專利名稱：脈沖激光器高頻模式供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓直流功率輸入變換為高壓脈沖功率輸出的電源設(shè)備，具體地說是一種脈沖激光器高頻模式供電裝置，用作脈沖激光器的供電電源。
背景技術(shù)：
隨著光電子技術(shù)和電子計算機技術(shù)的不斷滲透、不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，光電子技術(shù)已滲透到醫(yī)療、軍事、航天航空、機械加工、工業(yè)自動化控制、傳感器等各個領(lǐng)域。對這些應(yīng)用領(lǐng)域中光電子技術(shù)的要求也越來越苛刻，智能化和數(shù)字化已發(fā)展到了非常滿意和理想的程度，小型化和微型化卻由于脈沖激光器供電電源所存在的問題而一直不能進(jìn)一步得到突破。目前市場上所出現(xiàn)的采用光電子技術(shù)制成的具有智能化和數(shù)字化功能的設(shè)備和系統(tǒng)中的脈沖激光器電源，有的雖然采用開關(guān)穩(wěn)壓電源供電，但由于存在著工作頻率一直處于20k～50kHz之間的中頻范圍，所以在整個系統(tǒng)中雖然也有功率變換電路、高壓充放電電路和采樣反饋電路，但其電路的組成和元器件的選擇必然受到工作頻率的影響和限制，致使整個裝置的保護(hù)控制速度慢、可靠性差、集成度低，在正常使用中還會出現(xiàn)刺耳的中頻尖叫聲等缺點。也有采用線性倍壓整流式電源供電的，雖然提高了可靠性、消除了中頻尖叫聲，但由于線性倍壓整流式電源存在著輸入動態(tài)范圍窄、功率轉(zhuǎn)換效率低、體積大、重量重的缺點，致使這些設(shè)備和系統(tǒng)一直不能小型化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種脈沖激光器高頻模式供電裝置，實現(xiàn)輸入動態(tài)范圍寬、功率轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、可靠性高和消除中頻尖叫聲等目的，用作脈沖激光器的供電電源。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，將工作頻率由20k～50kHz之間的中頻范圍提高到100k～300kHz之間的高頻范圍，精心設(shè)計各模塊的電路組成和選擇元器件，有機的將它們連接組成本發(fā)明脈沖激光器高頻模式供電裝置。具體地說，該裝置包括電平指示器、快速采樣反饋控制電路和特別設(shè)計的手動/自動觸發(fā)器、高頻脈寬調(diào)制/脈頻調(diào)制(PWM/PFM)控制與驅(qū)動電路、高頻快速開關(guān)功率變換電路、高頻快速高壓充放電電路；高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路、高頻快速開關(guān)功率變換電路、高頻快速高壓充放電電路依次串聯(lián)組成了該裝置的主系統(tǒng)；快速采樣反饋控制電路的后端與高頻快速高壓充放電電路連接并從中獲得輸出電壓的反饋信號，前端與高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路連接并輸送給其反饋信號，使該裝置構(gòu)成閉環(huán)控制回路；高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路既接收由快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，又要根據(jù)所接收到的反饋信號去控制高頻快速開關(guān)功率變換電路的工作狀態(tài)，還要去控制電平指示器的顯示狀態(tài)；手動/自動觸發(fā)器一端與高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路連接，另一端與高頻快速高壓充放電電路連接，置自動時，接收高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路發(fā)出的自動觸發(fā)狀態(tài)信號并傳送給高頻快速高壓充放電電路，置手動時，高頻快速高壓充放電電路直接接收外部手動觸發(fā)狀態(tài)信號。
上述的脈沖激光器高頻模式供電裝置，所述的高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路，由100k～300kHz的PWM/PFM振蕩器和驅(qū)動、控制、保護(hù)功能集成于一體的集成電路和外圍元件以及引線組成，該控制與驅(qū)動電路接收來自快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，并傳送給高頻快速開關(guān)功率變換電路、電平指示器和手動/自動觸發(fā)器。
上述的脈沖激光器高頻模式供電裝置，所述的高頻快速開關(guān)功率變換電路，由功率開關(guān)、高反壓快恢復(fù)二極管和自耦式高壓高頻脈沖變壓器以及外圍的引線組成，它與高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路和高頻快速高壓充放電電路相連接，接收高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路送來的控制與驅(qū)動信號，并向高頻快速高壓充放電電路發(fā)出充電脈沖。
上述的脈沖激光器高頻模式供電裝置，所述的高頻快速高壓充放電電路，由高反壓快恢復(fù)二極管、高壓點火變壓器以及電阻和高溫高壓高頻大容量電容組成，它接收到手動/自動觸發(fā)器送來的狀態(tài)指令信號以后，將自己輸出的電壓提供給脈沖激光器，作為其供電電壓，同時給快速采樣反饋控制電路提供信號，一方面用作高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路控制電平指示器進(jìn)行顯示的依據(jù)，另一方面用作高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路控制高頻快速開關(guān)功率變換電路工作狀態(tài)的依據(jù)。
上述的脈沖激光器高頻模式供電裝置，所述的手動/自動觸發(fā)器電路由單向可控硅、快恢復(fù)二極管、雙置開關(guān)以及外圍的電阻和引線組成。它與高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路和高頻快速高壓充放電電路相聯(lián)接。置手動時，單向可控硅可直接接收手動控制信號，使高頻快速高壓充放電電路處于手動觸發(fā)工作狀態(tài)；置自動時，單向可控硅可直接接收高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路發(fā)出的控制指令，使高頻快速高壓充放電電路處于自動觸發(fā)工作狀態(tài)。
本發(fā)明取得的有益效果是由于本發(fā)明采用了高頻范圍100k～300kHz的開關(guān)穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)方法，因此，該發(fā)明就具有輸入動態(tài)范圍寬、功率轉(zhuǎn)換效率高、消除了中頻尖叫聲、體積小和重量輕等特點。另外，由于該裝置采用了高壓高頻脈沖變壓器、高溫高壓高頻大容量充放電電容、高壓點火變壓器，因此使該裝置的輸出功率和輸出脈沖高壓的可調(diào)范圍很寬，也就是說只要是氣體式脈沖激光器均可采用本發(fā)明來供電。解決了采用光電子技術(shù)制成的具有智能化和數(shù)字化功能的設(shè)備和系統(tǒng)不能小型化的關(guān)鍵問題，促進(jìn)了我國電源技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展。
圖1是本發(fā)明組成的框圖示意2是本發(fā)明電路原理圖具體實施方式
參照圖1，它是本發(fā)明組成的框圖示意圖，它由高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路A、電平指示器B、手動/自動觸發(fā)器C、高頻快速開關(guān)功率變換電路D、高頻快速高壓充放電電路F和快速采樣反饋控制電路E組成。高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路包括100k～300kHz PWM/PFM振蕩器和控制與驅(qū)動電路，它是本發(fā)明的核心電路。它一方面要接收由快速采樣反饋控制電路E送來的反饋信號；另一方面要根據(jù)所接收到的反饋信號去控制高頻快速功率變換電路D的工作狀態(tài)，還要去控制電平指示器B的顯示狀態(tài)，最后還要向手動/自動觸發(fā)器C發(fā)出自動觸發(fā)控制信號。電平指示器B主要完成后級高壓充放電電路是處于充放電狀態(tài)，還是處于等待狀態(tài)的顯示功能，使操作人員根據(jù)顯示狀態(tài)非常直觀的去操作。手動/自動觸發(fā)器C主要完成后級高頻快速高壓充放電電路F對脈沖激光器手動/自動放電方式的控制。高頻快速開關(guān)功率變換電路D主要完成把低壓直流通過高頻快速高壓充放電電路轉(zhuǎn)換為高壓脈沖，工作方式為PWM/PFM工作方式，工作頻率為100k～300k Hz?？焖俨蓸臃答伩刂齐娐稥主要完成把快速采樣到的輸出電壓信號，經(jīng)快速處理后再快速反饋給前級的高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路A，由高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路形成含有各種保護(hù)功能的控制信號來改變高頻快速開關(guān)功率變換電路D的工作狀態(tài)。高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路與高頻快速開關(guān)功率變換電路和高頻快速高壓充放電電路串聯(lián)構(gòu)成了本電源裝置的主系統(tǒng)；快速采樣反饋控制電路與前級高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路和后級高頻快速高壓充放電電路相連接，并從后級高頻快速高壓充放電電路的輸出電壓中取得采樣信號，經(jīng)過處理后將信號反饋給前級的高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路，使該裝置的主系統(tǒng)形成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的信號傳遞、各部分的連接和工作過程為高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路A從輸入直流電源上獲得所需的供電電壓后，內(nèi)部的振蕩器就開始工作而產(chǎn)生100k～300k Hz的PWM/PFM信號，在其內(nèi)部經(jīng)驅(qū)動器功率放大后輸出給高頻快速開關(guān)功率變換電路D，高頻快速開關(guān)功率變換電路D在100k～300kHz的PWM/PFM驅(qū)動信號的驅(qū)動下開始工作，并產(chǎn)生高壓高頻脈沖給高頻快速高壓充放電電路F充電，快速采樣反饋控制電路E從高頻快速高壓充放電電路F中采樣出輸出電壓的高低，并經(jīng)過處理后反饋給前級的高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路A，使高頻快速開關(guān)功率變換電路D又按照新的驅(qū)動信號而工作。手動/自動觸發(fā)器置手動時，高頻快速高壓充放電電路可直接接收外部手動控制信號；置自動時，高頻快速高壓充放電電路通過單向可控硅接收高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路發(fā)出的控制指令。另外，高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路A除了要按照快速采樣反饋控制電路E送來的反饋信號來控制高頻快速開關(guān)功率變換電路D的工作狀態(tài)外，還要根據(jù)其反饋信號將高頻快速高壓充放電電路F的電平狀態(tài)信號輸送給電平指示器B，使其顯示出高壓充放電電路的電平狀態(tài)。這時，整個電路就構(gòu)成了一個有機的閉環(huán)回路，同時具有了過流、過壓和欠壓等保護(hù)功能。
參照圖2，它是本發(fā)明的電路原理圖。它主要是由高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路、電平指示器、手動/自動觸發(fā)器、高頻快速開關(guān)功率變換電路、高頻快速高壓充放電電路、快速采樣反饋控制電路組成。圖中的實框部分均為采用現(xiàn)有技術(shù)的電路，沒有畫出，虛框中畫出的是本發(fā)明特別設(shè)計的部分電路。其中高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路由集成電路IC1和外圍元件及引線組成，IC1的管腳(1)接收快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，管腳(6)和管腳(3)分別送給高頻快速開關(guān)功率變換電路和電平指示器、手動/自動觸發(fā)器信號并控制其工作狀態(tài)。手動/自動觸發(fā)器由單向可控硅V1、快恢復(fù)二極管VD1、雙置開關(guān)K1以及外圍的電阻和引線組成，K1置自動時，它接收高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路送來的信號，置手動時，它接收外部手動控制信號，并通過V1給高頻快速高壓充放電電路送去信號控制其工作狀態(tài)。高頻快速開關(guān)功率變換電路由P-MOSFET功率開關(guān)V2、高反壓快恢復(fù)二極管VD2、自耦式高壓高頻脈沖變壓器T1以及外圍的引線組成，其中功率開關(guān)V2接收高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路中IC1的管腳(6)送來的驅(qū)動信號，使該高頻快速開關(guān)功率變換電路工作于高頻PWM/PFM狀態(tài)，并將低壓直流轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏焊哳l脈沖，通過高反壓快恢復(fù)二極管VD2送給高頻快速高壓充放電電路并對其進(jìn)行充電。高頻快速高壓充放電電路由高反壓快恢復(fù)二極管VD3、高壓點火變壓器T2以及電阻R3、R4、R5、R6和高溫高壓高頻大容量電容C6、C7、C8、C9組成，它接收手動/自動觸發(fā)器的狀態(tài)指令信號，將其輸出的電壓提供給脈沖激光器，作為脈沖激光器的電源電壓，同時給快速采樣反饋控制電路提供采樣信號，用作高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路控制電平指示器進(jìn)行狀態(tài)顯示的依據(jù)。圖2中的IC1采用MAX643型號，V1采用BT151型號，VD1采用1N4148型號，V2采用IRF644型號，VD2和VD3均采用UF4007型號。
權(quán)利要求
1.脈沖激光器高頻模式供電裝置，包括電平指示器、快速采樣反饋控制電路，其特征在于還包括手動/自動觸發(fā)器、高頻脈寬調(diào)制/脈頻調(diào)制PWM/PFM控制與驅(qū)動電路、高頻快速開關(guān)功率變換電路、高頻快速高壓充放電電路；高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路、高頻快速開關(guān)功率變換電路、高頻快速高壓充放電電路依次串聯(lián)組成了該裝置的主系統(tǒng)；快速采樣反饋控制電路的后端與高頻快速高壓充放電電路連接并從中獲得輸出電壓的反饋采樣信號，前端與高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路連接并輸送給其反饋信號，使該裝置構(gòu)成閉環(huán)控制回路；高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路接收由快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，并以此去控制高頻快速開關(guān)功率變換電路的工作狀態(tài)和電平指示器的顯示狀態(tài)；手動/自動觸發(fā)器一端與高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路連接，并接收其發(fā)出的自動充放電控制信號，另一端與高頻快速高壓充放電電路連接，并發(fā)送給手動或自動充放電控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光器高頻模式供電裝置，其特征在于，所述的高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路，由100k～300kHz的PWM/PFM振蕩器和驅(qū)動、控制、保護(hù)功能集成于一體的集成電路(IC1)和外圍元件以及引線組成，該控制與驅(qū)動電路接收來自快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，并經(jīng)過處理后傳送給高頻快速開關(guān)功率變換電路和電平指示器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光器高頻模式供電裝置，其特征在于，所述的高頻快速開關(guān)功率變換電路，由P-MOSFET功率開關(guān)(V2)、高反壓快恢復(fù)二極管(VD2)和自耦式高壓高頻脈沖變壓器(T1)以及外圍的引線組成，它與高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路和高頻快速高壓充放電電路相連接，接收高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路送來的控制與驅(qū)動信號，并向高頻快速高壓充放電電路發(fā)出充電脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光器高頻模式供電裝置，其特征在于，所述的高頻快速高壓充放電電路由高反壓快恢復(fù)二極管(VD3)、高壓點火變壓器(T2)及電阻(R3)、(R4)、(R5)、(R6)和高溫高壓高頻大容量電容(C6)、(C7)、(C8)、(C9)組成，它與高頻快速開關(guān)功率變換電路、快速采樣反饋控制電路、手動/自動觸發(fā)器和脈沖激光器聯(lián)接，接收高頻快速開關(guān)功率變換電路發(fā)出的高壓脈沖和手動/自動觸發(fā)器送來的觸發(fā)指令，給脈沖激光器提供電源電壓，同時也給快速采樣反饋控制電路提供輸出電壓高低的反饋采樣信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光器高頻模式供電裝置，其特征在于，所述的手動/自動觸發(fā)器由單向可控硅(V1)、高反壓快恢復(fù)二極管(VD1)、雙置開關(guān)(K1)以及外圍的電阻和引線組成，它與高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路和高頻快速高壓充放電電路連接，K1置手動時，高頻快速高壓充放電電路可直接接收外部手動控制信號，使脈沖激光器處于手動觸發(fā)工作狀態(tài)；置自動時，高頻快速高壓充放電電路通過單向可控硅接收高頻PWM/PFM控制與驅(qū)動電路發(fā)出的控制指令，使脈沖激光器處于自動觸發(fā)工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖激光器高頻模式供電裝置，它涉及一種低壓直流功率輸入變換為高壓脈沖功率輸出的電源設(shè)備。其目的是為了解決傳統(tǒng)的激光器電源裝置中存在的工作頻率低、功率轉(zhuǎn)換效率低、輸入動態(tài)范圍窄、體積大、重量重、可靠性差、存在中頻尖叫聲等問題。本發(fā)明是將傳統(tǒng)的開關(guān)式脈沖激光器電源的工作頻率由中頻20k～50kHz的范圍，提高到100k～300kHz的高頻范圍，并設(shè)計了100k～300kHz的PWM/PFM控制與驅(qū)動電路、高頻快速開關(guān)功率變換電路、高頻快速高壓充放電電路、手動/自動觸發(fā)器、電平指示器、快速采樣反饋控制電路，并將它們有機的連接組成了本電源裝置。該裝置用作脈沖激光器的供電電源。
文檔編號H02M9/00GK1805263SQ20051012451
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者王水平, 劉暢生 申請人:西安電子科技大學(xué)