一种动态跟踪调节电流和电压的激光器驱动电源的制作方法

本实用新型涉及一种激光器驱动电源，尤其涉及一种动态跟踪调节电流和电压的激光器驱动电源(以下简称激光器驱动电源)，属于激光器技术领域。

背景技术：

随着半导体激光技术的日益发展和成熟，采用激光器替代传统的闪光灯和离子泵浦源已经成为固体激光技术的发展方向。其中，激光器输出光的状态直接由驱动电源决定，因此对于与其配套的驱动电源提出了更加严格的要求。激光器驱动电源直接影响着激光器的输出功率、使用寿命、整机体积等，是决定激光器光脉冲优劣的重要因素。

传统的激光器驱动电源的电流控制方式一般为恒压方式和恒流方式。其中，采用恒压方式的激光器驱动电源输出电流是由功率开关电源的输出电压决定的，输出电压的波动会直接导致输出电流的波动，导致激光器电流不精准；尤其是脉冲工作方式应用场合，当激光器电流大于功率电源的最大输出电流时，流过激光器的电流需要靠储能电容的电能来维持，为了维持输出电流的恒定，一方面储能电容的容量需要非常大，另一方面脉冲宽度不能过宽,因为随着脉冲宽度的增加，储能电容两端电压下降值也会增大，流过激光器的电流也会慢慢变小，无法实现脉冲整个工作时段内真正的恒流。

采用恒流方式的激光器驱动电源在电流达到平衡的过程中，容易因为电路反馈参数配置不当造成电流过冲，对激光器造成威胁。并且，该驱动电源为了满足电流的可调节性以及脉冲工作状态下能做到真正的恒流，驱动电源的控流功率管的漏极电压通常留得比较高，一般为几伏到几十伏，这样就造成了控流功率管的巨大热耗，既降低了电源效率又为解决散热问题增加了电源成本。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种激光器驱动电源。

为了实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种动态跟踪调节电流和电压的激光器驱动电源，包括微控制器控制电路、功率电源部分和电流控制电路，所述电流控制电路包括电压放大单元、控流及电流检测单元和电压检测单元；所述微控制器控制电路的一个输出端连接所述功率电源部分的输入端，所述功率电源部分的输出端通过储能电容连接激光器的阳极，所述微控制器控制电路的另一个输出端连接所述电压放大单元的输入端，所述电压放大单元的输出端连接所述控流及电流检测单元的一个输入端，所述控流及电流检测单元的输入/输出端分别连接所述激光器的阴极和所述电压检测单元的输入端，所述控流及电流检测单元和所述电压检测单元的输出端连接所述微控制器控制电路相应的输入端。

其中较优地，所述电压放大单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述运算放大器的正相输入端与所述第一电阻的一端连接，所述运算放大器的反相输入端分别与所述第二电阻和所述第三电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端分别与所述运算放大器的输出端及所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述控流及电流检测单元的输入端连接。

其中较优地，所述控流及电流检测单元包括控流功率管和采样电阻，所述控流功率管的栅极连接所述第四电阻r4的另一端，所述控流功率管的漏极分别连接所述激光器的阴极和所述电压检测单元的输入端，所述控流功率管的源极与所述采样电阻的一端之间的公共节点连接所述微控制器控制电路，所述采样电阻的另一端接地。

其中较优地，所述电压检测单元包括第六电阻和第七电阻，所述第六电阻的一端连接所述控流功率管的漏极，所述第六电阻的另一端分别连接所述第七电阻的一端和所述微控制器控制电路的相应输入端，所述第七电阻的另一端接地。

其中较优地，所述第七电阻的两端并联稳压二极管。

其中较优地，所述微控制器控制电路采用包含有多路模/数转换器和数/模转换器的单片机实现。

其中较优地，所述微控制器控制电路包括单片机、第一模/数转换器、第二模/数转换器、第一数/模转换器和第二数/模转换器，所述单片机相应的输出端分别连接所述第一数/模转换器和所述第二数/模转换器的输入端，所述单片机相应的输入端分别连接所述第一模/数转换器和所述第二模/数转换器的输出端，所述第一数/模转换器的输出端连接所述运算放大器的正相输入端，所述第二数/模转换器的输出端连接所述功率电源部分的输入端，所述第一模/数转换器的输入端连接所述控流及电流检测单元的输出端，所述第二模/数转换器的输入端连接所述电压检测单元的输出端。

其中较优地，所述功率电源部分采用电压可调型或可编程型开关电源。

本实用新型所提供的激光器驱动电源通过实时检测控流功率管的漏极电压，动态调节功率电源部分的输出电压，保证激光器的输出电流稳定的情况下最大限度降低控流功率管的热量，从而提高驱动电源的工作效率，降低了给控流功率管散热的成本。并且，通过实时检测激光器的实际电流值，并动态调节所设置的激光器的电流给定值，保证激光器的实际输出电流的精准、稳定。本驱动电源采用恒流控制方式时，控流功率管的栅极电压是直接给定，有效避免了过冲电流的产生。

附图说明

图1为本实用新型所提供的激光器驱动电源的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容做进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型所提供的激光器驱动电源，包括微控制器控制电路1(mcu控制电路)、功率电源部分2和电流控制电路3，电流控制电路3包括电压放大单元31、控流及电流检测单元32和电压检测单元33；微控制器控制电路1的一个输出端连接功率电源部分2的输入端，功率电源部分2的输出端通过储能电容c1连接激光器的阳极，微控制器控制电路1的另一个输出端连接电压放大单元31的输入端，电压放大单元31的输出端连接控流及电流检测单元32的一个输入端，控流及电流检测单元32的输入/输出端分别连接激光器的阴极和电压检测单元33的输入端，控流及电流检测单元32和电压检测单元33的输出端连接微控制器控制电路1相应的输入端。

其中，如图1所示，在电流控制电路3中，电压放大单元31包括运算放大器310、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；运算放大器310用于将微控制器控制电路1设置的激光器所需的电流放大至所需预设电压值，同时增强电流驱动能力。运算放大器31的正相输入端与第一电阻r1一端连接，运算放大器310的反相输入端分别与第二电阻r2和第三电阻r3的一端连接，第二电阻r2的另一端接地，第三电阻r3的另一端分别与运算放大器310的输出端及第四电阻r4的一端连接，第四电阻r4的另一端与控流及电流检测单元32的输入端连接。运算放大器310的型号不做限制，例如可以采用型号为tle2141速度快、电流驱动能力强的运算放大器。

如图1所示，控流及电流检测单元32包括控流功率管320和采样电阻r5；控流功率管320用于控制本激光器驱动电源的输出电流，并和采样电阻r5一起实时检测激光器的实际电流。控流及电流检测单元32各器件的连接关系如下：控流功率管320的栅极作为控流及电流检测单元32的输入端，用于连接电压放大单元31的第四电阻r4的另一端；控流功率管320的漏极作为控流及电流检测单元32的输入/输出单元，用于分别连接激光器的阴极和电压检测单元33的输入端；控流功率管320的源极与采样电阻r5的一端之间的公共节点作为控流及电流检测单元32的输出端，用于连接微控制器控制电路1，采样电阻r5的另一端接地。

如图1所示，电压检测单元33包括第六电阻r6和第七电阻r7；第六电阻r6的一端作为电压检测单元33的输入端，用于连接控流功率管320的漏极，第六电阻r6的另一端分别连接第七电阻r7的一端和微控制器控制电路1的相应输入端，第六电阻r7的另一端接地。通过第六电阻r6和第七电阻r7的分压作用，不仅实现检测控流功率管320的漏极电压，还防止检测的控流功率管320的漏极电压过大损伤微控制器控制电路1。

如图1所示，为了进一步保护微控制器控制电路1，还可以在第七电阻r7的两端并联稳压二极管d1。

微控制器控制电路1可以采用包含有多路模/数转换器和数/模转换器的单片机实现；通过单片机中相应的数/模转换器分别设置激光器所需要的电流和调节功率电源部分2的输出电压；通过单片机中相应的模/数转换器，分别将控流及电流检测单元32检测的激光器的实际输出电流和电压检测单元33检测的控流功率管320的漏极电压转换成数字量，以便于单片机进行处理。

如图1所示，微控制器控制电路1还可以包括单片机11、第一模/数转换器、第二模/数转换器、第一数/模转换器和第二数/模转换器；单片机11相应的输出端分别连接第一数/模转换器和第二数/模转换器的输入端，单片机11相应的输入端分别连接第一模/数转换器和第二模/数转换器的输出端，第一数/模转换器的输出端连接运算放大器31的正相输入端，第二数/模转换器的输出端连接功率电源部分2的输入端，第一模/数转换器的输入端连接控流及电流检测单元32的输出端，第二模/数转换器的输入端连接电压检测单元33的输出端。其中，第一模/数转换器、第二模/数转换器、第一数/模转换器和第二数/模转换器同上，在此不再赘述。

如图1所示，功率电源部分2可以采用电压可调型或可编程型开关电源。电压可调型开关电源是可以通过模拟电压(比如0-5v)来调节输出电压(比如0-100v)的开关电源。根据激光器所需的电流数值，选取电压调节范围适中的电压可调型开关电源的型号，通过微控制器控制电路1调节该电压可调节型开关电源的输出电压，使其按照控流电路及负载需求不断调整变化。具体的说，将电压可调型开关电源接入交流电压(如交流220v电压)，通过模拟量的控制即可实现转换成实际所需的直流电压，其中，电压可调型开关电源的结构和原理同现有开关电源，只是增加了输出电压调节控制端，在此不再赘述。

本实用新型所提供的激光器驱动电源的工作过程如下：

首先通过微控制器控制电路1的单片机预先设置激光器所需要的输出电流、频率、脉宽等参数，开始工作后，微控制器控制电路1一方面调节功率电源部分2的输出电压，使其不断缓慢升高，另一方面通过控流及电流检测单元32和电压检测单元33不断检测激光器的实际电流和控流功率管320的漏极电压，随着功率电源部分2的输出电压的不断升高，激光器的输出电流也会不断加大；当激光器的输出电流刚好达到(等于)预先设置的激光器电流值时，如果此时不再调节功率电源部分2的输出电压，则控流功率管320的漏极电压应等于管压降(i*rds)加上采样电阻电压(i*r5)，这个时候控流功率管320的热耗是最低的，把这个时刻的控流功率管320的漏极电压称为临界电压。但由于功率电源部分2的输出电压的飘移、控流回路器件的热稳定性等原因会导致激光器的输出电流不稳定，下面引入电压控制环路和电流控制环路来解决这些问题。

电压控制环路：控流功率管320的漏极电压达到临界电压时，通过微控制器控制电路1再适当调高功率电源部分2的输出电压，以保证输出电流不会因为功率电源部分2的输出电压的飘移而改变；由于电流控制电路3相当于恒流控制方式，多出来的电压部分将以热的形式被控流功率管320消耗掉，通过微控制器控制电路1对功率电源部分2的输出电压的调节，保证控流功率管320的漏极电压只是略高于临界电压，把热量控制在控流功率管320能承受的范围内，从而保证激光器的电流稳定的前提下最大限度降低控流功率管320的热量。

电流控制环路：对于控流功率管320，即使加在控流功率管320栅源极间的电压绝对稳定，控流功率管320也会因为温度的变化而造成激光器的输出电流的不稳定，通过微控制器控制电路1对激光器的输出电流实行闭环调节，就能解决这一问题；由于微控制器控制电路1在不停的检测激光器的实际电流，因此当激光器的实际电流由于功率管的温漂或其他因素影响而改变时，就可以通过升高或降低控流功率管320的漏源极间电压来动态的保证激光器的实际电流与预先设置的激光器电流完全一致。

另外，由于设置激光器的输出电流的电压是数/模转换器产生，并通过运算运算放大器直接加在控流功率管320的栅极，而不是像传统恒流控制方式加在控流功率管320的栅极的电压是通过运算运算放大器对激光器的设置电流和实际电流这两个电压进行比较而产生的，有效的避免了因控流功率管320的栅极的电压过冲而导致激光器的输出电流过冲的情况。

本实用新型所提供的激光器驱动电源通过实时检测控流功率管的漏极电压，动态调节功率电源部分的输出电压，保证激光器的输出电流稳定的情况下最大限度降低控流功率管的热量，从而提高驱动电源的工作效率，降低了给控流功率管散热的成本。并且，通过实时检测激光器的实际电流值，并动态调节所设置的激光器的电流给定值，保证激光器的实际输出电流的精准、稳定。本驱动电源采用恒流控制方式时，控流功率管的栅极电压是直接给定，有效避免了过冲电流的产生。

以上对本实用新型所提供的动态跟踪调节电流和电压的激光器驱动电源进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本实用新型专利权的保护范围。