CN109755848A - 高效散热式声光调q晶体驱动电源及激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效散热式声光调Q晶体驱动电源，包括机箱，所述的机箱内设置有左右延伸的横向隔板将其分成前后两个腔室。利用散热风机带动气流从右侧及前侧进入并对主控制板和直流供电模块等风冷散热后进入所述的区域进行再次散热，双流路设计，在散热上采用了紧凑风道设计，使得风冷的散热回路小，节省空间，实现比较短的散热风路使风流向的回路变短提高了散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及固体激光器技术领域，特别是涉及一种高效散热式声光调Q晶体驱动电源及激光器。
背景技术
在中高功率的激光输出时进行关门锁光是比较困难的事情，主要原因在于激光束具有很强的定向性，光斑小热量高对阻挡的器件长期照射都会发热，造成损坏。为实现对平均功率100W/200W的激光器，如高功率固体绿光激光器的开关控制，一般需要同时控制两路锁光器件如声光调Q晶体器件完成，这就要求具有能精确控制激光出光脉冲宽度及输出有无的控制电源。
目前国际市场只有英国古奇·休斯古公司(GOOCH&HOUSEGO)生产双路同步型声光调Q开关驱动电源，仅提供25W双路和50W双路两款，而且对国内设置技术壁垒，这就约束了对国内研究使用大功率调Q激光。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种高效散热式声光调Q晶体驱动电源。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种高效散热式声光调Q晶体驱动电源，包括机箱，所述的机箱内设置有左右延伸的横向隔板将其分成前后两个腔室，在靠近后侧的腔室内从右向左依次设置有主控制电路板、风机和一个末级功率放大电路，在所述的主控制电路板上呈上下结构设置有主控制板和中级信号放大及驱动分配器；在靠近前侧的腔室内从右到左设置有两个功率放大级直流供电模块，风机和一个末级功率放大电路，在与两个腔室对应的机箱的前侧板和后侧板上分别设置有风孔。
所述的主控制板，包括用以产生振荡信号的晶体振荡电路、生成射频信号的调制电路和用以将射频信号进行初级放大的初级信号放大电路；
所述的中级信号放大及驱动分配器用以放大所述的射频信号并分成两路相同的驱动信号；
所述的两路末级功率放大电路用于对应放大所述的驱动信号并进行功率合成；
还包括与末级功率放大电路一一对应的两个输出模块，包括选频单元和输出检测单元以及连通至声光调Q晶体的射频电缆。
所述的末级功率放大电路包括MOS推挽功放电路和功率合成变压器。
所述的中级信号放大及驱动分配器包括耦合变压器，多个并联设置的MOS管功放电路。
所述的选频单元为LC谐振网络，所述的输出检测单元为双镍锌磁环，所述的输出检测单元与所述的主控制板通讯连接。
其中一个LC谐振网络的输出采用双镍锌磁环感应采样30：1采样灵敏以输出异常时快速进入保护状态，另一个LC谐振网络的输出采用双镍锌磁环感应采样30：2采样，采样输出功率用于反馈控制驱动级驱动幅度大小从而自动调整驱动功率，控制输出功率恒定。
所述的调制模块包括TTL控制模块，所述的TTL控制模块包括，
信号转换单元，其接收TTL控制信号并进行电平转换；
触发模块，根据转换后的电平产生可控脉冲宽度的脉冲；
混频模块，用以将所述的脉冲混入射频信号中并输入至初级信号放大电路。
所述的调制模块包括内部调制单元和可调射频关断脉宽电位器，所述的内部调制单元受控产生方波信号以用于脉冲调制射频信号。
还包括设置在所述的机箱内的温度传感器。
其内部输入主线上串联有固态继电器，所述的固态继电器与上位机可控连接。
产生两路27MHZ，55瓦的射频正弦波输出，匹配负载为特征阻抗50欧姆。
一种激光发生器，包括设置在所述的激光发生器的谐振腔内的两个声光调Q晶体，一个所述的驱动电源，所述的射频电缆对应接入所述的声光调Q晶体。
所述的激光发生器为绿光固体激光器、大功率固体红外激光器或倍频激光器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用散热风机带动气流从右侧及前侧进入并对主控制板和直流供电模块等风冷散热后进入所述的区域进行再次散热，双流路设计，在散热上采用了紧凑风道设计，使得风冷的散热回路小，节省空间，实现比较短的散热风路使风流向的回路变短提高了散热效率。另外在驱动电路部分采用的是上下结构下部是散热器提高了空间使用率，取消了前面板开关设计，实现统一设定，减小了开关接口外延空间。
附图说明
图1所示为本发明的高效散热式声光调Q晶体驱动电源的结构示意图；
图2所示为机箱的爆炸态结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图所示，本发明的高效散热式声光调Q晶体驱动电源包括机箱1，所述的所述的机箱包括箱式四面开放的壳体10，以及与壳体固定连接的后侧板、前侧板、左侧板2和右侧板3，在所述的机箱的左侧板、右侧板和前侧板上分别对应设置有风孔。所述的后侧板上设置有输入输出接线端子、外控接口、后边风孔以及电网输入端口，所述的机箱的前侧板上设置有指示灯和操控按键，如电源开关。
所述的机箱内设置有左右延伸的横向隔板11将其分成前后两个腔室，在靠近后侧板的腔室内从右向左依次设置有远控模块、主控制板30、风机31和一个末级功率放大电路32(末级功率放大级)，所述的主控制板和中级信号放大及驱动分配器呈上下结构设置在主控制电路板上，在靠近前侧板的腔室内从左到右设置有两个功率放大级直流供电模块33，风机34和末级功率放大电路35，在与两个腔室对应的左侧板和右侧板上分别设置有风孔，同时在该腔室内设置有直流供电模块4，直流供电模块为主控制电路板和中级信号放大及驱动分配器供电，将供电模块与主控板等隔离，减少电磁污染。
利用散热风机带动气流从右侧及前侧进入并对主控制板和直流供电模块等风冷散热后进入所述的区域进行再次散热，双流路设计，在散热上采用了紧凑风道设计，使得风冷的散热回路小，节省空间，实现比较短的散热风路使风流向的回路变短提高了散热效率。另外在驱动电路部分采用的是上下结构下部是散热器提高了空间使用率，取消了前面板开关设计，实现统一设定，减小了开关接口外延空间。
同时，该驱动电源的内部输入主线上串联有固态继电器，所述的固态继电器与上位机可控连接。输入端采用固态继电器控制主回路供电，上位机直流低电压控制交流高电压，低压控高压，远程开关机。驱动电源具有上位机控制开机关机功能，由此实现，上位机给控制电平控制输入主电有无实现控制驱动电源的开启与停止。
具体地，所述的主控制板包括用以产生振荡信号的晶体振荡电路、生成射频信号的调制电路和用以将射频信号进行初级放大的初级信号放大电路，如晶体三极管；
所述的中级信号放大及驱动分配器用以放大所述的射频信号并分成两路相同的驱动信号；
所述的两路末级功率放大电路用于对应放大所述的驱动信号并进行功率合成；
还包括与末级功率放大电路一一对应的两个输出模块，包括选频单元和输出检测单元以及连通至声光调Q晶体的射频电缆。
所述的中级信号放大及驱动分配器包括耦合变压器，多个并联设置的MOS管功放电路，其中，所述的末级功率放大电路包括MOS推挽功放电路和功率合成变压器。所述的选频单元为LC谐振网络，所述的输出检测单元为双镍锌磁环，所述的输出检测单元与所述的主控制板通讯连接。
本发明的驱动电源具有双路同步输出特性，可同时驱动两个声光Q开关进行激光开关控制，采用多级功率放大设置，发热小，对散热要求也小，功耗低，在长期使用上有保障，安装维护都很简单后期维修更新都有相应的器件储备。
具体地说，所述的输出检测单元包括与主控制板上的反馈信号处理模块通讯连结的功率采用模板和反射信号模块，其中一个LC谐振网络的输出采用双镍锌磁环感应采样30：1采样灵敏以输出异常时快速进入保护状态，另一个LC谐振网络的输出采用双镍锌磁环感应采样30：2采样，输出功率采样用于反馈控制驱动级驱动幅度大小从而自动调整驱动功率，控制输出功率恒定。输出信号经过LC串联谐振回路去谐波分量，通过调节可调的电容控制输出谐波的功率，使谐波分量最小。LC谐振网络(LC滤波回路)中使用的是Q值很高的电感和电容，耐压也是很高，LC谐振调节C可以实现谐振点的偏移，对输出功率有影响，好处是体积小，滤波和限幅一同进行，调节范围小，功率点精确。
采样的信号是功放级末端输出的射频信号，主要是两个作用一个是对比输出反射驻波比，一个是用于输出正向功率的采样，采样信号用于自身的电路保护和闭环功率控制。
作为其中一个具体实施例，此驱动电源采用27MHZ石英晶体振荡器产生27MHZ信号，选频滤波后，再通过晶体三极管放大电路放大此信号，再通过耦合变压器到达中级MOS管功率放大电路，然后分成两路驱动信号同时驱动两组末级MOS推挽功放电路到达功率合成变压器，后经过LC谐振网络进入输出监测模块，最后通过特征阻抗50欧姆的射频电缆传输至声光调Q开关器件，Q电源产生两路27MHZ、55瓦的射频正弦波输出，匹配负载为特征阻抗50欧姆的电声光Q开关晶体。此驱动电源逻辑芯片供电为+5V供电，中间级驱动放大电路供电为+12V，末级功放直流偏置电压为+48V、2.5A。
此Q驱动电源为交流220V输入，输出为同步的两路射频信号，每路输出为27MHZ，55瓦，可接受上位机控制开关机，可向外发送错误状态，可接受上位机设定信号输出，输出功率可调+/-20％。同时采用2U标准机箱。发热冷却采用内部强制风冷，过热保护温度为70摄氏度。前面板具有一个本地开关机开关，一个1路负载故障指示灯，一个2路负载故障指示灯，一个过热指示灯，一个内部信号控制指示灯，一个外部信号控制指示灯。后面板具有内控、外控切换开关。具有可调射频关断脉宽电位器一个，可调节输出射频信号在接受到关门信号后关断时间的长短。
其中，为实现远程控制，所述的调制模块包括TTL控制模块，所述的TTL控制模块包括，
信号转换单元，其接收TTL控制信号并进行电平转换；
触发模块，根据转换后的电平产生可控脉冲宽度的脉冲，如脉冲触发器等；
混频模块，用以将所述的脉冲混入振荡信号中并输入至初级信号放大电路。外部输入的TTL控制信号到达电源内部的信号转换模块进行电平转换，然后加入触发模块，触发产生可控脉冲宽度的脉冲加入到混频模块把控制信号混入射频波中，然后推动后面各级放大电路，完成最终输出要求。
通过该TTL控制模块，使该驱动电源具有外部TTL电平控制功能，可通过外部计算机发送信号电平控制电源运行进而控制激光输出，该功能可实现一个同步信号过来同时控制多台激光系统的锁光环节的双路Q驱动电源，进行多个激光器的同步激光释放。即每台双路电源控制的一个激光器为一路，可支持多个这样的系统并联一起工作。
优选地，所述的调制模块还包括内部调制单元和可调射频关断脉宽电位器，所述的内部调制单元受控产生方波信号以用于脉冲调制射频信号。内部调制单元具有内部调制信号产生功能，可内部产生1-100KHZ方波信号用于脉冲调制射频信号，设定此信号等于设定激光开门时间，激光输出频率。可调射频关断脉宽电位器可调节输出射频信号在接受到关门信号后关断时间的长短。
为实现两种控制模式的切换，还设置有内外控切换开关，其是指内部调制单元产生的调制信号有效或者外部输入即，TTL电平的调制脉冲有效两种状态的切换开关，该内外控切换开关是通过触点切换开关实现的。
进一步地，还包括机箱，如标准2U上架机箱外形，体积小，在所述的机箱内设置有温度传感器。此Q驱动电源具有故障报警输出功能，通过状态监测电路实现在机内过热超过70摄氏度时或者输出射频信号与负载不匹配时，停止电源输出，并且向外提供报警信号。
本发明还同时公开了一种激光发生器，其包括设置在所述的激光发生器的谐振腔内的两个声光调Q晶体，一个所述的驱动电源，所述的射频电缆对应接入所述的声光调Q晶体。两个声光调Q晶体布局位置在震荡源和全反射镜片之间，可以有效的隔断激光震荡。一般布局采用的是XY两个方向同时进行，即一个横向固定，一个竖向固定，但是必须保证两个晶体的通光孔径是串联的。
所述的激光发生器为中高功率的激光器，如绿光固体激光器、大功率固体红外激光器或倍频激光器。对两路的同步打开，同步释放都有要求所以体现了双路同步声光调Q动器的必要性。这种安装方式结构紧凑，易于散热水道安装，提高了锁光效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，包括机箱，所述的机箱内设置有左右延伸的横向隔板将其分成前后两个腔室，在靠近后侧的腔室内从右向左依次设置有主控制电路板、风机和一个末级功率放大电路，在所述的主控制电路板上呈上下结构设置有主控制板和中级信号放大及驱动分配器；在靠近前侧的腔室内从右到左设置有两个功率放大级直流供电模块，风机和一个末级功率放大电路，在与两个腔室对应的机箱的前侧板和后侧板上分别设置有风孔。
2.如权利要求1所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，所述的主控制板，包括用以产生振荡信号的晶体振荡电路、生成射频信号的调制电路和用以将射频信号进行初级放大的初级信号放大电路；
所述的中级信号放大及驱动分配器用以放大所述的射频信号并分成两路相同的驱动信号；
所述的两路末级功率放大电路用于对应放大所述的驱动信号并进行功率合成；
还包括与末级功率放大电路一一对应的两个输出模块，包括选频单元和输出检测单元以及连通至声光调Q晶体的射频电缆。
3.如权利要求2所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，所述的末级功率放大电路包括MOS推挽功放电路和功率合成变压器。
4.如权利要求2所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，所述的中级信号放大及驱动分配器包括耦合变压器，多个并联设置的MOS管功放电路。
5.如权利要求2所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，所述的选频单元为LC谐振网络，所述的输出检测单元为双镍锌磁环，所述的输出检测单元与所述的主控制板通讯连接。
6.如权利要求5所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，其中一个LC谐振网络的输出采用双镍锌磁环感应采样30：1采样灵敏以输出异常时快速进入保护状态，另一个LC谐振网络的输出采用双镍锌磁环感应采样30：2采样，采样输出功率用于反馈控制驱动级驱动幅度大小从而自动调整驱动功率，控制输出功率恒定。
7.如权利要求2所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，所述的调制模块包括TTL控制模块，所述的TTL控制模块包括，
信号转换单元，其接收TTL控制信号并进行电平转换；
触发模块，根据转换后的电平产生可控脉冲宽度的脉冲；
混频模块，用以将所述的脉冲混入射频信号中并输入至初级信号放大电路。
8.如权利要求2或7所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，所述的调制模块包括内部调制单元和可调射频关断脉宽电位器，所述的内部调制单元受控产生方波信号以用于脉冲调制射频信号。
9.如权利要求1所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，还包括设置在所述的机箱内的温度传感器。
10.如权利要求1所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，其内部输入主线上串联有固态继电器，所述的固态继电器与上位机可控连接。
11.如权利要求1所述的高效散热式声光调Q晶体驱动电源，其特征在于，产生两路27MHZ，55瓦的射频正弦波输出，匹配负载为特征阻抗50欧姆。
12.一种激光发生器，其特征在于，包括设置在所述的激光发生器的谐振腔内的两个声光调Q晶体，一个如权利要求1-10任一项所述的驱动电源，射频电缆对应接入所述的声光调Q晶体。
13.如权利要求12所述的激光发生器，其特征在于，所述的激光发生器为绿光固体激光器、大功率固体红外激光器或倍频激光器。
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