激光器电源转换电路的制作方法

文档序号:10897676
激光器电源转换电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种激光器电源转换电路,连接于市电与激光器之间、用于输出所述激光器放电所需的激励源。激光器电源转换电路中,通过升压斩波电路对输入整流后的直流电压进行升压,继而由第一降压斩波电路控制输出连续稳定的基底电流;由用于输出脉冲电流的第二斩波电路来缩短脉冲沿上升下降的时间和控制输出高脉冲电流。第一降压斩波电路和第二降压斩波电路分别输出的基底电流和脉冲电流均传输至桥式逆变电路,然后被桥式逆变电路逆变成交流电流,再通过变压器电路对电压信号进行升压隔离,最后通过桥式整流电路,输出带基底电流的高脉冲电流和缩短脉冲沿上升下降的时间,进而达到激光器放电所需的激励源。
【专利说明】
激光器电源转换电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及电源电路,特别是涉及激光器电源转换电路。
【背景技术】
[0002]大功率气体脉冲激光器电源中,均包含有主干的能量转换结构以实现能量变换,把输入市电变换成为所需要输出,以满足大功率气体脉冲激光器放电所需要的激励源。
[0003]在传统的大功率气体脉冲激光器电源中,一般直接米用半桥或全桥转换结构的电路。这种转换结构的电路是从通用电源的转换结构引用而来,难以满足大功率气体脉冲激光器放电的一些特殊的要求,尤其是脉冲上升沿下降沿时间,峰值电流方面。通常采用半桥或全桥转换结构的电路,脉冲沿上升下降时间较长,在通常的控制方式下,上升下降时间一般达到100微秒或更长。而大功率气体脉冲激光器放电要求脉冲沿上升下降时间短达10微秒以下,传统的电源电路无法满足激光器放电所需的激励源。
【实用新型内容】
[0004]基于此,有必要针对传统的电源电路无法满足激光器放电时所需的激励源的问题,提供一种激光器电源转换电路。
[0005]—种激光器电源转换电路,连接于市电与激光器之间、用于输出所述激光器放电所需的激励源,包括升压斩波电路、第一降压斩波电路、桥式逆变电路、变压器转换电路和桥式整流电路,还包括第二降压斩波电路;
[0006]所述升压斩波电路的输入端与所述市电连接;所述升压斩波电路的第一输出端与所述第一降压斩波电路连接;
[0007]所述升压斩波电路的第二输出端与第二降压斩波电路连接;
[0008]所述第一降压斩波电路、第二降压斩波电路的输出端分别与所述桥式逆变电路连接,且所述桥式逆变电路、变压器转换电路和桥式整流电路依次电连接;
[0009]所述第一降压斩波电路用于输出基底电流;所述第二降压斩波电路用于输出脉冲电流。
[0010]在其中一个实施例中,所述升压斩波电路包括第一开关管、第一电感器、第一二极管、第二二极管、第一电容和第二电容;
[0011 ]所述市电分别与所述第一电容、第一电感、第一二极管的阳极连接;所述第一二极管的阴极与所述第二降压斩波电路的输入端连接;
[0012]所述第一电感的另一端分别与所述第一开关管的输入端、第二二极管的阳极连接;所述第二二极管的阴极与所述第一降压斩波电路的输入端连接;
[0013]所述第二电容的一端分别与所述第二二极管的阴极、第一二极管的阴极连接;
[0014]所述第一电容的另一端、第一开关管的输出端、第二电容的另一端接地。
[0015]在其中一个实施例中,所述第一降压斩波电路为连续波降压斩波电路;所述第二降压斩波电路为脉冲波降压斩波电路。
[0016]在其中一个实施例中,所述第一降压斩波电路包括第二开关管、第二电感和第三二极管;
[0017]所述第二开关管的输入端与所述第二二极管的阴极连接;所述第二开关管的输出端经所述第二电感与所述桥式逆变电路的输入端连接;
[0018]所述第三二极管的阴极分别与所述第二开关管的输出端、第二电感的一端连接;所述第三二极管的阳极接地。
[0019]在其中一个实施例中,所述第二降压斩波电路包括第三开关管、第三电感和第四二极管;
[0020]所述第三开关管的输入端与所述第一二极管的阴极连接;所述第三开关管的输出端与所述第三电感的第一端连接;所述第四二极管的阴极分别与所述第三开关管的输出端、第三电感的第一端连接;所述第四二极管的阳极接地;所述第三电感的第二端与所述桥式逆变电路的输入端连接。
[0021]在其中一个实施例中,激光器电源转换电路还包括第五二极管,所述第五二极管阴极与所述第三开关管的输入端连接,所述第五二极管的阳极与所述第三电感的第二端连接。
[0022]在其中一个实施例中,所述桥式逆变电路包括第四开关管、第五开关管、第六开关管和第七开关管;
[0023]所述第四开关管的输入端与所述第一降压斩波电路的输出端连接,所述第五开关管的输入端与所述第二降压斩波电路的输出端连接,且所述第四开关管的输入端与第五开关管的输入端连接;所述第四开关管的输出端与所述第六开关管的输入端连接;所述第五开关管的输出端与所述第七开关管的输入端连接;所述第六开关管的输出端、第七开关管的输出端均接地。
[0024]在其中一个实施例中,所述变压器电路包括初级线圈和次级线圈;
[0025]所述初级线圈的第一引线端与所述第五开关管的输出端连接;所述初级线圈的第二引线端与所述第四开关管的输出端连接;
[0026]所述次级线圈与所述桥式整流电路连接。
[0027]在其中一个实施例中,所述桥式整流电路包括第六二极管、第七二极管、第八二极管和第九二极管;
[0028]所述第六二极管的阳极与所述第八二极管的阴极连接;所述第七二极管的阳极与所述第九二极管的阴极连接;
[0029]所述次级线圈的第一引线端与所述第六二极管的阳极连接;所述次级线圈的第二引线端与所述第七二极管的阳极连接;
[0030]所述第六二极管的阴极与所述第七二极管的阴极连接,作为所述电源转换电路的正极输出;所述第六二极管的阳极与所述第七二极管的阳极连接,作为所述电源转换电路的负极输出。
[0031]上述电源转换电路中,通过升压斩波电路对输入整流后的直流电压进行升压,继而由用于输出基底电流的第一降压斩波电路控制输出连续稳定的基底电流;由用于输出脉冲电流的第二斩波电路来缩短脉冲沿上升下降的时间和控制输出高脉冲电流。第一降压斩波电路和第二降压斩波电路分别输出的基底电流和脉冲电流均传输至桥式逆变电路,然后被桥式逆变电路逆变成交流电流,全桥逆变电路锁定在最大占空比工作,其占空比90 %以上,再通过变压器电路对电压信号进行升压隔离,最后通过桥式整流电路,输出高电压带基底电流的高脉冲电流,进而达到激光器放电所需的激励源。
【附图说明】
[0032]图1为电源转换电路的原理框架图;
[0033]图2为电源转换电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0034]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例。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例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
[0035]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例的目的,不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“和/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。
[0036]如图1所示的为激光器电源转换电路的原理框架图,该电源转换电路连接于市电与激光器之间、用于输出激光器放电所需的激励源。该电源转换电路包括升压斩波电路100、第一降压斩波电路210、第二降压斩波电路220、桥式逆变电路300、变压器转换电路400和桥式整流电路500 ο升压斩波电路100的输入端与市电连接;升压斩波电路100的第一输出端与第一降压斩波电路210连接;升压斩波电路100的第二输出端与第二降压斩波电路220连接;第一降压斩波电路210、第二降压斩波电路220的输出端分别与桥式逆变电路300连接,且桥式逆变电路300、变压器转换电路400和桥式整流电路500依次电连接。其中,第一降压斩波电路210用于输出基底电流;第二降压斩波电路220用于输出脉冲电流。
[0037]该电源转换电路开始工作时,首先通过升压斩波电路100对输入整流后的直流电压进行升压,继而由用于输出基底电流的第一降压斩波电路210控制输出连续稳定的基底电流;由用于输出脉冲电流的第二斩波电路220来缩短脉冲沿上升下降的时间和控制输出高脉冲电流。第一降压斩波电路210和第二降压斩波电路220分别输出的基底电流和脉冲电流均传输至桥式逆变电路300,然后由桥式逆变电路300逆变为交流电流,桥式逆变电路300锁定在最大占空比工作,其占空比90%以上,再通过变压器转换电路400对电压信号进行升压隔离,最后通过桥式整流电路500,输出高电压带基底电流的脉冲电流,进而达到激光器放电所需的激励源。
[0038]如图2所示的为电源转换电路的电路原理图,其中,升压斩波电路100包括第一开关管Ql、第一电感器L1、第一二极管Dl、第二二极管D2、第一电容Cl和第二电容C2。市电分别与第一电容Cl、第一电感L1、第一二极管Dl的阳极连接。第一二极管Dl的阴极与第二降压斩波电路220的输入端连接。第一电感LI的另一端分别与第一开关管Ql的输入端、第二二极管D2的阳极连接;第二二极管D2的阴极与第一降压斩波电路210的输入端连接。第二电容C2的一端分别与第二二极管D2的阴极、第一二极管Dl的阴极连接。第一电容Cl的另一端、第一开关管Ql的输出端、第二电容C2的另一端接地。
[0039]在本实施例中,升压斩波电路100对输入整流后的直流电压进行升压,升压斩波电路100输出800伏左右的直流电压,分别通过升压斩波电路100的第一输出端、第二输出端对应传输至第一降压斩波电路210和第二降压斩波电路220。
[0040]在本实施例中,第一降压斩波电路210为连续波降压斩波电路。第一降压斩波电路210包括第二开关管Q2、第二电感L2和第三二极管D3。第二开关管Q2的输入端与第二二极管D2的阴极连接;第二开关管Q2的输出端经第二电感L2与桥式逆变电路300的输入端连接。第三二极管D3的阴极分别与第二开关管Q2的输出端、第二电感L2的一端连接;第三二极管D3的阳极接地。
[0041]第一降压斩波电路210处于连续波工作状态,并输出基底电流。第一降压斩波电路210通过调节第二开关管Q2的占空比来控制第二电感L2的电流。由于第二电感L2的电流与桥式整流电路500输出的连续基底电流是一一对应的,因此第一降压斩波电路210控制第二电感L2的电流,也就控制了最终桥式整流电路500输出的基底电流。
[0042]在本实施例中,第二降压斩波电路220为脉冲波降压斩波电路。第二降压斩波电路220包括第三开关管Q3、第三电感L3和第四二极管D4。第三开关管Q3的输入端与所述第一二极管DI的阴极连接。第四二极管D4的阴极分别与第三开关管Q3的输出端、第三电感L3的第一端连接;第四二极管D4的阳极接地。第三开关管Q3的输出端与第三电感L3的第一端连接,第三电感L3的第二端与桥式逆变电路300的输入端连接。
[0043]第二降压斩波电路220处于脉冲波工作状态,并输出脉冲电流。第二降压斩波电路220工作时,若第三开关管Q3导通,则脉冲电流上升;若第三开关管Q3关闭,则脉冲电流下降。也就是说第三开关管Q3的开关时间控制了脉冲沿上升下降时间。同时,第二降压斩波电路220中的第三电感L3的电感量大小控制了脉冲电流上升下降的速率,进而控制了峰值脉冲电流。通过用于输出脉冲电流的第二降压斩波电路220使脉冲沿上升下降时间缩短,其脉冲沿上升下降的时间可以缩短至10微秒以下。在本实施例中,可以达到I微秒;其输出的高压峰值脉冲电流很高,可达到400毫安。通过控制脉冲沿上升下降的时间和输出的高脉冲电流值,就可以满足大功率气体激光器放电所需的激励源,进而驱动激光器工作。
[0044]在本实施例中,激光器电源转换电路还包括第五二极管D5,第五二极管D5阴极与第三开关管Q3的输入端连接,第五二极管D5的阳极与第三电感L3的另一端连接。其中,第五二极管D5是电压钳位二极管,对桥式逆变电路300的电压进行钳位以保护桥式逆变电路300。
[0045]在本实施例中,桥式逆变电路300包括第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6和第七开关管Q7。第四开关管Q4的输入端与第二电感L2连接,第五开关管Q5的输入端与第三电感L3连接,且第四开关管Q4的输入端与第五开关管Q5的输入端连接。第四开关管Q4的输出端与第六开关管Q6的输入端连接。第五开关管Q5的输出端与第七开关管Q7的输入端连接。第六开关管Q6的输出端、第七开关管Q7的输出端均接地。桥式逆变电路300分别接收来自第一降压斩波电路210的基底电流和第二降压斩波电路220的脉冲电流,并对基底电流和脉冲电流进行逆变,使其变为交流电流。
[0046]在本实施例中,变压器电路400包括初级线圈Tl-A和次级线圈T1-B;初级线圈Tl-A的第一引线端与第五开关管Q5的输出端连接;初级线圈Tl-A的第二引线端与第四开关管Q4的输出端连接;次级线圈Tl-B与桥式整流电路500连接。变压器转换电路400为升压型变压器。
[0047]在本实施中,桥式整流电路500包括第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8和第九二极管D9。第六二极管D6的阳极与第八二极管D8的阴极连接;第七二极管D7的阳极与第九二极管D9的阴极连接。次级线圈Tl-B的第一引线端与第六二极管D6的阳极连接;次级线圈Tl-B的第二引线端与第七二极管D7的阳极连接。第六二极管D6的阴极与第七二极管D7的阴极连接,作为电源转换电路的正极输出;第六二极管D6的阳极与第七二极管D7的阳极连接,作为电源转换电路的负极输出。桥式整流电路500从变压器电路400的次级线圈Tl-B出来的交流电流进行整流,整流成为高电压带基底电流的脉冲电流输出,为激光器放电提供所需的激励源,使其驱动激光器工作。
[0048]上述电源转换电路中,通过升压斩波电路100对输入整流后的直流电压进行升压,升压斩波电路100输出800伏左右的直流电压至第一降压斩波电路210和第二降压斩波电路220。处于连续波工作状态的第一降压斩波电路210通过调节第二开关管Q2的占空比来控制第二电感L2的电流输出连续稳定的基底电流;处于脉冲波工作状态的第二降压斩波电路220通过控制第三开关管Q3的开关时间和第三电感L3的电感量大小,来通过控制脉冲沿上升下降的时间和输出的高脉冲电流值。其基底电流和脉冲电流均传输至桥式逆变电路300,然后被桥式逆变电路300逆变成交流电流,再通过变压器转换电路400对电压信号进行升压隔离,最后通过桥式整流电路500输出高电压带基底电流的高脉冲电流,同时,其脉冲沿上升下降的时间缩短至10微秒以下,进而达到激光器放电所需的激励源。
[0049]上述所有开关管均为带阻尼二极管的绝缘栅型双极晶体管(IGBT),其中二极管的阴极与绝缘栅型双极晶体管的漏极连接,二极管的阳极与绝缘栅型双极晶体管的源极连接。同时,开关管的输入端为绝缘栅型双极晶体管的漏极,开关管的输出端为绝缘栅型双极晶体管的源极。在其他实施例中,其开关管还可以为场效应管。
[0050]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。
[0051]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。
【主权项】
1.一种激光器电源转换电路,连接于市电与激光器之间、用于输出所述激光器放电所需的激励源,包括升压斩波电路、第一降压斩波电路、桥式逆变电路、变压器转换电路和桥式整流电路,其特征在于,还包括第二降压斩波电路; 所述升压斩波电路的输入端与所述市电连接;所述升压斩波电路的第一输出端与所述第一降压斩波电路连接; 所述升压斩波电路的第二输出端与第二降压斩波电路连接; 所述第一降压斩波电路、第二降压斩波电路的输出端分别与所述桥式逆变电路连接,且所述桥式逆变电路、变压器转换电路和桥式整流电路依次电连接; 所述第一降压斩波电路用于输出基底电流;所述第二降压斩波电路用于输出脉冲电流。2.根据权利要求1所述的激光器电源转换电路,其特征在于,所述升压斩波电路包括第一开关管、第一电感器、第一二极管、第二二极管、第一电容和第二电容; 所述市电分别与所述第一电容、第一电感、第一二极管的阳极连接;所述第一二极管的阴极与所述第二降压斩波电路的输入端连接; 所述第一电感的另一端分别与所述第一开关管的输入端、第二二极管的阳极连接;所述第二二极管的阴极与所述第一降压斩波电路的输入端连接; 所述第二电容的一端分别与所述第二二极管的阴极、第一二极管的阴极连接; 所述第一电容的另一端、第一开关管的输出端、第二电容的另一端接地。3.根据权利要求1所述的激光器电源转换电路,其特征在于,所述第一降压斩波电路为连续波降压斩波电路;所述第二降压斩波电路为脉冲波降压斩波电路。4.根据权利要求2所述的激光器电源转换电路,其特征在于,所述第一降压斩波电路包括第二开关管、第二电感和第三二极管; 所述第二开关管的输入端与所述第二二极管的阴极连接;所述第二开关管的输出端经所述第二电感与所述桥式逆变电路的输入端连接; 所述第三二极管的阴极分别与所述第二开关管的输出端、第二电感的一端连接;所述第三二极管的阳极接地。5.根据权利要求2所述的激光器电源转换电路,其特征在于,所述第二降压斩波电路包括第三开关管、第三电感和第四二极管; 所述第三开关管的输入端与所述第一二极管的阴极连接;所述第三开关管的输出端与所述第三电感的第一端连接;所述第四二极管的阴极分别与所述第三开关管的输出端、第三电感的第一端连接;所述第四二极管的阳极接地;所述第三电感的第二端与所述桥式逆变电路的输入端连接。6.根据权利要求5所述的激光器电源转换电路,其特征在于,激光器电源转换电路还包括第五二极管,所述第五二极管阴极与所述第三开关管的输入端连接,所述第五二极管的阳极与所述第三电感的第二端连接。7.根据权利要求1所述的激光器电源转换电路,其特征在于,所述桥式逆变电路包括第四开关管、第五开关管、第六开关管和第七开关管; 所述第四开关管的输入端与所述第一降压斩波电路的输出端连接,所述第五开关管的输入端与所述第二降压斩波电路的输出端连接,且所述第四开关管的输入端与第五开关管的输入端连接;所述第四开关管的输出端与所述第六开关管的输入端连接;所述第五开关管的输出端与所述第七开关管的输入端连接;所述第六开关管的输出端、第七开关管的输出端均接地。8.根据权利要求7所述的激光器电源转换电路,其特征在于,所述变压器电路包括初级线圈和次级线圈; 所述初级线圈的第一引线端与所述第五开关管的输出端连接;所述初级线圈的第二引线端与所述第四开关管的输出端连接; 所述次级线圈与所述桥式整流电路连接。9.根据权利要求8所述的激光器电源转换电路,其特征在于,所述桥式整流电路包括第六二极管、第七二极管、第八二极管和第九二极管; 所述第六二极管的阳极与所述第八二极管的阴极连接;所述第七二极管的阳极与所述第九二极管的阴极连接; 所述次级线圈的第一引线端与所述第六二极管的阳极连接;所述次级线圈的第二引线端与所述第七二极管的阳极连接; 所述第六二极管的阴极与所述第七二极管的阴极连接,作为所述电源转换电路的正极输出;所述第六二极管的阳极与所述第七二极管的阳极连接,作为所述电源转换电路的负极输出。
【文档编号】H01S3/097GK205584046SQ201620218168
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】谭春升, 梁晓华, 陈伟康, 陈燚, 陈根余, 梁剑寒, 周桂兵, 高云峰
【申请人】大族激光科技产业集团股份有限公司
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