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大电流半导体激光电源工作原理和技术方案

大电流半导体激光电源原理图
大电流半导体激光电源原理图
如图2所示,通过调节设定最大电流的多圈电位器设置一个电流值,这个设定最大电流的多圈电位器的输出接到设定电流放大器,它的输出电压和设定的直流电流成正比,输出的动态范围可以任意设定,例如0到+ 10V。设定电流放大器连接有数字面板表,读数标定成电流值。

开机后,通过调节工作电流多圈电位器把工作电流从零开始慢慢增加到所需要的值,该调节工作电流多圈电位器的输出接到工作电流放大器,它的输出电压和调节出的直流工作电流成正比,输出的电压动态范围可以任意设定,例如0到+ 10V。

设定电流放大器和工作电流放大器的输出同时输入到电流值比较器,比较器的电流输出连接到输出电流控制器。当工作电流大于设定电流时,比较器输出设定电流;当工作电流小于设定电流时,比较器输出工作电流。所以设定电流值是本电源在运行时可能输出的最大电流值,它有效地防止了由于操作疏忽而造成的过流输出。当输出电流值达到了设定电流值时,过流指示灯发光报警,但是不造成自锁停机。

输出电流控制器在正常运行情况下,如果采用内控的工作模式,比较器的输出电压送到功率模块以形成相应的输出电流,输出电流控制器连接有多种保护电路,遇到需要停机的情况,多路自锁保护电路向输出电流控制器发送断路指令来阻断电压信号的传递。

保护电路主要来自三个方面:
(1)多路自锁开关输入,激光器通常使用机械开关作为自锁开关,例如安装在激光器盖板上的门开关和冷却器的温度开关等等,这些开关有一端和电源的地线相连,另一端接到电源内的自锁保护电路的“或门”输入端。在正常情况下,所有的自锁开关都应该处于闭合状态,如果有任何一个变成了开路状态,都会使得保护电路产生断路指令。
(2)紧急停机推键,这个推键是一个单刀单掷无锁按钮,当遇到需要立即停机的紧急情况下,只需按一下推键,推键触动紧急停机保护电路而停机。
(3)零电流启动监测,连接在输出电流控制器和工作电流放大器之间。为了避免突变大电流冲击激光管,电源要求在每次开机之前,必须先把调节工作电流的电位器调回零点。如果电位器确实调回到了零点,放大器输出接近零伏的电压,保护电路在开机之前要查看这个电压值,如果发现这个电压偏高,说明电位器还没有调回零点,这时保护电路就一直阻断电源的开通,则无法开机。

所有的保护电路进一步连接故障位置指示装置,用来显示造成故障的位置。
输出电流控制器和大电流功率模块之间连接有内控外控转换器。内控外控转换器是一个控制模式转换电路,其具有两个功能:第一,通过面板上的控制转换开关切换内控和外控信号,内控信号来自面板上的调节电流的电位器,外控信号通过外控接口将来自电源之外的信号输入,该外控信号可以来自电脑,也可以来自激光功率反馈控制等电路;第二,按照大电流功率模块对于接口信号的幅度和阻抗的要求,进行参数匹配,转换的具体要求根据使用模块的输入特性决定。
大电流功率模块是一个高功率开关电源,由于大电流激光二极管电源的输出功率很高,只有采用转换效率高的开关电源才能避免产生很多热量,又因为激光器对输出电流的稳定度和平整度也有很高的要求,所以还要求模块的功率因数高。
大电流功率模块连接有慢启动电路。慢启动电路是一个延时定时器,延迟时间可以根据激光器的要求任意设定,把它接到大电流功率模块的一个控制端,可以实现电源的慢启动功能,避免大电流冲击激光管。
从大电流功率模块接出两组线分别到输出电压监测和输出电流监测,分别指示大电流功率模块实际输出的工作电压和电流,电表的读数在调机时通过调节输出电压监测和输出电流监测的电路灵敏度来定标 。这个电源可以从前面板上的三个电表同时显示的读数表明工作状态,有助于更轻松的监视运行情况 。
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