专利名称：一种准连续大功率固体激光器电源的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种用于泵浦固体激光器的准连续大功率激光电源，属于固体激光电源技术领域。
背景技术：
现有的准连续固体激光电源一般采用市电三相电源，全波整流并经过电容滤波成直流电压，其电流电压元器件较多，电路复杂；另外采用可控硅作为开关元件对直流电压进行斩波进而调节脉冲电压频率和占空比的大小而获得所需的脉冲电压，而可控硅的开关响应时间较慢导致脉冲电压的上升沿和下降沿不够陡直，电能没有得到充分利用，电源利用效率较低。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种利用单相市电的新型准连续固体激光电源。
以下结合附图对本实用新型的技术方案作详细说明图中，1为单相桥式全波整流器，2为功率开关管IGBT，3为维持电流电路，4为预燃电路，5为氪灯，6为取样电阻，7为滤波电容，8为反馈放大器，9为IGBT驱动模块IR2110，10为信号放大器，11为相位和脉冲控制芯片CW3525，12为分压电阻，13为参考电压电位器，14为相位同步电路。
如附图所示，本实用新型由主电路、控制电路、反馈电路以及维持电流电路、预燃电路组成。主电路由单相桥式全波整流器1、功率开关管IGBT 2、氪灯5、取样电阻6组成。IGBT 2的漏极D直接接全波整流器1的正极A、源极S接氪灯5的正极，氪灯5的负极通过取样电阻6连接到全波整流器1的负极。控制电路由相位同步电路、脉冲调宽电路以及脉冲整形驱动电路组成。相位同步电路14产生的脉冲信号输入到CW3525 11的第三脚。脉冲调宽电路包括CW3525 11、分压电阻12、参考电压电位器13。分压电阻12的一端接15V电源正极，另一端接参考电压电位器13，参考电压电位器13的另一端接15V电源负极，参考电压电位器13的滑动端接CW3525 11的第二脚。脉冲整形驱动电路包括IGBT驱动模块IR2110 9、信号放大器10。CW352511产生的控制信号经第十三脚输出到信号放大器10的输入端，信号放大器10输出端连接到IR2110 9的第十二脚，IR2110 9第一脚和第二脚则分别连接到IGBT 2的栅极G和源极S。反馈电路包括取样电阻6、滤波电容7、反馈放大器8、CW3525 11。取样电阻6和滤波电容7并联串接在氪灯5的负极，反馈放大器8的一端连接滤波电容7的正极和取样电阻6，另一端连接到CW3525 11的第一脚。
附图是本实用新型的电路原理示意图。
具体实施方式
现结合附图描述本实用新型的具体实施方式
本实用新型由主电路、控制电路、反馈电路以及维持电流电路、预燃电路组成。
主电路由单相桥式全波整流器1、功率开关管IGBT 2、氪灯5、取样电阻6组成。主电路工作时，220V的单相交流市电经过全波整流器1整流后，并不经过电容滤波拉直，在A点(全波整流器1的正极，即IGBT 2的漏极D)变为频率为100Hz的半周正弦波电压。IGBT 2直接对A点100Hz的半周正弦波电压进行直流斩波。由于加在IGBT 2的栅极G的信号是频率为100Hz同步调宽脉冲，其导通角在以相位角90°为中心两侧各60°对称的范围内可调，因此通过IGBT 2后的加在氪灯两端的输出电压是频率为100Hz、导通角包含相位角90°、大小在120°范围内可调的调宽脉冲电压。
控制电路由相位同步电路、脉冲调宽电路以及脉冲整形驱动电路组成。相位同步电路14产生与A点的半周正弦波电压频率相同(100Hz)、相位同步的脉冲信号，加在CW3525 11的第三脚，来实现IGBT 2的栅极G的驱动信号与A点电压信号的相位同步。脉冲调宽电路包括CW3525 11、分压电阻12、参考电压电位器13。调节分压电阻12、参考电压电位器13，分出0～5V的参考电压Ur加在CW3525 11的第二脚，CW3525 11的第十三脚输出占空比可调、频率为100Hz的PWM信号，即在半周正弦波电压相位角90°为中心的两侧相位角在30°-150°范围内的导通角可调的同步调宽脉冲。参考电压Ur越大，在以相位角90°为中心的两侧各60°可调范围内导通角越大，最大导通角为120°，即相位角从30°到150°。脉冲整形驱动电路包括IGBT驱动模块IR21109、信号放大器10。占空比可调的PWM信号经过信号放大器10前置放大、IR2110 9功率放大整形后驱动IGBT 2。IR2110 9第一脚和第二脚分别接在IGBT 2的栅极G和源极S上。
反馈电路包括取样电阻6、滤波电容7、反馈放大器8、CW3525 11。取样电阻6串接在氪灯5的末端，探测氪灯5的工作电流大小，转变为反馈电压Uf，经过滤波电容7滤波去干扰、反馈放大器8放大后接入CW3525 11的第一脚，反馈氪灯5工作电流的变化，相应调节CW352511第十三脚输出PWM信号的占空比，使Uf＝Ur，从而使氪灯5在预设的泵浦电流下稳定地工作。即使外电网供电电压在160～270V范围内变动的情况下，也能控制预设泵浦电流的恒定，从而保证了在外电网供电电压在160～270V较大范围内变动的情况下仍能获得稳定的激光输出，提高了激光输出的稳定度。
维持电流电路3、预燃电路4分别为一般的维持电流电路和预燃电路。
本实用新型的创新性在于提供了一种利用单相市电的准连续固体激光电源，对输入单相AC 220V外电全波整流后产生的100Hz半周正弦波电压，不经过电容滤波，直接对其进行相位同步和导通角在以相位角90°为中心的两侧各60°对称的范围内进行脉宽调制，通过氪灯泵浦激光棒产生重复率为100Hz的准连续激光。该脉宽调制方法充分利用了导通角包含相位角90°处的峰值电压，通过提高氪灯电流的有效值，有效地提高了激光电源的泵浦效率。另外，本实用新型采用的功率开关管IGBT，具有开关速度快、输出的重复精度高、热稳定性好、耐压高、损耗小、使用寿命长等特点，用它取代可控硅，提高了激光电源的整体效率。最后本实用新型采用电流闭环负反馈控制来控制泵浦电流，提高了激光输出的稳定度。该实用新型电流电压元器件少，电路简单，已成功地应用于准连续固体激光医疗机中，实践证明该电源输出功率稳定、工作可靠、可长时间使用，在提高激光输出平均功率和泵浦效率方面效果显著。
权利要求1.一种准连续大功率固体激光器电源，由主电路、控制电路、反馈电路以及维持电流电路、预燃电路组成，其特征在于(1)主电路由单相桥式全波整流器(1)、功率开关管IGBT(2)、氪灯(5)、取样电阻(6)组成，IGBT(2)的漏极D直接接全波整流器(1)的正极A、源极S接氪灯(5)的正极，氪灯(5)的负极通过取样电阻(6)连接到全波整流器(1)的负极；(2)控制电路由相位同步电路(14)、脉冲调宽电路以及脉冲整形驱动电路组成，相位同步电路(14)产生的脉冲信号输入到CW3525(11)的第三脚；脉冲调宽电路包括CW3525(11)、分压电阻(12)、参考电压电位器(13)，分压电阻(12)的一端接15V电源正极，另一端接参考电压电位器(13)，参考电压电位器(13)的另一端接15V电源负极，参考电压电位器(13)的滑动端接CW3525(11)的第二脚；脉冲整形驱动电路包括IGBT(2)的驱动模块IR2110(9)、信号放大器(10)，CW3525(11)产生的控制信号经第十三脚输出到信号放大器(10)的输入端，信号放大器(10)输出端连接到IR2110(9)的第十二脚，IR2110(9)第一脚和第二脚则分别连接到IGBT(2)的栅极G和源极S；(3)反馈电路包括取样电阻(6)、滤波电容(7)、反馈放大器(8)、CW3525(11)，取样电阻(6)和滤波电容(7)并联串接在氪灯(5)的负极，反馈放大器(8)的一端连接滤波电容(7)的正极和取样电阻(6)，另一端连接到CW3525(11)的第一脚。
专利摘要一种准连续大功率固体激光器电源，属于固体激光电源技术领域，它利用单相桥式全波整流器将单相AC 220V市电整流所得的100Hz半周正弦波，通过相位同步和调宽控制电路，用CW3525输出相位同步的调宽脉冲信号，经过功率开关管驱动模块IR2110脉冲整形后驱动功率开关管IGBT，来实现在半周正弦波电压的导通角在以相位角90°为中心的两侧各60°范围内输出调宽脉冲。再通过电流闭环负反馈控制来控制泵浦电流。该实用新型电流电压元器件少，电路简单，作为氪灯电源，泵浦激光棒产生重复率为100Hz的准连续激光，有效地提高了激光输出平均功率和泵浦效率。
文档编号H01S3/09GK2798375SQ20042008946
公开日2006年7月19日 申请日期2004年8月10日 优先权日2004年8月10日
发明者魏勇, 张戈, 黄呈辉, 黄凌雄, 曾瑞荣, 黄文 , 沈鸿元 申请人:中国科学院福建物质结构研究所