二氧化碳激光电源现状

随着电力电子技术、半导体技术及制造工艺的发展，特别是金属氧化物半导体效应管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等新一代功率型电子元器件的广泛应用，CO2激光器电源经历了四个发展历程：直流激励、高频直流激励方式、射频激励以及微波激励。
 
线性直流激励方式 图1-1为典型的CO2激光器线性直流激励示意图，低频直流激励以串联线性调整电源为主，有单相阻容式、电子管恒流式、三相电抗变压器式、三相可控硅恒流式四种型式[5]。这四种型式的线性调整电源有着共同特点就是电源体积大、笨重、放电不稳定、效率低[6]，不适应当今激光加工领域需求，现已逐步淡化。
 
高频直流激励方式
高频直流激励是CO2激光器电源激励的另一种形式，这种激励方式结合当今电力电子变换技术，直接将市电通过DC/DC变换器实现高压直流输出，高频直流激励在减小电源体积和重量、提高效率和稳定性等方面相比低频串联线性直流激励有较大的优势，高频直流激励方式更易于满足当今激光加工领域对电源激光电源性能的要求，典型的CO2激光器高频直流激励结构如图1-2所示，这种激励方式最初由频率较低的高频电源来实现的，其原理是在放电管两端直接加上高频高压电，激励放电管气体放电。 射频激励方式
所谓射频激励，是指将市电经整流滤波后经外部振荡器处理送入放大器经由匹配网络倍频后输出频率高达3KHz~300GHz方波或正弦波电压来激励CO2气体[7]。CO2激光器射频激励方式如图1-3所示。
 
射频激励方式在近年来发展迅速，射频激励CO2激光器在国防工业和农业领域中获得了广泛应用，具有较多优点。
 
一方面，对CO2气体实施射频放电，电能转化效率高，并且射频气体放电均匀、稳定。另一方面，射频放电的控制方式具有灵活性，输出的控制方式可采用PA M方式控制，能很好的实现输出光功率的控制和调节。
当然采用射频激励也有较多的不足。一方面，射频功率源设备价格昂贵且制造负复杂，设备运行成本高；另一方面，放电管中的CO2气体吸收射频电磁场的能量时需要借助特定的能量耦合装置[8]，而耦合装置直接决定了放电的难易程度，也即某种意义上讲，射频激励的CO2激光器难以实现放电匹配；另外，射频激励具有较强的电磁辐射，对使用环境和人体容易造成较大伤害，对电磁屏蔽提出了更高的要求。 微波激励方式
微波激励方式是基于射频激励的不足提出的一种新的激励方式，微波激励是通过微波行波场或驻波场形成的高频信号对激光管内的CO2气体放电获得激光输出。这种方式能部分改善射频放电对耦合装置特性要求，但在实现微波放电的过程中，微波放电装置的制造成本仍然十分昂贵。
对比以上四种激励的优缺点，未来CO2激光器电源的发展将会朝着体积小型化、功率输出大型化、控制稳定人性化、制造成本低廉化、能量转化高效化等趋势发展，在降低制造成本的前提下，微波激励是未来发展的主流，但在当下微波激励仍有许多技术难题需要攻克，不适合广泛推广。
目前工业应用较为广泛的还是高频直流激励方式。其输出功率大，制造成本低，可操作性强，闭环控制也较为方便，性价比较高，应用较为广泛。