激光器电源控制电路和激光器的制作方法

本实用新型涉及电源技术领域，特别是涉及激光器电源控制电路和激光器。

背景技术：

激光焊接是一种新兴的焊接工艺，它相对各种传统焊接最大的优势就是焊接能量密度高，热影响范围小，变形小，焊缝精美。激光焊接技术具有熔池净化效应，能纯净焊接材料，对同种或者不同材料焊接特别有利，适用于相同和不同金属材料间、塑料等材料的焊接。

目前激光加工技术已经应用到了生产和生活的许多方面，尤其是微型IT产品、电子元器结构件上的精密焊接需要先进的设备、精细工艺以及精确的控制方式。长脉冲(ms)激光器多用于0.2mm以上的中厚板焊接，而对于0.1mm以下薄板材料、高反材料(如铜合金、铝合金类)的焊接常常望而却步，故长脉冲激光器很难实现微米、纳米量级的精密焊接的特点。光纤激光器在焊薄板时，高峰值低脉冲焊接会造成击穿，并且难以做到0.1mm以下的焊点。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够实现微米、纳米量级的精密焊接要求的激光器电源控制电路和激光器。

一种激光器电源控制电路，包括：主控单元、第一开关管、第二开关管和采样单元；

所述第一开关管的输入端与开关电源连接，所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的输入端连接，所述第二开关管的输出端与负载连接；

所述采样单元分别与所述主控单元、负载连接，用于采集所述负载的电流信号；

所述主控单元分别与所述第一开关管的控制端、第二开关管的控制端连接，用于根据所述电流信号反馈控制所述第一开关管的切换频率和第二开关管的输出电流。

上述激光器电源控制电路，通过主控单元控制第二开关管的输出电流，也同步控制第一开关管的切换频率，进而控制和调制半导体激光器的驱动电流，使半导体激光器获取所需的焊接能量，有效进行微米、纳米量级的精密焊接。

在其中一个实施例中，所述主控单元包括FPGA芯片，所述FPGA芯片用于根据所述电流信号反馈控制第一开关管的开关切换频率，还用于控制第二开关管的输出电流。

在其中一个实施例中，所述第一开关管为MOS管或绝缘栅双极晶体管；所述第二开关管为MOS管或绝缘栅双极晶体管。

在其中一个实施例中，所述第一开关管为MOS管，所述第二开关管为MOS管；

所述第一MOS管的源极与开关电源连接，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的源极与负载连接；所述第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极分别与所述主控单元连接。

在其中一个实施例中，所述第一MOS管为P型MOS管，所述第二MOS管为N型MOS管。

在其中一个实施例中，还包括滤波单元，所述滤波单元串接在开关电源和第一开关管之间。

在其中一个实施例中，所述滤波单元包括第一电容和第二电容，所述第一电容的一端与开关电源连接，所述第一电容的另一端接地；所述第二电容的一端与开关电源连接、所述第二电容的另一端接地。

此外，还提供一种激光器，包括开关电源，还包括上述的激光器电源控制电路。

附图说明

图1为一个实施例中激光器电源控制电路的结构框架图；

图2为一个实施例中激光器电源控制电路的电路图；

图3为一个实施例中第一开关管和第二开关管130的驱动波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为一种激光器电源控制电路的结构框架图。在一个实施例中，激光器电源控制电路，包括：主控单元110、第一开关管120、第二开关管130和采样单元140。其中，第一开关管120的输入端与开关电源连接，第一开关管120的输出端与第二开关管130的输入端连接，第二开关管130的输出端与负载连接；采样单元140分别与主控单元110、负载连接，用于采集负载的电流信号；主控单元110分别与第一开关管120的控制端、第二开关管130的控制端连接，用于根据电流信号反馈控制第一开关管120的切换频率和第二开关管130的输出电流。

在一个实施例中，负载为半导体激光器。主控单元110预先控制第二开关管130的栅极电压，进而控制半导体激光器的电流值，根据采样单元140采集的电流信号不断调制第一开关管120的开关切换频率，切换频率范围在500～8000Hz，通过控制第一开关管120不断的开关切换，可以起到累积半导体激光器的出光能量，从而可以通过主控单元110来调节第一开关管120的切换频率满足微小构件焊接需求，获得所需要的焊接能量，并有效进行微米、纳米量级的精密焊接。同时，采样单元140对半导体激光器的电流信号进行采样、反馈，主控单元110根据电流信号，对第一开关管120、第二开关管130进行实时控制，保证半导体激光器输出能量的稳定。

在一个实施例中，主控单元110包括FPGA芯片，FPGA芯片用于根据电流信号反馈控制第一开关管120的开关切换频率，还用于控制第二开关管130的输出电流。现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

在一个实施例中，主控单元110还包括频率调节单元和电流调节单元，FPGA芯片发出频率切换控制指令，频率调节单元根据所述频率切换控制指令调节第一开关管120的切换频率。FPGA芯片发出电流调节控制指令，电流调节单元根据所述电流调节控制指令调节第二开关管130的输出电流。

在一个实施例中，第一开关管120为高频变换开关管。主控单元110发出的方波控制信号作为高频变换开关管的触发控制信号，用于高频开关管的快速切换。高频变换开关管可以MOS管(金属氧化物半导体场效应晶体管)，具有电流大、耐压高、且选用寄生电感小的封装结构。高频开关管还可以为绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)，是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。

相应的，第二开关管130可以为MOS管，也可以为绝缘栅双极晶体管。

在一个实施例中，第一开关管120、第二开关管130均为MOS管，其中，第一MOS管Q1为P型MOS管，第二MOS管Q2为N型MOS管。第一MOS管Q1的源极与开关电源连接，第一MOS管Q1的漏极与第二MOS管Q2的漏极连接，第二MOS管Q2的源极与负载连接；第一MOS管Q1的栅极、第二MOS管Q2的栅极分别与主控单元110连接。图3为第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的驱动波形图。主控单元110控制第二MOS管Q2的栅极电压，主控单元110也同步控制第一MOS管Q1的切换频率，控制半导体激光器的驱动电流，进而可以使半导体激光器获取所需的焊接能量，有效进行微米、纳米量级的精密焊接。

在一个实施例中，激光器电源控制电路还包括滤波单元150，滤波单元150串接在开关电源和第一开关管120之间。滤波单元150可以实现对前端开关电源输出能量进行滤波，因为后级电路需要快速变化，则需要前级电源不能受外部过多干扰。

滤波单元150包括第一电容C1和第二电容C2，其中，第一电容C1为电解电容。第一电容C1的一端与开关电源连接，第一电容C1的另一端接地；第二电容C2的一端与开关电源连接、第二电容C2的另一端接地。

此外，本实用新型实施例还提供一种激光器，包括开关电源，和上述实施例中提到的激光器电源控制电路。由于激光器中内置有激光器电源控制电路，通过主控单元110控制第二开关管130的输出电流，也同步控制第一开关管120的切换频率，进而控制和调制半导体激光器的驱动电流，使半导体激光器获取所需的焊接能量，有效进行微米、纳米量级的精密焊接。

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。