大功率高精度穩流型脈衝雷射電源的製作方法
2023-05-30 00:22:51 3
專利名稱：大功率高精度穩流型脈衝雷射電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種脈衝雷射電源，尤其是涉及一種大功率高精度穩流型脈衝雷射電 源。
背景技術：
雷射加工技術作為一種革命性的加工工藝，已廣泛地應用於工業生產、交通運輸、 通訊、醫療衛生、軍事及文化教育等領域。燈泵浦結構的雷射發生裝置，其雷射輸出功率基 本上決定於雷射電源的輸出電流大小。由於瞬時功率較大控制困難，傳統的脈衝雷射電源 採用穩壓調節式充電電容。此類電源不直接控制輸出電流而是通過調節儲能電容的電壓大 小間接控制放電時的電流。雷射發生器為非線性負載，此種類型的電源不能反映負載變化 引起的輸出電流變化，精度較差。隨著放電時間的增加，儲能電容電壓下降，儲能電容重新 充電至設定電壓需要一定時間，此時間一般遠大於單次脈衝放電時間，在單次脈衝放電過 程中，負載電流越大此種變化越明顯，制約了輸出功率的大小和輸出功率穩定性。因此傳統 的穩壓調節式脈衝雷射電源輸出功率較小，精度和穩定性較差。
發明內容
本發明的目的在於提供一種大功率高精度穩流型脈衝雷射電源。最大放電電流 530V/300A，最大頻率50Hz，最大放電脈寬10ms。本發明採用的技術方案是本發明包括整流電路、濾波電路、儲能電路、脈寬調製電路、大功率開關電路、輔助 電流穩定電路和電流傳感器。整流電路的一端接電源，另一端經整流電路、濾波電路和儲能 電路接大功率開關電路；脈寬調製電路的一端接控制接口，另一端經大功率開關電路與輔 助電流穩定電路連接；電流傳感器與脈寬調製電路連接。所述的整流電路、濾波電路、儲能電路三相整流模塊VU0105-12N07構成率整流 電路，整流所得脈動直流電壓經LC濾波網絡構成的濾波電路供給儲能電路。所述的脈寬調製電路包括脈寬調試晶片TL494，TL494的2IN-引腳接外部電流設 定接口 ；TL494的2IN+引腳接電流傳感器的輸出電壓；TL494的誤差放大器的輸出決定輸 出佔空比，控制功率開關電路模塊。所述的大功率開關電路包括大功率IGBT驅動晶片KA102和IGBT模塊 FRZ60012KS4,KA102的引腳1和引腳2接受脈寬調試電路4給出的開關信號；KA102的15腳 接 FRZ60012KS4 的源極，KA102 的 17、18、19、20 腳並聯接 FRZ60012KS4 的柵極；FRZ60012KS4 的漏極接負載，控制負載電流。所述的輔助電流穩定電路電感L2和負載串聯；電阻R3、R4、電容C19、C20組成的 容性儲能網絡和負載並聯。電流傳感器的型號為CHB-500SG，CHB-500SG實時取樣負載電流並反饋給脈寬調 制電路。
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本發明與背景技術相比，具有的有益效果是1)三相交流電經過整流濾波後直接給儲能電容充電，充電速度快，儲能電容電壓 基本保持恆定，避免由於放電導致的儲能電容電壓下降，雷射輸出功率較大，穩定度較高。2)直接控制輸出電流，克服負載變化引起的輸出電流變化，控制方便，精度高。3)採用輔助電流穩定電路，消除了開關電路引起的輸出瞬時功率變化，大大提高 了電流控制精度。4)電路結構簡潔，和背景技術相比，採用更少的功率開關原件獲得更高的輸出功 率、輸出精度和輸出穩定度，電路價值高。
圖1是本發明的結構原理框圖。圖2是本發明的大功率整流、濾波、儲能電路圖。圖3是本發明的脈寬調製電路圖。圖4是本發明的大功率開關電路圖。圖5是本發明的輔助電流穩定電路圖和電流傳感器示意圖。圖中1、整流電路，2、濾波電路，3、儲能電路，4、脈寬調製電路，5、大功率開關電 路，6、輔助電流穩定電路，7、電流傳感器。
具體實施例方式如圖1所示，是本發明的結構原理框圖；它包括整流電路1、濾波電路2、儲能電路 3、脈寬調製電路4、大功率開關電路5、輔助電流穩定電路6和電流傳感器7 ；整流電路1的 一端接電源，另一端經整流電路1、濾波電路2和儲能電路3接大功率開關電路5 ；脈寬調製 電路4的一端接控制接口，另一端經大功率開關電路5與輔助電流穩定電路6連接；電流傳 感器7與脈寬調製電路4連接。整流電路對電網電壓整流獲得脈動直流電壓；濾波電路對 脈動直流電壓濾波後給儲能電路充電以獲得較穩定直流電壓；電源接受外部給出的脈衝電 壓信號，脈寬調製電路實時比較脈衝電壓型號和實際電流大小確定大功率開關電路的開通 和關閉，從而精確控制從儲能電路到負載放電的電流；輔助電流穩定電路對負載電流限制 和穩定，提高電流精度。如圖2所示，所述的整流電路、濾波電路、儲能電路三相整流模塊VU0105-12N07 構成率整流電路，整流所得脈動直流電壓經LC濾波網絡構成的濾波電路供給儲能電路。三 相整流橋VU0105-12N07，三相整流橋對三相220V交流電整流得到約530V脈動直流電壓。 一個電感和一個電容組成的LC濾波電路，對整流橋輸出530脈動直流電壓進行濾波減小波 動。10個大容量鋁電解電容以及均壓電阻組合而成的能承受900Vdc的儲能電路。經過濾 波後的530V脈動電壓供給儲能電容後，獲得較穩定的530V直流電壓如圖3所示，所述的脈寬調製電路包括脈寬調試晶片TL494，TL494的2IN-引腳 接外部電流設定接口 ；TL494的2IN+引腳接電流傳感器的輸出電壓；TL494的誤差放大器 的輸出決定輸出佔空比，控制功率開關電路模塊。如圖4所示，所述的大功率開關電路包括大功率IGBT驅動晶片KA102和IGBT 模塊FRZ60012KS4，KA102的引腳1和引腳2接受脈寬調試電路4給出的開關信號；KA102的15腳接FRZ60012KS4的源極，KA102的17、18、19、20腳並聯接FRZ60012KS4的柵極； FRZ60012KS4的漏極接負載。KA102接受脈寬調製電路給出的開啟和關閉信號，控制IGBT 的開啟和關閉。如圖5所示，所述的輔助電流穩定電路電感L2和負載串聯限制負載電流突變； 電阻R3、R4、電容C19、C20組成的容性儲能網絡和負載並聯，進一步減小了負載電流變化， 增加了負載電流精度和穩定度。電流傳感器的型號為CHB-500SG，CHB-500SG實時取樣負載 電流並反饋給脈寬調製電路。下面對本發明的具體工作過程作說明1、儲能電容充電。三相交流電經過整流橋和濾波器後直接給儲能電容充電，充電 速度快，避免儲能電容由於電壓下降引起的的輸出變化，濾波器改善功率因素和噪聲水平。2、脈寬調製。大功率開關電路、輔助電流穩定電路和脈寬調製電路構成開關型反 饋放大系統。TL494的誤差放大器放大脈衝電流指令電壓和反饋電流信號電壓的差值；此 差值和TL494內部的斜坡信號比較，給出不同時間寬度的開關電路導通信號，控制功率開 關電路的導通時間；大功率開關電路的平均導通時間決定了負載的平均電流；C16和R8對 反饋環路進行補償，提高反饋系統的閉環穩定性。3、電源性能。此電源為脈衝放電式放電電源，脈衝電流指令電壓的幅值、頻率和脈 衝寬度決定了放電電流的大小、頻率和脈衝寬度。電源的脈衝放電能力決定於開關管容量、 開關損耗、儲能電容容量等因素。本發明的輸出參數為最大放電電流530V/300A，最大頻率 50Hz，最大放電脈寬10ms。
權利要求
一種大功率高精度穩流型脈衝雷射電源，其特徵在於包括整流電路(1)、濾波電路(2)、儲能電路(3)、脈寬調製電路(4)、大功率開關電路(5)、輔助電流穩定電路(6)和電流傳感器(7)；整流電路(1)的一端接電源，另一端經整流電路(1)、濾波電路(2)和儲能電路(3)接大功率開關電路(5)；脈寬調製電路(4)的一端接控制接口，另一端經大功率開關電路(5)與輔助電流穩定電路(6)連接；電流傳感器(7)與脈寬調製電路(4)連接。
2.根據權利要求1所述的一種大功率高精度穩流型脈衝雷射電源，其特徵在於所述 的整流電路(1)、濾波電路(2)、儲能電路(3)，三相整流模塊VU0105-12N07構成率整流電路 (1)，整流所得脈動直流電壓經LC濾波網絡構成的濾波電路(2)供給儲能電路(3)。
3.根據權利要求1所述的一種大功率高精度穩流型脈衝雷射電源，其特徵在於所述 的脈寬調製電路(4)，包括脈寬調試晶片TL494，TL494的2IN-引腳接外部電流設定接口 ； TL494的2IN+引腳接電流傳感器(7)的輸出電壓；TL494的誤差放大器的輸出決定輸出佔 空比，控制功率開關電路模塊。
4.根據權利要求1所述的一種大功率高精度穩流型脈衝雷射電源，其特徵在於所述 的大功率開關電路(5)，包括大功率IGBT驅動晶片KA102和IGBT模塊FRZ60012KS4，KA102 的引腳1和引腳2接受脈寬調試電路(4)給出的開關信號；KA102的15腳接FRZ60012KS4 的源極，KA102的17、18、19、20腳並聯接？1^600121(54的柵極；FRZ60012KS4的漏極接負載， 控制負載電流。
5.根據權利要求1所述的一種大功率高精度穩流型脈衝雷射電源，其特徵在於所述 的輔助電流穩定電路(6)，電感L2和負載串聯；電阻R3、R4、電容C19、C20組成的容性儲能 網絡和負載並聯。
6.根據權利要求1所述的一種大功率高精度穩流型脈衝雷射電源，其特徵在於電流 傳感器(7)的型號為CHB-500SG，CHB-500SG實時取樣負載電流並反饋給脈寬調製電路(4)。
全文摘要
本發明公開了一種大功率高精度穩流型脈衝雷射電源。整流電路的一端接電源，另一端經整流電路、濾波電路和儲能電路接大功率開關電路；脈寬調製電路的一端接控制接口，另一端經大功率開關電路與輔助電流穩定電路連接；電流傳感器與脈寬調製電路連接。整流電路對電網電壓整流獲得脈動直流電壓；濾波電路對脈動直流電壓濾波後給儲能電路充電以獲得較穩定直流電壓；電源接受外部給出的脈衝電壓信號，脈寬調製電路實時比較脈衝電壓型號和實際電流大小確定大功率開關電路的開通和關閉，從而精確控制從儲能電路到負載放電的電流；輔助電流穩定電路對負載電流限制和穩定，提高電流精度。本發明輸出功率大，損耗小，放電電流精度高，脈衝寬度和頻率可調。
文檔編號H05B41/14GK101888733SQ20101022897
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月16日 優先權日2010年7月16日
發明者房旺, 肖世海 申請人:杭州邁控科技有限公司