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【技术科普】激光电源

2018/09/06312 作者:佚名
导读:激光电源是高性能自动引燃恒流电源,分为连续激光电源与脉冲激光电源2种,连续激光电源是一种高性能自动引燃恒流电源,脉冲激光电源是专门为脉冲Nd:YAG激光器设计的电源。 激光电源分类 按照工作方式不同可分为连续激光电源与脉冲激光电源2种。 连

激光电源是高性能自动引燃恒流电源,分为连续激光电源与脉冲激光电源2种,连续激光电源是一种高性能自动引燃恒流电源,脉冲激光电源是专门为脉冲Nd:YAG激光器设计的电源。

激光电源分类

按照工作方式不同可分为连续激光电源与脉冲激光电源2种。

连续激光电源

连续激光电源是一种高性能自动引燃恒流电源,电源以定频调宽的方式,实现高精度的恒流输出。输出电流波纹小,稳定度高。引燃部分采用串联高压包引弧,LC次高压接力,低压恒流接续电弧电流的三级续流方式,配合点火监测电路,实现自动点火,使一次点火成功率高达99%以上。高压脉冲波形上升和缓,强度可以分级调节,以适应不同氪灯击穿电压的分散性,同时也可以减小电极材料的溅射,减少高压触发对氪灯使用寿命的不良影响。

脉冲激光电源

脉冲激光电源是专门为脉冲Nd:YAG激光器设计的电源。采用开关电源,内部是由单片机控制的,是真正的数控电源。通过触模式操作面板选择激光输出功率、频率和脉宽等参数,用户通过键盘对激光脉冲波形和参数进行编程,使焊接参数与焊接要求相匹配,以达到最佳的焊接效果,因而可以满足几乎所有金属的焊接需要,是多功能激光焊接机的理想配置,具有误操作和超温自动保护功能等功能。

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激光可以气体冷却或者是水冷却,上图所示为水冷却激光。电源通常含有电子控制电路,用来调节输入激光管的电流,光线的反射,电流的启动,关闭。上图所示的电源有一个大的水冷却铜盘,用于安装功率晶体管。水冷却电源通常含有一个流动检测仪器以及温度锁定装置,当水流不够,或温度过高的时候,其会停止激光运行。

激光电源是高性能自动引燃恒流电源,随着经济的发展,逐渐被应用到生活的各个领域。激光电源可以分为连续激光电源与脉冲激光电源。

连续激光电源

电源以定频调宽的方式,实现高精度的恒流输出。输出电流波纹小,稳定度高。引燃部分采用串联高压包引弧,LC次高压接力,低压恒流接续电弧电流的三级续流方式,配合点火监测电路,实现自动点火,使一次点火成功率高达99%以上。高压脉冲波形上升和缓,强度可以分级调节,以适应不同氪灯击穿电压的分散性,同时也可以减小电极材料的溅射,减少高压触发对氪灯使用寿命的不良影响。

脉冲激光电源

专门为脉冲激光器设计的电源。采用开关电源,内部是由单片机控制的,是真正的数控电源。通过触模式操作面板选择激光输出功率、频率和脉宽等参数,用户通过键盘对激光脉冲波形和参数进行编程,使焊接参数与焊接要求相匹配,以达到最佳的焊接效果,可以满足金属的焊接需要,是多功能激光焊接机的理想配置,具有误操作和超温自动保护功能等功能。

脉冲激光电源的原理方框图如图1所示。它由触发电路、主变换器电路和高压充放电电路等三大部分组成。其电路原理图如图2所示。

图1 脉冲激光电源的原理方框图

图2 脉冲激光电源电路原理图

触发电路的工作原理

从图2可以看出,触发电路部分主要是由触发指示电路和触发电路组成,具体由IC1的LBI和LBO端,V1、LED、VD1以及K1和K2来完成,当变换器通过变压器T1、二极管VD2和VD3向电容器充电时,取样电路(由R10、R9、W1、W2、W3、R1组成)将其充电电压值反馈给IC1的LBI与VFB端,一旦电压充到所需的电压值时(大约为1kV左右),这时LBI端的电压值将大于1.3V,LBO端就会变为高电平,V1导通,LED变亮,指示出电压已充到可以触发的状态。另外取样电路将反馈信号还送入IC1的VFB端,若反馈信号的电压值≥1.3V时,即刻关断变换器,使高压维持到所需的值上,触发器件由高耐压、大电流的汽车级的晶闸管BT151/800R来担任。

主变换器的工作原理

主变换器电路主要是由IC1(MAX641/642/643)、变压器T1以及V2等元器件组成的单端反激式升压电路。其电路的核心部分为MAX641/642/643。这里只给出高频自耦升压变压器的技术资料,以供同行们在制作时参考。铁芯选用4kBEE型铁氧体,骨架选用与铁芯对应配套的EE19型立式骨架,其技术参数如图3所示。

图3 变压器的技术参数

充放电电路的工作原理

充放电电路主要是由电容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12、C13、R14、升压变压器T2等组成。当电容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12被充到所设定的高压值时,电容C13中的电压也同时被充到所要求的电压值(300V左右),这时闭合K1或K2,晶闸管V3被触发导通,电容C13中所储存的能量通过变压器T2的初级绕组放电,使次级绕组感应出约10kV左右的高压,将激光器中的气体电离。在电离的同时,电容器C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12中所储存的能量将这个电离的过程维持到一定的时间,从而就得了所需的激光脉冲。

重要元器件的选择及技术要求

1)储能电容由于储能电容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12要在很短的时间内为激光器提供足够大的能量,所以在选择该电容时,除了要求其具有足够高的耐压值(≥350V)以外,还必须要求其具有快速充电和放电的特性,即应选择印有“PHOTOFLASH”的光闪电容。

2)升压变压器升压变压器除了其初级绕组供电容C13放电,以使次级电压升高到10kV以上外,还要满足当气体被电离以后,通过次级绕组将电容C7∥C10、C8∥C11、C9∥C12中的能量全部释放给激光器,以便能够激发出很强的激光束来。所以次级绕组既要匝数多,又要电阻很小,同时还要满足耐高压的要求。变压器磁芯选择环形3kB的铁氧体材料,初级绕组选用?1.0的聚四氟乙烯镀银高压线绕制,次级绕组选用?0.32的聚四氟乙烯镀银高压线绕制,铁芯磁环选用外径35,内径12,厚度10的软磁铁氧体。其技术参数如图4所示。

3)MAX641/642/643选择时几点说明

(1)MAX641输出的PWM信号驱动V2所输出的方波幅度为5V;

(2)MAX642输出的PWM信号驱动V2所输出的方波幅度为12V;

(3)MAX643输出的PWM信号驱动V2所输出的方波幅度为15V。

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