雷射器電源控制電路和雷射器的製作方法

2023-05-04 03:30:56

本實用新型涉及電源技術領域，特別是涉及雷射器電源控制電路和雷射器。

背景技術：

雷射焊接是一種新興的焊接工藝，它相對各種傳統焊接最大的優勢就是焊接能量密度高，熱影響範圍小，變形小，焊縫精美。雷射焊接技術具有熔池淨化效應，能純淨焊接材料，對同種或者不同材料焊接特別有利，適用於相同和不同金屬材料間、塑料等材料的焊接。

目前雷射加工技術已經應用到了生產和生活的許多方面，尤其是微型IT產品、電子元器結構件上的精密焊接需要先進的設備、精細工藝以及精確的控制方式。長脈衝(ms)雷射器多用於0.2mm以上的中厚板焊接，而對於0.1mm以下薄板材料、高反材料(如銅合金、鋁合金類)的焊接常常望而卻步，故長脈衝雷射器很難實現微米、納米量級的精密焊接的特點。光纖雷射器在焊薄板時，高峰值低脈衝焊接會造成擊穿，並且難以做到0.1mm以下的焊點。

技術實現要素：

基於此，有必要針對上述問題，提供一種能夠實現微米、納米量級的精密焊接要求的雷射器電源控制電路和雷射器。

一種雷射器電源控制電路，包括：主控單元、第一開關管、第二開關管和採樣單元；

所述第一開關管的輸入端與開關電源連接，所述第一開關管的輸出端與所述第二開關管的輸入端連接，所述第二開關管的輸出端與負載連接；

所述採樣單元分別與所述主控單元、負載連接，用於採集所述負載的電流信號；

所述主控單元分別與所述第一開關管的控制端、第二開關管的控制端連接，用於根據所述電流信號反饋控制所述第一開關管的切換頻率和第二開關管的輸出電流。

上述雷射器電源控制電路，通過主控單元控制第二開關管的輸出電流，也同步控制第一開關管的切換頻率，進而控制和調製半導體雷射器的驅動電流，使半導體雷射器獲取所需的焊接能量，有效進行微米、納米量級的精密焊接。

在其中一個實施例中，所述主控單元包括FPGA晶片，所述FPGA晶片用於根據所述電流信號反饋控制第一開關管的開關切換頻率，還用於控制第二開關管的輸出電流。

在其中一個實施例中，所述第一開關管為MOS管或絕緣柵雙極電晶體；所述第二開關管為MOS管或絕緣柵雙極電晶體。

在其中一個實施例中，所述第一開關管為MOS管，所述第二開關管為MOS管；

所述第一MOS管的源極與開關電源連接，所述第一MOS管的漏極與所述第二MOS管的漏極連接，所述第二MOS管的源極與負載連接；所述第一MOS管的柵極、第二MOS管的柵極分別與所述主控單元連接。

在其中一個實施例中，所述第一MOS管為P型MOS管，所述第二MOS管為N型MOS管。

在其中一個實施例中，還包括濾波單元，所述濾波單元串接在開關電源和第一開關管之間。

在其中一個實施例中，所述濾波單元包括第一電容和第二電容，所述第一電容的一端與開關電源連接，所述第一電容的另一端接地；所述第二電容的一端與開關電源連接、所述第二電容的另一端接地。

此外，還提供一種雷射器，包括開關電源，還包括上述的雷射器電源控制電路。

附圖說明

圖1為一個實施例中雷射器電源控制電路的結構框架圖；

圖2為一個實施例中雷射器電源控制電路的電路圖；

圖3為一個實施例中第一開關管和第二開關管130的驅動波形圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

圖1為一種雷射器電源控制電路的結構框架圖。在一個實施例中，雷射器電源控制電路，包括：主控單元110、第一開關管120、第二開關管130和採樣單元140。其中，第一開關管120的輸入端與開關電源連接，第一開關管120的輸出端與第二開關管130的輸入端連接，第二開關管130的輸出端與負載連接；採樣單元140分別與主控單元110、負載連接，用於採集負載的電流信號；主控單元110分別與第一開關管120的控制端、第二開關管130的控制端連接，用於根據電流信號反饋控制第一開關管120的切換頻率和第二開關管130的輸出電流。

在一個實施例中，負載為半導體雷射器。主控單元110預先控制第二開關管130的柵極電壓，進而控制半導體雷射器的電流值，根據採樣單元140採集的電流信號不斷調製第一開關管120的開關切換頻率，切換頻率範圍在500～8000Hz，通過控制第一開關管120不斷的開關切換，可以起到累積半導體雷射器的出光能量，從而可以通過主控單元110來調節第一開關管120的切換頻率滿足微小構件焊接需求，獲得所需要的焊接能量，並有效進行微米、納米量級的精密焊接。同時，採樣單元140對半導體雷射器的電流信號進行採樣、反饋，主控單元110根據電流信號，對第一開關管120、第二開關管130進行實時控制，保證半導體雷射器輸出能量的穩定。

在一個實施例中，主控單元110包括FPGA晶片，FPGA晶片用於根據電流信號反饋控制第一開關管120的開關切換頻率，還用於控制第二開關管130的輸出電流。現場可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

在一個實施例中，主控單元110還包括頻率調節單元和電流調節單元，FPGA晶片發出頻率切換控制指令，頻率調節單元根據所述頻率切換控制指令調節第一開關管120的切換頻率。FPGA晶片發出電流調節控制指令，電流調節單元根據所述電流調節控制指令調節第二開關管130的輸出電流。

在一個實施例中，第一開關管120為高頻變換開關管。主控單元110發出的方波控制信號作為高頻變換開關管的觸發控制信號，用於高頻開關管的快速切換。高頻變換開關管可以MOS管(金屬氧化物半導體場效應電晶體)，具有電流大、耐壓高、且選用寄生電感小的封裝結構。高頻開關管還可以為絕緣柵雙極電晶體(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)，是MOS結構雙極器件，屬於具有功率MOSFET的高速性能與雙極的低電阻性能的功率器件。

相應的，第二開關管130可以為MOS管，也可以為絕緣柵雙極電晶體。

在一個實施例中，第一開關管120、第二開關管130均為MOS管，其中，第一MOS管Q1為P型MOS管，第二MOS管Q2為N型MOS管。第一MOS管Q1的源極與開關電源連接，第一MOS管Q1的漏極與第二MOS管Q2的漏極連接，第二MOS管Q2的源極與負載連接；第一MOS管Q1的柵極、第二MOS管Q2的柵極分別與主控單元110連接。圖3為第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的驅動波形圖。主控單元110控制第二MOS管Q2的柵極電壓，主控單元110也同步控制第一MOS管Q1的切換頻率，控制半導體雷射器的驅動電流，進而可以使半導體雷射器獲取所需的焊接能量，有效進行微米、納米量級的精密焊接。

在一個實施例中，雷射器電源控制電路還包括濾波單元150，濾波單元150串接在開關電源和第一開關管120之間。濾波單元150可以實現對前端開關電源輸出能量進行濾波，因為後級電路需要快速變化，則需要前級電源不能受外部過多幹擾。

濾波單元150包括第一電容C1和第二電容C2，其中，第一電容C1為電解電容。第一電容C1的一端與開關電源連接，第一電容C1的另一端接地；第二電容C2的一端與開關電源連接、第二電容C2的另一端接地。

此外，本實用新型實施例還提供一種雷射器，包括開關電源，和上述實施例中提到的雷射器電源控制電路。由於雷射器中內置有雷射器電源控制電路，通過主控單元110控制第二開關管130的輸出電流，也同步控制第一開關管120的切換頻率，進而控制和調製半導體雷射器的驅動電流，使半導體雷射器獲取所需的焊接能量，有效進行微米、納米量級的精密焊接。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。