CN106911075B - 激光微焊接电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光微焊接电源电路，包括设置在半导体激光器与电源之间的供电通道上的频率调节晶体管和电流调节晶体管，用于采样所述半导体激光器电流的电流采样电路，用于根据采样电流将所述半导体激光器的电流调节至预设电流范围内的电流调节电路和用于根据所述采样电流调节所述频率调节晶体管开关频率的频率调节电路；将半导体激光器的工作电流调节至预设电流范围内，即将半导体激光器的功率调节至预设范围，同时调节供电通道的开关频率，进而调节半导体激光器发出的单个激光脉冲的能量，使得半导体激光器发出的累次激光脉冲的能量适于微小器件的焊接，焊接快速有效。

Description

激光微焊接电源电路
技术领域
本发明涉及激光焊接领域，特别是涉及一种激光微焊接电源电路。
背景技术
目前，微激光加工技术，如微焊接已经应用到了生产和生活的许多方面，尤其是微型IT产品、电子元器结构件上的精密焊接等。
高峰值长脉冲激光器拥有较高的激光能量，可以实现快速有效的焊接，多用于0.2mm以上的中厚板焊接，而对于0.1mm以下薄板材料、高反材料(如铜合金、铝合金类)的焊接常常望而却步，容易将这些材料击穿。短脉冲(ns)以及超短脉冲(fs、ps)激光器虽然脉冲波长极短，但脉冲能量较低，需要多次重复加工。
发明内容
基于此，有必要提供一种激光微焊接电源电路，可以实现微小器件快速有效的焊接。
一种激光微焊接电源电路，包括：
频率调节晶体管，设置在半导体激光器与电源之间的供电通道上；
电流调节晶体管，连接所述频率调节晶体管，设置在半导体激光器与电源之间的供电通道上；
电流采样电路，用于采样所述半导体激光器的电流；
电流调节电路，输入端接入采样电流，输出端连接所述电流调节晶体管，用于根据所述采样电流将所述半导体激光器的电流调节至预设电流范围内；
频率调节电路，输入端接入采样电流，输出端连接所述频率调节晶体管，用于根据所述采样电流调节所述频率调节晶体管的开关频率，使得所述半导体激光器发出的单个激光脉冲的能量在预设能量范围内。
上述激光微焊接电源电路，包括设置在半导体激光器与电源之间的供电通道上的频率调节晶体管和电流调节晶体管，用于采样所述半导体激光器电流的电流采样电路，用于根据采样电流将所述半导体激光器的电流调节至预设电流范围内的电流调节电路和用于根据所述采样电流调节所述频率调节晶体管开关频率的频率调节电路；将半导体激光器的工作电流调节至预设电流范围内，即将半导体激光器的功率调节至预设范围，同时调节供电通道的开关频率，进而调节半导体激光器发出的单个激光脉冲的能量，使得半导体激光器发出的累次激光脉冲的能量适于微小器件的焊接，焊接快速有效。
在其中一个实施例中，所述频率调节晶体管为PMOS管，所述电流调节晶体管为NMOS管，所述PMOS管的的源极连接电源的正极，漏极连接所述NMOS管的漏极，栅极连接所述频率调节电路的输出端，所述NMOS管的源极连接所述半导体激光器的输入端，栅极连接所述电流调节电路的输出端。
在其中一个实施例中，所述NMOS管工作在恒流区，所述电流调节电路根据所述采样电流调节所述NMOS管的栅极电压，将所述NMOS管的漏极电流调节至预设电流范围内。
在其中一个实施例中，所述电流调节电路包括误差放大器，所述误差放大器用于将所述采样电流与预设电流的差值进行放大后输出给所述NMOS管的栅极，以调节所述NMOS管的栅极电压。
在其中一个实施例中，所述频率调节晶体管和电流调节晶体管同时被启动。
在其中一个实施例中，所述频率调节晶体管的开关频率调节范围为10KHz～1000KHz。
在其中一个实施例中，还包括储能滤波电路，输入端连接所述电源的正极，用于对所述激光焊接电源电路的输入电流进行滤波处理并储能。
在其中一个实施例中，所述储能滤波电路包括第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容的一端均连接电源的正极，另一端均接地。
在其中一个实施例中，所述第一电容为电解电容。
在其中一个实施例中，还包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极连接所述PMOS管的漏极，阴极连接所述PMOS管的源极，所述第二稳压二极管的阳极连接所述NMOS管的源极，阴极连接所述NMOS管的漏极。
附图说明
图1为一实施例中激光微焊接电源电路的结构示意图；
图2为一实施例中晶体管驱动信号的脉冲波形图。
具体实施方式
参见图1，图1为一实施例中激光微焊接电源电路的结构示意图。
在本实施例中，该激光微焊接电源电路包括频率调节晶体管11、电流调节晶体管12、电流采样电路13、电流调节电路14和频率调节电路15。
频率调节晶体管11设置在半导体激光器LD与电源10之间的供电通道上。
电流调节晶体管12连接所述频率调节晶体管11，设置在半导体激光器LD与电源10之间的供电通道上。
在其中一个实施例中，频率调节晶体管11为PMOS管Q1，电流调节晶体管12为NMOS管Q2，所述PMOS管Q1的的源极连接电源10的正极，漏极连接所述NMOS管Q2的漏极，栅极连接所述频率调节电路15的输出端，所述NMOS管Q2的源极连接所述半导体激光器LD的输入端，栅极连接所述电流调节电路14的输出端。该电源10为直流电压。
此外，该电流调节晶体管12和频率调节晶体管11还可以为IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
电流采样电路13用于采样所述半导体激光器LD的电流，该电流为半导体激光器LD的工作电流。
电流调节电路14的输入端接入采样电流，输出端连接所述电流调节晶体管12，用于根据所述采样电流将所述半导体激光器LD的电流调节至预设电流范围内。
频率调节电路15输入端接入采样电流，输出端连接所述频率调节晶体管11，用于根据所述采样电流调节所述频率调节晶体管11的开关频率，使得所述半导体激光器LD发出的单个激光脉冲的能量在预设能量范围内。
在将半导体激光器LD的电流调节至预设电流范围内时，该半导体激光器LD的功率被调节至相应的范围。同时调节频率调节晶体管11的开关频率，使得直流电压按照该开关频率向半导体激光器LD供给电压，半导体激光器LD按照该频率间歇性的发出激光脉冲，每个激光脉冲的能量由该半导体激光器LD的功率和单个脉冲的时长决定，即由半导体激光器LD的电流和频率调节晶体管11的开关频率决定，有效地将半导体激光器LD发出的单个激光脉冲能量调节至合适的范围，如薄板材料可以承受的理想范围，并累次发出激光脉冲，实现快速有效的焊接。
此外，该电流调节电路14和频率调节电路15可以集成在一个主控制器中。
在其中一个实施例中，NMOS管Q2工作在恒流区，所述电流调节电路14根据所述采样电流调节所述NMOS管Q2的栅极电压，将所述NMOS管Q2的漏极电流调节至预设电流范围内。
在其中一个实施例中，所述电流调节电路14包括误差放大器，所述误差放大器用于将所述采样电流与预设电流的差值进行放大后输出给所述NMOS管Q2的栅极，以调节所述NMOS管Q2的栅极电压。
使得NMOS管Q2工作在恒流区，当其栅极电压变化时，漏极电流ID与栅源电压UGS符合平方律关系，UGS对ID的控制能力很强。NMOS管Q2的栅极在接收到采样电流和预设电流的差值放大信号后可以快速地调节漏极电流，进而调节源极电流，将半导体激光器LD的电流调节至预设电流，该预设电流在预设电流范围内。
参见图2，在其中一个实施例中，频率调节晶体管11和电流调节晶体管12同时被启动，同时开始调节半导体激光器LD的电流和供电频率。
在其中一个实施例中，所述频率调节晶体管11的开关频率调节范围为10KHz～1000KHz。
在其中一个实施例中，该激光微焊接电源10电路还包括储能滤波电路16，输入端连接所述电源10的正极，用于对所述激光焊接电源10电路的输入电流进行滤波处理并储能。
在其中一个实施例中，所述储能滤波电路16包括第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容的一端均连接电源10的正极，另一端均接地。具体的，第一电容为电解电容C1，其容值较大，可以实现储能的功能，第二电容为滤波电容C2。
在其中一个实施例中，该激光微焊接电源10电路还包括第一稳压二极管ZD1和第二稳压二极管ZD2，所述第一稳压二极管ZD1的阳极连接所述PMOS管Q1的漏极，阴极连接所述PMOS管Q1的源极，所述第二稳压二极管ZD2的阳极连接所述NMOS管Q2的源极，阴极连接所述NMOS管Q2的漏极。
PMOS管Q1和NMOS管Q2的源漏电压USD在稳压二极管的击穿电压内，保护PMOS管Q1和NMOS管Q2的使用安全，防止被击穿损坏。
上述激光微焊接电源电路，在半导体激光器LD的供电通道上设置频率调节晶体管11和电流调节晶体管12，并为这两个调节晶体管分别设置相应的电流调节电路14和频率调节电路15，其中电流调节晶体管12工作在恒流区，采样半导体激光器LD的电流，将其与预设电流进行比较后的差值用于调节电流调节晶体管12的栅极电压，进而改变电流调节晶体管12的源极电流，即改变半导体激光器LD的供电电流，通过闭环控制实现电流调节。同时调节频率调节晶体管11的开关频率，改变半导体激光器LD的供电频率，使得其发出的单个激光脉冲能量在理想范围内，进而通过累次激光脉冲的能量对微小器件进行快速有效的焊接。此外，在电源10处还设置有滤波电容和储能电容，优化电源10的同时为后级处理电路的高速变化提供电能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光微焊接电源电路，其特征在于，包括：
频率调节晶体管，设置在半导体激光器与电源之间的供电通道上；
电流调节晶体管，连接所述频率调节晶体管，设置在半导体激光器与电源之间的供电通道上；
电流采样电路，用于采样所述半导体激光器的电流；
电流调节电路，输入端接入采样电流，输出端连接所述电流调节晶体管，用于根据所述采样电流将所述半导体激光器的电流调节至预设电流范围内；
频率调节电路，输入端接入采样电流，输出端连接所述频率调节晶体管，用于根据所述采样电流调节所述频率调节晶体管的开关频率，使得所述半导体激光器发出的单个激光脉冲的能量在预设能量范围内。
2.根据权利要求1所述的激光微焊接电源电路，其特征在于，所述频率调节晶体管为PMOS管，所述电流调节晶体管为NMOS管，所述PMOS管的的源极连接电源的正极，漏极连接所述NMOS管的漏极，栅极连接所述频率调节电路的输出端，所述NMOS管的源极连接所述半导体激光器的输入端，栅极连接所述电流调节电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的激光微焊接电源电路，其特征在于，所述NMOS管工作在恒流区，所述电流调节电路根据所述采样电流调节所述NMOS管的栅极电压，将所述NMOS管的漏极电流调节至预设电流范围内。
4.根据权利要求3所述的激光微焊接电源电路，其特征在于，所述电流调节电路包括误差放大器，所述误差放大器用于将所述采样电流与预设电流的差值进行放大后输出给所述NMOS管的栅极，以调节所述NMOS管的栅极电压。
5.根据权利要求1所述的激光微焊接电源电路，其特征在于，所述频率调节晶体管和电流调节晶体管同时被启动。
6.根据权利要求1所述的激光微焊接电源电路，其特征在于，所述频率调节晶体管的开关频率调节范围为10KHz～1000KHz。
7.根据权利要求1所述的激光微焊接电源电路，其特征在于，还包括储能滤波电路，输入端连接所述电源的正极，用于对所述激光微焊接电源电路的输入电流进行滤波处理并储能。
8.根据权利要求7所述的激光微焊接电源电路，其特征在于，所述储能滤波电路包括第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容的一端均连接电源的正极，另一端均接地。
9.根据权利要求8所述的激光微焊接电源电路，其特征在于，所述第一电容为电解电容。
10.根据权利要求2所述的激光微焊接电源电路，其特征在于，还包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极连接所述PMOS管的漏极，阴极连接所述PMOS管的源极，所述第二稳压二极管的阳极连接所述NMOS管的源极，阴极连接所述NMOS管的漏极。
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