CN117477329A - 大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源及其控制方法，涉及大功率半导体泵浦光纤激光器领域，电源系统包括：中央控制单元，用于接收来自于外部用户设定的功率数据，并根据功率数据为各并联驱动电路分配不同功率值；用于向各并联驱动电路提供出光控制信号；用于收集各并联驱动电路上传的电流数据、温度数据、电压数据及激光功率数据；多路并联驱动电路，由中央控制单元控制多路并联驱动电路输出不同功率的激光；激光耦合器，用于将多路并联驱动电路输出的激光进行耦合后输出。本发明避免了因单个泵浦源出现损坏而导致激光器不能正常工作的问题，保证了每个泵浦源安全可靠地工作，保证了输出激光效率最高和激光输出功率的稳定性。

Description

大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源及其控制方法

技术领域

本发明涉及大功率半导体泵浦光纤激光器技术领域， 具体涉及一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源及其控制方法。

背景技术

目前，在激光碎石领域，应用最为广泛的是钬激光，可以实现精准的组织切割与碎石，但是在治疗过程中，由于钬激光输出功率很大，容易造成人体组织损伤，且钬激光效率低，机器的功率很大，对治疗环境影响较大。而铥激光相比于钬激光可以输出更高频、更低能量的激光，可将结石快速击碎成粉末，缩短治疗时间，也能降低治疗中能量过大带来的风险。但在铥激光实现过程中，由于所需功率较大，单个半导体泵浦源无法满足使用需求，常用多个半导体泵浦源串联，输出激光合束后才可满足使用需求。由于泵浦源是串联使用的，均在一个串联回路中，当某一个泵浦源损坏时会造成其它泵浦源工作异常，无法正常工作。而且在串联回路中流过每个泵浦源的电流是相同的，当需要小功率输出时，必须降低每个泵源电流，而在小电流输出条件下，泵浦源输出激光效率低下且激光功率不稳定，降低了结石的击碎速度和碎石程度，使治疗效果变差。同时在大电流输出条件下，泵浦源输出激光效率高、激光功率稳定，但过高的输出激光效率容易造成结石出现较大位移或损伤人体组织。故如何将泵浦源的电流控制在一个稳定区间并且可以进行灵活调节是目前亟待解决的首要问题。

发明内容

为了解决现有常规光纤激光器在使用中出现的问题，本发明提供一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源及其控制方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明提供的大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，包括：中央控制单元、多路并联驱动电路和激光耦合器；

所述中央控制单元，用于接收来自于外部用户设定的功率数据，并根据所述功率数据为各并联驱动电路分配不同功率值；用于向各并联驱动电路提供出光控制信号；用于收集各并联驱动电路上传的电流数据、温度数据、电压数据及激光功率数据；

多路并联驱动电路，由所述中央控制单元控制多路并联驱动电路输出不同功率的激光；

激光耦合器，用于将多路并联驱动电路输出的激光进行耦合后输出。

进一步的，每路并联驱动电路均包括：

数据处理模块，用于根据中央控制单元所分配的功率值采集对应的电流数据、温度数据、电压数据和激光功率数据；用于将中央控制单元所分配的功率值发送至功率设定模块；

功率设定模块，用于将数据处理模块发送的功率值转化为功率设定DA值，并将其加载到功率开关管驱动电路的同相输入端；

功率开关管驱动电路，用于接收中央控制单元发送的出光控制信号以实现同步启动；用于产生驱动电流以激励大功率半导体泵浦光纤激光器输出激光；用于接收功率设定模块加载到同相输入端的功率设定DA值和信号放大电路加载到反相输入端的激光功率数据，经闭环反馈调节后输出与功率设定DA值一致的激光功率；

第一光电传感器，用于检测进入到激光耦合器前大功率半导体泵浦光纤激光器输出的激光强度；用于将进入到激光耦合器前大功率半导体泵浦光纤激光器输出的激光强度转化为电信号并发送至信号放大电路；

信号放大电路，用于接收第一光电传感器发送的电信号并进行放大处理后输出激光功率数据；用于将激光功率数据发送至数据处理模块；用于将激光功率数据加载到功率开关管驱动电路反相输入端；

大功率半导体泵浦光纤激光器，用于在功率开关管驱动电路驱动电流的激励下输出激光。

进一步的，还包括：第二光电传感器；所述第二光电传感器，用于检测经激光耦合器输出的激光输出功率，并将经激光耦合器耦合输出的激光输出功率反馈至中央控制单元。

进一步的，每路并联驱动电路还包括：串联在大功率半导体泵浦光纤激光器一侧的电流采样回路；所述电流采样回路用于采集大功率半导体泵浦光纤激光器的电流数据，并将采样的电流数据发送至数据处理模块中。

进一步的，每路并联驱动电路还包括：加载在大功率半导体泵浦光纤激光器两端的电压采样回路；所述电压采样回路用于采集大功率半导体泵浦光纤激光器的电压数据，并将采样的电压数据发送至数据处理模块中。

进一步的，每路并联驱动电路还包括：乘法器；所述乘法器用于获取电流采样回路发送的电流数据和电压采样回路发送的电压数据；用于根据获取的电流数据及电压数据计算出激光功率反馈数据；用于将计算出的激光功率反馈数据与功率设定DA值在功率开关管驱动电路中进行比较，当激光功率反馈数据大于功率设定DA值时，则通过数据处理模块封锁功率设定模块，电源系统停止出光。

进一步的，每路并联驱动电路还包括：固定在大功率半导体泵浦光纤激光器上的温度采样回路；所述温度采样回路用于采集大功率半导体泵浦光纤激光器的温度数据，并将采样的温度数据发送至数据处理模块中。

本发明提供的大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源的控制方法，包括以下步骤：

（1）开机后对各并联驱动电路进行自检工作，找出存在异常的并联驱动电路；

（2）利用分布式动态均衡算法进行功率值的分配；

经过自检电源系统正常工作后，所述中央控制单元接收外部设定的功率数据后进行分析判断，并通过其内嵌的分布式动态均衡算法为各并联驱动电路分配不同的功率值；

（3）所述数据处理模块对中央控制单元传送的功率值进行分析并将其传送至功率设定模块，同时调取对应的电流数据、温度数据、电压数据和激光功率数据；所述功率设定模块将功率值转换为功率设定DA值，并将其加载到功率开关管驱动电路同相输入端；

（4）启动电源系统，所述中央控制单元为功率开关管驱动电路提供出光控制信号，所有功率开关管驱动电路同时启动，所述大功率半导体泵浦光纤激光器流过已设定好的电流，输出不同功率的激光；

（5）利用电压采样回路和电流采样回路分别采集大功率半导体泵浦光纤激光器两端的电压数据和电流数据，同时利用温度采样回路采集大功率半导体泵浦光纤激光器中的泵浦源温度数据，所采集的电压数据、电流数据和温度数据被传送至数据处理模块进行计算处理，并与此前调取的各项数据进行对比，通过第二光电传感器采集激光耦合器输出的激光功率。

进一步的，所述步骤（1）包括流程1和流程2；所述流程1的自检过程如下：

在开始自检时，所述中央控制单元设置功率设定电压DA1，并均分给n个独立的并联驱动电路，每个并联驱动电路一同执行功率设定电压DA1的n分之一，同时每个并联驱动电路中的大功率半导体泵浦光纤激光器输出对应的激光功率；每个并联驱动电路中的数据处理模块采集电流采样回路发送的电流数据、温度采样回路发送的温度数据、电压采样回路发送的电压数据和信号放大电路发送的激光功率数据并进行数据处理；如果各并联驱动电路的各项数据均正常，则自检工作结束；如果有并联驱动电路输出的数据存在异常，则进行流程继续自检；

所述流程2的人自检过程如下：

在开始自检时，所述中央控制单元再次设置功率设定电压DA2，依次发送给各并联驱动电路，每个并联驱动电路分别执行功率设定电压DA2，同时每个并联驱动电路中的大功率半导体泵浦光纤激光器输出对应的激光功率，每个并联驱动电路中的数据处理模块采集电流采样回路发送的电流数据、温度采样回路发送的温度数据、电压采样回路发送的电压数据和信号放大电路发送的激光功率数据并进行数据处理，再次确认异常并联驱动电路，并对其进行标记和报警；流程2执行完毕后，重新执行流程1，直至自检全部结束。

进一步的，所述分布式动态均衡算法的具体操作流程如下：

设外部设定功率为Pw，总额定功率为Pz，每个并联驱动电路的激光输出功率均为Pb，全部并联驱动电路的数量为n，参与工作的并联驱动电路的数量为x，则按照以下三种情况进行操作：

a、当外部设定功率Pw≤Pz*10%时，所述中央控制单元开启一个并联驱动电路，Pb=Pw，并在激光输出过程中，循环使用每个并联驱动电路；

b、当外部设定功率Pz*10%＜Pw≤Pz*50%时，所述中央控制单元至少开启两路并联驱动电路，Pb=PW/x，并在激光输出过程中，循环使用每个并联驱动电路；

c、当外部设定功率Pw＞Pz*50%时，所述中央控制单元开启全部并联驱动电路，每个并联驱动电路的激光输出功率Pb=Pw/n，并在激光输出过程中，监测各并联驱动电路工作温度。

本发明的有益效果是：

从结构角度来说，本发明的一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，包括多路并联驱动电路，通过并联驱动电路可将多个激光器泵浦源进行并联，能够有效避免因单个泵浦源出现损坏而导致激光器不能正常工作的问题；同时本发明还能够调节每个泵浦源的工作状态，使其工作在最高效率点上，保证了每个泵浦源都能够安全可靠地工作。另外，当单个泵浦源出现短路或断路时，该路的电流采样回路、电压采样回路及功率反馈回路可以对其工作状态进行判定，将此路故障泵浦源进行关闭，使其不影响其它回路正常工作。同时各并联驱动电路具备自检功能和动态监控功能，自检不通过的并联驱动电路就会被排除出选择范围，提高了电源系统的容错能力。

从方法角度来说，本发明的一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源的控制方法，在出光工作过程中，可根据所需不同激光输出功率选择哪几路泵浦源输出。在小功率输出时，中央控制单元会根据用户设定的功率数据关闭若干个泵浦源，仅保留一个或几个泵浦源，保证输出激光效率最高和激光输出功率的稳定性。另外，本发明采用分布式动态均衡算法可以将电源系统的故障几率降低到最低，同时个别独立并联驱动电路出现异常状态时也可保证电源系统整体正常工作，大大延长了电源系统整体使用寿命进行自检，对自检有问题的并联驱动电路进行报警和标记，提示在空闲时进行维修和保养，但不影响当前使用，保证了电源系统整体的可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源的结构组成示意图。

图2为功率开关管驱动电路的电路图。

图3为信号放大电路的电路图。

图4为开机自检流程图。

图5为本发明的一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源的控制方法流程图。

图中，

1、中央控制单元；

2、并联驱动电路；201、数据处理模块，202、功率设定模块，203、功率开关管驱动电路，204、电流采样回路，205、温度采样回路，206、电压采样回路，207、乘法器，208、第一光电传感器，209、信号放大电路，210、大功率半导体泵浦光纤激光器；

3、激光耦合器；

4、第二光电传感器。

具体实施方式

第一方面，本发明提供一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源。

如图1所示，本发明的一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，主要包括：人机交互界面、中央控制单元1、多路并联驱动电路2、激光耦合器3和第二光电传感器4。

其中，用户可通过人机交互界面向中央控制单元1发送电源系统启动信号；多路并联驱动电路2均由中央控制单元1进行控制；多路并联驱动电路2均与激光耦合器3通过光纤相连；第二光电传感器4分别与中央控制单元1和激光耦合器3相连。

每个并联驱动电路2均包括：数据处理模块201、功率设定模块202、功率开关管驱动电路203、电流采样回路204、温度采样回路205、电压采样回路206、乘法器207、第一光电传感器208、信号放大电路209和大功率半导体泵浦光纤激光器210。

1、中央控制单元1与数据处理模块201之间通过数据总线进行通讯，并且中央控制单元1还与功率开关管驱动电路203相连。中央控制单元1，用于接收来自于外部用户设定的功率数据，并根据接收到的功率数据大小为各并联驱动电路2中的数据处理模块201分配不同功率值；以及用于向功率开关管驱动电路203提供出光控制信号以启动功率开关管驱动电路203；同时还用于收集数据处理模块201上传的电流数据、温度数据、电压数据及激光功率数据。

中央控制单元1是本发明的核心部件，具体可使用高性能MCU微控制器，其数据处理速度可完全满足使用需求。在本发明中，中央控制单元1的功能就是为各数据处理模块201提供用户设定的功率数据，并通过数据总线传输到数据处理模块201中，同时收集各数据处理模块201上传的电流数据、温度数据、电压数据及激光功率数据。为了保证各并联驱动电路2出光同步性，各并联驱动电路2的出光控制信号均由中央控制单元1统一输出。出光控制权限仅中央控制单元1具有，这样激光器的输出脉宽准确性能够控制在微秒级别。为保证在出现数据反馈异常情况下，保护激光器及电源不受损坏、快速切断各并联驱动电路2，各并联驱动电路2都具有封锁出光控制信号的能力。激光器输出时，会通过第二光电传感器4将激光输出功率反馈至中央控制单元1，实时监控激光输出功率情况。

2、数据处理模块201，用于获取中央控制单元1所分配的功率值，并根据中央控制单元1所分配的功率值采集对应的电流采样回路204发送的电流数据、温度采样回路205发送的温度数据、电压采样回路206发送的电压数据和信号放大电路209发送的激光功率数据；以及用于将中央控制单元1所分配的功率值发送至功率设定模块202。

每个并联驱动电路2都具有一个数据处理模块201，具体可使用高性能MCU微控制器，可以完成电流数据、温度数据、电压数据、激光功率数据的采集，并通过数据总线将这些数据上传至中央控制单元1，同时也完成对这些数据的核对，当各数据与中央控制单元1所分配的功率值对应的各项数据不符时，立刻停止向功率设定模块202发送中央控制单元1所分配的功率值，避免损伤扩大。

3、功率设定模块202，用于将数据处理模块201发送的功率值转化为功率设定DA值，并将其加载到功率开关管驱动电路203的同相输入端。

功率设定模块202可将数据处理模块201给出的功率值转换为模拟电压值，具体可使用高可靠性单路12位ADC芯片，可将5V电压均分为4096点，每点电压可低至1.2mV，完全可以满足大功率半导体泵浦光纤激光器210输出的功率档位。功率设定模块202通过数据处理模块201控制，可灵活的控制大功率半导体泵浦光纤激光器210输出不同功率数值，各并联驱动电路2也可设置不同功率数值。

4、功率开关管驱动电路203，用于接收中央控制单元1发送的出光控制信号以实现同步启动；以及用于产生驱动电流以激励大功率半导体泵浦光纤激光器210输出激光；以及用于接收功率设定模块202加载到同相输入端的功率设定DA值和信号放大电路209加载到反相输入端的激光功率数据，经闭环反馈调节后输出与功率设定DA值一致的激光功率。

如图2所示，功率开关管驱动电路203具体可由高速集成运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和功率开关管U2组成，第一电阻R1与第一电容C1串联，第二电阻R2连接在高速集成运算放大器U1的反相输入端，第三电阻R3连接在高速集成运算放大器U1的同相输入端，第一电容C1和功率开关管U2连接在高速集成运算放大器U1的输出端。当在高速集成运算放大器U1的同相输入端加载功率设定DA值后，功率开关管驱动电路203同相输入端电压高于反相输入端，功率开关管驱动电路203输出就会变高，驱动其中的功率开关管打开，电流会变大，大功率半导体泵浦光纤激光器210输出激光，经过信号放大电路209放大后的激光功率数据加载到功率开关管驱动电路203反相输入端，抑制放大器输出电压，此过程为闭环反馈调节，直到激光器输出的激光功率数据与功率设定DA值一致。

5、第一光电传感器208，用于检测进入到激光耦合器3前大功率半导体泵浦光纤激光器210输出的激光强度；以及用于将进入到激光耦合器3前大功率半导体泵浦光纤激光器210输出的激光强度转化为电信号并发送至信号放大电路209。

其中，第一光电传感器208具体可使用砷化镓光电二极管。本发明利用反偏电路采集激光耦合器3耦合输出的激光，并利用激光耦合器3耦合输出的激光照射到第一光电传感器208上形成暗电流，该暗电流经过信号放大电路209放大后传输到数据处理模块201和功率开关管驱动电路203中。

6、信号放大电路209，用于接收第一光电传感器208发送的电信号并进行放大处理后输出激光功率数据；以及用于将激光功率数据发送至数据处理模块201；以及用于将激光功率数据加载到功率开关管驱动电路203的反相输入端。

如图3所示，信号放大电路209主要由运算放大器U3、第四电阻R4至第十二电阻R12、第二电容C2和第三电容C3组成，第十二电阻R12、第二电容C2、第四电阻R4一端均与运算放大器U3输出端相连，第五电阻R5与第二电容C2串联，第十电阻R10和第九电阻R9均与运算放大器U3的正向输入端相连，第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第十一电阻R11均与运算放大器U3的负向输入端相连，第七电阻R7、第八电阻R8和第三电容C3串联，第七电阻R7另一端与第六电阻R6相连，第三电容C3另一端与第九电阻R9另一端相连。其中，第十电阻R10连接大功率半导体泵浦光纤激光器210的泵浦源正极，第十一电阻R11连接大功率半导体泵浦光纤激光器210的泵浦源负极。

7、电流采样回路204串联在大功率半导体泵浦光纤激光器210一侧，用于采集大功率半导体泵浦光纤激光器210的电流数据，并将采样的电流数据分别发送至数据处理模块201及乘法器207之中。

电流采样回路204具体可使用高性能霍尔效应传感器，通过测量高频脉冲直流和交流电流，把电流信号转换为电压信号，将其串联到大功率半导体泵浦光纤激光器210一侧，采集的电流数据分为2路输出，1路进入到数据处理模块201，另1路进入到乘法器207中。

8、电压采样回路206加载在大功率半导体泵浦光纤激光器210的两端，用于采集大功率半导体泵浦光纤激光器210的电压数据，并将采样的电压数据分别发送至数据处理模块201及乘法器207之中。

电压采样回路206具体可采用差分隔离放大电路，该电路特点是可将采样回路与输出回路进行隔离，不会相互影响，通过调节电阻阻值，来改变电压采样的比例。

9、温度采样回路205固定在大功率半导体泵浦光纤激光器210上，用于采集大功率半导体泵浦光纤激光器210的温度数据，并将采样的温度数据发送至数据处理模块201之中。

10、乘法器207，分别与电流采样回路204、电压采样回路206和功率开关管驱动电路203相连，用于获取电流采样回路204发送的电流数据和电压采样回路206发送的电压数据；以及用于根据获取的电流数据及电压数据计算出激光功率反馈数据；以及用于将计算出的激光功率反馈数据与功率设定DA值在功率开关管驱动电路203中进行比较，当激光功率反馈数据大于功率设定DA值时，立即通过数据处理模块201封锁功率设定模块202，电源系统停止出光。

为了防止电源系统在处理数据过程中速度较慢、无法启动快速保护作用的问题以及为了更加安全、可靠地保证电源系统输出激光功率处于可控范围，在电路中增加了乘法器207，该乘法器207的具体型号为AD633，其运算速度要高于数据处理模块201，当出现激光功率突增时或者超过安全限值时，会立即通过数据处理模块201封锁功率设定模块202，电源系统停止出光。具体为，利用该乘法器207可将采样得到的电流和电压相乘后得到激光功率反馈数据，将激光功率反馈数据与功率设定DA值在功率开关管驱动电路203中进行比较，如果差值较大则通过数据处理模块201封锁功率设定模块202，电源系统停止出光。

11、大功率半导体泵浦光纤激光器210，主要用于在功率开关管驱动电路203驱动电流的激励下输出激光，其结构和组成均为现有技术，在此不再详细介绍。

12、第二光电传感器4，用于检测经激光耦合器3输出的激光输出功率，并将经激光耦合器3耦合输出的激光输出功率反馈至中央控制单元1。

其中，第二光电传感器4固定在激光耦合器3附近，位置不可移动，第二光电传感器4具体可使用砷化镓光电二极管。

13、激光耦合器3通过光纤分别与大功率半导体泵浦光纤激光器210和第二光电传感器4相连，通过激光耦合器3将大功率半导体泵浦光纤激光器210输出的激光进行耦合后输出。

第二方面，本发明提供一种大功率半导体泵浦光纤激光器210并联驱动电源的控制方法。该控制方法主要用于控制第一方面所提供的一种大功率半导体泵浦光纤激光器210并联驱动电源实现其具体功能。

本发明的一种大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源的控制方法，其具体操作流程如下：

如图4所示，在用户对电源系统整体进行操作时，开机后，首先电源系统会在未进入人机交互界面时对电源系统各并联驱动电路2进行自检，提前找出存在异常的并联驱动电路2。

其中，流程1自检过程如下：

在开始自检时，中央控制单元1会设置功率设定电压DA1，并均分给n个独立的并联驱动电路2，每个并联驱动电路2一同执行功率设定电压DA1的n分之一（DA1/n），同时每个并联驱动电路2中的大功率半导体泵浦光纤激光器210输出对应的激光功率。每个并联驱动电路2中的数据处理模块201采集电流采样回路204发送的电流数据、温度采样回路205发送的温度数据、电压采样回路206发送的电压数据和信号放大电路209发送的激光功率数据并进行数据处理，如果各并联驱动电路2的各项数据均正常，则自检工作结束，上述自检过程速度较快，能够节约开机时间。如果有并联驱动电路2输出的数据存在异常，则进行流程2继续自检。

其中，流程2自检过程如下：

在开始自检时，中央控制单元1再次设置功率设定电压DA2，依次发送给各并联驱动电路2，每个并联驱动电路2分别执行功率设定电压DA2，同时每个并联驱动电路2中的大功率半导体泵浦光纤激光器210输出对应的激光功率，每个并联驱动电路2中的数据处理模块201采集电流采样回路204发送的电流数据、温度采样回路205发送的温度数据、电压采样回路206发送的电压数据和信号放大电路209发送的激光功率数据并进行数据处理，再次确认异常并联驱动电路2，并对其进行标记和报警，提示在空闲时进行维修和保养，但不影响当前使用，保证了电源系统整体的可靠性。流程2执行完毕后，重新执行流程1，直至自检全部结束。

当某个并联驱动电路2检测数据出现异常时，中央控制单元1会停止其工作，并将重新分配其它并联驱动电路2的激光输出功率，在不突破最大功率限制的情况下，使整个电源系统继续正常工作，中央控制单元1还会实时监控激光器最终的激光输出功率与设定的功率数据是否一致，这种设计可避免在结石手术治疗过程出现突发状况而终止治疗的问题。

（2-1）利用分布式动态均衡算法进行功率值的分配；

如图5所示，电源系统正常工作后，用户通过人机交互界面设定其所需的功率数据，该功率数据传输至中央控制单元1。中央控制单元1在得到外部设定的功率数据后进行分析判断，并通过其内嵌的分布式动态均衡算法为各并联驱动电路2分配不同的功率值，最大限度地保证激光最大出光效率及激光光束质量。

其中，所采用的分布式动态均衡算法的具体操作流程如下：

中央控制单元1接收来自于外部的设定功率数据，并根据功率数据大小为各并联驱动电路2中的数据处理模块201分配不同功率值，根据外部设定的不同功率值大小，进行分布式动态均衡算法处理。其控制规则在于，中央控制单元1根据总额定功率进行计算，并判断单个并联驱动电路2的激光输出功率是否达到总额定功率的10%，无法满足总额定功率要求时，中央控制单元1会多开启一个并联驱动电路2，并均分激光输出功率，并按此方式进行类推，直到超过总额定功率的50%后，中央控制单元1开启全部并联驱动电路2。

具体的，设外部设定功率为Pw，总额定功率为Pz，每个并联驱动电路2的激光输出功率均为Pb，全部并联驱动电路2的数量为n，参与工作的并联驱动电路的数量为x，则按照以下几种情况进行操作：

a、当外部设定功率小于或等于总额定功率的10%时，即外部设定功率Pw≤Pz*10%，中央控制单元1开启一个并联驱动电路2，Pb =Pw，并在激光输出过程中，循环使用每个并联驱动电路2；保证各并联驱动电路2使用寿命的一致性，避免不同并联驱动电路2间出现不同速率的衰减。

b、当外部设定功率达到总额定功率的10%-50%之间时，外部设定功率Pz*10%＜Pw≤Pz*50%时，中央控制单元1至少开启两路并联驱动电路2，Pb=PW/x，并在激光输出过程中，循环使用每个并联驱动电路2；保证激光输出质量的同时还能尽可能地降低各并联驱动电路2的损耗。

c、当外部设定功率大于总额定功率的50%时，外部设定功率Pw＞Pz*50%时，中央控制单元1开启全部并联驱动电路2，每个并联驱动电路2的激光输出功率Pb=Pw/n，并在激光输出过程中，监测各并联驱动电路2工作温度，减少出现异常的并联驱动电路2的功率。

所采用的分布式动态均衡算法，通过合理启用不同数量的并联驱动电路2，并合理分配各并联驱动电路2的激光输出功率，同时还可以记录各个并联驱动电路2的使用量，在小功率出光时会循环使用各并联驱动电路2，保证各并联驱动电路2使用量的一致性，避免不同并联驱动电路2间出现不同速率的衰减。

（2-2）各并联驱动电路2中的数据处理模块201接收到中央控制单元1传送的功率值后，对此功率值进行分析，并调取对应的电流数据、温度数据、电压数据和激光功率数据，为后续出光做准备，并将中央控制单元1传送的功率值传送至功率设定模块202；功率设定模块202将此功率值转换为功率设定DA值，并将其加载到功率开关管驱动电路203的同相输入端，该功率设定DA值用于功率开关管驱动电路203中的功率开关管开启使用，此功率设定DA值电压越高，功率开关管导通电流越大。

（2-3）上述操作完成后，用户通过人机交互界面向中央控制单元1发送电源系统启动信号从而启动电源系统，中央控制单元1会为每个并联驱动电路2中的功率开关管驱动电路203提供出光控制信号，各功率开关管驱动电路203得到的出光控制信号均为无延时的同步触发信号，所有独立并联驱动电路2中的功率开关管驱动电路203会同时启动，此时各并联驱动电路2中的大功率半导体泵浦光纤激光器210会流过已设定好的电流，输出不同功率的激光。

（2-4）当大功率半导体泵浦光纤激光器210工作后，其两端电压和流过的电流就会被电压采样回路206和电流采样回路204分别采集，大功率半导体泵浦光纤激光器210中的泵浦源温度会逐渐升高，温度被温度采样回路205采集，以上数据包括电压数据、电流数据和温度数据均被传送至数据处理模块201，通过数据处理模块201对上述数据进行计算处理，并与此前调取的各项数据进行对比，同时通过第二光电传感器4采集激光耦合器3中输出的激光功率，电源系统正常工作时，还会将数据上传至人机交互界面中，便于用户查看。

（2-5）电源系统正常工作时，还会根据温度采样回路205采集的温度数据调整温度偏差较大但激光输出功率正常的并联驱动电路2，中央控制单元1会将其激光输出功率减少10%，剩余功率再均分给其它并联驱动电路2，持续上述操作直到并联驱动电路2工作温度恢复至平均温度值附近。如果在最近的三次使用过程中均为同一并联驱动电路2出现此问题时，则认为该并联驱动电路2散热出现异常，电源系统会进行提示需要清洁散热，但不会影响用户正常使用。通过温度反馈调控能够使所有并联驱动电路2的工作温度基本一致，防止大功率半导体泵浦光纤激光器210由于温度偏差过大所造成的激光波长出现偏差。

（2-6）另外，当电源系统工作过程中出现故障时，还会对出现故障的并联驱动电路2进行相应的标记（例如标记为故障状态），当激光输出功率小于总额定功率的50%时，各并联驱动电路2循环使用时会自动跳过该故障并联驱动电路2，从而不会影响功率输出。在激光输出功率大于总额定功率的50%时，电源系统会自动关闭该故障并联驱动电路2，由其它并联驱动电路2完成用户的使用需求，当激光输出功率达到超过总额定功率的（n-1）倍时，电源系统会提示用户激光功率受限的说明。

本发明采用分布式动态均衡算法可以将电源系统的故障几率降低到最低，同时个别独立并联驱动电路2出现异常状态时也可保证电源系统整体正常工作，大大延长了电源系统整体使用寿命，提升了用户的使用感受。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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 (10)

1.大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，其特征在于，包括：中央控制单元、多路并联驱动电路和激光耦合器；

所述中央控制单元，用于接收来自于外部用户设定的功率数据，并根据所述功率数据为各并联驱动电路分配不同功率值；用于向各并联驱动电路提供出光控制信号；用于收集各并联驱动电路上传的电流数据、温度数据、电压数据及激光功率数据；

多路并联驱动电路，由所述中央控制单元控制多路并联驱动电路输出不同功率的激光；

激光耦合器，用于将多路并联驱动电路输出的激光进行耦合后输出。

2.根据权利要求1所述的大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，其特征在于，还包括：第二光电传感器；所述第二光电传感器，用于检测经激光耦合器输出的激光输出功率，并将经激光耦合器耦合输出的激光输出功率反馈至中央控制单元。

3.根据权利要求1所述的大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，其特征在于，每路并联驱动电路均包括：

数据处理模块，用于根据中央控制单元所分配的功率值采集对应的电流数据、温度数据、电压数据和激光功率数据；用于将中央控制单元所分配的功率值发送至功率设定模块；

功率设定模块，用于将数据处理模块发送的功率值转化为功率设定DA值，并将其加载到功率开关管驱动电路的同相输入端；

功率开关管驱动电路，用于接收中央控制单元发送的出光控制信号以实现同步启动；用于产生驱动电流以激励大功率半导体泵浦光纤激光器输出激光；用于接收功率设定模块加载到同相输入端的功率设定DA值和信号放大电路加载到反相输入端的激光功率数据，经闭环反馈调节后输出与功率设定DA值一致的激光功率；

第一光电传感器，用于检测进入到激光耦合器前大功率半导体泵浦光纤激光器输出的激光强度；用于将进入到激光耦合器前大功率半导体泵浦光纤激光器输出的激光强度转化为电信号并发送至信号放大电路；

信号放大电路，用于接收第一光电传感器发送的电信号并进行放大处理后输出激光功率数据；用于将激光功率数据发送至数据处理模块；用于将激光功率数据加载到功率开关管驱动电路反相输入端；

大功率半导体泵浦光纤激光器，用于在功率开关管驱动电路驱动电流的激励下输出激光。

4.根据权利要求3所述的大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，其特征在于，每路并联驱动电路还包括：串联在大功率半导体泵浦光纤激光器一侧的电流采样回路；所述电流采样回路用于采集大功率半导体泵浦光纤激光器的电流数据，并将采样的电流数据发送至数据处理模块中。

5.根据权利要求4所述的大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，其特征在于，每路并联驱动电路还包括：加载在大功率半导体泵浦光纤激光器两端的电压采样回路；所述电压采样回路用于采集大功率半导体泵浦光纤激光器的电压数据，并将采样的电压数据发送至数据处理模块中。

6.根据权利要求5所述的大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，其特征在于，每路并联驱动电路还包括：乘法器；所述乘法器用于获取电流采样回路发送的电流数据和电压采样回路发送的电压数据；用于根据获取的电流数据及电压数据计算出激光功率反馈数据；用于将计算出的激光功率反馈数据与功率设定DA值在功率开关管驱动电路中进行比较，当激光功率反馈数据大于功率设定DA值时，则通过数据处理模块封锁功率设定模块，电源系统停止出光。

7.根据权利要求3所述的大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源，其特征在于，每路并联驱动电路还包括：固定在大功率半导体泵浦光纤激光器上的温度采样回路；所述温度采样回路用于采集大功率半导体泵浦光纤激光器的温度数据，并将采样的温度数据发送至数据处理模块中。

8.如权利要求3至7中任意一项所述的大功率半导体泵浦光纤激光器并联驱动电源的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）开机后对各并联驱动电路进行自检工作，找出存在异常的并联驱动电路；

（2）利用分布式动态均衡算法进行功率值的分配；

经过自检电源系统正常工作后，所述中央控制单元接收外部设定的功率数据后进行分析判断，并通过其内嵌的分布式动态均衡算法为各并联驱动电路分配不同的功率值；

（3）所述数据处理模块对中央控制单元传送的功率值进行分析并将其传送至功率设定模块，同时调取对应的电流数据、温度数据、电压数据和激光功率数据；所述功率设定模块将功率值转换为功率设定DA值，并将其加载到功率开关管驱动电路同相输入端；

（4）启动电源系统，所述中央控制单元为功率开关管驱动电路提供出光控制信号，所有功率开关管驱动电路同时启动，所述大功率半导体泵浦光纤激光器流过已设定好的电流，输出不同功率的激光；

（5）利用电压采样回路和电流采样回路分别采集大功率半导体泵浦光纤激光器两端的电压数据和电流数据，同时利用温度采样回路采集大功率半导体泵浦光纤激光器中的泵浦源温度数据，所采集的电压数据、电流数据和温度数据被传送至数据处理模块进行计算处理，并与此前调取的各项数据进行对比，通过第二光电传感器采集激光耦合器输出的激光功率。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述步骤（1）包括流程1和流程2；所述流程1的自检过程如下：

在开始自检时，所述中央控制单元设置功率设定电压DA1，并均分给n个独立的并联驱动电路，每个并联驱动电路一同执行功率设定电压DA1的n分之一，同时每个并联驱动电路中的大功率半导体泵浦光纤激光器输出对应的激光功率；每个并联驱动电路中的数据处理模块采集电流采样回路发送的电流数据、温度采样回路发送的温度数据、电压采样回路发送的电压数据和信号放大电路发送的激光功率数据并进行数据处理；如果各并联驱动电路的各项数据均正常，则自检工作结束；如果有并联驱动电路输出的数据存在异常，则进行流程继续自检；

所述流程2的人自检过程如下：

在开始自检时，所述中央控制单元再次设置功率设定电压DA2，依次发送给各并联驱动电路，每个并联驱动电路分别执行功率设定电压DA2，同时每个并联驱动电路中的大功率半导体泵浦光纤激光器输出对应的激光功率，每个并联驱动电路中的数据处理模块采集电流采样回路发送的电流数据、温度采样回路发送的温度数据、电压采样回路发送的电压数据和信号放大电路发送的激光功率数据并进行数据处理，再次确认异常并联驱动电路，并对其进行标记和报警；流程2执行完毕后，重新执行流程1，直至自检全部结束。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述分布式动态均衡算法的具体操作流程如下：

设外部设定功率为Pw，总额定功率为Pz，每个并联驱动电路的激光输出功率均为Pb，全部并联驱动电路的数量为n，参与工作的并联驱动电路的数量为x，则按照以下三种情况进行操作：

a、当外部设定功率Pw≤Pz*10%时，所述中央控制单元开启一个并联驱动电路，Pb =Pw，并在激光输出过程中，循环使用每个并联驱动电路；

b、当外部设定功率Pz*10%＜Pw≤Pz*50%时，所述中央控制单元至少开启两路并联驱动电路，Pb=PW/x，并在激光输出过程中，循环使用每个并联驱动电路；

c、当外部设定功率Pw＞Pz*50%时，所述中央控制单元开启全部并联驱动电路，每个并联驱动电路的激光输出功率Pb=Pw/n，并在激光输出过程中，监测各并联驱动电路工作温度。