半导体激光电源的水冷装置与半导体激光设备的制作方法

本实用新型涉及激光技术领域，特别是涉及一种半导体激光电源的水冷装置与半导体激光设备。

背景技术：

激光焊接技术具有溶池净化效应，能够纯净焊接材料，适用于相同和不同金属材料间、塑料等材料的焊接。由于激光焊接的能量密度高，热影响区较小，因此有利于对同种或者不同种材料的焊接。具体地，激光焊接是通过比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。其中现有技术中的半导体焊接机主要应用于金属锡焊接和塑料焊接等。

目前的半导体激光电源一般采用的散热方式有风冷、水冷两种，其中风冷主要是采用风扇冷却，这种冷却方式的冷却效果不佳，而且防尘效果较差，会影响机器的使用寿命。而水冷散热方式受环境温度影响较大，在气温较低的情况下，机器启动较慢，而且在冷却水可能结冰时会导致机器不能正常工作，影响工作效率，且水冷散热功耗较大。

其中高功率半导体激光器由专用的电源驱动为LD(激光二极管)提供电源，其电源驱动功耗大，产生的热量较大。其中主要产生热量的部位为MOS管(Metal Oxide Semiconductor，场效应晶体管)，MOS管温度过高将会导致输出电流失真，使能量转换效率变低，直接影响激光器出光，因此需要对MOS管进行冷却。并且由于电源驱动板上MOS管的排列比较紧凑，导致电源驱动热流密度大，因此所需要的冷却装置需要具备较强的散热能力。

技术实现要素：

基于此，有必要针对半导体激光电源的MOS管冷却问题，提供一种能够准确针对半导体激光电源的MOS管冷却，且散热效果较好的半导体激光电源的水冷装置与半导体激光设备。

一种半导体激光电源的水冷装置，包括冷水块；所述冷水块具有冷水腔，所述冷水腔内间隔设置有多个挡设条，每相邻两个所述挡设条之间设置冷水槽，且各所述冷水槽相互连通，每一所述冷水槽对应所述半导体激光电源的一晶体管；所述冷水块的侧壁开设有进水口和出水口，所述进水口与所述出水口均与所述冷水腔连通。

在其中一个实施例中，所述冷水块包括基体与冷却板，所述基体开设有冷却槽，所述冷却板与所述基体连接，所述冷却板密封所述冷却槽形成所述冷水腔。

在其中一个实施例中，所述冷却槽的周缘设置有密封条，所述冷却板通过所述密封条盖设于所述基体上。

在其中一个实施例中，所述冷却板通过套设有密封圈的锁紧螺钉固定于各所述冷水块上。

在其中一个实施例中，还包括两个水管接头，两个所述水管接头分别连接所述进水口和所述出水口。

在其中一个实施例中，所述冷水腔的横截面为矩形。

在其中一个实施例中，所述冷却板的横截面面积大于所述冷却槽的横截面面积。

一种半导体激光设备，包括电源驱动板，还包括所述水冷装置，所述电源驱动板设置于所述水冷装置上。

在其中一个实施例中，所述电源驱动板包括晶体管，所述晶体管贴设于所述冷水块上。

在其中一个实施例中，所述电源驱动板的晶体管与所述冷水块之间设置有导热硅脂层。

上述半导体激光电源的水冷装置与半导体激光设备，通过在冷却块上开设具有多个冷水槽的冷水腔，并使得每一个冷水槽对应一个激光电源的晶体管，从而实现通过进水口与出水口循环流动的冷却水，及时、准确地将半导体激光电源中热流密度最大的晶体管所在的部位进行直接接触换热，从而能有效地带走激光电源的大量热量，以达到针对半导体激光电源的晶体管进行强度高而有效的冷却散热效果。

附图说明

图1为一实施例的半导体激光电源的水冷装置的部分结构示意图；

图2为图1所示的半导体激光电源的水冷装置的冷水块的剖视图；

图3为一实施例的半导体激光设备的爆炸图；

图4为图3所示的半导体激光设备的装配图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

例如，一种半导体激光电源的水冷装置，包括冷水块；冷水块具有冷水腔，冷水腔内间隔设置有多个挡设条，每相邻两个挡设条之间设置冷水槽，且各冷水槽相互连通，每一冷水槽对应半导体激光电源的一晶体管；冷水块的侧壁开设有进水口和出水口，进水口与出水口均与冷水腔连通。

例如，一种半导体激光设备，包括电源驱动板，还包括所述水冷装置，所述电源驱动板设置于所述水冷装置上。

在其中一个实施例中，如图1和图2所示，一种半导体激光电源的水冷装置10，包括冷水块100，冷水块100具有冷水腔112。其中冷水腔112为一封闭腔体，这样可保证冷水腔内112的冷却水不会流出而影响对半导体激光电源的冷却。应该理解的是，半导体激光电源为一线路板，而晶体管设置于该线路板上，通过将该线路板设置于本实施例中冷水块上，可通过流动于冷水腔112内的冷却水实现对该线路板上的晶体管进行冷却。具体地，对于高功率半导体激光电源而言，该晶体管为MOS管，即场效应晶体管。而由于高功率半导体激光电源，其主要产生热量的部位为MOS管所在的安装位置，因此需要对MOS管进行针对性冷却，具体地，例如，冷水腔112内间隔设置有多个挡设条110，每相邻两个挡设条110之间设置冷水槽111，且各冷水槽111相互连通，每一冷水槽111对应半导体激光电源的一晶体管，对于半导体激光电源而言其线路板上设置有多个晶体管，水冷装置在设计时将冷水腔通过挡设条分割为多个冷水槽，使得一冷水槽与线路板上的一晶体管所在的位置一一对应，这样每一个晶体管便可以充分得到对应冷水槽的冷却水的冷却散热，也就是说，通过多个挡设条将冷水腔分割为若干能够相互流通的冷水槽，并使得每一个冷水槽对应于半导体激光电源中一个位置处的晶体管，这样便可实现每一个晶体管能够充分地得到冷却，从而可有效地降低半导体激光电源的局部热量。另外，为了使得冷水腔内的冷却水能够形成流动的冷却循环水，以实现良好的换热效果，例如，冷水块100的侧壁开设有进水口120和出水口130，进水口120与出水口130均与冷水腔连通。这样通过进水口120可连接外部的冷水源，例如，采用专用的冷水机提供冷却水源。同时通过出水口130连通外部的排放设备，从而使得冷水腔内的冷却水温度能够保持在良好的冷却温度下，从而有利于半导体激光电源的晶体管得到有效及时的冷却。并且，为了便于进水口120和出水口130与外接设备可靠连接，例如，半导体激光电源的水冷装置还包括两个水管接头300，两个水管接头300分别连接所述进水口120和所述出水口130。例如，水管接头300为具有开断功能的阀门接头，这样通过水管接头可方便地实现控制冷水腔内的冷却水的循环流动。又如，水冷装置于进水口和出水口处分别可拆卸地设置有封头，进水口处的封头用于封闭进水口，出水口处的封头用于封闭出水口。

在另一个实施例中，如图3和图4所示，一种半导体激光设备20，包括电源驱动板200，还包括水冷装置，电源驱动板200设置于水冷装置上。其中电源驱动板200即承载有晶体管的线路板，通过将电源驱动板200设置在半导体激光电源的水冷装置上，可实现通过水冷装置上冷却电源驱动板200上的晶体管210。具体地，例如，电源驱动板200设置于半导体激光电源的水冷装置中的冷水块100上，其中电源驱动板200上的每一个晶体管210对应于冷水块100上的一个冷水槽111，从而可实现有效地针对电源驱动板200上的晶体管210进行充分冷却，而避免半导体激光设备的输出电流失真，能量转换效率变低，激光器出光效果差的问题。

例如，半导体激光设备的激光电源水冷装置的工作过程具体如下：

在冷水块上安装电源驱动板200，使得激光电源驱动板200上的各个晶体管210对齐冷水腔内的各个冷水槽111；将冷水块100的进水口120外接冷水源，同时将冷水块100的出水口130与外接收纳设备连接，将冷水腔充满冷却水；启动进水口120水循环系统，使得晶体管210发出的热量传递至冷水块100上，通过冷水腔内循环流动的冷却水充分带走。当结束半导体激光设备工作时，继续运行半导体激光电源的水冷装置几分钟后，停止冷水腔内的冷却水循环，关闭有进水口120和出水口130，通过留存于冷水腔内的冷却水继续冷却电源驱动板200上的晶体管的剩余热量。

上述半导体激光电源的水冷装置10与半导体激光设备20，通过在冷却块100上开设具有多个冷水槽111的冷水腔112，并使得每一个冷水槽111对应一个激光电源的晶体管210，从而实现通过进水口120与出水口130循环流动的冷却水，及时、准确地将半导体激光电源中热流密度最大的晶体管210所在的部位进行直接接触换热，从而能有效地带走激光电源的大量热量，以达到针对半导体激光电源的晶体管210进行强度高而有效的冷却散热效果。并且上述半导体激光电源的水冷装置结构紧凑，可节省安装空间，并且采用冷却水作为载热介质，使用方便无污染，且仅需提供水源即可进行有效的半导体激光电源的冷却。

为了便于定期清理冷水腔，以利于提高半导体激光电源的冷却效果，例如，请继续参阅图3，冷水块100包括基体140与冷却板150，基体140开设有冷却槽141，冷却板150与基体140连接，冷却板150密封冷却槽141形成冷水腔。可以理解的是，冷却板150与冷却槽141围成的冷水腔为半封闭型腔体，即通过将冷却板150拆离于冷却槽141，则此时的冷水腔为开放式腔体即为冷却槽141。进一步地，应该理解的是，各个挡设条110设置于冷却槽内141，通过挡设条110的设置使得在冷却槽141内形成多个相互连通的冷水槽111，通过将冷却板150盖设于基体140上时，冷却槽141被封闭形成一密闭的腔体，此时将电源驱动板200设置于冷却板150上，晶体管210设置于冷却板150上，使得电源驱动板200上的各个晶体管210对应于冷却板150下的一冷水槽111，以实现冷却水与电源驱动板有效隔离，而不影响对电源驱动板上的晶体管的冷却效果。其中，冷却板150包括换热效果较好的绝缘材料制成的薄片。

例如，各挡设条110相互平行，例如，各挡设条110等距设置，即各冷却槽141的宽度相同，这样，能够使得冷却水流通方向能够更为统一和均匀，有利于冷却水的流通效率的提高，使得冷气效果更佳。例如，各挡设条110凸起于冷却槽141的高度小于或等于冷却槽141的厚度，这样，使得冷却水能够充分吸收冷却板150的热量，使得冷却板150对晶体管的冷却散热效果更佳。

为了防止冷却槽141内的冷却水密封不严而流出，影响对半导体激光电源的晶体管的冷却效果，例如，请继续参阅图3，冷却槽141的周缘设置有密封条160，冷却板150通过密封条160盖设于基体140上。即冷却板150与基体140之间通过设置密封条160，使得冷却板150能够紧密地盖紧冷却槽141，从而保证冷却槽内141的冷却水不会向外流出。例如，密封条160为橡胶条，由于橡胶条能够发生一定的形变，在受力时会克服形变而使得连接于橡胶条上的基体与冷却板能够充分紧密地连接。例如，冷却板150的横截面面积大于冷却槽141的横截面面积。也就是说，冷却板150与基体140具有充分的连接区域，例如，冷却板150与基体140通过螺钉170连接，又如，冷却板150与基体140通过黏胶连接，可选地，冷却板150与基体140通过卡扣连接。

进一步地，为了使得冷却板150能够紧固地盖设于冷却槽141上，冷却板150通过套设有密封圈180的锁紧螺钉170固定于冷水块上。例如，冷却板150与冷却槽141中的各个挡设条110分别通过锁紧螺钉170固定连接。并且为了保证冷却板150与挡设条110进行连接固定时的密封性，在锁紧螺钉170上套设密封圈180，例如，密封圈为橡胶圈。通过密封圈180具有良好的韧性和弹性，当锁紧螺钉170逐渐地衔接挡设条110与冷却板150时，密封圈180逐渐地抵接于挡设条110与冷却板150上，则通过密封圈180的设置，使得冷却槽141内的冷却水不会通过螺钉连接处向外流出，从而影响半导体激光设备的电源驱动板的正常工作。

为了有效提高半导体激光电源的水冷装置的冷却效果，例如，冷水腔的横截面为矩形。由于电路驱动板200以及冷却板150一般均为矩形结构，则通过将冷水腔设置为矩形结构，这样电源驱动板200则与冷水腔的接触面积相对较大，从而可充分地将会电源驱动板200上的各个晶体管210有效地进行冷却，这样整个半导体激光电源的水冷装置的冷却效果也将得到提高。进一步地，为了增强晶体管与冷却水的换热效果，电源驱动板200的晶体管贴设于半导体激光电源的水冷装置上。具体地，例如，电源驱动板的晶体管210贴设于冷却板150上。这样使得晶体管210可通过冷却板150与冷却水充分地进行换热，相比于晶体管悬置于冷却板而言，通过贴设的方式更加有利于通过冷却板150及时地将晶体管210上的热量进行有效地热传递。并且，为了提高晶体管210的导热均匀性，例如，电源驱动板200的晶体管210与半导体激光电源的水冷装置之间设置有导热硅脂层。具体地，例如，在冷却板150与晶体管210相贴设的位置处涂覆导热硅脂层，由于导热硅脂层具有良好的导热性能，因此通过导热硅脂层可见晶体管上的热量均匀地传导至冷却板上，使得冷却板将热量带至冷却槽内的冷却水中，通过循环流动的冷却水将晶体管上的热量进行有效的换热冷却，从而提高了整个冷却装置的冷却效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。