一种逆变升压脉冲激光电源的制作方法

文档序号:8168702阅读:572来源:国知局
专利名称:一种逆变升压脉冲激光电源的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种激光电源,更具体地说,尤其涉及一种大功率的逆变升压脉冲激光电源。
背景技术
脉冲激光电源是专门为脉冲Nd: YAG激光器设计的电源,采用开关电源,内部由单片机控制,通过触模式操作面板选择激光输出功率、频率和脉宽等参数,用户通过键盘对激光脉冲波形和参数进行编程,使焊接参数与焊接要求相匹配,以达到最佳的焊接效果,因而可以满足几乎所有金属的焊接需要,是多功能激光焊接机的理想配置,具有误操作和超温自动保护功能等功能。对于大功率YAG脉冲激光加工设备,应用开关电源技术可大大提高产品性能、减小体积重量、提高效率、降低成本、扩展市场。现今激光电源主要采用恒流电源和恒压电源两种方式,但是,开关电源的输出若仅具备单一的恒压特性(即恒压电源)或者单一的恒流特性(即恒流电源)并非安全实用。若采用恒压源供电,因电源内阻太小,每当脉冲放电过后储能电容充电的初期,充电电流过大危及电源安全,更为严重的是,当脉冲氙灯连通时,过大的灯电流会引发炸棒事故。可以证明,在整个恒压充电过程中,电源提供的能量有一半要消耗在充电回路的电阻上,充电效率仅为50%;若采用恒流源供电,虽充电电流受到限制,但充电电压不易控制,难以满足加工要求。

实用新型内容本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足,提供一种逆变升压脉冲激光电源,保证充电回路的安全性,减小在充电回路的电阻的不必要损失,提高恒流放电时充电电压的控制能力。为实现上述目的,本实用新型所提供的逆变升压脉冲激光电源,包括空气开关、三相整流电路、逆变升压电路、电压负反馈电路、储能电容电路、IGBT放电电路、电流负反馈电路、预燃高压电路以及脉冲氙灯,所述空气开关、三相整流电路、逆变升压电路依次相连,电压负反馈电路与逆变升压电路相连,储能电容电路、电流负反馈电路、脉冲氙灯、IGBT放电电路形成回路与逆变升压电路相连,脉冲氙灯的两端还与预燃高压电路相连。由于本实用新型通过空气开关将380V电网电压引入到电源内部,首先进行三相整流处理得到约540V的直流电压,完成整流后进行逆变升压,逆变升压输出得到700V的交流电,由于采用了逆变升压处理,逆变升压能将外电网有效的隔离开来,所以有效的保证了稳定的电源到达储能电容电路,为了保证逆变升压的稳定性,采用电压负反馈电路对储能电容及逆变升压电路进行有效的检测、调节和保护。当储能电容电路完成储能过程后,预燃高压电路既对脉冲氙灯释放高压,氙灯预燃后预燃高压电路保持氙灯所需的预燃维持电流,预燃成功后电流负反馈电路检测到氙灯两端的电流,开始根据参数设定要求通过IGBT放电电路对氙灯进行放电,放电电流可高达100 200A,大幅提高了激光输出的峰值功率,同时电流负反馈电路对氙灯的放电情况进行实时监测、保护和调整。因此,本实用新型能保证充电回路的安全性,减小在充电回路的电阻的不必要损失,提高恒流放电时充电电压的控制能力,在开关电源恒压输出时具备限流功能。

图I是本实用新型的原理图;图2是本实用新型的电路结构图。
具体实施方式
以下结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的详细说明,但并不构成对本实用新型的任何限制。参阅图I所示,是本实用新型逆变升压脉冲激光电源的原理图,该激光电源包括空气开关、三相整流电路、逆变升压电路、电压负反馈电路、储能电容电路、IGBT放电电路、电流负反馈电路、预燃高压电路以及脉冲氙灯,其中,空气开关、三相整流电路、逆变升压电路依次相连,电压负反馈电路与逆变升压电路相连,储能电容电路、电流负反馈电路、脉冲氙灯、IGBT放电电路形成回路与逆变升压电路相连,脉冲氙灯的两端还与预燃高压电路相连,图中箭头方向代表电流及信号方向。参阅图2所示,是本实用新型逆变升压脉冲激光电源的电路结构图,所述空气开关为三相四线型空气开关,在U、V、W三相线上各有一个对应端,通过空气开关将380V电网电压引入到电源内部。所述三相整流电路包括三相整流桥、低通滤波电路以及整流滤波电路,其中,三相整流桥为三相全波整流桥,由六只整流二极管Dl D6按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成,它的输入端与空气开关相连。所述低通滤波电路由两个电容Cl和C2、两个电感LI和L2以及一个电阻Rl组成,电感LI、电容C2与电感L2依次串联后与电容Cl并联,再与三相整流桥的输出端相连,电阻Rl与电容C2并联,该低通滤波电路的作用主要是用来抑制外电网的高频干扰信号。所述整流滤波电路由两个有极电容C3和C4以及两个电阻R2和R3组成,有极电容C3与电阻R2并联,有极电容C4与电阻R3并联,然后两者串联,再与低通滤波电路相连,该整流滤波电路的作用主要是用来滤除整流后单向脉冲电压中的交流成份,使之成为平滑的直流电压。所述逆变升压电路由全桥逆变单元和升压型变压器T组成,全桥逆变单元由四个开关管IGBTl IGBT4连成全桥结构,该全桥结构的两个输入端与三相整流电路的输出端相连,全桥结构的两个输出端与变压器T的两个输入端相连。每个开关管的门极分别与IGBT驱动电路及电压负反馈电路相连,由IGBT驱动电路斩波实现逆变控制,采用电压负反馈电路对逆变升压电路进行有效的检测、调节和保护;每个开关管的发射极与集电极之间均并联有一个续流二极管D及一个续流电容C,形成IGBT保护电路。在全桥逆变单元的一个输出端与变压器T的一个输入端之间,串接有续流电路,该续流电路由四个续流电容C5 C8组成,续流电容C5与续流电容C6并联,续流电容C7与续流电容C8并联,然后两者串联。该逆变升压电路对经三相整流后得到的直流电进行逆变升压,逆变升压输出可得到700V的交流电。[0015]所述储能电容电路由桥式整流电路和储能电路组成,桥式整流电路由四个整流二极管D7 DlO连成全桥结构,该全桥结构的两个输入端与逆变升压电路相连,具体是与变压器T的两个输出端相连,全桥结构的两个输出端与储能电路相连,通过桥式整流电路将逆变升压后的交流电转变为直流电,对储能电路进行充电。所述储能电路由十个有极电容C9 C18两两串联后再一起并联而成,每个有极电容上均并联有一个电阻R。所述IGBT放电电路由一个开关管IGBT5和续流保护电路组成,开关管的门极与IGBT驱动电路相连,由IGBT驱动电路控制放电;在开关管的发射极与集电极之间连接有IGBT保护电路,该IGBT保护电路由并联的两个二极管Dll和D12与并联的四个电阻R4 R7并联后再串联一个电容C19组成。所述续流保护电路由两个续流二极管D13和D14、一个电容C20以及一个电阻R8组成,两个续流二极管D13、D14并联后,与电容C20和电阻R8组成的串联电路并联,该续流保护电路的作用是用来防止浪涌,对IGBT放电电路进行保护。所述电流负反馈电路由一个隔离二极管D15、一个电流传感器、一个接触器串联而成,该电流负反馈电路串接在储能电容电路与脉冲氙灯之间,隔离二极管D15用于防止脉冲氙灯形成反向电流,电流传感器用于检测脉冲氙灯两端的电流量;脉冲氙灯的另一端与·电感L3相连,电感L3的另一端与IGBT放电电路相连,该电感L3起到保护脉冲氙灯的作用。电流传感器与预燃高压电路相连,预燃高压电路还与脉冲氙灯相连,当脉冲氙灯预燃后,预燃高压电路能保持脉冲氙灯所需的预燃维持电流。本实用新型的工作原理是通过空气开关将380V电网电压引入到电源内部,首先进行三相整流处理得到约540V的直流电压,完成整流后进行逆变升压,逆变升压输出得到700V的交流电,由于采用了逆变升压处理,逆变升压能将外电网有效的隔离开来,所以有效的保证了稳定的电源到达储能电容电路,为了保证逆变升压的稳定性,采用电压负反馈电路对储能电容及逆变升压电路进行有效的检测、调节和保护。当储能电容电路完成储能过程后,预燃高压电路既对脉冲氙灯释放高压,氙灯预燃后预燃高压电路保持氙灯所需的预燃维持电流,预燃成功后电流负反馈电路检测到氙灯两端的电流,开始根据参数设定要求通过IGBT放电电路对氙灯进行放电,放电电流可高达100 200A,大幅提高了激光输出的峰值功率,同时电流负反馈电路对氙灯的放电情况进行实时监测、保护和调整。
权利要求1.一种逆变升压脉冲激光电源,其特征在于包括空气开关、三相整流电路、逆变升压电路、电压负反馈电路、储能电容电路、IGBT放电电路、电流负反馈电路、预燃高压电路以及脉冲氙灯,所述空气开关、三相整流电路、逆变升压电路依次相连,电压负反馈电路与逆变升压电路相连,储能电容电路、电流负反馈电路、脉冲氙灯、IGBT放电电路形成回路与逆变升压电路相连,脉冲氙灯的两端还与预燃高压电路相连。
2.根据权利要求I所述的逆变升压脉冲激光电源,其特征在于所述空气开关为三相四线型空气开关,在U、V、W三相线上各有一个对应端。
3.根据权利要求I所述的逆变升压脉冲激光电源,其特征在于所述三相整流电路包括三相整流桥、低通滤波电路以及整流滤波电路,其中,三相整流桥为三相全波整流桥,由六只整流二极管(Dl D6)按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成,它的输入端与空气开关相连;所述低通滤波电路由两个电容(C1、C2)、两个电感(L1、L2)以及一个电阻(Rl)组成,电感(LI)、电容(C2)与电感(L2)依次串联后与电容(Cl)并联,再与三相整流桥的输出端相连,电阻(Rl)与电容(C2)并联;所述整流滤波电路由两个有极电容(C3、C4)以及两个电阻(R2、R3)组成,有极电容(C3)与电阻(R2)并联,有极电容(C4)与电阻(R3)并联,然后两者串联,再与低通滤波电路相连。
4.根据权利要求I所述的逆变升压脉冲激光电源,其特征在于所述逆变升压电路由全桥逆变单元和升压型变压器(T)组成,全桥逆变单元由四个开关管(IGBT1 IGBT4)连成全桥结构,该全桥结构的两个输入端与三相整流电路的输出端相连,全桥结构的两个输出端与变压器(T)的两个输入端相连;每个开关管的门极分别与IGBT驱动电路及电压负反馈电路相连,每个开关管的发射极与集电极之间均并联有一个续流二极管(D)及一个续流电容(C),形成IGBT保护电路。
5.根据权利要求4所述的逆变升压脉冲激光电源,其特征在于在所述全桥逆变单元的一个输出端与变压器(T)的一个输入端之间,串接有续流电路,该续流电路由四个续流电容(C5 C8)组成,续流电容(C5)与续流电容(C6)并联,续流电容(C7)与续流电容(C8)并联,然后两者串联。
6.根据权利要求I所述的逆变升压脉冲激光电源,其特征在于所述储能电容电路由桥式整流电路和储能电路组成,桥式整流电路由四个整流二极管(D7 DlO)连成全桥结构,该全桥结构的两个输入端与逆变升压电路相连,全桥结构的两个输出端与储能电路相连;所述储能电路由十个有极电容(C9 C18)两两串联后再一起并联而成,每个有极电容上均并联有一个电阻(R)。
7.根据权利要求I所述的逆变升压脉冲激光电源,其特征在于所述IGBT放电电路由一个开关管(IGBT5)和续流保护电路组成,开关管的门极与IGBT驱动电路相连,在开关管的发射极与集电极之间连接有IGBT保护电路,该IGBT保护电路由并联的两个二极管(Dl I、D12)与并联的四个电阻(R4 R7)并联后再串联一个电容(C19)组成;所述续流保护电路由两个续流二极管(D13、D14)、一个电容(C20)以及一个电阻(R8)组成,两个续流二极管(D13、D14)并联后,与电容(C20)和电阻(R8)组成的串联电路并联。
8.根据权利要求I所述的逆变升压脉冲激光电源,其特征在于所述电流负反馈电路由一个隔离二极管(D15)、一个电流传感器、一个接触器串联而成,该电流负反馈电路串接在储能电容电路与脉冲氙灯之间,脉冲氙灯的另一端与电感(L3)相连,电感(L3)的另一端与IGBT 放电电路相连。
专利摘要本实用新型公开了一种逆变升压脉冲激光电源,包括空气开关、三相整流电路、逆变升压电路、电压负反馈电路、储能电容电路、IGBT放电电路、电流负反馈电路、预燃高压电路以及脉冲氙灯,所述空气开关、三相整流电路、逆变升压电路依次相连,电压负反馈电路与逆变升压电路相连,储能电容电路、电流负反馈电路、脉冲氙灯、IGBT放电电路形成回路与逆变升压电路相连,脉冲氙灯的两端还与预燃高压电路相连。本实用新型能保证充电回路的安全性,减小在充电回路的电阻的不必要损失,提高恒流放电时充电电压的控制能力,在开关电源恒压输出时具备限流功能。
文档编号H05B41/298GK202679770SQ201220356759
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者胡骁, 闻靖 申请人:武汉市楚源光电有限公司
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