CN212366820U - 一种大功率光纤激光器的保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光器领域，具体涉及一种大功率光纤激光器的保护系统；其包括：主供电模块，所述主供电模块包括供电单元和固态继电器单元，所述固态继电器单元分别与供电单元和激光器信号连接；放电模块，所述放电模块与激光器信号连接；主控模块，所述主控模块包括主控单元以及逻辑处理单元，所述逻辑处理单元分别与主控单元、固态继电器单元以及放电模块信号连接；本实用新型通过设计一种大功率光纤激光器保护系统，采用多个固态继电器串联作为整个供电回路的控制开关，并相应设计多个逻辑处理单元、多个放电电路分别与多个固态继电器信号联动，使得当该系统发生任意一个故障时，都能保证供电单元的有效断开以及放电电路电能的有效释放。

Description

一种大功率光纤激光器的保护系统

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，具体涉及一种大功率光纤激光器的保护系统。

背景技术

目前，市场对大功率光纤激光器的需求递增，其在激光加工领域的应用日渐频繁；随着大功率光纤激光器的广泛应用，其带来的人身安全(激光功率大，强度高，辐射强，意外情况会对人体造成重大伤害)和设备安全(内部光学结构复杂且紧凑，设备总体成本高，意外情况产生所带来的连带损失也较严重)也越来越被重视。

并且，随着光纤激光器功率越来越大，整个系统的使用风险也越来越高，在激光器出现问题后，能够及时安全有效的切断主回路以及释放储存的能量，是当前领域需要解决的问题，针对该问题，现有保护方案主要有两种，一种是比较常规的，采用一个交流接触器作为整个光纤激光器的回路开关控制；另一种是采用两个交流接触器串联，搭配两个安全继电器作为整个光纤激光器的回路开关控制；综合现有技术的两种方案，都是以交流接触器作为回路开关，而随着负载变大，该方案并不能排除触点粘连的固有特性，而且在频繁开通关断的情况下，交流接触器的机械寿命损耗很快。

综上所述，设计一种安全性能等级高且成本低廉的大功率光纤激光器保护电路对本领域而言是非常有必要的。

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，提供一种大功率光纤激光器保护系统，解决了现有方案中，无法排除触点粘连的固有特性且元件的机械寿命损耗快的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种大功率光纤激光器的保护系统，其优选方案在于，所述保护系统包括：

主供电模块，所述主供电模块包括供电单元和固态继电器单元，所述固态继电器单元分别与供电单元和大功率光纤激光器信号连接连接；

放电模块，所述放电模块与大功率光纤激光器信号连接；

主控模块，所述主控模块包括主控单元以及逻辑处理单元，所述逻辑处理单元分别与主控单元、固态继电器单元以及放电模块信号连接；

其中，所述逻辑处理单元在没有接收到异常信号时产生第一控制信号，且在接收到异常信号时产生第二控制信号；所述固态继电器单元根据第一控制信号导通，所述供电单元经过固态继电器单元为大功率光纤激光器供电，且所述放电模块根据第一控制信号关闭；所述固态继电器单元根据第二控制信号断开，且所述放电模块根据第二控制信号开启，并释放能量为大功率光纤激光器供电。

其中，较佳方案为所述保护系统还包括用于监测硬件电路的监控模块，所述监控模块和逻辑处理单元信号连接，且在监测异常时发送异常信号至逻辑处理单元。

其中，较佳方案为所述监控模块包括漏光监测电路、INTERLOCK检测电路以及光纤熔断检测电路中的一种或多种。

其中，较佳方案为所述保护系统还包括看门狗模块，所述看门狗模块和逻辑处理单元信号连接，且在主控单元失效时发送异常信号至逻辑处理单元。

其中，较佳方案为所述固态继电器单元包括多个串联的固态继电器以及多个用于控制固态继电器开启或关闭的驱动电路，所述逻辑处理单元包括多个逻辑处理电路，其中，每一逻辑处理电路控制其对应的驱动电路，每一驱动电路控制其对应的固态继电器。

其中，较佳方案为所述放电模块包括多个放电电路，每一放电电路对应与一逻辑处理电路信号连接。

其中，较佳方案为所述固态继电器单元与大功效光纤激光器之间设置有AC/DC模块。

其中，较佳方案为所述供电单元为AC输入，其输入电压为三相380V。

其中，较佳方案为所述供电单元还包括一过流保护电路，所述供电单元连接过流保护电路后，接入固态继电器单元。

其中，较佳方案为所述过流保护电路为一保险丝。

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大功率光纤激光器的保护系统，采用多个固态继电器串联作为整个供电回路的控制开关，并相应设计多个逻辑处理单元、多个放电电路分别与多个固态继电器信号联动，使得当该系统发生任意一个故障时，都能保证供电单元的有效断开以及放电电路电能的有效释放，并且该系统不受任意器件失效的影响。

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是本实用新型中的一种大功率光纤激光器的保护系统的系统结构框图；

图2是本实用新型中的一种大功率光纤激光器的保护系统的电路简图。

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大功率光纤激光器的保护系统的系统结构框图。

一种大功率光纤激光器的保护系统，并参考图1，所述保护系统包括：

主供电模块，所述主供电模块包括供电单元100和固态继电器单元200，所述固态继电器单元200分别与供电单元100和大功率光纤激光器A信号连接连接；

放电模块300，所述放电模块300与大功率光纤激光器A信号连接；

主控模块，所述主控模块包括主控单元410以及逻辑处理单元420，所述逻辑处理单元420分别与主控单元410、固态继电器单元200以及放电模块300信号连接；

其中，所述逻辑处理单元420在没有接收到异常信号时产生第一控制信号，且在接收到异常信号时产生第二控制信号；所述固态继电器单元200根据第一控制信号导通，所述供电单元100经过固态继电器单元为大功率光纤激光器A供电，且所述放电模块300根据第一控制信号关闭；所述固态继电器单元200根据第二控制信号断开，且所述放电模块300根据第二控制信号开启，并释放能量为大功率光纤激光器A供电。

具体地，所述固态继电器单元200包括多个串联的固态继电器以及多个用于控制固态继电器开启或关闭的驱动电路，所述逻辑处理单元420包括多个逻辑处理电路，所述放电模块300包括多个放电电路，其中，每一放电电路对应与一逻辑处理电路信号连接，每一逻辑处理电路控制其对应的驱动电路，每一驱动电路控制其对应的固态继电器，所述固态继电器单元200与逻辑处理单元420以及放电模块300之间为联动关系，当系统正常工作时，所述逻辑处理单元420在主控单元410的控制下发出第一控制信号，所述驱动电路根据第一控制信号控制所述固态继电器单元200导通，所述供电单元100经过固态继电器单元200为大功率光纤激光器A供电，且所述放电模块300根据第一控制信号关闭；当出现任一故障时，所述逻辑处理单元420在主控单元410的控制下发送第二控制信号至驱动电路，所述驱动电路根据第二控制信号控制所述固态继电器单元200断开，同时，所述放电模块300根据第二控制信号开启，并释放能量为大功率光纤激光器A供电。

本方案通过固态继电器单元200与逻辑处理单元420以及放电模块300之间的联动，实现了在发生需要关断主回路的告警时，保证主回路供电单元100的及时有效中断，以及放电模块300中的电能的及时有效释放。

其中，固态继电器作为整个激光器主回路的开关，受多路控制信号控制，如主控模块的控制信号，主控模块失效产生的控制信号，以及其他电路产生的控制信号。

其中，在本实施例中，所述保护系统包括两个固态继电器、两个驱动电路、两个逻辑处理单元以及两个放电电路，在异常情况下，如主控单元410失效，主控单元410产生报警，或者出现其他如漏光、INTERLOCK或者光纤熔断等故障信号时，多数故障信号均会通过主控单元410发送至逻辑处理单元420，所述逻辑处理单元420在主控单元410的控制下发送第二控制信号至驱动电路，所述驱动电路根据第二控制信号控制所述固态继电器单元200断开，同时，所述放电模块300根据第二控制信号开启，并释放能量为大功率光纤激光器A供电。

进一步地，所述大功率光纤激光器的保护系统还包括用于监测硬件电路的监控模块500，所述监控模块500和逻辑处理单元420信号连接。

具体地，所述监控模块500为具有多个硬件监控信号电路的综合模块，其包括漏光监测电路、INTERLOCK检测电路以及光纤熔断检测电路中的一种或多种监测电路，所述监控模块500可以监测出漏光、INTERLOCK或者光纤熔断等，在发现异常时，产生故障信号至逻辑处理单元420，所述逻辑处理单元420发送第二控制信号至驱动电路，所述驱动电路根据第二控制信号控制所述固态继电器单元200断开，同时，所述放电模块300根据第二控制信号开启，并释放能量为大功率光纤激光器A供电。

进一步地，所述保护系统还包括看门狗模块600，所述看门狗模块600和逻辑处理单元420信号连接。

具体的，当主控单元的控制芯片(如MCU/FPGA)失效时，会触发看门狗模块600产生报警信号，并将该报警信号发送至逻辑处理单元420，所述逻辑处理单元420发送第二控制信号至驱动电路，所述驱动电路根据第二控制信号控制所述固态继电器单元200断开，同时，所述放电模块300根据第二控制信号开启，并释放能量为大功率光纤激光器A供电。

更进一步地，所述固态继电器单元200与大功效光纤激光器A之间设置有AC/DC模块700，所述AC/DC模块700用于将供电单元100输入的交流电转换为直流电，并输入给大功率光纤激光器。

其中，所述供电单元为AC输入，进一步地，所述供电单元还包括一过流保护电路L，所述供电单元100连接过流保护电路L后，接入固态继电器单元200，其中，所述过流保护电路L为一保险丝。

如图2所示，本实用新型提供一种大功率光纤激光器的保护系统的电路简图。

参考图2，所述供电单元100采用三相380V供电，所述过流保护电路为保险丝L，所述供电单元100电流经过保险丝L后，接入固态继电器单元，所述固态继电器单元包括第一固态继电器210、第二固态继电器220、用于驱动第一固态继电器210的第一驱动电路230以及用于驱动第二固态继电器220的第二驱动电路240，其中，所述第一固态继电器210和第二固态继电器220串联，作为整个回路的控制开关，供电单元100输入电流经过保险丝L后，输入至第一固态继电器210和第二固态继电器220，再经AC/DC模块700，将交流电转换为直流电，并给到大功率光纤激光器A，所述大功率光纤激光器经过电光转换和增益放大，输出激光。

进一步地，所述逻辑处理单元包括第一逻辑处理电路421和第二逻辑处理电路422，所述第一逻辑处理电路421和第二逻辑处理电路422均为三输入与门，当监控模块500监测到漏光、INTERLOCK或光纤熔断时，一边给信号至主控模块410，一边产生信号S1给到第一逻辑处理电路421和第二逻辑处理电路422；另外，当所述主控单元410发生报警时，会产生S2信号给到第一逻辑处理电路421和第二逻辑处理电路422，当主控单元410控制芯片失效时，触发看门狗模块600产生报警信号S3给到第一逻辑处理电路421和第二逻辑处理电路422，当信号S1、S2、S3中的任意一个信号为低电平时，第一逻辑处理电路421的信号输出S4和第二逻辑处理电路422的信号输出S6都为低电平；其中，所述信号线S1、S2、S3中设置有下拉电阻R7、R8、R9，另外，当大功率光纤激光器A处于上下电过程的不稳态时，也默认低电平，以保证第一固态继电器310和第二固态继电器320为关断状态。

进一步地，所述固态继电器单元具体还包括由电阻R1、R2、R3、NMOS管Q1和PMOS管Q2组成的第一驱动电路230和由电阻R4、R5、R6、NMOS管Q3和PMOS管Q4组成的第二驱动电路240，所述第一驱动电路230和第二驱动电路240的电压源分别为V1和V2，所述V1和V2均为5-24V供电，一般选择12-24V，当第一逻辑处理电路421的信号输出S4和第二逻辑处理电路422的信号输出S6为低电平时，所述第一驱动电路230的输出信号S5和第二驱动电路240输出的S7均为0V，即关断第一固态继电器210和第二固态继电器220；当第一逻辑处理电路421的信号输出S4和第二逻辑处理电路422的信号输出S6为高电平时，所述第一驱动电路的输出信号S5和第二驱动电路输出的S7为12-24V，即启动第一固态继电器210和第二固态继电器220。

进一步地，所述放电模块具体包括由逻辑器件U3、电阻R11、R12和NMOS管Q5组成的第一放电电路310和由逻辑器件U4、电阻R13、R14和NMOS管Q6组成的第二放电电路320，所述第一放电电路310和第二放电电路320的输入信号分别为来自第一逻辑处理电路421的信号S4和第二逻辑处理电路422的信号S6以及主控单元410输出的信号S8，当第一逻辑处理电路421的信号S4和第二逻辑处理电路422的信号S6都为低电平，且主控模块410输出的信号S8为高电平时，第一放电电路310和第二放电电路320开始放电；其中，所述主控模块410和第一放电电路310和第二放电电路320之间设置有下拉电阻R10，上下电过程中默认低电平，以关闭放电电路功能。

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 (10)

1.一种大功率光纤激光器的保护系统，其特征在于，所述保护系统包括：

主供电模块，所述主供电模块包括供电单元和固态继电器单元，所述固态继电器单元分别与供电单元和大功率光纤激光器信号连接；

放电模块，所述放电模块与大功率光纤激光器信号连接；

主控模块，所述主控模块包括主控单元以及逻辑处理单元，所述逻辑处理单元分别与主控单元、固态继电器单元以及放电模块信号连接；

其中，所述逻辑处理单元在没有接收到异常信号时产生第一控制信号，且在接收到异常信号时产生第二控制信号；所述固态继电器单元根据第一控制信号导通，所述供电单元经过固态继电器单元为大功率光纤激光器供电，且所述放电模块根据第一控制信号关闭；所述固态继电器单元根据第二控制信号断开，且所述放电模块根据第二控制信号开启，并释放能量为大功率光纤激光器供电。

2.根据权利要求1所述的保护系统，其特征在于：所述保护系统还包括用于监测硬件电路的监控模块，所述监控模块和逻辑处理单元信号连接，且在监测异常时发送异常信号至逻辑处理单元。

3.根据权利要求2所述的保护系统，其特征在于：所述监控模块包括漏光监测电路、INTERLOCK检测电路以及光纤熔断检测电路中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的保护系统，其特征在于：所述保护系统还包括看门狗模块，所述看门狗模块和逻辑处理单元信号连接，且在主控单元失效时发送异常信号至逻辑处理单元。

5.根据权利要求1所述的保护系统，其特征在于：所述固态继电器单元包括多个串联的固态继电器以及多个用于控制固态继电器开启或关闭的驱动电路，所述逻辑处理单元包括多个逻辑处理电路，其中，每一逻辑处理电路控制其对应的驱动电路，每一驱动电路控制其对应的固态继电器。

6.根据权利要求1或5所述的保护系统，其特征在于：所述放电模块包括多个放电电路，每一放电电路对应与一逻辑处理电路信号连接。

7.根据权利要求1所述的保护系统，其特征在于：所述固态继电器单元与大功效光纤激光器之间设置有AC/DC模块。

8.根据权利要求1所述的保护系统，其特征在于：所述供电单元为AC输入，其输入电压为三相380V。

9.根据权利要求1所述的保护系统，其特征在于：所述供电单元还包括一过流保护电路，所述供电单元连接过流保护电路后，接入固态继电器单元。

10.根据权利要求9所述的保护系统，其特征在于：所述过流保护电路为一保险丝。

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