3.3V占空比可调的PWM波驱动半导体器件开关；boost output口为变压器同名端接口。

4.根据权利要求1所述的一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：反激变换电路中，输出输入电压的比值为：

其中，N₁为初级线圈匝数，N₂为次级线圈匝数。

5.根据权利要求4所述的一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：输入为+33V的直流电压，输出为+1.5kV的交流电压，后经过后级的二极管整流电路变为放电直流电压。

6.根据权利要求5所述的一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：将反激变换得到两组压差都为1.5KV的放电直流电压相互连接，即第一组的低电势端与第二组的高电势端相连，得到三个端口；把三个端口分别接到T型三相电极针上得到两组电压差为1.5kV的高电压差和一组电压差为3kV的高电压差，构成三级放电。

7.根据权利要求1所述的一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：AD采样电路采用INA282电流检测芯片和ADS1256模数转换器芯片，用于采集光纤熔接机工作时初级升压电路和反激变换电路的电流，使功率在工作时保持在安全工作区域以及保持功率的稳定。

8.根据权利要求1所述的一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：MCU主控电路使用Cortex3内核系列的STM32F103C6T6单片机核心板，产生三个占空比可调的PWM波以及处理AD采样得到的信号。

9.根据权利要求8所述的一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：三个占空比可调的PWM波中，第一PWM波用来控制初级boost升压的最终电压，要保证在33V左右；第二和第三PWM波控制两个相同的反激变换得到两组压差都为1.5KV的放电直流电压。

10.根据权利要求8所述的一种用于光纤熔接机的三相电弧高压放电系统，其特征在于：MCU主控电路中，对AD采样电路反馈的电压经过PID算法计算处理误差及其积分项和微分项来调控PWM占空比的增大和减小，使前级boost电流和稳定到PID算法的离散化公式如下：

其中，K_p是比例系数，T/T_I是积分系数，T_D/T是微分系数，这三个调整项通过合适比例，将放电电流快速调整至预期值；e()为偏差信号，u₀为控制量基准值。