一種新型電光調q開關驅動電源的製作方法
2023-10-21 07:45:22 2
一種新型電光調q開關驅動電源的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型電光調Q開關驅動電源，包括：與外部直流高壓源相連用於打開脈衝高壓輸入的開關電路A、與所述開關電路A相連用於關閉脈衝高壓輸出的開關電路B、與外部觸發信號相連用於進行脈寬調製的脈衝調製電路、與所述脈衝調製電路相連用於驅動脈衝變壓器的脈衝驅動電路A和脈衝驅動電路B、與所述脈衝驅動電路A相連用於驅動開關電路A的脈衝變壓器A、以及與所述脈衝驅動電路B相連用於驅動開關電路B的脈衝變壓器B。本實用新型實現了納秒級的短脈衝雷射技術，採用脈衝變壓器法，從而實現高壓快速打開和關閉，電路幹擾小，雷射諧振腔內損耗小等優點。
【專利說明】—種新型電光調Q開關驅動電源
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及雷射應用【技術領域】，特別是一種新型電光調Q開關驅動電源。
【背景技術】
[0002]電光Q開關驅動電源是通過控制調整光學開關而對連續雷射器輸出的雷射進行脈衝調製。它的出現和發展是雷射發展史上的一個重要突破，應用該技術可以將雷射能量壓縮到寬度窄的脈衝中發射，從而使雷射的峰值功率提高几個數級。為了產生高峰值功率、窄脈衝寬度的雷射，固體開關式脈衝電源成為研究的重點。近年來，隨著全固態雷射器的迅猛發展勢頭，以及半導體工藝的發展，對於固體開關式脈衝電源的研究和應用起了很大的促進作用。固體開關式脈衝電源具有脈衝上升沿極快、脈衝重複頻率高和脈衝波形容易控制等優點，成為最近國內外研究的重點，該領域早期的優秀結果基本上都是在實驗室完成，很少應用到商品化雷射器，這也反映了近年來該領域缺少技術突破的現狀。儘管我國在這方面起步較晚，但是在目前也取得了巨大的進步。
[0003]在雷射技術應用領域中，電光調Q電源通過控制電光開關打開和關閉，利用電光晶體的電光效應，實現對電光晶體的加壓和退壓，從而實現光學諧振腔體內的損耗大小按照一定的方式改變，實現電光調Q。電光Q開關是產生高峰值功率雷射脈衝關鍵器件，影響電光調Q雷射電光效率的一個重要因素是Q開關速度，Q開關速度主要由其驅動電路決定，如何提高Q開關速度一直倍受關注。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種新型電光調Q開關驅動電源，實現納秒級短脈衝雷射技術。本實用新型採用脈衝變壓器法，從而實現高壓快速打開和關閉，電路幹擾小，雷射諧振腔內損耗小等優點。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所採取的技術方案是:一種新型電光調Q開關驅動電源，包括:與外部直流高壓源相連用於打開脈衝高壓輸入的開關電路A、與所述開關電路A相連用於關閉脈衝高壓輸出的開關電路B、與外部觸發信號相連用於進行脈寬調製的脈衝調製電路、與所述脈衝調製電路相連用於驅動脈衝變壓器的脈衝驅動電路A和脈衝驅動電路B、與所述脈衝驅動電路A相連用於驅動開關電路A的脈衝變壓器A、以及與所述脈衝驅動電路B相連用於驅動開關電路B的脈衝變壓器B。
[0006]上述技術方案中，所述脈衝調製電路根據所述外部觸發信號產生4路脈衝調製驅動信號。
[0007]上述技術方案中，所述脈衝驅動電路A包括功率場效應管Q1、Q2、Q3、Q4，電阻R1、R2、R3、R4以及電容C1、C2、C3、C4 ;功率場效應管Q1的柵極與電阻R1和電容C1的一端相連，電阻R1的另外一端接電源VCC1，電容C1的另外一端與電容C2 —端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q2的漏極相連後接脈衝變壓器A初級線圈的一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q2的柵極與電阻R2和電容C2的一端相連，電阻R2的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q2的漏極接電源負極；功率場效應管Q3的柵極與電阻R3和電容C3的一端相連，電阻R3的另外一端接電源VCC1，電容C3的另外一端與電容C4 一端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q4的漏極相連後接脈衝變壓器A初級線圈的另外一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q4的柵極與電阻R4和電容C4的一端相連，電阻R4的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q4的漏極接電源負極。
[0008]上述技術方案中，所述的功率場效應管Ql、Q3均為P溝道增強性M0SFET，所述功率場效應管Q2、Q4均為N溝道增強性M0SFET。
[0009]上述技術方案中，所述脈衝驅動電路B包括功率場效應管Q5、Q6、Q7、Q8、電阻R5、R6、R7、R8以及電容C5、C6、C7、C8 ;功率場效應管Q5的柵極與電阻R5和電容C5的一端相連，電阻R5的另外一端接電源VCC1，電容C5的另外一端與電容C6 —端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q6的漏極相連後接脈衝變壓器B初級線圈的一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q6的柵極與電阻R6和電容C6的一端相連，電阻R6的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q6的漏極接電源負極；功率場效應管Q7的柵極與電阻R7和電容C7的一端相連，電阻R7的另外一端接電源VCC1，電容C7的另外一端與電容C8 —端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q8的漏極相連後接脈衝變壓器B初級線圈的另外一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q8的柵極與電阻R8和電容C8的一端相連，電阻R8的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q8的漏極接電源負極。
[0010]上述技術方案中，所述的功率場效應管Q5、Q7均為P溝道增強性M0SFET，所述功率場效應管Q6、Q8均為N溝道增強性M0SFET。
[0011]上述技術方案中，所述脈衝變壓器A和脈衝變壓器B均是由環形磁芯構成的變壓器，脈衝變壓器A和脈衝變壓器B的次級線圈分別包含至少兩組以上獨立的多組繞組，脈衝變壓器A的每組繞組分別連接開關電路A的功率M0SFET柵極和源極之間的電阻兩端，脈衝變壓器B的每組繞組分別連接開關電路B的功率M0SFET柵極和源極之間的電阻兩端。
[0012]上述技術方案中，所述開關電路A和開關電路B均由至少兩個功率場效應管串聯，開關電路A的場效應管的一端與直流聞壓電源相連，開關電路A的場效應管另一端和開關電路B的場效應管串聯在一起並與聞壓輸出相連，開關電路B的場效應管另外一端與直流高壓電源的地相連。
[0013]上述技術方案中，所述開關電路A包括四個功率場效應管Q9、Q10、Qll、Q12以及電阻1?9、1?10、1?11、1?12，每個場效應管耐壓值都是1KV，功率場效應管Q9的漏極與直流高壓高源的正極相連，其漏極與Q10源極相連，Q10的漏極與Q11的源極相連，Q11的漏極與Q12的源極相連，Q12的漏極與Q13的源極相連，並且與脈衝高壓輸出相連；所述電路開關電路B包括四個功率場效應管Q13、Q14、Q15、Q16以及電阻R13、R14、R15、R16，Q13的漏極與Q14的源極相連，Q14的漏極與Q15的源極相連，Q15的漏極與Q16的源極相連，Q16的漏極高壓源的負極相連。
[0014]上述技術方案中，所述脈衝變壓器A有4組獨立的繞組，其每組繞組分別與電阻R9、R10、R11、R12兩端順序連接，以及電阻R9、R1、Rll、R12兩端分別連接功率場效應管的Q9、Q10、Q11、Q12的柵極和漏極兩端；所述脈衝變壓器B有4組獨立的繞組，其每組繞組分別與電阻R13、R14、R15、R16兩端順序連接，以及電阻R13、R14、R15、R16兩端分別連接功率場效應管的Q13、Q14、Q15、Q16的柵極和漏極兩端。
[0015]本實用新型的有益效果是:提供一種新型電光調Q開關驅動電源，實現納秒級短脈衝雷射技術。本實用新型採用脈衝變壓器法，從而實現高壓快速打開和關閉，電路幹擾小，雷射諧振腔內損耗小等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型優選實施例的原理框圖；
[0017]圖2是本實用新型優選實施例的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0019]如圖1、2所示，其分別為本實用新型優選實施例的原理框圖和電路原理圖，本實用新型一種新型電光調Q開關驅動電源，包括:與外部直流高壓源相連用於打開脈衝高壓輸入的開關電路A、與所述開關電路A相連用於關閉脈衝聞壓輸出的開關電路B、與外部觸發信號相連用於進行脈寬調製的脈衝調製電路、與所述脈衝調製電路相連用於驅動脈衝變壓器的脈衝驅動電路A和脈衝驅動電路B、與所述脈衝驅動電路A相連用於驅動開關電路A的脈衝變壓器A、以及與所述脈衝驅動電路B相連用於驅動開關電路B的脈衝變壓器B。
[0020]脈衝調製電路，根據外部觸發信號，產生4路脈衝調製驅動信號，即PWM1、PWM2、PWM3、PWM4，其中2路脈衝調製信號PWM1和PWM2與脈衝驅動電路A相連，另外兩路脈衝調製信號PWM3和PWM4與脈衝驅動電路B相連。
[0021]如圖2所示的電路原理圖，脈衝驅動電路A包括:功率場效應管Ql、Q2、Q3、Q4、電阻R1、R2、R3、R4以及電容Cl、C2、C3、C4。功率場效應管Ql的柵極與電阻R1和電容Cl的一端相連，電阻R1的另外一端接電源VCC1，電容C1的另外一端與電容C2 —端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q2的漏極相連後接脈衝變壓器A初級線圈的一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q2的柵極與電阻R2和電容C2的一端相連，電阻R2的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q2的漏極接電源負極。功率場效應管Q3的柵極與電阻R3和電容C3的一端相連，電阻R3的另外一端接電源VCC1，電容C3的另外一端與電容C4 一端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q4的漏極相連後接脈衝變壓器A初級線圈的另外一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q4的柵極與電阻R4和電容C4的一端相連，電阻R4的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q4的漏極接電源負極。
[0022]脈衝驅動電路B包括功率場效應管Q5、Q6、Q7、Q8、電阻R5、R6、R7、R8以及電容C5、C6、C7、C8 ;功率場效應管Q5的柵極與電阻R5和電容C5的一端相連，電阻R5的另外一端接電源VCC1，電容C5的另外一端與電容C6 —端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q6的漏極相連後接脈衝變壓器B初級線圈的一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q6的柵極與電阻R6和電容C6的一端相連，電阻R6的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q6的漏極接電源負極；功率場效應管Q7的柵極與電阻R7和電容C7的一端相連，電阻R7的另外一端接電源VCC1，電容C7的另外一端與電容C8 —端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q8的漏極相連後接脈衝變壓器B初級線圈的另外一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q8的柵極與電阻R8和電容C8的一端相連，電阻R8的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q8的漏極接電源負極。
[0023]上述的功率場效應管Ql、Q3、Q5、Q7均為P溝道增強性M0SFET，功率場效應管Q2、Q4、Q6、Q8均為N溝道增強性M0SFET。
[0024]在脈衝驅動電路A中，電阻R1和R3分別把功率場效應管Q1和Q3柵極電壓的零點提高到VCC1，電阻R2和R4分別把功率場效應管Q2和Q4柵極電壓的零點提高到VCC2，電容C1、C2、C3、C4串聯連接，具有隔直流、通交流的功能。當PWM1和PWM2同時為高，或者同時為低時，功率場效應管Q1和Q3截至，功率場效應管Q2和Q4導通，脈衝變壓器初A級線圈兩端接地。PWM1由高電平變成低電平，PWM2保持高電平時，功率場效應管Q1和Q4導通，功率場效應管Q2和Q3截至，這時給脈衝變壓器A的初級線圈正向充電，脈衝變壓器A的次級線圈感應出正向電壓；PWM1保持高電平，PWM2由高電平變成低電平時，功率場效應管Q3和Q2導通，功率場效應管Q1和Q4截至，這時給脈衝變壓器A的初級線圈反向充電，脈衝變壓器A的次級線圈感應成反向電壓。
[0025]在脈衝驅動電路B中，電阻R5和R7分別把功率場效應管Q5和Q7柵極電壓的零點提高到VCC1，電阻R6和R8分別把功率場效應管Q6和Q8柵極電壓的零點提高到VCC2，電容C5、C6、C7、C8串聯連接，具有隔直流、通交流的功能。當PWM3和PWM4同時為高，或者同時為低時，功率場效應管Q5和Q7截至，功率場效應管Q6和Q8導通，脈衝變壓器B初級線圈兩端接地。PWM3由高電平變成低電平，PWM4保持高電平時，功率場效應管Q5和Q8導通，功率場效應管Q6和Q7截至，這時給脈衝變壓器2的初級線圈正向充電，脈衝變壓器B的次級線圈感應出正向電壓；PWM3保持高電平，PWM4由高電平變成低電平時，功率場效應管Q7和Q6導通，功率場效應管Q5和Q8截至，這時給脈衝變壓器B的初級線圈反向充電，脈衝變壓器B的次級線圈感應成反向電壓。
[0026]脈衝變壓器A和脈衝變壓器B均是由環形磁芯構成的變壓器，脈衝變壓器A和脈衝變壓器B的次級線圈分別包含至少兩組以上獨立的多組繞組，脈衝變壓器A的每組繞組分別連接開關電路A的功率M0SFET柵極和源極之間的電阻兩端，脈衝變壓器B的每組繞組分別連接開關電路B的功率M0SFET柵極和源極之間的電阻兩端。如圖2所示，該電路脈衝變壓器A有4組獨立的繞組，其每組繞組分別與電阻R9、R10、R11、R12兩端順序連接，以及電阻R9、R10、R11、R12兩端分別連接功率場效應管的Q9、Q10、Q11、Q12的柵極和漏極兩端。脈衝變壓器B有4組獨立的繞組，其每組繞組分別與電阻R13、R14、R15、R16兩端順序連接，以及電阻R13、R14、R15、R16兩端分別連接功率場效應管的Q13、Q14、Q15、Q16的柵極和漏極兩端。
[0027]開關電路A和開關電路B均有至少兩個功率場效應管串聯，開關電路A的場效應管的一端與直流高壓電源正極相連，開關電路A的場效應管另一端和開關電路B的場效應管串聯在一起並與高壓輸出相連，開關電路B的場效應管另外一端與直流高壓電源的地相連。如圖2所示，該電路開關電路A包括四個功率場效應管Q9、Q10、Q11、Q12以及電阻R9、R10、R11、R12，每個場效應管耐壓值都是1KV，功率場效應管Q9的漏極與直流高壓高源的正極相連，其漏極與Q10源極相連，Q10的漏極與Q11的源極相連，Q11的漏極與Q12的源極相連，Q12的漏極與Q13的源極相連，並且與脈衝高壓輸出相連；電路開關電路B包括四個功率場效應管Q13、Q14、Q15、Q16以及電阻R13、R14、R15、R16，Q13的漏極與Q14的源極相連，Q14的漏極與Q15的源極相連，Q15的漏極與Q16的源極相連，Q16的漏極高壓源的負極相連。
[0028]本實用新型的工作原理:脈衝變壓器A次級線圈感應出正向電壓，脈衝變壓器B次級線圈感應出反向電壓，這時開關電路A導通，開關電路2截至，高壓脈衝輸出與高壓源正極導通。脈衝變壓器A次級線圈感應出反向電壓，脈衝變壓器B次級線圈感應出正向電壓時，開關電路A截至，開關電路B導通，高壓脈衝輸出與高壓源負極導通。
[0029]以上的實施例只是在於說明而不是限制本實用新型，故凡依本實用新型專利申請範圍所述的方法所做的等效變化或修飾，均包括於本實用新型專利申請範圍內。
【權利要求】
1.一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於，包括:與外部直流高壓源相連用於打開脈衝高壓輸入的開關電路A、與所述開關電路A相連用於關閉脈衝高壓輸出的開關電路B、與外部觸發信號相連用於進行脈寬調製的脈衝調製電路、與所述脈衝調製電路相連用於驅動脈衝變壓器的脈衝驅動電路A和脈衝驅動電路B、與所述脈衝驅動電路A相連用於驅動開關電路A的脈衝變壓器A、以及與所述脈衝驅動電路B相連用於驅動開關電路B的脈衝變壓器B。
2.根據權利要求1所述的一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於:所述脈衝調製電路根據所述外部觸發信號產生4路脈衝調製驅動信號。
3.根據權利要求2所述的一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於:所述脈衝驅動電路A包括功率場效應管Q1、Q2、Q3、Q4，電阻Rl、R2、R3、R4以及電容Cl、C2、C3、C4 ;功率場效應管Ql的柵極與電阻Rl和電容Cl的一端相連，電阻Rl的另外一端接電源VCCl，電容Cl的另外一端與電容C2 —端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q2的漏極相連後接脈衝變壓器A初級線圈的一端，其源極接電源VCCl，功率場效應管Q2的柵極與電阻R2和電容C2的一端相連，電阻R2的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q2的漏極接電源負極；功率場效應管Q3的柵極與電阻R3和電容C3的一端相連，電阻R3的另外一端接電源VCCl，電容C3的另外一端與電容C4 一端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q4的漏極相連後接脈衝變壓器A初級線圈的另外一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q4的柵極與電阻R4和電容C4的一端相連，電阻R4的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q4的漏極接電源負極。
4.根據權利要求3所述的一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於:所述的功率場效應管Ql、Q3均為P溝道增強性MOSFET，所述功率場效應管Q2、Q4均為N溝道增強性MOSFET。
5.根據權利要求2所述的一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於:所述脈衝驅動電路B包括功率場效應管Q5、Q6、Q7、Q8、電阻R5、R6、R7、R8以及電容C5、C6、C7、C8 ;功率場效應管Q5的柵極與電阻R5和電容C5的一端相連，電阻R5的另外一端接電源VCCl，電容C5的另外一端與電容C6 —端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q6的漏極相連後接脈衝變壓器B初級線圈的一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q6的柵極與電阻R6和電容C6的一端相連，電阻R6的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q6的漏極接電源負極；功率場效應管Q7的柵極與電阻R7和電容C7的一端相連，電阻R7的另外一端接電源VCCl，電容C7的另外一端與電容C8—端相連後接脈衝調製驅動信號，其漏極與功率場效應管Q8的漏極相連後接脈衝變壓器B初級線圈的另外一端，其源極接電源VCC1，功率場效應管Q8的柵極與電阻R8和電容C8的一端相連，電阻R8的另外一端接電源VCC2，功率場效應管Q8的漏極接電源負極。
6.根據權利要求5所述的一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於:所述的功率場效應管Q5、Q7均為P溝道增強性M0SFET，所述功率場效應管Q6、Q8均為N溝道增強性MOSFET。
7.根據權利要求1所述的一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於:所述脈衝變壓器A和脈衝變壓器B均是由環形磁芯構成的變壓器，脈衝變壓器A和脈衝變壓器B的次級線圈分別包含至少兩組以上獨立的多組繞組，脈衝變壓器A的每組繞組分別連接開關電路A的功率MOSFET柵極和源極之間的電阻兩端，脈衝變壓器B的每組繞組分別連接開關電路B的功率MOSFET柵極和源極之間的電阻兩端。
8.根據權利要求1所述的一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於:所述開關電路A和開關電路B均由至少兩個功率場效應管串聯，開關電路A的場效應管的一端與直流聞壓電源相連，開關電路A的場效應管另一端和開關電路B的場效應管串聯在一起並與聞壓輸出相連，開關電路B的場效應管另外一端與直流高壓電源的地相連。
9.根據權利要求1所述的一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於:所述開關電路A包括四個功率場效應管Q9、Q10、Q11、Q12以及電阻R9、R1、Rll、R12，每個場效應管耐壓值都是1KV，功率場效應管Q9的漏極與直流高壓高源的正極相連，其漏極與QlO源極相連，QlO的漏極與Qll的源極相連，Qll的漏極與Q12的源極相連，Q12的漏極與Q13的源極相連，並且與脈衝高壓輸出相連；所述電路開關電路B包括四個功率場效應管Q13、Q14、Q15、Q16以及電阻R13、R14、R15、R16，Q13的漏極與Q14的源極相連，Q14的漏極與Q15的源極相連，Q15的漏極與Q16的源極相連，Q16的漏極高壓源的負極相連。
10.根據權利要求9所述的一種新型電光調Q開關驅動電源，其特徵在於:所述脈衝變壓器A有4組獨立的繞組，其每組繞組分別與電阻R9、R10、R11、R12兩端順序連接，以及電阻R9、R1、R11、R12兩端分別連接功率場效應管的Q9、Q10、Ql1、Q12的柵極和漏極兩端；所述脈衝變壓器B有4組獨立的繞組，其每組繞組分別與電阻R13、R14、R15、R16兩端順序連接，以及電阻R13、R14、R15、R16兩端分別連接功率場效應管的Q13、Q14、Q15、Q16的柵極和漏極兩端。
【文檔編號】H03K17/04GK204206136SQ201420635374
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】胡德洲, 陶孝收 申請人:深圳市瑞豐恆科技發展有限公司