CN209929675U - 一种激光器的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光加工领域，具体涉及一种激光器的控制电路，所述控制电路包括用于提供基准电压的模拟基准电压电路、用于接收外部输入的数字信号并转换为相应模拟信号输出的D/A转换电路和用于将模拟信号放大并进行反馈调节的反馈调节电路，所述D/A转换电路分别与基准电压电路和反馈调节电路连接；与现有技术相比，本实用新型通过设计一种激光器的控制电路，增加了更加稳定的参考电压和反馈调节电路，实现了能量跟随，同时，高速响应的D/A转换芯片加快响应频率，从而提高激光器的工作效率。

Description

一种激光器的控制电路

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，具体涉及一种激光器的控制电路。

背景技术

激光焊接是一种新兴的焊接工艺，它相对各种传统焊接最大的优势就是焊接能量密度高，热影响范围小，变形小，焊缝精美。激光焊接技术具有熔池净化效应，能纯净焊接材料，对同种或者不同材料焊接特别有利，适用于相同和不同金属材料间、塑料等材料的焊接。

激光焊接用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。随着焊接头的移动，材料熔化从而达到材料相互熔融的目的。焊接效果的美观及性能要求是否达标取决于焊接的工艺的好与坏，而焊接工艺主要取决于激光器的性能，对于特殊焊接工艺需要特殊的激光器。

随着焊接工艺的要求不断提高，对激光器的时间要求也越来越高，传统的激光器已无法胜任，对激光器的控制电路也提出了新的要求，特别是对控制电路响应时间和信号完整性的要求越来越高，因而精准的、快速响应的激光器控制电路也是激光焊接中的一项关键技术。

目前多数激光器的控制电路响应时间相对较长，模拟信号量波动性较大，有来自内部的干扰，也有外部因素的影响，手动调节模拟参考量，手动调节无法做到能量跟随。

因此，需要设计一种针对以上存在的缺陷而改进的控制电路，这种新型激光器控制电路主要应用于ns级激光器控制，同时可应用于响应时间不高的传统激光器控制，采用此电路的工作频率可达100MHZ，外部输入数字信号自动调节模拟量，减少了控制电路的响应时间，从而充分发挥激光器的性能。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种响应时间短，且可实现能量跟随并自动调节的激光器控制电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光器的控制电路，其较佳方案在于：所述控制电路包括用于提供基准电压的模拟基准电压电路、用于接收外部输入的数字信号并转换为相应模拟信号输出的D/A转换电路和用于将模拟信号放大并进行反馈调节的反馈调节电路，所述D/A转换电路分别与基准电压电路和反馈调节电路连接。

其中，较佳方案为：所述模拟基准电压电路包括模拟基准电压模块，所述模拟基准电压模块包括产生稳定基准电压的第一芯片。

其中，较佳方案为：所述模拟基准电压电路还包括模拟基准电压放大模块，所述模拟基准电压放大模块包括一用于接收第一芯片产生的基准电压并将其放大的第一运算放大器，所述第一运算放大器的输出端与D/A转换电路连接。

其中，较佳方案为：所述模拟基准电压电路还包括与第一芯片的 TRIM引脚串联且用于调节第一芯片的输出电压值的第一电位器，以及与第一芯片的输出引脚串联且用于调节模拟基准电压模块的输出电压值的第二电位器。

其中，较佳方案为：所述第一电位器的输入端与第一芯片的输出引脚连接，所述第一电位器的输出端与第一芯片的TRIM引脚连接；所述第二电位器的输入端与第一芯片的输出引脚连接，所述第二电位器的输出端作为模拟基准电压模块的输出端且与第一放大运算器的输入端连接。

其中，较佳方案为：所述第一运算放大器为双运算放大器，并包括有一级运算放大与二级运算放大，所述一级运算放大的正极作为第一运算放大器的输入引脚与第二电位器连接，一级运算放大的输出引脚作为模拟基准电压电路的输出端与D/A转换电路连接。

其中，较佳方案为：所述D/A转换电路包括第二芯片和外围电路，所述第二芯片包括用于输入参考电压的输入引脚、用于接收外部信息的信号通道引脚以及用于输出模拟信号的输出引脚，所述第二芯片的输入引脚与模拟基准电压电路连接，所述信号通道引脚与外部信号连接，所述第二芯片的输出引脚与反馈电路连接。

其中，较佳方案为：所述反馈调节电路采用负反馈调节，所述负反馈调节电路包括第二运算放大器和外围电路。

本实用新型为解决其技术问题，还提供一种激光器，其较佳方案在于：所述激光器包括如上所述的控制电路和激光发射单元，所述控制电路控制激光发射单元发射ns级激光。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过设计一种激光器的控制电路，增加了更加稳定的参考电压，同时，通过增加放大反馈电路实现能量跟随并将信号准确输出实现了模拟量的自动调节。

实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过设计一种激光器，所述激光器包括如上所述的控制电路和激光发射单元，其中，高速响应的D/A转换芯片和进行能量跟随并自动调节模拟量的反馈电路减少了激光器响应时间，加快响应频率，从而提高激光器的工作效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是ns级激光器控制电路的系统结构框图；

图2是模拟基准电压模块的电路原理图；

图3是第一运算放大器的电路原理图；

图4是第一运算放大器的内部结构原理图；

图5是D/A转换电路的电路图；

图6是反馈电路的电路图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种激光器的控制电路的最佳实施例。

一种激光器的控制电路，所述控制电路包括用于提供基准电压的模拟基准电压电路100、用于接收外部输入的数字信号并转换为相应模拟信号输出的D/A转换电路200和用于将模拟信号放大并进行反馈调节的反馈调节电路300，所述D/A转换电路200分别与基准电压电路100和反馈调节电路300连接。

其中，所述模拟基准电压电路100为D/A转换电路提供基准电压， D/A转换模块200将外部输入控制信号的数字电压信号转换成模拟电压信号，进一步地，D/A转换模块200再将转换的模拟电压信号传输至反馈电路300，最后经反馈电路300放大后输出。

如图2和图3所示，本实用新型提供模拟基准电压电路的最佳实施例。

所述模拟基准电压电路100包括模拟基准电压模块和模拟基准电压放大模块，其中，模拟基准电压模块提供基准电压，基准电压经过模拟基准电压放大模块放大后输出至D/A转换电路。

具体地，并参考图2，所述模拟基准电压模块包括产生稳定基准电压的第一芯片U2，在本实施例中，第一芯片U2采用REF02AU芯片，其中，REF02AU芯片为+5V精密电压基准，输出电压5V，静态电流1400 μA，容限0.200％，输入电压最小值8V，输入电压最大值40V；所述 REF02AU芯片具有TRIM引脚，其中，TRIM引脚是设置在电源模块上的一个特殊引脚，由于现在的电源模块一般采用宽电压输出，所以就需要这个TRIM引脚来调节输出电压的大小以达到产品的要求，所述第一芯片的TRIM引脚与第一芯片的输出引脚之间串联有第一电位器RP1，用于调节第一芯片的输出电压值，所述第一芯片的输出引脚与模拟基准电压放大模块之间串联有第二电位器RP2，用于调节模拟基准电压模块的输出电压值。

具体地，所述电位器RP1包括三个引脚，第一引脚与第三引脚分别为电阻的两端，第一引脚接地，第三引脚接入REF02AU芯片的VOUT 引脚，第二引脚为调节引脚，接至REF02AU芯片的TRIM引脚，电位器RP2同样包括三个引脚，其中第一引脚和第三引脚为电阻的两端，分别接地和REF02AU芯片的VOUT引脚，第二引脚为调节引脚，接至 OPA2132UA芯片上，其中，所述OPA2132UA芯片包括两级运算放大，分别为一级运算放大A和二级运算放大B，所述电位器RP2的调节引脚接至OPA2132UA芯片中的一级运算放大A中的INA+引脚。

进一步地，并参考图3，所述模拟基准电压放大模块还包括第一运算放大器U1，并且所述第一运算放大器U1为双运算放大器，运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元，在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块，它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器，其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果；随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。

更进一步地，并参考图4，在本实施例中，采用的是OPA2132UA 芯片，所述OPA2132UA芯片内部包括一级运算放大A和二级运算放大 B，所述一级运算放大A的正极输入引脚与第二电位器RP2连接，用于调节模拟基准电压模块的输出电压值，所述一级运算放大A的输出引脚作为整个模拟基准电压电路的输出端与D/A转换电路连接，其中，输出引脚与D/A转换电路之间还串联有一电阻R1，用于给D/A转换电路提供稳定的基准电压，其中，所述模拟基准电压放大电路还包括用于滤波和稳压的辅助外围电路。

如图5所示，本实用新型提供D/A转换电路的最佳实施例。

所述D/A转换电路200包括第二芯片U3和外围电路，在本实施例中，所述第二芯片U3采用DAC8534芯片，所述DAC8534芯片U3包括用于输入参考电压的输入引脚VREFH、用于接收外部信息的信号通道引脚以及用于输出模拟信号的输出引脚，所述第二芯片的输入引脚VREFH与模拟基准电压电路输出端连接，所述信号通道引脚与外部设备连接，所述DAC8534芯片U3的输出引脚与反馈电路连接。

其中，所述DAC8534芯片为高速响应D/A转换芯片，用于减少激光器响应时间，加快响应频率，可使激光器达到ns级。

具体地，所述DAC8534芯片包括两个模拟信号通道，分别为A0 和A1，用来接收外部设备传输的数字信号；所述DAC8534芯片还包括四路模拟信号，分别为VOUTA、VOUTB、VOUTC以及VOUTD，用于传输模拟信号；

进一步地，通过VREFH引脚与模拟基准电压电路100中的输出端连接，以获取基准电压，再选择A0或A1任意一个信号通道传输获取外部设备发送的数字信号，通过内部结构及外围电路将获取的数字信号转换为模拟信号，并通过四路模拟信号VOUTA、VOUTB、VOUTC以及VOUTD中的其中一个或多个信号口输出。

如图6所示，本实用新型提供反馈调节电路的最佳实施例。

参考图6，所述反馈调节电路采用负反馈调节。

反馈电路是将放大器输出信号(电压或电流)的一部分或全部，回收到放大器输入端与输入信号进行比较(相加或相减)，并用比较所得的有效输入信号去控制输出，这就是放大器的反馈过程，反馈可分为负反馈和正反馈。前者使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定；后者使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。

本实用新型采用负反馈调节，电压负反馈可以稳定放大电路的输出电压，因而输出阻抗比无负反馈时减小；电流负反馈可稳定放大电路的输出电流，因而输出阻抗比无反馈时增大；串联负反馈由于在输入端串入反馈支路，因而输入阻抗得以提高；并联负反馈的输入端由于并联了反馈支路，因而输入阻抗得以降低，放大电路引入负反馈后，放大倍数虽有所降低，但对改善放大电路的性能有重要的作用。

具体地，以模拟信号VOUTC为例，所述反馈调节电路300包括第二运算放大器U4，所述U4的3引脚(即三极管的正极)与D/A转换电路中的模拟信号输出VOUTC引脚连接，且之间串联有一电阻R22，所述U4的2引脚为三极管的负极，所述2引脚通过串联一电阻R33 后接入模拟基准电压电路100的输出端(即D/A转换电路中U3芯片的VREFH引脚)，所述U4的1引脚为输出端，1引脚通过串联一电阻 R21后输出VOUTC模拟放大信号，其中2引脚与1引脚之间还设置有一用于提供反馈信号的电阻R25。

本实用新型提供一种激光器的最佳实施例。

一种激光器，所述激光器包括如上所述的控制电路和激光发射单元，所述控制电路控制激光发射单元发射ns级激光。

具体地，所述激光器通过所述控制电路中的高速响应的D/A转换芯片和进行能量跟随并自动调节模拟量的反馈电路减少了激光器响应时间，加快响应频率，达到ns级。

以上所述者，仅为本实用新型最佳实施例而已，并非用于限制本实用新型的范围，凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本实用新型所涵盖。

Claims (9)

1.一种激光器的控制电路，其特征在于：所述控制电路包括用于提供基准电压的模拟基准电压电路、用于接收外部输入的数字信号并转换为相应模拟信号输出的D/A转换电路和用于将模拟信号放大并进行反馈调节的反馈调节电路，所述D/A转换电路分别与基准电压电路和反馈调节电路连接。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述模拟基准电压电路包括模拟基准电压模块，所述模拟基准电压模块包括产生稳定基准电压的第一芯片。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述模拟基准电压电路还包括模拟基准电压放大模块，所述模拟基准电压放大模块包括一用于接收第一芯片产生的基准电压并将其放大的第一运算放大器，所述第一运算放大器的输出端与D/A转换电路连接。

4.根据权利要求2或3所述的控制电路，其特征在于：所述模拟基准电压电路还包括与第一芯片的TRIM引脚串联且用于调节第一芯片的输出电压值的第一电位器，以及与第一芯片的输出引脚串联且用于调节模拟基准电压模块的输出电压值的第二电位器。

5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于：所述第一电位器的输入端与第一芯片的输出引脚连接，所述第一电位器的输出端与第一芯片的TRIM引脚连接；所述第二电位器的输入端与第一芯片的输出引脚连接，所述第二电位器的输出端作为模拟基准电压模块的输出端且与第一放大运算器的输入端连接。

6.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于：所述第一运算放大器为双运算放大器，并包括有一级运算放大与二级运算放大，所述一级运算放大的正极作为第一运算放大器的输入引脚与第二电位器连接，一级运算放大的输出引脚作为模拟基准电压电路的输出端与D/A转换电路连接。

7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述D/A转换电路包括第二芯片和外围电路，所述第二芯片包括用于输入参考电压的输入引脚、用于接收外部信息的信号通道引脚以及用于输出模拟信号的输出引脚，所述第二芯片的输入引脚与模拟基准电压电路连接，所述信号通道引脚与外部信号连接，所述第二芯片的输出引脚与反馈电路连接。

8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述反馈调节电路采用负反馈调节，所述负反馈调节电路包括第二运算放大器和外围电路。

9.一种激光器，其特征在于：所述激光器包括如所述权利要求1-8任一所述的控制电路以及激光发射单元，所述控制电路控制激光发射单元发射ns级激光。

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