專利名稱：用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種開關(guān)電源，特別是涉及一種用于驅(qū)動大電流激光二極管的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器是一種電致發(fā)光器件，當(dāng)穩(wěn)定的電流注入半導(dǎo)體激光器時，它會發(fā)出一定波長的激光。由于大電流激光二極管陣列的價格昂貴，而且很容易受到電損傷，輸出的激光會因驅(qū)動電流不穩(wěn)定而導(dǎo)致其輸出的波長不穩(wěn)定，所以高功率二極管激光器對它的驅(qū)動電源規(guī)定了十分嚴(yán)格的技術(shù)要求，主要有輸出的直流電流要高達(dá)數(shù)十安培以上；給激光管加電時要嚴(yán)格控制過沖和電流突變；要求高電流穩(wěn)定度和低波紋系數(shù)；高功率因數(shù)和電效率；完備的保護(hù)電路系統(tǒng)，特別是對于自鎖和突然電網(wǎng)波動后的重新通電，也不允許對激光管產(chǎn)生電沖擊。中國專利CN02147761.2揭示了一種用于半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)流源，向小電流半導(dǎo)體激光器提供輸出穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強、連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)流源，避免突然停電對半導(dǎo)體激光器造成的損壞。但是該穩(wěn)流源仍未能解決如控制電流過沖和電流突變、電路自鎖和電網(wǎng)波動等其他電源穩(wěn)流問題。
因此，需要提供一種高穩(wěn)定性、可設(shè)定最大工作電流的用于驅(qū)動大電流激光二極管中的開關(guān)電源。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高穩(wěn)定性的具有保護(hù)電路的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案提供一種用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其包括相連接的調(diào)節(jié)工作電流多圈電位器和工作電流放大器，相連接的設(shè)定最大電流多圈電位器和設(shè)定電流放大器，該工作電流放大器和設(shè)定電流放大器連接到電流值比較選通門，該電流值比較選通門的輸出連接輸出電流控制器，輸出電流控制器通過大電流功率模塊連接激光器。
操作人員可通過面板上的設(shè)定最大電流多圈電位器設(shè)置一個電流值，這個設(shè)定最大電流多圈電位器的輸出接到設(shè)定電流放大器，該設(shè)定電流放大器是一個運算放大器，它的輸出電壓和設(shè)定的直流電流成正比，輸出的動態(tài)范圍可以任意設(shè)定，例如0到+10V。設(shè)定電流放大器連接有設(shè)定電流檢測，則輸出的電壓用面板上的一個數(shù)字面板表顯示，讀數(shù)標(biāo)定成電流值。
開機后，通過面板上的調(diào)節(jié)工作電流多圈電位器把工作電流從零開始慢慢增加到所需要的值，該調(diào)節(jié)工作電流多圈電位器的輸出接到工作電流放大器，該工作電流放大器也是一個運算放大器，它的輸出電壓和調(diào)節(jié)出的直流工作電流成正比，輸出的電壓動態(tài)范圍可以任意設(shè)定，例如0到+10V。
設(shè)定電流放大器和工作電流放大器的輸出同時輸入到電流值比較選通門，比較選通電流輸出至輸出電流控制器。當(dāng)工作電流＞設(shè)定電流時，比較選通門輸出設(shè)定電流；當(dāng)工作電流＜設(shè)定電流時，比較選通門輸出工作電流。所以設(shè)定電流值是本電源在運行時可能輸出的最大電流值，也是調(diào)節(jié)工作電流多圈電位器后最高可能的輸出電流值。它有效地防止了由于操作疏忽而造成的過流輸出。當(dāng)輸出電流值達(dá)到了設(shè)定電流值時，過流指示燈發(fā)光報警，但是不造成自鎖停機。
該輸出電流控制器是一個閘門，在正常運行情況下，如果采用內(nèi)控的工作模式，比較選通門的輸出電壓送到功率模塊以形成相應(yīng)的輸出電流，輸出電流控制器連接有多種保護(hù)電路，遇到需要停機的情況，該多路自鎖保護(hù)電路向輸出電流控制器發(fā)送斷路指令來阻斷電壓信號的傳遞。
該多路自鎖保護(hù)電路有來自三個方面與之連接的控制源第一個是多路自鎖開關(guān)輸入，激光器通常使用機械開關(guān)作為自鎖開關(guān)，例如安裝在激光器蓋板上的門開關(guān)和冷卻器的溫度開關(guān)等等，這些開關(guān)有一端和電源的地線相連，另一端接到電源內(nèi)的自鎖保護(hù)電路的“或門”輸入端。在正常情況下，所有的自鎖開關(guān)都應(yīng)該處于閉合狀態(tài)，如果有任何一個變成了開路狀態(tài)，都會使得保護(hù)電路產(chǎn)生斷路指令。
第二個是緊急停機推鍵，這個推鍵是一個單刀單擲無鎖按鈕，連接輸出電流控制器，當(dāng)遇到需要立即停機的緊急情況下，只需按一下推鍵，推鍵觸動緊急停機保護(hù)電路而停機。
第三個是零電流啟動監(jiān)測，連接在輸出電流控制器和工作電流放大器之間。為了避免突變大電流沖擊激光管，電源要求在每次開機之前，必須先把調(diào)節(jié)工作電流的電位器調(diào)回零點。如果電位器確實調(diào)回到了零點，放大器輸出接近零伏的電壓，保護(hù)電路在開機之前要查看這個電壓值，如果發(fā)現(xiàn)這個電壓偏高，說明電位器還沒有調(diào)回零點，這時保護(hù)電路就一直阻斷電源的開通，則無法開機。
所有的保護(hù)電路進(jìn)一步連接故障位置指示裝置。故障位置指示裝置的各個指示燈分別顯示造成自鎖停機的位置。
該輸出電流控制器和大電流功率模塊之間連接有內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器，該內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器連接外控接口。輸出電流控制器的輸出傳送至內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器再經(jīng)過大電流功率模塊輸出至激光器。該內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器是一個控制模式轉(zhuǎn)換電路，其具有兩個功能第一，通過面板上的控制轉(zhuǎn)換開關(guān)切換內(nèi)控和外控信號，內(nèi)控信號來自面板上的調(diào)節(jié)電流的電位器，外控信號通過外控接口將來自電源之外的信號輸入，該外控信號可以來自電腦，也可以來自激光功率反饋控制等電路；第二，按照大電流功率模塊對于接口信號的幅度和阻抗的要求，進(jìn)行參數(shù)匹配，轉(zhuǎn)換的具體要求根據(jù)使用模塊的輸入特性決定。
該大電流功率模塊是一個高功率開關(guān)電源，由于大電流激光二極管電源的輸出功率很高，只有采用轉(zhuǎn)換效率高的開關(guān)電源才能避免產(chǎn)生很多熱量，又因為激光器對輸出電流的穩(wěn)定度和平整度也有很高的要求，所以還要求模塊的功率因數(shù)高。
該大電流功率模塊連接有慢啟動電路。該慢啟動電路是一個延時定時器，延遲時間可以根據(jù)激光器的要求任意設(shè)定，把它接到大電流功率模塊的一個控制端，可以實現(xiàn)電源的慢啟動功能，避免大電流沖擊激光管。
另外，從大電流功率模塊接出兩組線分別到輸出電壓監(jiān)測和輸出電流監(jiān)測。在前面板上可再安裝兩個數(shù)字面板表，分別指示大電流功率模塊實際輸出的工作電壓和電流，電表的讀數(shù)在調(diào)機時通過調(diào)節(jié)輸出電壓監(jiān)測和輸出電流監(jiān)測的電路靈敏度來定標(biāo)。由于這個電源可以從前面板上的三個電表同時顯示的讀數(shù)表明工作狀態(tài)，有助于更輕松的監(jiān)視運行情況。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下有益效果本發(fā)明用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源可以任意予置最大工作電流，防止由于操作不慎產(chǎn)生的過電流，電路在誤操作時，不停機地自動限流，并且具有強制回零功能，并可提供穩(wěn)定的電流輸出，具有高功率因數(shù)和高電源整機效率，同時降低功耗和電源體積，具有慢啟動和開機延時，保證有效抑制電流上和開機后短暫的電路過渡過程。

圖1是本發(fā)明開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的電流值比較選通門的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明開關(guān)電源樣機前面板元件布局圖；圖4是本發(fā)明開關(guān)電源樣機后面板元件布局圖；圖5是本發(fā)明開關(guān)電源樣機的部件連線圖；具體實施方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明具體本創(chuàng)作的實施方式。
請參照圖1所示，一種用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其包括相連接的調(diào)節(jié)工作電流多圈電位器1和工作電流放大器3，相連接的設(shè)定最大電流多圈電位器2和設(shè)定電流放大器4，該工作電流放大器3和設(shè)定電流放大器4連接到電流值比較選通門7，該電流值比較選通門7的輸出連接輸出電流控制器11，輸出電流控制器11連接內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器13，并通過大電流功率模塊15連接激光器。
其中電流值比較選通門7結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中CPR是一個比較器，比較工作電流和設(shè)定電流的大小，設(shè)定電流放大器和工作電流放大器的輸出同時輸入到電流值比較選通門，比較選通電流輸出至輸出電流控制器。因為設(shè)定電流放大器和工作電流放大器已經(jīng)將電流值轉(zhuǎn)換成與其成正比的電壓值U3和U4，所以CPR實際上是比較兩個電壓值的大小。
當(dāng)工作電流＞設(shè)定電流時，即U3＞U4，比較器CPR輸出高電平，倒向器INV輸出低電平。
當(dāng)工作電流＜設(shè)定電流時，即U3＜U4，比較器CPR輸出低電平，倒向器INV輸出高電平。
AS1和AS2是模擬開關(guān)，兩個模擬開關(guān)的輸出端接在一起，輸出電壓U0輸出至輸出電流控制器11。加給模擬開關(guān)高電平控制電壓時，模擬開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)；加低電平則處于斷路狀態(tài)。因此，當(dāng)工作電流＜設(shè)定電流時，AS1導(dǎo)通，AS2截止，U0＝U3，也就是把調(diào)節(jié)出的與工作電流大小成正比的U3輸出到U0端；當(dāng)工作電流＞設(shè)定電流時，AS2導(dǎo)通，AS1截止，U0＝U4，也就是輸出與設(shè)定電流大小成正比的電壓值U4。這時，如果繼續(xù)調(diào)高工作電壓，輸出的仍舊是原來設(shè)定的最大值，除非把工作電流調(diào)到小于設(shè)定電流值，輸出電壓U0就又跟蹤U3。在電源運行時，AS1和AS2永遠(yuǎn)是一通一斷。
輸出電流控制器11是一個閘門，其連接有多路自鎖保護(hù)電路10。在正常運行的情況下，將U0電壓傳遞到內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器，遇到需要停機的情況，該多路自鎖保護(hù)電路10向輸出電流控制器11發(fā)送斷路指令來阻斷電壓信號U0的傳遞。由于多路自鎖保護(hù)電路10發(fā)出的指令有時是一個脈沖信號，而確實需要的停機是持續(xù)的，所以這個閘門需要具有“記憶”功能，這可以采用任何具有記憶功能的電子元件來實現(xiàn)。
該多路自鎖保護(hù)電路10和輸出電流控制器11有來自三個方面與之連接的控制源，如圖1所示第一個是多路自鎖開關(guān)輸入9，第二個是緊急停機推鍵6，這個推鍵是一個單刀單擲無鎖按鈕，連接輸出電流控制器11，安裝在電源的面板醒目處。當(dāng)遇到需要立即停機的緊急情況下，只需按一下推鍵，推鍵觸動多路自鎖保護(hù)電路而停機。第三個是零電流啟動監(jiān)測5，連接在輸出電流控制器11和工作電流放大器3之間。
請一并參閱圖3～5，操作人員可通過面板上的設(shè)定最大電流多圈電位器2設(shè)置一個電流值，這個設(shè)定最大電流多圈電位器2的輸出接到設(shè)定電流放大器4，該設(shè)定電流放大器4是一個運算放大器，它的輸出電壓和設(shè)定的直流電流成正比，輸出的動態(tài)范圍可以任意設(shè)定，例如0到+10V。設(shè)定電流放大器4連接有設(shè)定電流檢測8，則輸出的電壓用面板上的一個數(shù)字面板表顯示，讀數(shù)標(biāo)定成電流值。
開機后，通過面板上的調(diào)節(jié)工作電流多圈電位器1把工作電流從零開始慢慢增加到所需要的值，該調(diào)節(jié)工作電流多圈電位器1的輸出接到工作電流放大器3，該工作電流放大器3也是一個運算放大器，它的輸出電壓和調(diào)節(jié)出的直流工作電流成正比，輸出的電壓動態(tài)范圍可以任意設(shè)定，例如0到+10V。
該多路自鎖保護(hù)電路10進(jìn)一步連接故障位置指示裝置12。故障位置指示裝置12的各個指示燈分別顯示造成自鎖停機的位置。
該內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器13連接外控接口14。該內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器13是一個控制模式轉(zhuǎn)換電路，其具有兩個功能第一，通過面板上的控制轉(zhuǎn)換開關(guān)切換內(nèi)控和外控信號，內(nèi)控信號來自面板上的調(diào)節(jié)電流的電位器，外控信號通過外控接口將來自電源之外的信號輸入，該外控信號可以來自電腦，也可以來自激光功率反饋控制等電路；第二，按照大電流功率模塊15對于接口信號的幅度和阻抗的要求，進(jìn)行參數(shù)匹配，轉(zhuǎn)換的具體要求根據(jù)使用模塊的輸入特性決定。
該大電流功率模塊15是一個高功率開關(guān)電源，其連接有慢啟動電路16。該慢啟動電路16是一個延時定時器，延遲時間可以根據(jù)激光器的要求任意設(shè)定，把它接到大電流功率模塊的一個控制端，可以實現(xiàn)電源的慢啟動功能，避免大電流沖擊激光管。
另外，從大電流功率模塊15接出兩組線分別到輸出電壓監(jiān)測17和輸出電流監(jiān)測18，分別指示大電流功率模塊15實際輸出的工作電壓和電流，電表的讀數(shù)在調(diào)機時通過調(diào)節(jié)輸出電壓監(jiān)測和輸出電流監(jiān)測的電路靈敏度來定標(biāo)。由于這個電源可以從前面板上的三個電表同時顯示的讀數(shù)表明工作狀態(tài)，有助于更輕松的監(jiān)視運行情況。
在本實施例中，使用了80A，6V的功率模塊，其余電路集中裝在了一塊印刷電路板上，然后裝入一個機箱內(nèi)。模塊、電路板、與前后面板之間，通過連接插頭座的排線互相連接。經(jīng)過樣機運行測試，達(dá)到性能指標(biāo)功率因數(shù)大于0.98，電流波紋系數(shù)小于最大輸出電流的0.5％，無上沖電流，慢啟動延遲時間0.5秒。
圖3中各元件代號的表示如下MM1是設(shè)定電流的三位數(shù)字面板表，滿量程為99.9A，指示設(shè)定的最大電流值；MM2是輸出電流的三位數(shù)字面板表，滿量程為99.9A，指示電源實際輸出的電流值；MM3是輸出電壓的三位數(shù)字面板表，滿量程為9.99V，指示電壓實際輸出的電流值；MP1是設(shè)定調(diào)節(jié)，10K，10圈電位器，用來設(shè)定最大電流；MP2是電流調(diào)節(jié)，10K，10圈電位器，用來調(diào)節(jié)工作電流；L0是電源指示燈；L1是自鎖1，第一路自鎖報警燈，當(dāng)?shù)谝宦纷枣i開關(guān)開路后發(fā)光；L2是自鎖2，第二路自鎖報警燈，當(dāng)?shù)诙纷枣i開關(guān)開路后發(fā)光；L3是自鎖3，第三路自鎖報警燈，當(dāng)?shù)谌纷枣i開關(guān)開路后發(fā)光；L4是自鎖4，第四路自鎖報警燈，當(dāng)?shù)谒穆纷枣i開關(guān)開路后發(fā)光；L5是過流指示燈，調(diào)節(jié)的工作電流達(dá)到設(shè)定電流值時發(fā)光，調(diào)小工作電流后熄滅；L6是急停指示燈，如果推動緊急推鍵K2，此燈發(fā)光；K0是單刀單擲電源開關(guān)，220V/5A；K1是內(nèi)控/外控單刀雙擲扳動開關(guān)，用于轉(zhuǎn)換內(nèi)控/外控的工作模式；K2是急停推鍵，單刀無鎖按鈕開關(guān)，觸動后電源立即切斷輸出電流；CZ是外控輸入。
圖4中各元件代號的表示如下HCZ0是交流輸入，帶保險絲座的10A電源插座；HCZ2是自鎖輸入，連接四組自鎖開關(guān)；HCZ4是電流輸出，輸出直流大電流。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員任何基于本發(fā)明技術(shù)方案上非實質(zhì)性變更均包括在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，其包括相連接的調(diào)節(jié)工作電流多圈電位器(1)和工作電流放大器(3)，相連接的設(shè)定最大電流多圈電位器(2)和設(shè)定電流放大器(4)，該工作電流放大器(3)和設(shè)定電流放大器(4)連接到電流值比較選通門(7)，該電流值比較選通門(7)的輸出連接輸出電流控制器(11)，輸出電流控制器(11)通過大電流功率模塊(15)連接激光器。
2.如權(quán)利要求1所述的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，其進(jìn)一步包括與輸出電流控制器(11)連接的多路自鎖保護(hù)電路(10)，該多路自鎖保護(hù)電路(10)可向輸出電流控制器(11)發(fā)送斷路指令。
3.如權(quán)利要求2所述的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，該輸出電流控制器(11)和工作電流放大器(3)之間連接有零電流啟動監(jiān)測(5)控制源。
4.如權(quán)利要求3所述的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，該輸出電流控制器(11)和大電流功率模塊(15)之間連接有內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器(13)，輸出電流控制器(11)的輸出傳送至內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器(13)再經(jīng)過大電流功率模塊(15)輸出至激光器。
5.如權(quán)利要求4所述的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，該多路自鎖保護(hù)電路(10)連接有多路自鎖開關(guān)輸入(9)控制源。
6.如權(quán)利要求5所述的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，該輸出電流控制器(11)連接有緊急停機推鍵(6)控制源。
7.如權(quán)利要求6所述的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，該多路自鎖保護(hù)電路(10)進(jìn)一步連接故障位置指示裝置(12)。
8.如權(quán)利要求7所述的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，該內(nèi)控外控轉(zhuǎn)換器(13)連接外控接口(14)。
9.如權(quán)利要求8所述的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，該大電流功率模塊(15)連接有慢啟動電路(16)。
10.如權(quán)利要求9所述的用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其特征在于，該大電流功率模塊(15)進(jìn)一步連接有輸出電壓監(jiān)測(17)和輸出電流檢測(18)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于驅(qū)動激光二極管的開關(guān)電源，其包括相連接的調(diào)節(jié)工作電流多圈電位器和工作電流放大器，相連接的設(shè)定最大電流多圈電位器和設(shè)定電流放大器，該工作電流放大器和設(shè)定電流放大器連接到電流值比較選通門，該電流值比較選通門的輸出連接輸出電流控制器，輸出電流控制器通過大電流功率模塊連接激光器。本發(fā)明開關(guān)電源穩(wěn)定性高、可設(shè)定最大工作電流，且具有強制回零啟動功能，并可提供穩(wěn)定的電流輸出，具有高功率因數(shù)和高電源整機效率。
文檔編號G05F1/571GK1897373SQ20061003606
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者謝德仁, 楊天立, 安哲 申請人:廣州工業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司