专利名称：开关控制型内调制稳流氦氖激光电源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光调制技术和激光电源技术，即一种可对激光输出进行调制的激光电源。
目前与本方案相近的已有技术中，如德国西门子公司生产的激光电源是采用分立元件构成基准脉冲发生器用晶体三极管作功率放大，其逆变效率较低，另外价格较贵，体积较大。国内目前已有的产品均为不可调制的激光电源，为得到调制的激光输出，还需附加一些光调制元件或装置。
本实用新型是针对上述已有技术的不足而提供的一种开关控制型内调制稳流氦氖(即He－Ne)激光电源。可实现为He－Ne激光器供电的同时对激光输出的光强进行内部调制。
本实用新型的具体解决方案是采用脉宽调制集成电路、功率埸效应管构成的过电流、过电压保护反激式高频开关逆变器，采用具有辅助限流作用的倍压电路，在He－Ne激光器的高压供电回路中插入了VMOS强制调制高压开关。
以下结合附图对本实用新型做详细说明
图1为本方案的工作原理框图，图2为反激式开关逆变器的电路图，图3为逆变器的工作波形图，图4为兼有限流作用的倍压电路原理图，图5为高压调制开关工作原理图。
1－PWM控制器，G1－功率埸效应管(VMOS)，B－高频变压器。2－倍压兼限流电路，G2－高压调制开关。3－PWM控制器。4－氦氖(He－Ne)激光器。5－反激式开关逆变器。
该电源工作时，由外部提供的低压直流电源经由PWM控制器1，功率埸效应管(VMOS)G1，高频电压器B构成的过电流、过电压保护反激式开关逆变器5变换，为He－Ne激光器提供功率稳定的高频高压。
逆变器5的工作原理如图2所示。PWM控制器1为VMOS管G1提供驱动信号，G1导通时，在高频变压器B的原方储能，G1关断时，原方的储能经B升压后在B的付方释放，为以后单向负载电路供电，如此往复将直流低压变换成高频高压。在G1导通时，流经取样电阻R1的电流，在其上产生电压反馈回PWM控制器，当电流超过限定值时，PWM控制器关断G1，从而保护G1不致因过电流而损坏。当逆变器的负载开路时B原方的储能无正常的释放途径，在B原方线圈自感电势作用下，G1漏极电压升高经二极管D向电容器C充电，电容上的电荷经电阻R2、R3泄放，并经R2、R3的分压点反馈回PWM控制器。当R3上的电压降超过限定值时，PWM控制器也关断G1的驱动信号，从而实现了过压保护。
为了实现对He－Ne激光器供电电流的调制，采用半周期调制方法，因此在逆变器的振荡波形中设计了较长的空区，参见图3，标准的反激式逆变器的振荡波形如图3a所示。振荡周期内大部分时间处于工作状态(图中用高电平表示)，此时外电源为其供电，小部分时间处于间歇状态(用低电平表示)。此时外电源停止供电。当逆变器接入反馈回路后，供电时间会随负载状态不同而发生变化。负载最重时，供电时间持续最长，如图3a所示。此时工作时间与振荡周期之比——占空比一般为90％以上。而本方案中的最大占空比仅设计为50％，参见图3b，因此当反馈回路接入后，占空比只能在50％内调节，这样就人为地设置了一种“不稳定“供电条件，使输出电流按指定规律波动，实现电源内调制。图4所示为倍压兼限流电路。由其将逆变器输出的高频交流倍压整流形成含有脉冲成分的直流高压。图中D1～D5为国产玻璃封装高频高压硅堆，C1～C3为瓷介高压电容，R4为限流电阻。在未引燃He－Ne激光器时，此电路可将输出电压提升到10000伏特以上。He－Ne激光器正常工作时，由电容和电阻共同完成限流作用来提供稳定的工作电流。通过适当选择电阻、电容的参数，配合逆变器的调制效应，即可保证He－Ne激光器稳定的平均输出功率和达到一定深度的调制，由上述方案即实现了调制激光输出的目的。
此外，本方案还设计了一种辅助调制措施，即在He－Ne激光器的高压供电回路中插入高压调制开关G2，参见图5。图中G2为VMOS高压开关管，R5、R6为电阻，并与图4中的R4对应。当G2未导通时，限流电阻阻值为R4＝R5＋R6，当G2导通时，R6被短路R4＝R5。此时因回路阻抗减小，流经He－Ne激光器的电流增大。G2的导通与关断受PWM控制器3来控制。为了得到较理想的调制波形，本方案设计成两个PWM控制器同步工作。当逆变器输出增大的半周内G2适当导通，在逆变器输出降低的半周内G2关断，强制He－Ne激光器的电流随之变化达到加强调制的目的。
本实用新型转换效率高，逆变效率可达80％，具有过流、过压保护自保护能力，不怕短路、开路，无音频噪声干扰，电源集成度高，工作稳定，适应性强(可点燃多种类型的He－Ne激光器)，体积小，重量轻，由于所用部件均为国产，故整机成本低，适于国内推广应用。
本实用新型可与多种类型的He－Ne激光器配用，不附加任何装置就可以在提供稳流输出的同时对激光输出进行调制。基本电路为低压直流供电，安全可靠。适用于激光准直、激光对中，激光测量，激光扫平等各种埸合。
权利要求1.一种内调制稳流氦氖激光电源，包括脉冲宽度调制器，大功率埸效应管，玻璃封装高频高压硅堆，其特征在于a)采用脉宽调制集成电路、功率埸效应管构成的过电流、过电压保护反激式高频开关逆变器，b)采用具有辅助限流作用的倍压电路，c)在氦氖激光器的高压供电回路中插入了功率埸效应管强制高压开关。
专利摘要本实用新型为一种开关控制型内调制稳流氦氖激光电源。它包括由脉宽调制集成电路、功率场效应管构成的过电流、过电压保护反激式高频开关逆变器和具有辅助限流作用的倍压电路以及高压调制开关。采用本方案转换效率高，逆变效率可达80％，无音频噪声干扰，电源集成度高，工作稳定，适应性强，体积小，重量轻，成本低。
文档编号H01S3/09GK2133953SQ9222211
公开日1993年5月19日 申请日期1992年5月22日 优先权日1992年5月22日
发明者冯龙龄, 刘莉 申请人:北京理工大学