CN105006730B - 一种大功率快速响应激光电源 - Google Patents

Abstract

本发明的大功率快速响应激光电源，包括主控板和大功率电源板，大功率电源板上设置有电源滤波电路、恒流控制MOS管、大功率电感和激光供电控制MOS管电路，特征在于：激光供电控制MOS管电路由多个MOS管组成，每个MOS管的源极接于电源地上，漏极接于大功率电感的输出端LD+上，LD+为激光元件的供电端；主控板上设置有快速放电MOS管驱动电路，MOS管Q10的源极产生LD_CTRL_MOS控制信号。本发明的激光电源，在LD_CTRL_MOS的控制作用下，激光供电控制MOS管电路中的MOS管的漏极与电源地迅速切断，使得激光元件可跟随激光供电信号迅速开启，上升时间可达到ns级，进而可形成us级的激光照明信号。

Description

一种大功率快速响应激光电源

技术领域

本发明涉及一种大功率快速响应激光电源，更具体的说，尤其涉及一种可对大功率激光器进行快速受控上电的激光电源。

背景技术

大功率激光器电源质量要求较高，且在一些需求下需要对激光器进行快速上电从而产生脉冲式大功率激光束。例如在距离选通激光成像产品中需要脉宽为几个微秒的激光束，该激光束要求激光器快速出光。激光器电源上升沿需要达到纳秒级才可以满足实际需要。目前市场产品无相对应的大功率上升时间为纳秒级的激光电源。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种大功率快速响应激光电源。

本发明的大功率快速响应激光电源，包括主控板和用于驱使激光元件发出脉冲激光的大功率电源板，大功率电源板上设置有电源滤波电路、恒流控制MOS管、大功率电感和激光供电控制MOS管电路，电源滤波电路用于对输入的直流电滤波、稳压，恒流控制MOS管用于对大功率电感进行充电，激光供电控制MOS管电路与大功率电感的输出端相连接；其特征在于：所述激光供电控制MOS管电路由多个MOS管组成，每个MOS管的源极接于电源地上，漏极接于大功率电感的输出端LD+上，栅极一路与主控板上的激光供电控制信号相连接，另一路经电阻接于电源地上；激光元件的供电端接于大功率电感的输出端LD+和电源地上；

所述主控板上设置有快速放电MOS管驱动电路，快速放电MOS管驱动电路由MOSFET驱动器、MOS管Q9和MOS管Q10组成，MOSFET驱动器的输入端与激光供电信号LD_CTRL相连接，输出端一路接于二极管D9的正极，另一路接于Q9的漏极，Q9的源极和栅极分别接于不同的直流电压的正极，Q9源极的电压高于栅极的电压；Q9的漏极经电阻R29与Q10的栅极相连接，Q10的漏极接于电源地上，源极经电阻R38接于二极管D9的负极；MOS管Q10的源极形成对激光供电控制MOS管电路中多个MOS管的通断状态进行控制的激光供电控制信号LD_CTRL_MOS。

本发明的大功率快速响应激光电源，所述快速放电MOS管驱动电路中还设置有延时电路，延时电路由滑动变阻器R37、电阻R34、电阻R35、电容C24、、电容C26组成，滑动变阻器R37接于MOSFET驱动器的输出端与Q9的漏极之间，电阻R35与电容C26串联后一端接于Q9的漏极，另一端接于大功率电感的输出端LD+上；电容C24与电阻R34串联后一端接于Q9的源极，另一端接于大功率电感的输出端LD+上。

本发明的大功率快速响应激光电源，所述激光供电控制MOS管电路中MOS管的数目为3个，分别为MOS管Q3、Q4和Q5，所述MOSFET驱动器采用型号为IXDN409的超快MOSFET驱动器。

本发明的大功率快速响应激光电源，所述恒流控制MOS管由MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q6、MOS管Q7、MOS管Q8组成，Q1和Q2的源极和栅极均接于直流电源的正极，Q1和Q2的漏极均与大功率电感的充电端相连接；Q6、Q7和Q8的漏极接于大功率电感的充电端，源极与电源地相连接，栅极与主控板输出的恒流控制信号相连接。

本发明的大功率快速响应激光电源，所述大功率电源板中设置有对大功率电感中的电流进行检测的电流互感器；所述主控板上设置有恒流控制MOS管驱动电路、过流保护电路和电流检测电路，过流保护电路通过检测电流互感器检测的电流值输出控制信号至恒流控制MOS管驱动电路，电流监测电路实现对电流互感器检测电流值的检测；恒流控制MOS管驱动电路连接有内部电流设定电路，恒流控制MOS管驱动电路还设置有外部电流设定信号接口和电源使能信号接口，恒流控制MOS管驱动电路利用电流互感器检测的电流值作为反馈信号，以输出控制恒流控制MOS管工作的恒流控制信号。

本发明的大功率快速响应激光电源，所述主控板中设置有故障信号报警电路以及与其相连接的低压检测电路、温度和线缆插入检测电路，低电压检测电路对输入的直流电压进行检测。

本发明的大功率快速响应激光电源，所述大功率电源板的一侧固定有底座散热片，底座散热片上设置有若干起加快散热作用的散热风扇。

本发明的有益效果是：本发明的大功率快速响应激光电源，通过恒流控制MOS管对大功率电感的充电，形成了对激光元件供电的电路部分；通过设置由MOSFET驱动器、MOS管Q9和MOS管Q10组成的快速放电MOS管驱动电路，在激光供电信号的触发下，MOSFET驱动器输出端输出方波信号，方波信号可迅速触发MOS管Q10导通，形成与电源地相通的激光供电控制信号LD_CTRL_MOS，在LD_CTRL_MOS的控制作用下，激光供电控制MOS管电路中的MOS管的漏极与电源地关断，实现快速放电，使得大功率电感输出的电压加至激光元件的两端，开启激光元件的工作。由于MOS管开启之后，源极与漏极的导通可将激光供电控制MOS管电路的栅极电压迅速释放掉，使得激光元件可跟随激光供电信号迅速开启，可达到ns级，进而可形成us级的激光照明信号。

同时，通过设置由滑动变阻器R37、电阻R34、电阻R35、电容C24、、电容C26组成的延时电路，可使激光供电控制MOS管产生延时的激光供电控制信号，易于满足不同场合的应用。

附图说明

图1为本发明的大功率快速响应激光电源的结构示意图；

图2为本发明的大功率快速响应激光电源的原理框图；

图3为本发明的大功率快速响应激光电源的原理图；

图4为本发明中快速放电MOS管驱动电路的电路图；

图5为本发明中电源滤波电路的电路图；

图6为本发明中恒流控制MOS管、交流互感器、尖峰消除电路的电路图；

图7为本发明中激光供电控制MOS管电路的电路图。

图中：1主控板，2大功率电源板，3底座散热片，4散热风扇，5恒流控制MOS管，6尖峰消除电路，7电流互感器，8激光供电控制MOS管电路，9电源滤波电路，10大功率电感，11降压电路，12低压检测电路，13内部电流设定电路，14恒流控制MOS管驱动电路，15故障信号报警电路，16温度和线缆插入检测电路，17过流保护电路，18电流检测电路，19快速放电MOS管驱动电路，20反向电压产生电路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的大功率快速响应激光电源的结构示意图，其由主控板1、大功率电源板2、底座散热片3、散热风扇4组成，主控板1固定于大功率电源板2的一侧，底座散热片3固定于电源板2的另一侧，多个散热风扇4固定于底座散热片3上。散热风扇4以底座散热片3上的栅槽为风道，以增加底座散热片3的散热性能。主控板1和大功率电源板2的对应位置处开设有安装孔，利用铜柱或其他材料的连接件通过安装孔将其连接固定，以防止使用中电源震荡导致两张电路板错位或脱离。

如图2所示，给出了本发明的大功率快速响应激光电源的原理框图，所示大功率电源板2使用DC24V电源进行供电，底座散热片3对大功率电源板2起到固定和散热作用，散热风扇4为底座散热片3进行吹风散热。大功率电源板2为主控板1提供DC24V供电和电流互感器输出值信号。主控板1为大功率电源板提供+15V和-15V电源，且提供对大功率激光电源板2的恒流控制和激光供电控制信号。主控板1具有电源使能信号、激光供电信号和外部电流设定信号接口，以在输入信号的控制下进行工作，同时主控板还可输出电流监测信号，以供外部设备监测电源实时电流值大小。

如图3所示，给出了本发明的大功率快速响应激光电源的原理图，所示大功率电源板由电源滤波电路9、恒流控制MOS管5、大功率电感10、尖峰消除电路6、电流互感器7和激光供电控制MOS管电路8组成，电源滤波电路9用于对输入的DC24V电源进行滤波，以获取稳定的DC24V电压。恒流控制MOS管5在控制板1输出的恒流控制信号的控制线，将DC24V直流电逆变，以对大功率电感10进行充电。大功率电感10的输出经尖峰消除电路6的滤波处理后，以供激光供电控制MOS管电路8进行利用；当主控板1输出的激光供电控制信号有效时，则通过激光供电控制MOS管电路8输出驱使激光元件工作的电源信号，以产生所需的激光照明脉冲。所示的交流互感器7用于测量大功率电感10中电流的大小，并将检测的电流值作为反馈信号输入至主控板1中。

所示的主控板1由快速放电MOS管驱动电路19、恒流控制MOS管驱动电路14、内部电流设定电路13、过流保护电路17、电流检测电路18、降压电路11、反向电压产生电路20、低压检测电路12、温度和线缆插入检测电路16以及故障信号报警电路15组成；所示的快速放电MOS管驱动电路19用于接收外部发送的激光供电信号，并产生激光供电控制信号，以控制大功率电源板2中的激光供电控制MOS管电路8输出可驱使激光元件工作的电源电压，产生脉宽可控的激光照明信号。恒流控制MOS管驱动电路14通过检测交流互感器7的输出值，来判断大功率电感10中电流的大小，作为控制恒流控制MOS管5工作的反馈信号。通过内部电流设定电路13和外部电流设定信号均可对大功率电感10电流中的电流值进行设定。恒流控制MOS管驱动电路还设置有电源使能信号。

所示的过流保护电路17通过检测电流互感器7的输出信号，来判断大功率电感10所在的回路是否存在过流；过流保护电路17的输出与恒流控制MOS管驱动电路14相连接，以在过流情况下通过其进行过流保护。电流监测电路18的输入端也与交流互感器7的输出信号连接，以输出电流监测信号，供外部设备监测。降压电路的输入端与DC24V电源相连接，以便将DC24V直流电转化为DC15V直流电，反向电压产生电路20将降压电路11输出的正DC15V直流电，转化为负DC15V直流电，以供电流互感器使用。低电压检测电路12与DC24V电源相连接，以便进行低压检测；当DC24V电源出现低压状况时，通过故障信号报警电路15发出报警信号。所示的温度和线缆插入检测电路16也与故障信号报警电路15的输入端相连接，当温度过高或者线缆为插入时，通过故障信号报警电路15发出报警信号。

如图4所示，给出了本发明中快速放电MOS管驱动电路的电路图，所示的快速放电MOS管驱动电路由MOSFET驱动器、MOS管Q9和Q10组成，MOSFET驱动器可采用型号为IXDN409的9安培低端超快MOSFET驱动器芯片，其输入端与外界输出的激光供电信号相连。MOSFET驱动器的输出端不仅与MOS管Q9的漏极相连接，而且还与二极管D9的正极相连接。Q9的栅极接于+15V电源上，源极通过电阻R33接于+24V电源上，漏极经电阻R29与MOS管Q10的栅极相连接。MOS管Q10的漏极与电源地相连接，源极经电阻R38与二极管D9的负极相连接。MOS管Q10的源极就形成了对激光供电控制MOS管电路8中MOS管的栅极进行控制的激光供电控制信号LD_CTRL_MOS，由于MOSFET驱动器输出端的方波信号可令Q10快速导通，进而使得激光供电控制信号LD_CTRL_MOS与电源地相通，可迅速将激光供电控制MOS管电路8中MOS管的栅极放电，实现MOS管的迅速关断，达到ns级，以使激光供电控制MOS管电路8控制激光元件产生ms级的激光信号。

由滑动变阻器R37、电阻R35、电容C26、电阻R34和电容C24组成了延时电路，滑动变阻器R37接入电路中的阻值越大，激光元件延时发出脉冲激光的时间段就越长。在MOSFET驱动器输出脉冲信号时，需要对R35和电容C26组成的RC回路进行充电，相当于对脉冲信号的上升沿进行了“延时”，使其满足更多的应用场合。在本发明中，由于要快速关断激光供电控制MOS管电路8中的MOS管，因此滑动变阻器R37接入电路中的阻值为0。

如图7所示，给出了本发明中激光供电控制MOS管电路的电路图，所示的激光供电控制MOS管电路8由MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5组成，图4中P9、P10和P11为与其相连接的插针。大功率电感10的LD+端对激光元件进行供电。Q3、Q4和 Q5的漏极与大功率电感10的输出端LD+相连接，源极与电源地相连接，栅极与快速放电MOS管驱动电路19输出的激光供电控制信号LD_CTRL_MOS相连接，并且分别经电阻R6、R7和R8与电源地相连接。这样，在快速放电MOS管驱动电路19无控制信号输出时（LD_CTRL_MOS为高电平），Q3、Q4和 Q5均处于导通状态，使得加载激光元件两端的电压很低，不足以使其导通，此时激光元件不工作；当快速放电MOS管驱动电路19有控制信号输出时（LD_CTRL_MOS为低电平），Q3、Q4和 Q5均处于截止状态，LD+上的电压迅速导通，驱使激光元件工作。当LD_CTRL_MOS输出高电平时，激光元件又被关断，进而产生脉冲宽度符合要求的激光脉冲。

如图5所示，给出了本发明中电源滤波电路的电路图，所示的DC24V电源输入端与电源地之间连接有6个并联的1000FU/50V的电容、15个并联的10UF/M/0805型号的电容、9个1UF/M/0805型号的电容，以滤除输入直流电源中的高低频杂波。

如图6所示，给出了本发明中恒流控制MOS管、交流互感器、尖峰消除电路的电路图，所示的恒流控制MOS管由MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q6、MOS管Q7、MOS管Q8组成，Q1和Q2的源极和栅极均与+24V的正极相连接，漏极与大功率电感10的相连接。Q6、Q7和Q8的漏极均与大功率电感10相连接，源极均接于电源地上，栅极与主控板1中恒流控制MOS管驱动电路14的输出的恒流控制信号相连接，图6中的L1_1、L1-2、L2_1、L2-3、L3_1、L3-3，以及图7中的L1_3、L1-4、L2_2、L2-4、L3_2、L3-4为大功率电感10的连接插座。在恒流控制信号的控制作用下，可调节输入至大功率电感10的频率，进而对大功率电感10中的电流进行调节，以调节输入至激光元件中的电压大小。

Claims (7)

1.一种大功率快速响应激光电源，包括主控板（1）和用于驱使激光元件发出脉冲激光的大功率电源板（2），大功率电源板上设置有电源滤波电路（9）、恒流控制MOS管（5）、大功率电感（10）和激光供电控制MOS管电路（8），电源滤波电路用于对输入的直流电滤波、稳压，恒流控制MOS管用于对大功率电感进行充电，激光供电控制MOS管电路与大功率电感的输出端相连接；其特征在于：所述激光供电控制MOS管电路由多个MOS管组成，每个MOS管的源极接于电源地上，漏极接于大功率电感的输出端LD+上，栅极一路与主控板（1）上的激光供电控制信号LD_CTRL_MOS相连接，另一路经电阻接于电源地上；激光元件的供电端接于大功率电感的输出端LD+和电源地上；

所述主控板上设置有快速放电MOS管驱动电路（19），快速放电MOS管驱动电路由MOSFET驱动器、MOS管Q9和MOS管Q10组成，MOSFET驱动器的输入端与激光供电信号LD_CTRL相连接，输出端一路接于二极管D9的正极，另一路接于Q9 的漏极，Q9的源极和栅极分别接于不同的直流电压的正极，Q9源极的电压高于栅极的电压；Q9的漏极经电阻R29与Q10的栅极相连接，Q10的漏极接于电源地上，源极经电阻R38接于二极管D9的负极；MOS管Q10的源极形成对激光供电控制MOS管电路（8）中多个MOS管的通断状态进行控制的激光供电控制信号LD_CTRL_MOS。

2.根据权利要求1所述的大功率快速响应激光电源，其特征在于：所述快速放电MOS管驱动电路（19）中还设置有延时电路，延时电路由滑动变阻器R37、电阻R34、电阻R35、电容C24、电容C26组成，滑动变阻器R37接于MOSFET驱动器的输出端与Q9的漏极之间，电阻R35与电容C26串联后一端接于Q9的漏极，另一端接于大功率电感（10）的输出端LD+上；电容C24与电阻R34串联后一端接于Q9的源极，另一端接于大功率电感的输出端LD+上。

3.根据权利要求1或2所述的大功率快速响应激光电源，其特征在于：所述激光供电控制MOS管电路（8）中MOS管的数目为3个，分别为MOS管Q3、Q4和Q5，所述MOSFET驱动器采用型号为IXDN409的9安培 低端超快MOSFET驱动器。

4.根据权利要求1或2所述的大功率快速响应激光电源，其特征在于：所述恒流控制MOS管（5）由MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q6、MOS管Q7、MOS管Q8组成，Q1和Q2的源极和栅极均接于直流电源的正极，Q1和Q2的漏极均与大功率电感（10）的充电端相连接；Q6、Q7和Q8的漏极接于大功率电感的充电端，源极与电源地相连接，栅极与主控板（1）输出的恒流控制信号相连接。

5.根据权利要求1或2所述的大功率快速响应激光电源，其特征在于：所述大功率电源板（2）中设置有对大功率电感（10）中的电流进行检测的电流互感器（7）；所述主控板（1）上设置有恒流控制MOS管驱动电路（14）、过流保护电路（17）和电流检测电路（18），过流保护电路通过检测电流互感器检测的电流值输出控制信号至恒流控制MOS管驱动电路，电流检测电路实现对电流互感器检测电流值的检测；恒流控制MOS管驱动电路连接有内部电流设定电路（13），恒流控制MOS管驱动电路还设置有外部电流设定信号接口和电源使能信号接口，恒流控制MOS管驱动电路利用电流互感器检测的电流值作为反馈信号，以输出控制恒流控制MOS管（5）工作的恒流控制信号。

6.根据权利要求1或2所述的大功率快速响应激光电源，其特征在于：所述主控板（1）中设置有故障信号报警电路（15）以及与其相连接的低压检测电路（12）、温度和线缆插入检测电路，低电压检测电路对输入的直流电压进行检测。

7.根据权利要求1或2所述的大功率快速响应激光电源，其特征在于：所述大功率电源板（2）的一侧固定有底座散热片（3），底座散热片上设置有若干起加快散热作用的散热风扇（4）。