CN106787844A - 紧凑型激光电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种紧凑型激光电源，其包括：整流电路，其输入端连接至三相交流电源，且所述整流电路用于将三相交流电源的交流电转换为直流电；四个隔离稳压DC‑DC转换器，其输入端连接至所述整流电路的输出端，所述四个隔离稳压DC‑DC转换器包括：将经过降压的直流电输出至两路并联激光器驱动电路的第一DC‑DC转换器，每路所述激光器驱动电路采用PWM脉冲宽度调制的方式对所述经过降压的直流电进行处理，并为激光器提供电源；两个第二DC‑DC转换器，其并联输出且为热控部件和晶体部件提供电源；第三DC‑DC转换器，其为声光调制部件提供电源，且所述第三DC‑DC转换器还外接至一控制板并为所述控制板提供电源。本发明实现了激光电源的小体积、轻重量和高效率。

Description

紧凑型激光电源
技术领域
本发明属于电源领域。更具体地说，本发明涉及一种紧凑型激光电源。
背景技术
随着科技的发展，激光器在各个领域的使用越来越广泛，比如测距、制导、雷达或者通信，为了提高使用的方便性，机载激光器脉冲驱动电源要求电源本身的小体积、轻重量和高效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种紧凑型激光电源，其包括：
整流电路，其输入端连接至三相交流电源，且所述整流电路用于将三相交流电源的交流电转换为直流电；
四个隔离稳压DC-DC转换器，其输入端连接至所述整流电路的输出端，所述四个隔离稳压DC-DC转换器包括：
将经过降压的直流电输出至两路并联激光器驱动电路的第一DC-DC转换器，每路所述激光器驱动电路采用PWM脉冲宽度调制的方式对所述经过降压的直流电进行处理，并为激光器提供电源；
两个第二DC-DC转换器，其并联输出且为热控部件和晶体部件提供电源；
第三DC-DC转换器，其为声光调制部件提供电源，且所述第三DC-DC转换器还外接至一控制板并为所述控制板提供电源。
优选的是，所述的紧凑型激光电源中，
所述交流电的电压为200V，所述整流电路将其转换为270V的直流电；
所述激光器的负载为直流或者脉冲为10％～90％占空比，重频50HZ～1500HZ，所述激光器的输入电压为+48V，输入电流为6A；
热控部件和晶体部件的输入电压+48V，输入电流16A；
声光调制部件的输入电压+24V，输入电流3.3A；
控制板的输入电压为+24V，输入电流为1A。
优选的是，所述的紧凑型激光电源中，所述激光器驱动电路包括：
控制器，其用于接收DC-DC传来的直流电数字信号；
驱动电流设置电路，其通过双通道数模转换器和IIC总线接收控制器传来的直流电数字信号并通过隔离电路和D/A转换电路将所述直流电数字信号转换为激光器所需的模拟电压信号，同时将所述模拟电压信号输出至所述控制器；
恒流电路，其包括与所述控制器连接的分压电路和过压保护电路，且所述恒流电路接收所述控制器输出的模拟电压信号，并将其处理为恒流电流信号；
电流脉冲成型电路，其与所述控制器和所述恒流电路电连接，且所述电流脉冲成形电路用于接收所述控制器发出的PWM信号和所述恒流电路输出的恒流电流信号并根据所述PWM信号和恒流电流信号生成脉冲电流；
和输出电流电压检测电路，其用于检测所述电流脉冲成形电路的输出电流和输出电压；
其中，所述电流脉冲成型电路上连接有两个MOS驱动管；所述分压电路连接于所述控制器的输出端和FB引脚之间；所述电流脉冲成型电路包括：连接在所述控制器RT脚上的外部电阻器，或者所述控制器的SYNC引脚和外部时钟。
优选的是，所述的紧凑型激光电源中，四个所述隔离稳压DC-DC转换器和两个所述大功率MOS管设置在铝合金外壳上。
优选的是，所述的紧凑型激光电源中，所述紧凑型激光电源中的正负电源线采用多股双铰连接。
优选的是，所述的紧凑型激光电源中，所述紧凑型激光电源采用多层电路板和高导热铝底板固定。
本发明实现了一种小体积，轻重量的紧凑型激光特种电源供电及监测。本电源是将三相三线制(电压200VAC400Hz)的交流电，通过整流电路转换为270V直流母线，再分别转换为2路独立隔离+48VDC/6A脉冲或直流恒流输出，提供给负载为直流或者脉冲为10％～90％占空比，重频50HZ～1500HZ的激光器使用。1路隔离声光调制电源输出+24VDC/5A供给Q开关实现激光输出的脉冲成形。控制板用电部分从声光调制电源中经隔离变换供给。1路隔离热控电源及晶体电源共用+48VDC/16A对激光器实现精密温控供电。分两路激光组件现采用成熟的VICOR高效率的电源模块MDCM系列及VI-HAM-IL功率因数控制系列产品，效率高达93％。本电源组件设计为多层电路板加高导热铝底板，能提供很好的热传递和改进产品可靠性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明提供的紧凑型激光电源的结构示意图；
图2为本发明提供的紧凑型激光电源中的激光器驱动电路图；
图3为本发明提供的紧凑型激光电源的脉冲上升沿仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，本发明提供一种紧凑型激光电源，其包括：
整流电路，其输入端连接至三相交流电源，且所述整流电路用于将三相交流电源的交流电转换为直流电；
四个隔离稳压DC-DC转换器，其输入端连接至所述整流电路的输出端，所述四个隔离稳压DC-DC转换器包括：
将经过降压的直流电输出至两路并联激光器驱动电路的第一DC-DC转换器，每路所述激光器驱动电路采用PWM脉冲宽度调制的方式对所述经过降压的直流电进行处理，并为激光器提供电源；
两个第二DC-DC转换器，其并联输出且为热控部件和晶体部件提供电源；
第三DC-DC转换器，其为声光调制部件提供电源，且所述第三DC-DC转换器还外接至一控制板并为所述控制板提供电源。
所述的紧凑型激光电源中，
所述交流电的电压为200V，所述整流电路将其转换为270V的直流电；
所述激光器的负载为直流或者脉冲为10％～90％占空比，重频50HZ～1500HZ，所述激光器的输入电压为+48V，输入电流为6A；
热控部件和晶体部件的输入电压+48V，输入电流16A；
声光调制部件的输入电压+24V，输入电流3.3A；
控制板的输入电压为+24V，输入电流为1A。
如图2所示，所述的紧凑型激光电源中，所述激光器驱动电路包括：
控制器，其用于接收DC-DC传来的直流电数字信号；
驱动电流设置电路，其通过双通道数模转换器和IIC总线接收控制器传来的直流电数字信号并通过隔离电路和D/A转换电路将所述直流电数字信号转换为激光器所需的模拟电压信号，同时将所述模拟电压信号输出至所述控制器；
恒流电路，其包括与所述控制器连接的分压电路和过压保护电路，且所述恒流电路接收所述控制器输出的模拟电压信号，并将其处理为恒流电流信号；
电流脉冲成型电路，其与所述控制器和所述恒流电路电连接，且所述电流脉冲成形电路用于接收所述控制器发出的PWM信号和所述恒流电路输出的恒流电流信号并根据所述PWM信号和恒流电流信号生成脉冲电流；
和输出电流电压检测电路，其用于检测所述电流脉冲成形电路的输出电流和输出电压。所述控制器为LT3763降压控制芯片。
所述电流脉冲成型电路上连接有两个MOS驱动管；所述分压电路连接于所述控制器的输出端和FB引脚之间；
所述电流脉冲成型电路包括：
连接在所述控制器RT脚上的外部电阻器；
或者所述控制器的SYNC引脚和外部时钟。
所述的紧凑型激光电源中，四个所述隔离稳压DC-DC转换器和两个所述大功率MOS管设置在铝合金外壳上。
所述的紧凑型激光电源中，所述紧凑型激光电源中的正负电源线采用多股双铰连接。
所述的紧凑型激光电源中，所述紧凑型激光电源采用多层电路板和高导热铝底板固定。
48V/500W模块及后面电路的作用是将直流母线上的270V直流电，通过DC-DC转换，转换成48V输出的直流电，对激光器实现精密温控供电，控制板是用来实现对电源系统的电流和脉冲参数设置、输出电流电压检测和温度检测及激光输出状态的控制。
LD用电源：
采用VICOR的与DCM300P480x500A40组合，单路额定输出功率500W。+48V输出电压再经过LT3763恒流控制输出30V/6A供给LD负载.同步降压型LED驱动器控制器LT3763是LINEAR公司生产的用于LED调光控制，控制LD等的DC-DC变换器,转换效率高达96％.
LT3763是一款固定频率、同步降压型DC/DC控制器，专为准确地调节高达20A的输出电流而设计。平均电流模式控制器将在0V至55V的宽输出电压范围内保持电感器电流调节作用。输出电流由CTRL引脚上的模拟电压和一个外部检测电阻器设定。电压调节和过压保护利用一个连接于输出和FB引脚之间的分压器来设定。开关频率可通过RT引脚上的一个外部电阻器或利用SYNC引脚和一个外部时钟信号在200kHz至1MHz的范围内进行设置。输入和输出电流检测可提供输入电流限制和这些电流的准确测量。FBIN引脚可供那些需要峰值功率跟踪功能的应用之用。
该器件的其他特点包括一个与CTRL引脚配合使用的准确外部基准电压、一个可提供可编程UVLO迟滞的准确UVLO/EN引脚、一个针对LED应用的PWM驱动器、输出电压故障检测和热停机功能.提供超过300W的LED功率，合理的设计功率输出MOS管可实现更在功率的控制。其6V至60V的输入电压范围使该器件非常适用于种类繁多的应用，包括汽车、工业和建筑照明。
声光调制电源:
采用VICOR的DCM300P240x600A40可实现24V/3.3A输出。满足声光调制模块及控制板24V/1A的使用要求，降额达90％。
热控电源与晶体电源:
采用VICOR的两组DCM300P480x500A40并联可实现48V/1000W输出,与实际需求48V/750W降额达87％。
器件选择上，使用供货有质量保证的单位生产的器件，国外器件选择工业级以上的器件并进行降额设计。经过合理布局进行散热，将DC-DC模块和大功率MOS管等发热器件分布安装在铝合金外壳上，使电源易于散热。保证工作的可靠性。
连接器的选择采用航空系统使用的连接器，正负电源线多股双铰连接,并有50％的电流降额,结构设计采用铝合金外壳。保证支撑和安装强度。安装可靠，使用过程中振动无故障。
要解决的问题：机载激光器脉冲驱动电源要求实现电源本身的小体积、轻重量和高效率的要求。为了实现这些要求，我们在电源电路设计中采用VICOR高效率的晶圆DCM系列进行设计，激光驱动部分采用PWM调制方式达到脉冲恒流要求。
脉冲恒流驱动电路仿真分析
根据对PWM方式脉冲恒流单元的模拟分析，我们拟采用如下方式实现激光二极管的恒流脉冲驱动。在该电路图中，通过控制限流电压和限流电压加载方式、激光二极管的脉冲产生方式实现激光二极管的恒流驱动。
根据以前的脉冲恒流源技术方案，在陡上升电压脉冲加载情况下，可以得到在激光二极管的驱动电流波形的上升沿为
tr＝2.2L/Rdyn＝2.2×0.11/0.011＝22μs。
由于要考虑基准匹配，恒流基准的上升时间要和驱动电流波形的上升沿要匹配。
从图3可以得到结论，本设计可以达到相应的性能要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.紧凑型激光电源，其特征在于，包括：
整流电路，其输入端连接至三相交流电源，且所述整流电路用于将三相交流电源的交流电转换为直流电；
四个隔离稳压DC-DC转换器，其输入端连接至所述整流电路的输出端，所述四个隔离稳压DC-DC转换器包括：
将经过降压的直流电输出至两路并联激光器驱动电路的第一DC-DC转换器，每路所述激光器驱动电路采用PWM脉冲宽度调制的方式对所述经过降压的直流电进行处理，并为激光器提供电源；
两个第二DC-DC转换器，其并联输出且为热控部件和晶体部件提供电源；
第三DC-DC转换器，其为声光调制部件提供电源，且所述第三DC-DC转换器还外接至一控制板并为所述控制板提供电源。
2.如权利要求1所述的紧凑型激光电源，其特征在于，
所述交流电的电压为200V，所述整流电路将其转换为270V的直流电；
所述激光器的负载为直流或者脉冲为10％～90％占空比，重频50HZ～1500HZ，所述激光器的输入电压为+48V，输入电流为6A；
热控部件和晶体部件的输入电压+48V，输入电流16A；
声光调制部件的输入电压+24V，输入电流3.3A；
控制板的输入电压为+24V，输入电流为1A。
3.如权利要求2所述的紧凑型激光电源，其特征在于，所述激光器驱动电路包括：
控制器，其用于接收DC-DC传来的直流电数字信号；
驱动电流设置电路，其通过双通道数模转换器和IIC总线接收控制器传来的直流电数字信号并通过隔离电路和D/A转换电路将所述直流电数字信号转换为激光器所需的模拟电压信号，同时将所述模拟电压信号输出至所述控制器；
恒流电路，其包括与所述控制器连接的分压电路和过压保护电路，且所述恒流电路接收所述控制器输出的模拟电压信号，并将其处理为恒流电流信号；
电流脉冲成型电路，其与所述控制器和所述恒流电路电连接，且所述电流脉冲成形电路用于接收所述控制器发出的PWM信号和所述恒流电路输出的恒流电流信号并根据所述PWM信号和恒流电流信号生成脉冲电流；
和输出电流电压检测电路，其用于检测所述电流脉冲成形电路的输出电流和输出电压；
其中，所述电流脉冲成型电路上连接有两个MOS驱动管；所述分压电路连接于所述控制器的输出端和FB引脚之间；所述电流脉冲成型电路包括：连接在所述控制器RT脚上的外部电阻器，或者所述控制器的SYNC引脚和外部时钟。
4.如权利要求3所述的紧凑型激光电源，其特征在于，四个所述隔离稳压DC-DC转换器和两个所述大功率MOS管设置在铝合金外壳上。
5.如权利要求1所述的紧凑型激光电源，其特征在于，所述紧凑型激光电源中的正负电源线采用多股双铰连接。
6.如权利要求1-5任一项所述的紧凑型激光电源，其特征在于，所述紧凑型激光电源采用多层电路板和高导热铝底板固定。
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