CN203872044U - 光纤激光器电源驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种光纤激光器电源驱动电路，包括I/O输入模块、串口输入模块、控制模块、信号处理模块、开关电源控制模块、激光器驱动模块和快速开关模块，I/O输入模块和串口输入模块分别与控制模块相连，控制模块分别与信号处理模块、快速开关模块相连，信号处理模块分别与开关电源控制模块、快速开关模块相连，开关电源控制模块与激光器驱动模块相连，激光器驱动模块与快速开关模块相连，快速开关模块与激光器相连。本实用新型的驱动电路通过快速开关模块对电源的输出电压进行开闭控制，在激光器上加载功率时无需等待激光器电源的响应时间，从而提高了激光器输出激光的响应时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光器驱动技术领域，具体涉及一种光纤激光器电源驱动电路。
背景技术
焊接用工业激光器采用单片机人机操控系统，现有的控制方式分为本地和远程控制。本地控制主要通过外部输入模拟信号进行控制，主要通过单片机直接控制激光器驱动模块；远程控制则通过串口发送不同指令进行控制。但该两种控制方式存在以下不足：
模拟信号控制：传统的激光控制是通过外部输入模拟信号控制激光器驱动电源的输出功率从而达到所需要的激光功率，这样控制简单，但激光器输出功率不稳定，流过激光器的电流出现在设定值上下出现摆动，无法稳定，导致激光器输出不稳定，影响工业使用。串口发送指令进行控制：通过串口通信向焊接用工业激光器发送指令，而焊接用工业激光器接收指令，对指令进行解码后执行相应的动作，执行时间长，执行效率低；且在工业应用环境存在各种干扰，导致串口通信的通信距离缩短，焊接用工业激光器接收指令的误码率增大，导致控制系统不稳定。
现有技术CN 203422634 U对其进行了改进，通过闭环PID 控制，激光器输出功率抖动率被控制在3% 以内，输出功率稳定能满足工业需求。I/O 口控制方式比串口控制方式效率提高40% ；使用串口操作指令时，指令响应时间为1ns，当用外部I/O 替代串口操控时，指令执行时间提高到30us，满足工业焊接时与行程电机的很好合作。
现有技术CN 203422634 U适合于电源响应时间为毫秒级的情况下使用，当需要将电源响应时间为微秒级的情况时，该驱动电路就无法使用，在工业以及科研领域无法满足需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提出一种光纤激光器电源驱动电路，解决现有技术中激光器响应时间过长的技术问题。
本实用新型的技术方案包括一种光纤激光器电源驱动电路，包括I/O输入模块、串口输入模块、控制模块、信号处理模块、开关电源控制模块、激光器驱动模块和快速开关模块，所述 I/O输入模块和串口输入模块分别与控制模块相连，所述控制模块的输出端分别与信号处理模块的输入端、快速开关模块的输入端相连，所述信号处理模块的输出端分别与开关电源控制模块、快速开关模块相连，所述开关电源控制模块的控制端与激光器驱动模块的控制端相连，所述激光器驱动模块的输出端与快速开关模块相连，快速开关模块的输出端与激光器相连。
优选地，上述驱动电路还包括保护模块，所述保护模块分别与快速开关模块和激光器驱动模块相连。
优选地，所述信号处理模块包括基准信号单元、数模转换单元和阻抗匹配单元，所述控制模块、数模转换单元和阻抗匹配单元依次相连，所述阻抗匹配单元分别与开关电源控制模块和快速开关模块相连，所述基准信号单元与数模转换单元相连。
优选地，所述快速开关模块包括依次相连的开关单元、电流检测及转换单元和比较单元，所述开关单元分别与控制模块、信号处理模块的阻抗匹配单元、激光器驱动模块相连，所述开关单元、所述电流检测及转换单元均与激光器相连；所述开关单元根据信号处理模块发送的模拟信号确定开启电压范围，根据控制模块发送的脉冲信号和激光器驱动模块发送的电压信号实现快速开启或关闭；所述电流检测及转换单元检测所述激光器的电流值，并将该电流值转换为相应的电压信号；所述比较单元将所述电流检测及转换单元发送的电压信号与所述激光器驱动模块发送的电压信号进行比较，判断激光器是否过流、并将过流信号发送至保护模块。
优选地，所述开关单元包括四个并联连接的MOSE管。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：本实用新型的光纤激光器电源驱动电路通过快速开关模块对电源的输出电压进行开闭控制，在激光器上加载功率时无需等待激光器电源的响应时间，从而提高了激光器输出激光的响应时间。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的光纤激光器电源驱动电路的结构框图；
图2是本实用新型实施例1的光纤激光器电源驱动电路的详细结构图；
图3是本实用新型实施例1的光纤激光器电源驱动电路的部分电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型提供了一种光纤激光器电源驱动电路，包括I/O输入模块、串口输入模块、控制模块、信号处理模块、开关电源控制模块、激光器驱动模块和快速开关模块，所述 I/O输入模块和串口输入模块分别与控制模块相连，所述控制模块的输出端分别与信号处理模块的输入端、快速开关模块的输入端相连，所述信号处理模块的输出端分别与开关电源控制模块、快速开关模块相连，所述开关电源控制模块的控制端与激光器驱动模块的控制端相连，所述激光器驱动模块的输出端与快速开关模块相连，快速开关模块的输出端与激光器相连。
具体地，上述光纤激光器电源驱动电路通过快速开关模块对电源的输出电压进行开闭控制，在激光器上加载功率时无需等待激光器电源的响应时间，从而提高了激光器输出激光的响应时间。
实施例1：
本实用新型的实施例1提供了一种光纤激光器电源驱动电路，如图1至图3所示，该驱动电路包括：I/O输入模块101、串口输入模块109、控制模块102、信号处理模块103、开关电源控制模块104、激光器驱动模块106、快速开关模块107和保护模块105。其中，I/O输入模块101和串口输入模块109分别与控制模块102相连，控制模块102的输出端分别与信号处理模块103的输入端、快速开关模块107的输入端相连，信号处理模块103的输出端分别与开关电源控制模块104、快速开关模块107相连，开关电源控制模块104的控制端与激光器驱动模块106的控制端相连，激光器驱动模块106的输出端与快速开关模块107相连，快速开关模块107的输出端与激光器108相连，保护模块105分别与快速开关模块107和激光器驱动模块106相连。
其中，I/O输入模块101和串口输入模块109用于实现激光器系统与外部设备之间的通信。
其中，激光器驱动模块106用于为激光器108供电。
控制模块102用于控制整个激光器系统的运行，将外部控制信号转换为设定指令以数字信号的形式发送至信号处理模块103，另外，控制模块102输出一个脉冲信号到快速开关模块107，参与控制快速开关模块107的开启或关闭。该数字信号经过信号处理模块103的处理转化为模拟信号并发送至开关电源控制模块104和快速开关模块107。开关电源控制模块104根据该模拟信号控制激光器驱动模块106输出相应的电压信号至快速开关模块107，该模拟信号输出至快速开关模块107，以控制快速开关模块107 的开启电压范围。
快速开关模块107根据控制模块102发送的脉冲信号和激光器驱动模块106发送的电压信号开启快速开关，给激光器108供电可以实现快速开启或关闭，另外，快速开关模块107还能够检测激光器108的电流值，并将该电流值转换为相应的电压信号，并与激光器驱动模块106发送的电压信号进行比较，判断激光器108是否过流，并将过流信号发送至保护模块105，保护模块105控制激光器驱动模块106的输出功率为0，从而保护激光器108。
本实施例的光纤激光器电源驱动电路的具体控制过程如下：控制模块102接受I/O输入模块101或串口输入模块109的外部控制信号，并将该外部控制信号转换为设定指令以数字信号的形式发送至信号处理模块103，同时控制模块102输出一个脉冲信号到快速开关模块107，信号处理模块103将上述数字信号转化为模拟信号并发送至开关电源控制模块104和快速开关模块107，开关电源控制模块104根据该模拟信号控制激光器驱动模块106输出相应的电压信号至快速开关模块107，快速开关模块107根据模拟信号确定开启电压范围、根据脉冲信号和电压信号实现快速开启或关闭进而实现对激光器108供电的快速开启或关闭。
请参见图2所示，I/O输入模块101包括接线器1011和光电隔离单元1012，其中，接线器1011、光电隔离单元1012、控制模块102依次相连，光电隔离单元1012为常见的光电耦合器。具体地，外部信号通过接插件引脚从外部引入，再经过光电耦合器进行数字信号的隔离，降低了外部信号对整个系统的干扰性。外部信号经过光电耦合器连接到单片机对应的引脚，外部I/O 信号通过编码选择控制模块102 内预存的1-63 组数据，数据包含激光器的功率值和工作时间值。
串口输入模块109 为常见的串口通信芯片，串口通信芯片将串口指令发送到控制模块102，控制模块102 通过解码将串口指令进行转化，具体控制方式与I/0 口控制方式相同。
其中，本实用新型通过接插件对激光器进行控制，方便使用、控制简单、无需编码，适合PLC 连接时效果尤为突出。而串口在复杂环境下易收到干扰，所以在应用中主要通过I/O 输入模块101起控制作用，串口输入模块109 起辅助作用。
请继续参阅图2所示，信号处理模块103 包括基准信号单元1031、数模转换单元1032 和阻抗匹配单元1033。其中，控制模块102、数模转换单元1032和阻抗匹配单元1033依次相连，阻抗匹配单元1033分别与开关电源控制模块104和快速开关模块107相连，基准信号单元1031 与数模转换单元1032 相连。参见图3，基准信号单元1031 包括电压基准芯片TL2 和电阻R12、R13 等，为数模转换单元1032 提供精准的基准电压2.5V，电阻R18 作为电压基准芯片TL2 的限流电阻。数模转换单元1032 为常见的数模转换芯片U4，如TLV5618。数模转换芯片U4 的引脚1、2、3 连接到单片机（控制模块102）引脚43、42、41 通过串行通信进行数据的更新和变化。阻抗匹配单元1033 包括运算放大器U3A、U3B，电路中运算放大器（U3A、U3B）各自的输出端和反相输入端直接连接，组成电压跟随器电路，对反相输入端的信号进行阻抗匹配。
请继续参阅图2所示，快速开关模块107包括依次相连的开关单元1071、电流检测及转换单元1072和比较单元1073，其中，开关单元1071分别与控制模块102、信号处理模块103 的阻抗匹配单元1033、激光器驱动模块106相连，开关单元1071、电流检测及转换单元1072均与激光器108相连。开关单元1071根据信号处理模块103发送的模拟信号确定开启电压范围，根据控制模块102发送的脉冲信号和激光器驱动模块106发送的电压信号实现快速开启或关闭。电流检测及转换单元1072检测激光器108的电流值，并将该电流值转换为相应的电压信号。比较单元1073将电流检测及转换单元1072的电压信号与激光器驱动模块106发送的电压信号进行比较，判断激光器108是否过流，并将过流信号发送至保护模块105。
进一步地，本实施例中的开关单元1071包括4个并联连接的MOSE管，将激光器108所需电流进行分流，提高MOSE管的使用寿命，降低激光器故障率，提高激光器响应时间。
另外，本实施例中激光器的供电线采用两根扁平线平行放置在一个绝缘层两侧，可以最大限度的降低电线上电感和干扰，使激光器得到的电压干扰降到最低，提高激光器的工作稳定性。
本实施例的光纤激光器电源驱动电路通过快速开关模块对电源的输出电压进行开闭控制，在激光器上加载功率时无需等待激光器电源的响应时间，从而提高了激光器输出激光的响应时间。
本实用新型的驱动电路电源响应时间为微秒级。
以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1. 一种光纤激光器电源驱动电路，其特征在于，包括I/O输入模块、串口输入模块、控制模块、信号处理模块、开关电源控制模块、激光器驱动模块和快速开关模块，所述 I/O输入模块和串口输入模块分别与控制模块相连，所述控制模块的输出端分别与信号处理模块的输入端、快速开关模块的输入端相连，所述信号处理模块的输出端分别与开关电源控制模块、快速开关模块相连，所述开关电源控制模块的控制端与激光器驱动模块的控制端相连，所述激光器驱动模块的输出端与快速开关模块相连，快速开关模块的输出端与激光器相连。
2. 根据权利要求1所述的光纤激光器电源驱动电路，其特征在于，还包括保护模块，所述保护模块分别与快速开关模块和激光器驱动模块相连。
3. 根据权利要求1或2所述的光纤激光器电源驱动电路，其特征在于，所述信号处理模块包括基准信号单元、数模转换单元和阻抗匹配单元，所述控制模块、数模转换单元和阻抗匹配单元依次相连，所述阻抗匹配单元分别与开关电源控制模块和快速开关模块相连，所述基准信号单元与数模转换单元相连。
4. 根据权利要求3所述的光纤激光器电源驱动电路，其特征在于，所述快速开关模块包括依次相连的开关单元、电流检测及转换单元和比较单元，所述开关单元分别与控制模块、信号处理模块的阻抗匹配单元、激光器驱动模块相连，所述开关单元、所述电流检测及转换单元均与激光器相连；所述开关单元根据信号处理模块发送的模拟信号确定开启电压范围，根据控制模块发送的脉冲信号和激光器驱动模块发送的电压信号实现快速开启或关闭；所述电流检测及转换单元检测所述激光器的电流值，并将该电流值转换为相应的电压信号；所述比较单元将所述电流检测及转换单元发送的电压信号与所述激光器驱动模块发送的电压信号进行比较，判断激光器是否过流、并将过流信号发送至保护模块。
5. 根据权利要求4所述的光纤激光器电源驱动电路，其特征在于，所述开关单元包括四个并联连接的MOSE管。
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| CN104332814A (zh) * | 2014-10-22 | 2015-02-04 | 苏州佑瑞检测技术有限公司 | 一种采纳正负反馈的自动调节数字大功率驱动电源 |
| CN108418636A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-17 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 光模块与阻抗匹配方法 |
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