CN113809624A - 一种泵源驱动控制装置、方法及光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光纤激光器领域,提供了一种泵源驱动控制装置、方法及光纤激光器。装置包括依次电连接的控制器、脉冲宽度调制模块、驱动电路和至少一路泵源,脉冲宽度调制模块用于根据控制器输出的预设值的模拟电流信号生成调制波和载波,并通过脉冲宽度调制,将预设值的模拟电流信号调制成非连续波形信号作为驱动电流信号输入至驱动电路。因此可以充分发挥驱动在满载时效率高的优势,同时由于泵源始终工作在最大电流处,不存在连续电流带来的线宽问题;另外,可使泵源始终工作在额定电流或者无电流的状态,进而消除电流对泵源输出光的波长影响,使其线宽较小,对于光纤激光器,有利于光路的设计,更好匹配高吸收率的波长,以实现光纤激光器的高效率运行。
Description
技术领域
本发明属于光纤激光器领域,尤其涉及一种泵源驱动控制装置、方法及光纤激光器。
背景技术
随着光纤激光器在工业加工、实验设备以及国防建设等领域的不断推广与应用,其出光功率要求越来越高,消耗的电功率也越来越高,提升光纤激光器效率可以有效地提升能效比,提升经济效益,因此具有重要意义。当前光纤激光器的泵源主要采用线性驱动电路或开关型驱动电路,线性驱动电路在信号响应速度和成本上具有优势,满负载效率较高,通常作为高功率激光器驱动的解决方案,开关型驱动电路则在适应性上具有优势,综合效率较高,通常用于低功率产品上,两种驱动均能够实现泵源的恒流输出。
请参阅图1,现有技术的光纤激光器泵源驱动控制装置包括依次电连接的控制器11、驱动电路12和泵源13,驱动电路可以是线性驱动电路或开关型驱动电路。即现有技术的光纤激光器泵源驱动控制装置是直接通过线性驱动电路或开关型驱动电路来驱动泵源。直接采用开关型驱动电路来驱动泵源存在满载效率低,并且由于泵源电流连续变化,电流变化会导致的泵源输出光线宽变大,也就是泵源出光的频带较宽,影响激光器的使用;直接采用线性驱动电路来驱动泵源,则满载效率较高,但是由于线性驱动自身的特性,轻载效率低,同时也存在电流连续变化导致的出光线宽大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种泵源驱动控制装置、方法及光纤激光器,旨在解决直接采用开关型驱动电路来驱动泵源存在满载效率低,泵源出光的频带较宽;直接采用线性驱动电路来驱动泵源,则满载效率较高,轻载效率低,泵源出光的频带较宽的问题。
第一方面,本发明提供了一种泵源驱动控制装置,包括依次电连接的控制器、脉冲宽度调制模块、驱动电路和至少一路泵源,脉冲宽度调制模块用于根据控制器输出的预设值的模拟电流信号生成调制波和载波,并通过脉冲宽度调制,将预设值的模拟电流信号调制成非连续波形信号作为驱动电流信号输入至驱动电路,以由驱动电路控制所述泵源。
进一步地,所述泵源驱动控制装置包括多路泵源时,脉冲宽度调制模块调制的多路非连续波形信号的有效值或平均输出功率值与预设值相同,作为各路泵源的驱动电流信号的多路非连续波形信号存在相位差。
第二方面,本发明提供了一种光纤激光器,包括所述的泵源驱动控制装置。
第三方面,本发明提供了一种泵源驱动控制方法,所述方法包括:
脉冲宽度调制模块根据控制器输出的预设值的模拟电流信号生成调制波和载波,并通过脉冲宽度调制,将预设值的模拟电流信号调制成非连续波形信号作为驱动电流信号输入至驱动电路,以由驱动电路控制所述泵源。
在本发明中,由于泵源驱动控制装置包括与驱动电路电连接的脉冲宽度调制模块,根据控制器输出的预设值的模拟电流信号生成调制波和载波,并通过脉冲宽度调制,将预设值的模拟电流信号调制成非连续波形信号作为驱动电流信号输入至驱动电路,从而使驱动电流信号的幅值为0或者最大值,使泵源输出的电流相应是0或者最大值。因此可以充分发挥驱动在满载时效率高的优势,同时由于泵源始终工作在最大电流处,不存在连续电流带来的线宽问题;另外,由于各路泵源的驱动电流信号的多路非连续波形信号存在相位差,因此可以有效减小光功率输出脉动,扩展激光器的应用领域;另外,可使泵源始终工作在额定电流或者无电流的状态,进而消除电流对泵源输出光的波长影响,使其线宽较小,对于光纤激光器,有利于光路的设计,更好匹配高吸收率的波长,以实现光纤激光器的高效率运行。
附图说明
图1是现有技术的泵源驱动控制装置的结构框图。
图2是本发明实施例提供的泵源驱动控制装置的结构框图。
图3是生成4路泵源的驱动电流信号的波形示意图。
图4是0-25%功率驱动占空比及输出波形示意图。
图5是25%功率驱动占空比及输出波形示意图。
图6是25%-50%功率驱动占空比及输出波形示意图。
图7是50%功率驱动占空比及输出波形示意图。
图8是50%-75%功率驱动占空比及输出波形示意图。
图9是75%功率驱动占空比及输出波形示意图。
图10是75%-100%功率驱动占空比及输出波形示意图。
图11是100%功率驱动占空比及输出波形示意图。
图12是采用PWM模块进行调制和普通连续模式下波长变化的对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。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。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
请参阅图2,本发明实施例提供的泵源驱动控制装置包括依次电连接的控制器21、PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)模块22、驱动电路23和至少一路泵源24,PWM模块22用于根据控制器21输出的预设值的模拟电流信号生成调制波和载波,并通过脉冲宽度调制,将预设值的模拟电流信号调制成非连续波形信号作为驱动电流信号输入至驱动电路23,以由驱动电路23控制所述泵源24,使驱动电流信号的幅值为0或者最大值,使泵源输出的电流相应是0或者最大值。驱动电路可以是线性驱动电路或开关型驱动电路。
所述非连续波形信号可以是方波信号、梯形波信号、三角波信号或锯齿波信号。
PWM模块22可以通过模拟电路实现,也可以通过数字电路方式实现,其特点是PWM模块22输出仅为零或者高电平两个状态,而输出功率的高低由高电平的比例决定。
由于采用单路泵源的驱动场合时,PWM模块22调制的脉冲信号的输出功率的脉动较大,故本发明实施例尤其适合应用于多路泵源的驱动场合,各路泵源的驱动电流信号之间增加移相,进而减小输出功率的脉动,使得激光器满足更多的实际应用场景。本发明实施例提供的泵源驱动控制装置应用于多路泵源的驱动场合时,即泵源驱动控制装置包括多路泵源时,PWM模块22调制的非连续波形信号的有效值或平均输出功率值与预设值相同,作为各路泵源的驱动电流信号的多路非连续波形信号存在相位差。如驱动电路是线性驱动电路,则可充分利用线性驱动满载效率高的优点,通过脉冲宽度调制实现对驱动电流信号的幅值控制。
如果是应用于N路泵源的驱动场合,各路泵源的驱动电流信号之间的相位差为2π/N;或者,通过控制器主动控制N路泵源中的M路泵源采用轮巡的方式运行,使运行中的N路泵源中的每路泵源的运行时间相同或相近,可有效提升泵源的使用寿命;或者,分别为每路泵源设立工作时间计数器,由控制器分配各路泵源的工作时间,不仅可以平均各个泵源的工作时间,同时智能的将潜在的高风险泵源工作时间减少,达到系统的工作寿命/可靠性的最大化;其中,N≥M≥1,M和N均为自然数。
请参阅图3,下面以4路泵源的驱动为例,其中C1,C2,C3,C4分别代表4路泵源的驱动电流信号,Cp为PWM模块的调制波,M1,M2,M3和M4为C1,C2,C3,C4对应的载波,载波之间依次移相π/2,调制波Cp和载波M1进行比较,调制波Cp高于载波M1为高电平,低于载波M1为低电平,则得到输出波形C1,按照该方式,可依次得到C2,C3和C4。泵源输出光波形同C1,C2,C3,C4的趋势相同,在光纤激光器内部多路泵源经过合束器合束后波形如Co所示,实现了预期的波形。
请参阅图4至图11,下面以4路泵源的驱动为例,其中C1,C2,C3,C4分别代表4路泵源的驱动电流信号,每路泵源的驱动电流信号错相π/2,每路泵源的驱动电流信号的占空比根据预设电流进行实时调节,以实现恒定电流输出。
本发明实施例还提供了一种包括本发明实施例提供的泵源驱动控制装置的光纤激光器。
本发明实施例还提供了一种泵源驱动控制方法,所述方法包括:
脉冲宽度调制模块根据控制器输出的预设值的模拟电流信号生成调制波和载波,并通过脉冲宽度调制,将预设值的模拟电流信号调制成非连续波形信号作为驱动电流信号输入至驱动电路,以由驱动电路控制所述泵源。
所述非连续波形信号是方波信号、梯形波信号、三角波信号或锯齿波信号。
当所述泵源驱动控制方法应用于多路泵源时,脉冲宽度调制模块调制的多路非连续波形信号的有效值或平均输出功率值与预设值相同,作为各路泵源的驱动电流信号的多路非连续波形信号存在相位差。
所述泵源驱动控制方法应用于N路泵源的驱动场合时,脉冲宽度调制模块对载波进行移相,使各路泵源的驱动电流信号之间的相位差为2π/N;或者,通过控制器主动控制N路泵源中的M路泵源采用轮巡的方式运行,使运行中的N路泵源中的每路泵源的运行时间相同或相近,可有效提升泵源的使用寿命;或者,分别为每路泵源设立工作时间计数器,由控制器分配各路泵源的工作时间,不仅可以平均各个泵源的工作时间,同时智能的将潜在的高风险泵源工作时间减少,达到系统的工作寿命/可靠性的最大化;其中,N≥M≥1,M和N均为自然数。
作为各路泵源的驱动电流信号的占空比根据所述预设值的模拟电流信号进行实时调节,以实现恒定电流输出。
在本发明中,由于泵源驱动控制装置包括与驱动电路电连接的脉冲宽度调制模块,根据控制器输出的预设值的模拟电流信号生成调制波和载波,并通过脉冲宽度调制,将预设值的模拟电流信号调制成非连续波形信号作为驱动电流信号输入至驱动电路,从而使驱动电流信号的幅值为0或者最大值,使泵源输出的电流相应是0或者最大值。因此可以充分发挥驱动在满载时效率高的优势,同时由于泵源始终工作在最大电流处,不存在连续电流带来的线宽问题,泵源采用PWM模块进行调制和普通连续模式下波长变化的对比如图12所示,采用PWM模块进行调制和普通连续模式相比,输出波长变化范围小;另外,由于各路泵源的驱动电流信号的多路非连续波形信号存在相位差,因此可以有效减小光功率输出脉动,扩展激光器的应用领域;另外,可使泵源始终工作在额定电流或者无电流的状态,进而消除电流对泵源输出光的波长影响,使其线宽较小,对于光纤激光器,有利于光路的设计,更好匹配高吸收率的波长,以实现光纤激光器的高效率运行。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:只读存储器(ROM,Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM,RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种泵源驱动控制装置,其特征在于,包括依次电连接的控制器、脉冲宽度调制模块、驱动电路和至少一路泵源,脉冲宽度调制模块用于根据控制器输出的预设值的模拟电流信号生成调制波和载波,并通过脉冲宽度调制,将预设值的模拟电流信号调制成非连续波形信号作为驱动电流信号输入至驱动电路,以由驱动电路控制所述泵源。
2.如权利要求1所述的泵源驱动控制装置,其特征在于,所述非连续波形信号是方波信号、梯形波信号、三角波信号或锯齿波信号。
3.如权利要求1所述的泵源驱动控制装置,其特征在于,所述泵源驱动控制装置包括多路泵源时,脉冲宽度调制模块调制的多路非连续波形信号的有效值或平均输出功率值与预设值相同,作为各路泵源的驱动电流信号的多路非连续波形信号存在相位差。
4.如权利要求3所述的泵源驱动控制装置,其特征在于,所述泵源驱动控制装置应用于N路泵源的驱动场合时,各路泵源的驱动电流信号之间的相位差为2π/N;或者,通过控制器主动控制N路泵源中的M路泵源采用轮巡的方式运行,使运行中的N路泵源中的每路泵源的运行时间相同或相近;或者,分别为每路泵源设立工作时间计数器,由控制器分配各路泵源的工作时间;其中,N≥M≥1,M和N均为自然数。
5.如权利要求1所述的泵源驱动控制装置,其特征在于,所述脉冲宽度调制模块通过模拟电路或者数字电路方式实现。
6.一种光纤激光器,其特征在于,包括如权利要求1至5任一项所述的泵源驱动控制装置。
7.一种泵源驱动控制方法,其特征在于,所述方法包括:
脉冲宽度调制模块根据控制器输出的预设值的模拟电流信号生成调制波和载波,并通过脉冲宽度调制,将预设值的模拟电流信号调制成非连续波形信号作为驱动电流信号输入至驱动电路,以由驱动电路控制所述泵源。
8.如权利要求7所述的泵源驱动控制方法,其特征在于,当所述泵源驱动控制方法应用于多路泵源时,脉冲宽度调制模块调制的多路非连续波形信号的有效值或平均输出功率值与预设值相同,作为各路泵源的驱动电流信号的多路非连续波形信号存在相位差。
9.如权利要求8所述的泵源驱动控制方法,其特征在于,所述泵源驱动控制方法应用于N路泵源的驱动场合时,脉冲宽度调制模块对载波进行移相,使各路泵源的驱动电流信号之间的相位差为2π/N;或者,通过控制器主动控制N路泵源中的M路泵源采用轮巡的方式运行,使运行中的N路泵源中的每路泵源的运行时间相同或相近;或者,分别为每路泵源设立工作时间计数器,由控制器分配各路泵源的工作时间;其中,N≥M≥1,M和N均为自然数。
10.如权利要求8所述的泵源驱动控制方法,其特征在于,作为各路泵源的驱动电流信号的占空比根据所述预设值的模拟电流信号进行实时调节,以实现恒定电流输出。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211217 |