恒流控制电源以及激光振荡器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种恒流控制电源以及激光振荡器。恒流控制电源具有开关调节器，该开关调节器具有：具备开关元件及整流元件的开关电路；具备电抗器及电容器的平滑电路；电流检测电路；以及控制电路，开关调节器输出与来自控制器的指令值对应的恒流，在将指令值指令比预定值大的电流的高电流输出的情况设为接通，将指令值指令比预定值小的电流的低电流输出的情况设为断开时，在输入用于进行重复进行接通/断开的脉冲动作的指令值的条件下，控制电路将指令值的变化量以预定的放大率进行放大后与指令值相加，并且以预定的时间常数使相加的量衰减。
【专利说明】
恒流控制电源以及激光振荡器
技术领域
[0001]本发明涉及一种恒流控制电源以及激光振荡器，尤其涉及一种使输出电流的上升及下降急剧，抑制电源控制的高频段的增益，由此来降低由于干扰变动导致的纹波电流的恒流控制电源以及使用该恒流控制电源的激光振荡器。
【背景技术】
[0002]为了驱动在激光振荡器中使用的激光二极管(LD)，需要输出与来自控制部的指令值对应的恒定电流的LD驱动电源。要求该LD驱动电源高效率、低纹波电流以及高速响应。
[0003]对于高效率的要求，为了降低电力损失一般使用SMPS(Switch Mode PowerSupply开关电源)、所谓的开关调节器(例如日本特开2010-49523号公报。以下称为“专利文献I”)。与此相对，组合了恒压电源输出以及恒流电路的结构的转换效率恶化(例如日本专利第3256090号公报)。
[0004]另外，直接激光器(光纤激光器等)的电光转换的时间常数短，微小的电流变动会影响激光的输出，因此需要低纹波电流。作为实现低纹波电流的方法，不是仅有电抗器的结构(例如日本专利第3456121号公报、日本特开2003-234534号公报。以下称为“专利文献3、4” )，作为使开关频率的基本纹波成份衰减的平滑电路，一般已知将电抗器和电容器组合的结构或者进一步追加了电抗器、电容器的结构(例如专利文献I)。
[0005]另外，在激光加工中需要高频率(?数十kHz)的脉冲电流，因此要求可高速接通/断开的高速响应。在此提出了以下的方法，对与LD并联设置的开关进行接通/断开的方法(例如专利文献3、4)，或者与LD串联设置开关，在开关接通的瞬间瞬间地提高从反馈得到的与指令值的差分(误差量)的放大量(增益)，然后随着时间缓缓地降低放大量的方法(例如专利文献I)。
[0006]图1表示现有的恒流开关装置的框图。现有的恒流开关电源装置控制流过负载1004的电流，其具备开关电路1001、整流电路1002、平滑电路1003、负载用开关元件1005、电流检测元件1006、模拟数字转换器(ADC)1007以及运算处理电路1008。开关元件1005基于从脉冲发生器1009提供的脉冲信号PS来接通/断开流过负载1004的电流。从外部的控制电路1010对运算处理电路1008提供决定流过负载1004的电流值的电流指令值Ic。
[0007]如上所述，为了全部实现高效率、低纹波电流以及高速响应，作为适当的例子例举了专利文献I记载的恒流开关装置。然而，如专利文献I那样在与LD等负载1004串联设置开关1005对开关1005进行了接通/断开的情况下，存在在接通时向平滑电路1003的电容器的充电花费时间的问题。专利文献I公开了缩短该接通时的充电的方法。然而，因为控制复杂，所以需要微机(微型计算机)、DSP(Digital Signal Processer数字信号处理器)等处理器。并且，电源控制也需要处理器来进行，随着开关频率升高，会产生为了稳定运行需要运算处理能力高的高价处理器的问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种实现低纹波电流且高速响应的恒流控制电源以及激光振荡器。
[0009]本发明一实施例的恒流控制电源的特征在于，具有开关调节器，该开关调节器具有:具备开关元件及整流元件的开关电路；具备电抗器及电容器的平滑电路；电流检测电路；以及控制电路，开关调节器输出与来自控制器的指令值对应的恒流，在将指令值指令比预定值大的电流的高电流输出的情况设为接通，将指令值指令比预定值小的电流的低电流输出的情况设为断开时，在输入用于进行重复进行接通/断开的脉冲动作的指令值的条件下，控制电路将指令值的变化量以预定的放大率进行放大后与指令值相加，并且以预定的时间常数使相加的量衰减。
【附图说明】
[0010]通过与附图相关联的以下实施方式的说明，本发明的目的、特征以及优点会变得更清楚。在这些图中:
[0011 ]图1是表示现有的恒流开关装置的框图。
[0012]图2是表示本发明的恒流控制电源的结构的框图。
[0013]图3是在本发明的恒流控制电源中执行的以某个衰减时间常数对指令值的变化量进行放大的控制的示意图。
[0014]图4是本发明的恒流控制电源的纹波电流波形的一个例子。
[0015 ]图5是表不本发明的实施例的激光振荡器的结构。
【具体实施方式】
[0016]下面参考【附图说明】本发明的恒流控制电源以及激光振荡器。
[0017]首先，说明本发明的实施例的恒流控制电源。图2是表示本发明的实施例的恒流控制电源的结构的框图。本发明实施例的恒流控制电源100的特征在于，具有开关调节器9，该开关调节器9具有:具备开关元件I及整流元件2的开关电路3;具备电抗器4a、4b及电容器5a、5b的平滑电路6;电流检测电路7;以及控制电路8，开关调节器9输出与来自控制器50的指令值对应的恒流，在将指令值指令比预定值大的电流的高电流输出的情况设为接通，将指令值指令比预定值小的电流的低电流输出的情况设为断开时，在输入用于进行重复进行接通/断开的脉冲动作的指令值的条件下，控制电路8将指令值的变化量以预定的放大率进行放大后与指令值相加，并且以预定的时间常数使相加的量衰减。
[0018]如图2所示，开关调节器9具有开关电路3、平滑电路6、电流检测电路7以及控制电路8。以非绝缘的斩波电源作为例子，但在绝缘的正激、推挽、半桥、全桥等的开关电源中也可构成。
[0019]接着，说明本发明实施例的恒流控制电源的动作。将来自三相交流电源60的三相交流电压输入到变换器21，将交流电压转换为直流电压。转换后的直流电压通过平滑电容器20进行平滑。将平滑化的直流电压输入给开关电路3。
[0020]开关电路3具备开关元件I以及整流元件2。开关元件I基于来自控制电路8的信号进行开关，从而进行激光二极管(LD)1的接通/断开。在图2所示的例子中，表示了作为开关元件I使用了 MOSFET的例子，但是并不限于这样的例子，也可以使用双极晶体管等半导体开关。
[0021]在开关电路3和平滑电路6之间设置有电流检测电路7。电流检测电路7测定电压，并且将测定到的电压值转换为电流值，例如可以使用电阻。电流检测电路7检测流过平滑电路6的电流，将检测结果输出给控制电路8。
[0022]平滑电路6具备电抗器4a、4b以及电容器5a、5b。平滑电路6使开关电路3的输出平滑化。在图2的示例中，表示了分别将电抗器和电容器各设置了两个的例子，但是并不限于这样的示例，也可以各设置一个或者分别设置三个以上。将从平滑电路6输出的恒流提供至LDlO0
[0023]根据从控制电路8提供的信号控制开关元件I，由此对流过LDlO的电流进行接通/断开。开关元件I接通时的输出电流经过电抗器4a、4b对电容器5a、5b进行充电，并且驱动LDlO0
[0024]在开关元件I断开时，通过在电抗器4a、4b以及电容器5a、5b中充电的能量，电流流过LDlO。如此，通过接通/断开开关电路3的开关元件I，可接通/断开流过LDlO的电流。
[0025]图3是在本发明实施例的恒流控制电源中，以某个衰减时间常数对指令值的变化量进行放大的控制的示意图。将指令值S发生变化的时刻t设为0，将指令值的变化量AS放大(α倍)后的值与指令相加然后以时间常数τ进行衰减(AS.α.ε—(t/T)。其中，ε为纳皮尔常数)。由此，可不升高控制G的高频段的增益进行高速响应，结果可降低由于干扰变动导致的纹波电流。将该指令值的变化量以某个衰减时间常数进行放大的电路可通过电阻和电容器来实现。
[0026]在本发明中使用高效率的开关调节器，不是通过开关对LD驱动进行接通/断开，而是将来自控制电路的指令值设为接通状态(高电流指令)或断开状态(低电流指令:不输出激光)，通过指令值的变化对LD驱动进行接通/断开。并且，将指令值的变化量以预定的放大率进行放大后与指令值相加，并以预定的时间常数对相加量进行衰减。由此可实现低纹波电流且高速响应。
[0027]由控制电路或反馈电路的噪声的影响等引起的干扰变动成为根源，从开关电路经过平滑电路在输出电流中出现开关频率以外的随机产生的纹波电流的变动。但是，在电源控制的高频段的增益高的情况下，由于将该干扰变动放大因此纹波电流恶化。另一方面，明白了为了高速响应需要增高高频段的增益。
[0028]本发明将指令值的变化量以预定的放大率进行放大后与指令值相加，并且以预定的时间常数对相加量进行衰减。由此，利用接通—断开或断开—接通的指令值的变化，使指令值瞬间增大变化量以上地向电源控制传输，由此使输出电的上升以及下降急剧。并且，通过抑制电源控制的高频段的增益，降低干扰变动导致的纹波电流。
[0029]图4是纹波电流波形的一个例子。在每个开关周期出现的基本纹波成分根据平滑电路的电抗器和电容器的滤波器常数进行变动。控制电路或反馈电路的噪声的影响等成为根源，随机地产生干扰变动。当增大滤波器常数的衰减量时，基本纹波成分以及干扰变动一同被抑制，成为高速响应的障碍。
[0030]如以上说明的那样，根据本发明实施例的恒流控制电源，可通过低价格的部件一边维持脉冲指令时的输出电流的急剧的上升及下降(高速响应)，一边抑制为低纹波电流。
[0031]其次，说明本发明实施例的激光振荡器。本发明实施例的激光振荡器的特征在于包括上述的恒流控制电源、与恒流控制电源的输出数量相同数量的激光二极管单元以及接收外部控制信号的接口单元，按照来自控制器或接口单元的指令值通过恒流控制电源驱动激光二极管单元，在激光二极管单元为单个的情况下直接输出激光，在激光二极管单元为多个的情况下使用聚光装置对激光二极管单元的发光进行聚光，然后输出激光。
[0032]图5是表示本发明实施例的激光振荡器的结构。本发明的激光振荡器200从内置的控制器或者外部控制器经由接口单元40向多个恒流控制电源(100a、100b)输出指令值，通过光缆(70a、70b)将多个激光二极管单元(10a、1b)的发光聚集至聚光装置30，并经过输出侧光缆80输出激光。在图5中表示了激光二极管由多个单元(10a、10b)构成的例子，但是并不限于此，也可以是一个(例如10a)。在激光二极管为一个单元(单元单体)的情况下，不需要聚光装置，从激光二极管单元不经过聚光装置直接输出。
[0033]在图5所示的例子中，表示了激光二极管由第一激光二极管单元1a和第二激光二极管单元1b这两个激光二极管单元组成，恒流控制电源由第一恒流控制电源10a和第二恒流控制电源10b这两个恒流控制电源组成的例子。但是，并不限于此，也可各为三个以上。
[0034]另外，在图5中表示了从接口单元40向第一恒流控制电源10a以及第二恒流控制电源10b发送指令值的例子。然而，并不限于此，也可以从图2所示的控制器50向各恒流控制电源发送指令值。
[0035]如以上说明的那样，根据本发明实施例的激光振荡器，可以提供一种激光振荡器，其使用了能够通过低价格的部件一边维持脉冲指令时的输出电流的急剧的上升及下降(高速响应)，一边抑制为低纹波电流的恒流控制电源。
[0036]根据本发明实施例的恒流控制电源以及激光振荡器，可提供一种实现低纹波电流且高速响应的恒流控制电源以及激光振荡器。
【主权项】
1.一种恒流控制电源，其特征在于， 具备开关调节器， 该开关调节器具有: 具备开关元件及整流元件的开关电路； 具备电抗器及电容器的平滑电路； 电流检测电路；以及 控制电路， 上述开关调节器输出与来自控制器的指令值对应的恒流， 在将上述指令值指令比预定值大的电流的高电流输出的情况设为接通，将上述指令值指令比预定值小的电流的低电流输出的情况设为断开时，在输入用于进行重复进行接通/断开的脉冲动作的指令值的条件下，上述控制电路将上述指令值的变化量以预定的放大率进行放大后与上述指令值相加，并且以预定的时间常数使上述相加的量衰减。2.一种激光振荡器，其特征在于，具有: 权利要求1所述的恒流控制电源； 与上述恒流控制电源的输出的数量相同数量的激光二极管单元；以及 接收外部控制信号的接口单元， 按照来自上述控制器或上述接口单元的指令值通过上述恒流控制电源驱动上述激光二极管单元， 在上述激光二极管单元为单个的情况下直接输出激光，在上述激光二极管单元为多个的情况下使用聚光装置对上述激光二极管单元的发光进行聚光后输出激光。
【文档编号】H01S5/042GK105990789SQ201610169163
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】坂井美则, 工藤修司
【申请人】发那科株式会社