CN106451066B - 一种基于蓄电池的半导体激光器电源 - Google Patents

一种基于蓄电池的半导体激光器电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于蓄电池的半导体激光器电源。采用蓄电池组串联直流转换模块的方案为半导体激光器供电，由于蓄电池组将提供主要的功率输出，其直流转换模块输出功率较低，因此电路设计相对简单且对电子器件的要求也较低，更容易实现更高的电能转换效率。

Description

一种基于蓄电池的半导体激光器电源
技术领域
本发明涉及一种基于蓄电池的半导体激光器电源，属于半导体激光器电源领域。
技术背景
随着半导体激光器输出功率不断提升，其应用领域也在不断拓展，某些应用领域要求其具备高机动性，比如野外油管、气管焊接，电力线路除冰等，而采用蓄电池为其供电是提高其机动性的有效途径之一。目前已有的蓄电池供电方案都是将蓄电池组输出电能先经过直流转换电路(DC-DC电路)，之后再接到半导体激光器上。当激光器输出功率达到千瓦以上时，这一方案存在电路设计复杂、对电子器件要求较高、电能转换效率较低、体积重量较大等缺点。为此，本发明提出一种将蓄电池串联直流转换电路后直接为半导体激光器供电的新方案，该方案可以在高功率情况下仍然保持较高电能转换效率，且对电子器件的要求较低、电路相对简单。
发明内容
本发明旨在提出一种基于蓄电池的高功率、高效率半导体激光器供电电源。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于蓄电池的半导体激光器电源，它包括蓄电池组Ⅰ(1)、蓄电池组Ⅱ(2)、直流转换模块(3)和半导体激光器(04)，其中蓄电池组Ⅰ(1)与直流转换模块(3)输出端串联后连接到半导体激光器(04)两端，蓄电池组Ⅱ(2)连接到直流转换模块(3)的输入端。
所述蓄电池组Ⅰ(1)由N节相同型号的蓄电池串联而成，N由公式确定，其中ULD为半导体激光的工作电压，可以是单只半导体激光器的工作电压，也可以是多只半导体激光器串联后的工作电压；Uh为单块蓄电池充满电时的输出电压。ULD、Uh均由用户提供。蓄电池组Ⅰ(1)中使用的蓄电池为商用蓄电池，可以是铅酸电池、锂离子电池、飞轮电池等各种类型电池，电池的最大放电电流应大于半导体激光器工作电流的2倍。
所述蓄电池组Ⅱ(2)由M节相同型号的蓄电池串联或并联而成，M由公式确定，其中Ul为单块蓄电池的最小输出电压，由用户提供。蓄电池组Ⅱ(2)使用电池与蓄电池组Ⅰ(1)相同。
所述直流转换模块(3)由控制电路(4)、电压调节模块(5)和输出电流监测电路(6)组成，如图2所示。控制电路(4)由烧有控制软件的一片单片机或数字信号处理器DSP及数模转换器和模数转换器组成。控制电路(4)至少具备1个模拟信号输入接口、1个模拟信号输出接口。其中，1个模拟信号输入接口与输出电流监测电路(6)相连接，1个模拟信号输出接口与电压调节模块(5)相连接。电压调节模块(5)采用商用输出电压可调的直流转换模块，其电压输入范围MUl≤Uin≤MUh，电压输出范围ULD-N·Uh≤UoutH≤ULD-N·Ul，最大功率P＞(ULD-N·Ul)·ILD，其中ILD为半导体激光器的工作电流。电压调节模块(5)可根据外部输入电压信号改变其输出电压值。输出电流监测电路(6)采用商用霍尔电流传感器或在输出电流回路中串入小阻值电阻实现，其霍尔电流传感器或电阻选型需匹配控制电路(4)的模拟信号输入接口。
控制软件流程是：
第一步，系统初始化，直流转换模块(3)上电，通过控制电路(4)设置工作电流；
第二步，启动电压调节模块(5)，使其输出最小电压；
第三步，控制电路(4)接收输出电流监测电路(6)的电流数据；
第四步，控制电路(4)比较电流监测电路(6)输出的电流值与设置工作电流值的大小，若电流监测电路(6)输出的电流值大于设置工作电流值，则转入第五步；若电流监测电路(6)输出的电流值小于设置工作电流值，则转入第六步；若相等，则转第三步继续监测输出电压。
第五步，降低电压调节模块(5)的输出电压，之后转第三步继续监测输出电压；
第六步，升高电压调节模块(5)的输出电压，之后转第三步继续监测输出电压。
本发明的工作过程如下：
第一步，设备上电，设置电源的工作电流；
第二步，启动电压调节模块(5)，使其输出最小电压；
第三步，控制电路(4)与电流监测电路(6)配合控制电压调节模块(5)输出合适的工作电流。
本发明采用蓄电池组串联直流转换模块的方案为半导体激光器供电，由于蓄电池组将提供主要的功率输出，其直流转换模块输出功率较低，因此电路设计相对简单且对电子器件的要求也较低，更容易实现更高的电能转换效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为本发明直流转换模块(3)的结构示意图，
图3为本发明控制电路(4)的软件流程图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图。如图1所示，本发明由蓄电池组Ⅰ(1)、蓄电池组Ⅱ(2)和直流转换模块(3)组成。蓄电池组Ⅰ(1)与直流转换模块(3)输出端串联后连接到半导体激光器(4)两端，蓄电池组Ⅱ(2)连接到直流转换模块(3)的输入端。蓄电池组Ⅰ(1)由N节相同型号的蓄电池串联而成，N由公式确定。蓄电池组Ⅱ(2)由M节相同型号的蓄电池串联或并联而成，M由公式确定。
图2为本发明直流转换模块(3)的结构示意图。如图2所示，直流转换模块(3)由控制电路(4)、电压调节模块(5)和输出电流监测电路(6)组成。控制电路(4)由烧有控制软件的一片单片机或数字信号处理器DSP及数模转换器和模数转换器组成。控制电路(4)的1个模拟信号输入接口与输出电流监测电路(6)相连接，1个模拟信号输出接口与电压调节模块(5)相连接。
控制电路(4)的软件工作流程如下：
第一步，系统初始化，直流转换模块(3)上电，通过控制电路(4)设置工作电流；
第二步，启动电压调节模块(5)，使其输出最小电压；
第三步，控制电路(4)接收输出电流监测电路(6)的电流数据；
第四步，控制电路(4)比较电流监测电路(6)输出的电流值与设置工作电流值的大小，若电流监测电路(6)输出的电流值大于设置工作电流值，则转入第五步；若电流监测电路(6)输出的电流值小于设置工作电流值，则转入第六步；若相等，则转第三步继续监测输出电压；
第五步，降低电压调节模块(5)的输出电压，之后转第三步继续监测输出电压；
第六步，升高电压调节模块(5)的输出电压，之后转第三步继续监测输出电压。

Claims (5)

1.一种基于蓄电池的半导体激光器电源，采用蓄电池组串联直流转换模块的方法为半导体激光器供电，该半导体激光器电源包括蓄电池组Ⅰ(1)、蓄电池组Ⅱ(2)、直流转换模块(3)和半导体激光器(04)，其特征在于，蓄电池组Ⅰ(1)与直流转换模块(3)输出端串联后连接到半导体激光器(04)两端，蓄电池组Ⅱ(2)连接到直流转换模块(3)的输入端，
所述直流转换模块(3)由控制电路(4)、电压调节模块(5)和输出电流监测电路(6)组成，控制电路(4)由烧有控制软件的一片单片机或数字信号处理器DSP及数模转换器和模数转换器组成，控制电路(4)包括至少1个模拟信号输入接口、1个模拟信号输出接口，其中，1个模拟信号输入接口与输出电流监测电路(6)相连接，1个模拟信号输出接口与电压调节模块(5)相连接；
所述蓄电池组Ⅰ(1)由N节相同型号的蓄电池串联而成，N由公式确定，其中ULD为半导体激光的工作电压；Uh为单块蓄电池充满电时的输出电压；
所述蓄电池组Ⅱ(2)由M节相同型号的蓄电池串联或并联而成，M由公式确定，其中Ul为单块蓄电池的最小输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于蓄电池的半导体激光器电源，其特征在于，所述半导体激光的工作电压，可以是单只半导体激光器的工作电压，也可以是多只半导体激光器串联后的工作电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于蓄电池的半导体激光器电源，其特征在于，所述蓄电池组Ⅰ(1)及蓄电池组Ⅱ(2)中使用的蓄电池为商用蓄电池，可以是铅酸电池、锂离子电池、飞轮电池，电池的最大放电电流应大于半导体激光器工作电流的2倍。
4.根据权利要求1所述的一种基于蓄电池的半导体激光器电源，其特征在于，所述电压调节模块(5)采用输出电压可调的直流转换模块，其电压输入范围MUl≤Uin≤MUh，电压输出范围ULD-N·Uh≤UoutH≤ULD-N·Ul，最大功率P＞(ULD-N·Ul)·ILD，其中ILD为半导体激光器的工作电流，电压调节模块(5)根据外部输入电压信号改变其输出电压值，输出电流监测电路(6)采用霍尔电流传感器或在输出电流回路中串入小阻值电阻实现。
5.根据权利要求1所述的一种基于蓄电池的半导体激光器电源，其特征在于，所述控制电路(4)的软件工作流程如下：
第一步，系统初始化，直流转换模块(3)上电，通过控制电路(4)设置工作电流；
第二步，启动电压调节模块(5)，使其输出最小电压；
第三步，控制电路(4)接收输出电流监测电路(6)的电流数据；
第四步，控制电路(4)比较电流监测电路(6)输出的电流值与设置工作电流值的大小，若电流监测电路(6)输出的电流值大于设置工作电流值，则转入第五步；若电流监测电路(6)输出的电流值小于设置工作电流值，则转入第六步；若相等，则转第三步继续监测输出电压；
第五步，降低电压调节模块(5)的输出电压，之后转第三步继续监测输出电压；
第六步，升高电压调节模块(5)的输出电压，之后转第三步继续监测输出电压。
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