CN205724364U - 激光器电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光器电源。激光器电源包括系统电源、负载电源、外部电压控制系统及电流源板，系统电源为电流源板提供工作电压，负载电源为激光器提供电能，外部电压控制系统在电脑控制下输出参考电压，电流源板包括电容充放电电路的输入端连接负载电源，输出端连接激光器的阳极；可控开关的第一端连接激光器的阴极，第二端经负载电阻接地；采样变换电路的输入端连接可控开关的第二端；控制电路的第一输入端连接外部电压控制系统，第二输入端连接采样变换电路的输出端，输出端连接可控开关的控制端，所述激光器电源能实现持续恒流模式及脉冲恒流模式，且能实现大功率、快响应、高稳定的电流输出。

Description

激光器电源

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，特别是涉及一种激光器电源。

背景技术

随着大功率半导体激光器(LD)的快速发展，以及其独特的优点，在科研、工业、军事、医疗等行业得到了日益广泛的应用。半导体激光器是一种电流式电致发光器件，其工作特性和使用寿命主要取决于驱动电源性能的优劣。大功率半导体激光器驱动电源是激光器和激光芯片在工作或测试过程中一个重要组成部分，要求供电质量的稳定性好，是对激光器稳定工作和激光芯片进行无损测试的前提和保障，对半导体激光器芯片的性能参数进行测试和表征是理解激光器芯片特性、优化芯片结构设计及完善芯片生产工艺的关键，同时也是判断激光器芯片好坏的重要依据。现有的半导体激光器驱动电源存在以下几个问题：

(1)在连续恒流模式下的电流比较小，对大功率半导体激光器来说很难使其工作在最佳电流状态，以及很难对其进行全面的测试及对其芯片特性进行深入的了解；

(2)电源响应时间慢，电流上升速度慢，在芯片测试过程中很难提升芯片的测试速度，以及在工作过程中产生的热效应大；

(3)市场上的激光器电源功能单一，要么只有连续恒流模式，要么只有脉冲恒流模式，而且不能根据客户需求产生特定的电流。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种大功率快响应的激光器电源，能实现连续恒流和脉冲恒流两种工作模式。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种激光器电源，所述激光器电源包括系统电源、负载电源、外部电压控制系统及电流源板，所述系统电源为所述电流源板提供工作电压，所述负载电源为激光器提供电能，所述外部电压控制系统在电脑控制下输出参考电压，所述电流源板包括：

电容充放电电路，所述电容充放电电路的输入端连接所述负载电源，所述电容充放电电路的输出端连接所述激光器的阳极；

负载电阻；

至少一可控开关，所述可控开关包括第一端、第二端及控制端，所述可控开关的第一端连接所述激光器的阴极，所述可控开关的第二端经所述负载电阻接地；

采样变换电路，包括输入端及输出端，所述采样变换电路的输入端连接所述可控开关的第二端；及

控制电路，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述控制电路的第一输入端连接所述外部电压控制系统以获得所述参考电压，所述控制电路的第二输入端连接所述采样变换电路的输出端，所述控制电路的输出端连接所述可控开关的控制端。

其中，所述控制电路为PID控制器。

其中，所述至少一可控开关包括若干可控开关，所述若干可控开关依次并联。

其中，每一可控开关为N型MOS管，所述可控开关的第一端、第二端及控制端分别对应所述N型MOS管的漏极、源极及栅极。

其中，所述电流源板还包括功率驱动电路，所述功率驱动电路的输入端连接所述控制电路的输出端，所述功率驱动电路的输出端连接所述可控开关的控制端。

其中，所述电流源板还包括模数转换器、处理器及显示器，所述模数转换器的输入端连接所述采样变换电路的输出端，所述模数转换器的输出端连接所述处理器的输入端，所述处理器的输出端连接所述显示器。

其中，所述显示器为数码管显示器。

其中，所述电流源板还包括稳压电路，所述稳压电路连接所述系统电源，用以稳定电压。

其中，所述电流源板还包括保护电路，所述保护电路的输入端连接所述采样变换电路的输出端，所述保护电路的输出端连接所述负载电源。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型的所述激光器电源通过所述采样变换电路、所述控制电路及所述电容充放电电路实现了持续恒流模式及脉冲恒流模式，并通过并联的多个可控开关来增大电流源板的输出电流，所述激光器电源能够实现大功率、快响应、高稳定的电流输出。

附图说明

图1是本实用新型的激光器电源的结构示意图。

图2是图1中的电流源板的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1及图2，本实用新型的激光器电源包括系统电源10、负载电源20、外部电压控制系统30及电流源板40，所述系统电源10为所述电流源板40提供工作电压，所述负载电源20为激光器LD提供电能，所述外部电压控制系统30在电脑60控制下输出参考电压，所述电流源板40包括电容充放电电路41，所述电容充放电电路41的输入端连接所述负载电源20，所述电容充放电电路41的输出端连接所述激光器LD的阳极；负载电阻RS；至少一可控开关T1，所述可控开关T1包括第一端、第二端及控制端，所述可控开关T1的第一端连接所述激光器LD的阴极，所述可控开关T1的第二端经所述负载电阻RS接地；采样变换电路43，包括输入端及输出端，所述采样变换电路43的输入端连接所述可控开关T1的第二端；控制电路44，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述控制电路44的第一输入端连接所述外部电压控制系统30以获得所述参考电压，所述控制电路44的第二输入端连接所述采样变换电路43的输出端，所述控制电路44的输出端连接所述可控开关T1的控制端。

所述电容充放电电路41包括电容，用于充电及放电。所述控制电路44为PID控制器。所述至少一可控开关T1包括若干可控开关，所述若干可控开关依次并联。每一可控开关T1为N型MOS管，所述可控开关T1的第一端、第二端及控制端分别对应所述N型MOS管的漏极、源极及栅极。

所述电流源板40还包括功率驱动电路45，所述功率驱动电路45的输入端连接所述控制电路44的输出端，所述功率驱动电路45的输出端连接所述可控开关T1的控制端。

所述电流源板40还包括显示电路50，所述显示电路50包括模数转换器51、处理器52及显示器53，所述模数转换器51的输入端连接所述采样变换电路43的输出端，所述模数转换器51的输出端连接所述处理器52的输入端，所述处理器52的输出端连接所述显示器53。所述显示器53为数码管显示器。

所述电流源板40还包括稳压电路46，所述稳压电路46连接所述系统电源10，用以稳定电压。

所述电流源板40还包括保护电路47，所述保护电路47的输入端连接所述采样变换电路43的输出端，所述保护电路47的输出端连接所述负载电源20。其中，所述电容充放电电路41、所述采样变换电路43、所述控制电路44、所述功率驱动电路45、所述稳压电路46及所述保护电路47均为现有技术中具有上述功能的电路，因此所述电路的具体结构在此不再赘述。

具体地，所述系统电源10输出的电压经所述稳压电路46稳压后为所述激光器电源的其他元件提供稳定的电压，所述负载电源20为所述激光器LD正常工作提供电能，通过程序控制对所述负载电源20进行管理，实现对所述负载电源20输出的电压和电流进行调节。

所述电容充放电电路41用于当所述激光器电源工作在脉冲恒流模式时，在所述激光器LD不工作时所述负载电源20对所述电容充放电电路41中的电容进行充电，将能量存储在电容中，在所述激光器LD工作时控制电容进行放电，电容放电瞬间为所述激光器LD提供更大的电流，增加了输出电流的上升速度，从而使激光器电源的响应速度变快。

本实施例中通过多个MOS管并联的方式来增大电流源板40的输出电流，其中恒定电流的输出主要通过MOS管的通断来实现。

所述采样变换电路43通过对流过所述负载电阻RS的电流(即流过所述激光器LD的实时电流)进行采样并将采样后的电流与所述负载电阻RS的电阻值进行运算后得到反馈电压，并将所述反馈电压输出给所述控制电路44。

所述显示电路50用于显示所述激光器电源输出的电流大小，通过所述模数转换器51从所述采样变换电路43获得反馈电压并将所述反馈电压转换为数字信号后输出给所述处理器52，所述处理器52将接收到的数字电压信号处理为相应的电流后通过所述显示器53显示给用户。

所述功率驱动电路45用于控制驱动所述MOS管，所述功率驱动电路45接收到的控制信号是所述激光器LD的反馈电压和参考电压经控制电路44比较及调整后得到。

所述保护电路47通过获取所述激光器LD的反馈电压判断电压是否超过预设上限电压值，若所述反馈电压超过预设上限电压值，则关断所述负载电源20以对电路进行保护并进行报警提示，若所述反馈电压没有超过预设上限电压值，则所述保护电路47不工作。

所述稳压电路46对所述系统电源10提供的电压进行稳压处理，并为所述激光器电源的其他元件提供稳定的工作电压，使整个系统稳定安全工作。

所述外部电压控制系统30通过电脑60工作界面控制所述外部电压控制系统30输出参考电压，并将所述参考电压与所述激光器LD的反馈电压(即所述采样变换电路输出的电压)进行比较并对所述反馈电压进行调整以产生对应大小的电流，从而形成稳定的恒流输出。

所述激光器电源的工作原理如下：

所述系统电源10的输出电压经所述稳压电路46后为所述激光器电源的其他元件提供稳定的工作电压，所述负载电源20为所述激光器LD提供工作电压，所述采样变换电路41通过采样流过所述负载电阻RS的电流并将所述电流与所述负载电阻RS的电阻值进行运算后获得反馈电压，并将所述反馈电压进行放大后输出给所述控制电路44，所述控制电路44将接收到的反馈电压与从所述外部电压控制系统30接收到的参考电压进行比较，并根据比较结果对所述反馈电压进行调整后输出控制信号给所述功率驱动电路45以使其控制所述可控开关T1来实现恒流输出，当所述控制电路44持续输出高电平的控制信号时，所述可控开关T1持续导通，所述激光器电源处于持续恒流模式，当所述控制电路44输出高电平与低电平交替的脉冲信号时，在所述控制电路44输出低电平信号时，所述可控开关T1截止，所述激光器LD及所述负载电阻RS不工作，所述负载电源20为所述电容充放电电路41中的电容进行充电，在所述控制电路44输出高电平信号时，所述可控开关T1导通，所述电容充放电电路41中的电容放电，所述激光器LD及所述负载电阻RS工作，所述激光器电源处于脉冲恒流模式。

所述采样变换电路43输出的反馈信号也提供给所述模数转换器51，所述模数转换器51将接收到的电压转换为数字信号后输出给所述处理器52，所述处理器52将接收到数字信号处理为电流后通过所述显示器53进行显示，以提供给用户观看；所述保护电路47通过从所述采样变换电路43接收反馈电压并将接收到的反馈电压与预设的上限电压值进行比较，当反馈电压大于预设的上限电压值时，所述保护电路47输出保护信号给所述负载电源20以关闭所述负载电源20，防止烧坏激光器LD以及保护电路中的电子元器件，进行断电保护的同时并发出报警信号。

本实用新型的所述激光器电源通过所述采样变换电路、所述控制电路及所述电容充放电电路实现了持续恒流模式及脉冲恒流模式，并通过并联的多个可控开关来增大电流源板的输出电流，所述激光器电源能够实现大功率、快响应、高稳定的电流输出。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种激光器电源，其特征在于，所述激光器电源包括系统电源、负载电源、外部电压控制系统及电流源板，所述系统电源为所述电流源板提供工作电压，所述负载电源为激光器提供电能，所述外部电压控制系统在电脑控制下输出参考电压，所述电流源板包括：

电容充放电电路，所述电容充放电电路的输入端连接所述负载电源，所述电容充放电电路的输出端连接所述激光器的阳极；

负载电阻；

至少一可控开关，所述可控开关包括第一端、第二端及控制端，所述可控开关的第一端连接所述激光器的阴极，所述可控开关的第二端经所述负载电阻接地；

采样变换电路，包括输入端及输出端，所述采样变换电路的输入端连接所述可控开关的第二端；及

控制电路，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述控制电路的第一输入端连接所述外部电压控制系统以获得所述参考电压，所述控制电路的第二输入端连接所述采样变换电路的输出端，所述控制电路的输出端连接所述可控开关的控制端。

2.根据权利要求1所述的激光器电源，其特征在于，所述控制电路为PID控制器。

3.根据权利要求1所述的激光器电源，其特征在于，所述至少一可控开关包括若干可控开关，所述若干可控开关依次并联。

4.根据权利要求3所述的激光器电源，其特征在于，每一可控开关为N型MOS管，所述可控开关的第一端、第二端及控制端分别对应所述N型MOS管的漏极、源极及栅极。

5.根据权利要求1所述的激光器电源，其特征在于，所述电流源板还包括功率驱动电路，所述功率驱动电路的输入端连接所述控制电路的输出端，所述功率驱动电路的输出端连接所述可控开关的控制端。

6.根据权利要求1所述的激光器电源，其特征在于，所述电流源板还包括模数转换器、处理器及显示器，所述模数转换器的输入端连接所述采样变换电路的输出端，所述模数转换器的输出端连接所述处理器的输入端，所述处理器的输出端连接所述显示器。

7.根据权利要求6所述的激光器电源，其特征在于，所述显示器为数码管显示器。

8.根据权利要求1所述的激光器电源，其特征在于，所述电流源板还包括稳压电路，所述稳压电路连接所述系统电源，用以稳定电压。

9.根据权利要求1所述的激光器电源，其特征在于，所述电流源板还包括保护电路，所述保护电路的输入端连接所述采样变换电路的输出端，所述保护电路的输出端连接所述负载电源。