專利名稱：一種準連續(xù)大功率固體激光器電源的制作方法
技術領域：
本實用新型提供了一種用于泵浦固體激光器的準連續(xù)大功率激光電源，屬于固體激光電源技術領域。
背景技術：
現(xiàn)有的準連續(xù)固體激光電源一般采用市電三相電源，全波整流并經(jīng)過電容濾波成直流電壓，其電流電壓元器件較多，電路復雜；另外采用可控硅作為開關元件對直流電壓進行斬波進而調(diào)節(jié)脈沖電壓頻率和占空比的大小而獲得所需的脈沖電壓，而可控硅的開關響應時間較慢導致脈沖電壓的上升沿和下降沿不夠陡直，電能沒有得到充分利用，電源利用效率較低。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術之不足而提供一種利用單相市電的新型準連續(xù)固體激光電源。
以下結合附圖對本實用新型的技術方案作詳細說明圖中，1為單相橋式全波整流器，2為功率開關管IGBT，3為維持電流電路，4為預燃電路，5為氪燈，6為取樣電阻，7為濾波電容，8為反饋放大器，9為IGBT驅(qū)動模塊IR2110，10為信號放大器，11為相位和脈沖控制芯片CW3525，12為分壓電阻，13為參考電壓電位器，14為相位同步電路。
如附圖所示，本實用新型由主電路、控制電路、反饋電路以及維持電流電路、預燃電路組成。主電路由單相橋式全波整流器1、功率開關管IGBT 2、氪燈5、取樣電阻6組成。IGBT 2的漏極D直接接全波整流器1的正極A、源極S接氪燈5的正極，氪燈5的負極通過取樣電阻6連接到全波整流器1的負極?？刂齐娐酚上辔煌诫娐?、脈沖調(diào)寬電路以及脈沖整形驅(qū)動電路組成。相位同步電路14產(chǎn)生的脈沖信號輸入到CW3525 11的第三腳。脈沖調(diào)寬電路包括CW3525 11、分壓電阻12、參考電壓電位器13。分壓電阻12的一端接15V電源正極，另一端接參考電壓電位器13，參考電壓電位器13的另一端接15V電源負極，參考電壓電位器13的滑動端接CW3525 11的第二腳。脈沖整形驅(qū)動電路包括IGBT驅(qū)動模塊IR2110 9、信號放大器10。CW352511產(chǎn)生的控制信號經(jīng)第十三腳輸出到信號放大器10的輸入端，信號放大器10輸出端連接到IR2110 9的第十二腳，IR2110 9第一腳和第二腳則分別連接到IGBT 2的柵極G和源極S。反饋電路包括取樣電阻6、濾波電容7、反饋放大器8、CW3525 11。取樣電阻6和濾波電容7并聯(lián)串接在氪燈5的負極，反饋放大器8的一端連接濾波電容7的正極和取樣電阻6，另一端連接到CW3525 11的第一腳。
附圖是本實用新型的電路原理示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)結合附圖描述本實用新型的具體實施方式
本實用新型由主電路、控制電路、反饋電路以及維持電流電路、預燃電路組成。
主電路由單相橋式全波整流器1、功率開關管IGBT 2、氪燈5、取樣電阻6組成。主電路工作時，220V的單相交流市電經(jīng)過全波整流器1整流后，并不經(jīng)過電容濾波拉直，在A點(全波整流器1的正極，即IGBT 2的漏極D)變?yōu)轭l率為100Hz的半周正弦波電壓。IGBT 2直接對A點100Hz的半周正弦波電壓進行直流斬波。由于加在IGBT 2的柵極G的信號是頻率為100Hz同步調(diào)寬脈沖，其導通角在以相位角90°為中心兩側各60°對稱的范圍內(nèi)可調(diào)，因此通過IGBT 2后的加在氪燈兩端的輸出電壓是頻率為100Hz、導通角包含相位角90°、大小在120°范圍內(nèi)可調(diào)的調(diào)寬脈沖電壓。
控制電路由相位同步電路、脈沖調(diào)寬電路以及脈沖整形驅(qū)動電路組成。相位同步電路14產(chǎn)生與A點的半周正弦波電壓頻率相同(100Hz)、相位同步的脈沖信號，加在CW3525 11的第三腳，來實現(xiàn)IGBT 2的柵極G的驅(qū)動信號與A點電壓信號的相位同步。脈沖調(diào)寬電路包括CW3525 11、分壓電阻12、參考電壓電位器13。調(diào)節(jié)分壓電阻12、參考電壓電位器13，分出0～5V的參考電壓Ur加在CW3525 11的第二腳，CW3525 11的第十三腳輸出占空比可調(diào)、頻率為100Hz的PWM信號，即在半周正弦波電壓相位角90°為中心的兩側相位角在30°-150°范圍內(nèi)的導通角可調(diào)的同步調(diào)寬脈沖。參考電壓Ur越大，在以相位角90°為中心的兩側各60°可調(diào)范圍內(nèi)導通角越大，最大導通角為120°，即相位角從30°到150°。脈沖整形驅(qū)動電路包括IGBT驅(qū)動模塊IR21109、信號放大器10。占空比可調(diào)的PWM信號經(jīng)過信號放大器10前置放大、IR2110 9功率放大整形后驅(qū)動IGBT 2。IR2110 9第一腳和第二腳分別接在IGBT 2的柵極G和源極S上。
反饋電路包括取樣電阻6、濾波電容7、反饋放大器8、CW3525 11。取樣電阻6串接在氪燈5的末端，探測氪燈5的工作電流大小，轉(zhuǎn)變?yōu)榉答侂妷篣f，經(jīng)過濾波電容7濾波去干擾、反饋放大器8放大后接入CW3525 11的第一腳，反饋氪燈5工作電流的變化，相應調(diào)節(jié)CW352511第十三腳輸出PWM信號的占空比，使Uf＝Ur，從而使氪燈5在預設的泵浦電流下穩(wěn)定地工作。即使外電網(wǎng)供電電壓在160～270V范圍內(nèi)變動的情況下，也能控制預設泵浦電流的恒定，從而保證了在外電網(wǎng)供電電壓在160～270V較大范圍內(nèi)變動的情況下仍能獲得穩(wěn)定的激光輸出，提高了激光輸出的穩(wěn)定度。
維持電流電路3、預燃電路4分別為一般的維持電流電路和預燃電路。
本實用新型的創(chuàng)新性在于提供了一種利用單相市電的準連續(xù)固體激光電源，對輸入單相AC 220V外電全波整流后產(chǎn)生的100Hz半周正弦波電壓，不經(jīng)過電容濾波，直接對其進行相位同步和導通角在以相位角90°為中心的兩側各60°對稱的范圍內(nèi)進行脈寬調(diào)制，通過氪燈泵浦激光棒產(chǎn)生重復率為100Hz的準連續(xù)激光。該脈寬調(diào)制方法充分利用了導通角包含相位角90°處的峰值電壓，通過提高氪燈電流的有效值，有效地提高了激光電源的泵浦效率。另外，本實用新型采用的功率開關管IGBT，具有開關速度快、輸出的重復精度高、熱穩(wěn)定性好、耐壓高、損耗小、使用壽命長等特點，用它取代可控硅，提高了激光電源的整體效率。最后本實用新型采用電流閉環(huán)負反饋控制來控制泵浦電流，提高了激光輸出的穩(wěn)定度。該實用新型電流電壓元器件少，電路簡單，已成功地應用于準連續(xù)固體激光醫(yī)療機中，實踐證明該電源輸出功率穩(wěn)定、工作可靠、可長時間使用，在提高激光輸出平均功率和泵浦效率方面效果顯著。
權利要求1.一種準連續(xù)大功率固體激光器電源，由主電路、控制電路、反饋電路以及維持電流電路、預燃電路組成，其特征在于(1)主電路由單相橋式全波整流器(1)、功率開關管IGBT(2)、氪燈(5)、取樣電阻(6)組成，IGBT(2)的漏極D直接接全波整流器(1)的正極A、源極S接氪燈(5)的正極，氪燈(5)的負極通過取樣電阻(6)連接到全波整流器(1)的負極；(2)控制電路由相位同步電路(14)、脈沖調(diào)寬電路以及脈沖整形驅(qū)動電路組成，相位同步電路(14)產(chǎn)生的脈沖信號輸入到CW3525(11)的第三腳；脈沖調(diào)寬電路包括CW3525(11)、分壓電阻(12)、參考電壓電位器(13)，分壓電阻(12)的一端接15V電源正極，另一端接參考電壓電位器(13)，參考電壓電位器(13)的另一端接15V電源負極，參考電壓電位器(13)的滑動端接CW3525(11)的第二腳；脈沖整形驅(qū)動電路包括IGBT(2)的驅(qū)動模塊IR2110(9)、信號放大器(10)，CW3525(11)產(chǎn)生的控制信號經(jīng)第十三腳輸出到信號放大器(10)的輸入端，信號放大器(10)輸出端連接到IR2110(9)的第十二腳，IR2110(9)第一腳和第二腳則分別連接到IGBT(2)的柵極G和源極S；(3)反饋電路包括取樣電阻(6)、濾波電容(7)、反饋放大器(8)、CW3525(11)，取樣電阻(6)和濾波電容(7)并聯(lián)串接在氪燈(5)的負極，反饋放大器(8)的一端連接濾波電容(7)的正極和取樣電阻(6)，另一端連接到CW3525(11)的第一腳。
專利摘要一種準連續(xù)大功率固體激光器電源，屬于固體激光電源技術領域，它利用單相橋式全波整流器將單相AC 220V市電整流所得的100Hz半周正弦波，通過相位同步和調(diào)寬控制電路，用CW3525輸出相位同步的調(diào)寬脈沖信號，經(jīng)過功率開關管驅(qū)動模塊IR2110脈沖整形后驅(qū)動功率開關管IGBT，來實現(xiàn)在半周正弦波電壓的導通角在以相位角90°為中心的兩側各60°范圍內(nèi)輸出調(diào)寬脈沖。再通過電流閉環(huán)負反饋控制來控制泵浦電流。該實用新型電流電壓元器件少，電路簡單，作為氪燈電源，泵浦激光棒產(chǎn)生重復率為100Hz的準連續(xù)激光，有效地提高了激光輸出平均功率和泵浦效率。
文檔編號H01S3/09GK2798375SQ20042008946
公開日2006年7月19日 申請日期2004年8月10日 優(yōu)先權日2004年8月10日
發(fā)明者魏勇, 張戈, 黃呈輝, 黃凌雄, 曾瑞榮, 黃文 , 沈鴻元 申請人:中國科學院福建物質(zhì)結構研究所