CN216118545U - 一种用于激光器的高功率输出恒流驱动模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，以解决现有激光设备的电源部分，采用两级电源转换电路和一级电源转换电路输出的功率，均无法满足高功率激光器使用的技术问题。该驱动模块中电流监测与控制单元、输入电压监测单元、输出电压监测单元和参考电压发生单元分别与MCU控制单元的电流监测与控制信号输入端、输入电压监测信号输入端、输出电压监测信号输入端和VREF输入端连接；电流监测与控制单元通过电流信号输出I1端与保护单元连接；MCU控制单元的DAC输出端与保护单元相接；MCU控制单元的PWM输出端与开关电路单元相接；MCU控制单元还包括恒定电流控制信号输入端。
Description
技术领域
本实用新型涉及恒流输出驱动模块，具体涉及一种用于激光器的高功率输出恒流驱动模块。
背景技术
高功率激光器在金属表面改性、材料焊接、板材切割等诸多加工制造行业中是必不可少的设备。高功率激光器一般由电源和光源两大部分组成，电源部分将电网电压转换为适合光源部分工作的电压，光源部分则是将电能量转换为光能量输出从而形成激光。因此，要开发高功率激光器，那就需要提高电源部分输出功率。
现有激光设备的电源部分，多采用两种模式：1、两级电源转换电路，即第一级采用降压恒压电路，第二级采用线性恒流或者恒压电路，目前线性恒流因无法输出高功率供光源部分使用，恒压电源则在使用过程中容易损坏光源都无法满足高功率激光器在金属熔覆行业的应用要求，已经逐步被淘汰。2、一级电源转换电路，直接将电网电压转换为激光器中光源部分的电压电流，能够满足功率500W以内的激光器，由于输出功率不大，远不能满足高功率激光器对于金属熔覆行业的要求。
因此，为了满足高功率激光器在金属熔覆行业的应用，现在亟需一种用于高功率激光器的高功率恒流驱动模块来解决上述技术问题。
实用新型内容
本实用新型目的在于解决现有激光设备的电源部分，采用两级电源转换电路和一级电源转换电路输出的功率，均无法满足高功率激光器使用的技术问题，提出一种用于激光器的高功率输出恒流驱动模块。
实用新型总体思路：本实用新型电路通过参考电压发生单元向MCU控制单元输入过电流保护参考电压信号，通过MCU控制单元逻辑运算后经DAC端输出DAC信号并经过数模转换后输出给第一运放，通过与电流监测与控制单元输出的电流信号对比判断电流是否在所需要的安全电流范围内，是否过流或异常，进而控制大功率晶体管的开或关。
将所需恒定电流值的控制信号输入MCU控制单元，通过将电流监测与控制单元、输入电压监测单元及输出电压监测单元的监测信号输送给MCU控制单元，MCU控制单元对信号进行逻辑处理和比较判断后，通过PWM端输出，调节PWM的占空比来调节输出功率，进而通过控制晶体管的开关间接控制和调节大功率晶体管，从而保证电流恒定输出。
本实用新型提出的技术方案为：
一种用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，其特殊之处在于：
包括电流监测与控制单元、电压监测单元、保护单元、开关电路单元、MCU控制单元及参考电压发生单元；所述电压监测单元包括输入电压监测单元和输出电压监测单元；
所述MCU控制单元用于对输入的信号进行逻辑处理，并输出给开关电路单元和保护单元，MCU控制单元的电流监测与控制信号输入端、输入电压监测信号输入端和输出电压监测信号输入端分别连接所述电流监测与控制单元、输入电压监测单元和输出电压监测单元的输出端；MCU控制单元的参考电压VREF输入端连接参考电压发生单元的输出端，其恒定电流控制信号输入端连接外部恒定电流控制信号；MCU控制单元的DAC输出端连接所述保护单元，其PWM控制端连接所述开关电路单元；
所述保护单元包括数模转换模块和第一运放；
所述数模转换模块的输入端接MCU控制单元的DAC输出端，其输出端接第一运放的输入高端；
所述第一运放的输入低端接电流监测与控制单元的电流信号输出I1端；
所述开关电路单元包括大功率晶体管、电阻R5、电流采集模块和晶体管；
所述大功率晶体管的D端接外部输入电源正极，大功率晶体管的S端接所述电流采集模块P+端；
所述电流采集模块P－端接负载的一端，所述负载的另一端接外部电源负极；
所述电阻R5的一端连接第一运放的输出端，且还连接晶体管的漏极D端，电阻R5另一端接大功率晶体管的G端；
所述晶体管的栅极G端接MCU控制单元的PWM输出端，其源极S端接地端。
进一步地，所述电流监测与控制单元包括串联的电阻R3和电阻R4，以及电容C4和电容C5；
所述电阻R3与电阻R4连接的一端与电流信号输出I1端连接；电阻R3的另一端与电容C4的一端连接，同时连接所述电流采集模块的输出端；所述电容C4的另一端接地；所述电阻R4的另一端与电容C5的一端连接，且该连接端还作为电流监测与控制单元的信号输出端，与MCU控制单元的电流监测与控制信号输入端连接；所述电容C5的另一端接地。
进一步地，所述电阻R3和电阻R4用于分压，R3电阻值与R4电阻值的比值为10：1。电阻R3和电阻R4的电阻值之比满足10：1的关系，可以得到更加稳定的电流监测信号。
进一步地，所述输入电压监测单元包括电压感应模块、电阻R1和电容C2；
所述电阻R1的一端与输入电源正极连接，另一端与电容C2一端连接，同时与电压感应模块的输入端连接，所述电压感应模块的输出端作为输入电压监测单元的输出端，连接MCU控制单元的输入电压监测信号输入端；所述电容C2的另一端与输入电源负极连接。
进一步地，所述输出电压监测单元包括电阻R2和电容C3；
所述电阻R2的一端与电流采集模块的P－端相接，另一端与电容C3的一端连接，该连接端作为输出电压监测单元的输出端，与MCU控制单元的输出电压监测信号输入端连接，电容C3的另一端与输出电源负极相接。
进一步地，所述参考电压发生单元包括第二运放和电容C6；第二运放的输入高端接外部输入电压VCC，输入低端接地，所述输入电压VCC经过第二运放调节后输出电压信号VREF，所述第二运放的输出端接MCU控制单元的参考电压VREF输入端；所述电容C6的两端分别接第二运放的输出端和地端。
进一步地，所述大功率晶体管的电流50-130安，控制电压为8-12伏，耐压为200伏以下。
进一步地，所述大功率晶体管的电流50-70安，控制电压为8-12伏，耐压200伏以下。
优选的，当大功率晶体管通过的电流为50-70安时，本实用新型提供的恒流驱动模块电流更稳定。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型公开的高功率输出恒流驱动模块中设置有大功率晶体管，采用PWM控制晶体管的开或者关，间接控制大功率晶体管的开或者关；进一步的通过改变PWM的占空比调节输出功率，实现对大功率晶体管的调节。
2、通过电流监测与控制单元、输入电压监测单元、输出电压监测单元的设计，监测电路中的电流、输入电压及输出电压并将监测信号通过MCU控制单元的输入端传输给MCU控制单元，经过MCU控制单元的逻辑判断，通过PWM端输出信号对恒流驱动模块进行调节和控制，保证电路中的电流恒定，并输出满足激光设备的高功率电源。
3、本实用新型提供的高功率输出恒流驱动模块通过参考电压发生单元向MCU控制单元输送的过电流保护参考电压信号经过MCU控制单元的逻辑处理后经DAC输出端传输给数模转换模块，数模转换模块将信号转换后输出给第一运放输入高端，与第一运放输入低端输入的电流监测与控制单元电流监测信号进行比较，以判断电路是否过流，使驱动模块在电流过载或异常时能及时关断大功率晶体管，进而对电路进行保护。
附图说明
图1为本实用新型用于激光器的高功率输出恒流驱动模块的组成示意图；
图2为本实用新型用于激光器的高功率输出恒流驱动模块的组成电路示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型提供的用于激光器的高功率输出恒流驱动模块包括电流监测与控制单元、电压监测单元、参考电压发生单元、保护单元、开关电路单元及MCU控制单元，其中电压监测单元包括输入电压监测单元和输出电压监测单元。
将所需要的恒定电流控制信号输送给MCU控制单元，该恒定电流控制信号用于MCU控制单元的逻辑比较运算。
外部给本实用新型提供的恒流驱动模块输入电流，经过电容C1滤波后电流从大功率晶体管D端输入，从大功率晶体管S端输出给电流采集模块的P+端，从电流采集模块P－端输出经过负载后输出电流，在电流传输中各个单元的具体连接关系和功能如下：
电流监测与控制单元包括串联的电阻R3和电阻R4，以及电容C4和电容C5；电容C4和电容C5用于滤波；电阻R3和电阻R4用于分压，且R3电阻值：R4电阻值之比为10:1，电阻R3与电阻R4连接的一端与电流信号输出I1端连接；电阻R3的另一端与电容C4的一端连接，同时连接电流采集模块的输出端；电容C4的另一端接地；电阻R4的另一端与电容C5的一端连接，且该连接端还作为电流监测与控制信号输出端，与MCU控制单元的CURR1信号输入端连接；电容C5的另一端接地。
电路中的电流经电容C4和电容C5滤波，以及电阻R3和电阻R4分压后得到对应信号电压，所得信号电压通过CURR1信号输入端输送到MCU控制单元进行逻辑运算，并及时将反馈信号通过PWM输出端反馈到电路中进行调节，使电路保持恒流。
输入电压监测单元包括电压感应模块、电阻R1和电容C2；电阻R1的一端与输入电源正极连接，另一端与电容C2一端连接，同时与电压感应模块的输入端连接，所述电压感应模块的输出端作为输入电压监测单元的输出端，连接MCU控制单元的V8IN信号输入端；所述电容C2的另一端与输入电源负极连接，电容C2用于滤波。电压感应模块输出的输入电压监测信号经MCU控制单元进行逻辑比较处理，并经过PWM端输出反馈信号对电路进行调节，比如，在电压过高时会给出PWM控制信号到晶体管，进而关断大功率晶体管,防止过压。
输出电压监测单元包括电阻R2和电容C3；所述电阻R2的一端与电流采集模块的P－端相接，另一端与电容C3的一端连接，该连接端作为输出电压监测单元的输出端，与MCU控制单元的V7IN信号输入端连接，电容C3的另一端与输出电源负极相接。经过电阻R2的分压限流和电容C3的滤波，生成的输出电压监测信号经MCU控制单元进行比较判断并经过PWM输出端输出反馈信号对电路进行调节，比如，当过压时会给出PWM控制信号到晶体管，进而关断大功率晶体管,防止过压。
参考电压发生单元包括第二运放和电容C6；第二运放的输入高端接外部输入电压VCC，输入低端接地，所述输入电压VCC经过第二运放调节后输出电压信号VREF，所述第二运放的输出端接MCU控制单元的参考电压VREF输入端；所述电容C6的两端分别接第二运放的输出端和地端。参考电压发生单元用于生成过电流保护参考电压信号并输送给MCU控制单元，该过电流保护参考电压信号在MCU控制单元进行逻辑运算时作为对比信号保护本实用新型的恒流驱动模块中的电流不过载。
保护单元包括数模转换模块和第一运放；
所述数模转换模块的输入端接MCU控制单元的DAC输出端，数模转换模输出端接第一运放的输入高端；
所述第一运放的输入低端接电流监测与控制单元的电流信号输出I1端；
电流监测与控制单元的电流监测信号输入第一运放的输入低端；过电流保护参考电压信号经MCU控制单元逻辑处理后输出DAC信号，经过数模转换模块转换后输入第一运放输入高端，两个信号进行比较后，输出信号控制大功率管的开关，以保证工作电流不会过流，在安全启动电流范围内工作。
开关电路单元包括大功率晶体管、电阻R5、电流采集模块和晶体管；
大功率晶体管的D端接外部输入电源正极，大功率晶体管的S端接电流采集模块P+端；大功率晶体管可安全通过电流50-130安，控制电压为8-12伏，最高耐压200伏，优选的大功率晶体管通过电流为50-70安时电路中的电流会更稳定。
电流采集模块P－端接激光器的一端，所述激光器的另一端接外部电源负极；
所述电阻R5的一端连接第一运放的输出端，且还连接晶体管的漏极D端，电阻R5另一端接大功率晶体管的G端；
所述晶体管的栅极G端接MCU控制单元的PWM输出端，其源极S端接地端。
MCU控制单元的输入端还包括恒定电流控制信号输入端，MCU控制单元用于对输入的电流及电压监测信号、过电流保护参考电压信号和恒定电流控制信号进行逻辑处理，并输出给开关电路单元和保护单元。
Claims (8)
1.一种用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，其特征在于：
包括电流监测与控制单元、电压监测单元、保护单元、开关电路单元、MCU控制单元及参考电压发生单元；所述电压监测单元包括输入电压监测单元和输出电压监测单元；
所述MCU控制单元用于对输入的信号进行逻辑处理，并输出给开关电路单元和保护单元，MCU控制单元的电流监测与控制信号输入端、输入电压监测信号输入端和输出电压监测信号输入端分别连接所述电流监测与控制单元、输入电压监测单元和输出电压监测单元的输出端；MCU控制单元的参考电压VREF输入端连接参考电压发生单元的输出端，其恒定电流控制信号输入端连接外部恒定电流控制信号；MCU控制单元的DAC输出端连接所述保护单元，其PWM输出端连接所述开关电路单元；
所述保护单元包括数模转换模块和第一运放；
所述数模转换模块的输入端接MCU控制单元的DAC输出端，数模转换模块输出端接第一运放的输入高端；
所述第一运放的输入低端接电流监测与控制单元的电流信号输出I1端；
所述开关电路单元包括大功率晶体管、电阻R5、电流采集模块和晶体管；
所述大功率晶体管的D端接外部输入电源正极，大功率晶体管的S端接所述电流采集模块P+端；
所述电流采集模块P－端接负载的一端，所述负载的另一端接外部电源负极；
所述电阻R5的一端连接第一运放的输出端，且还连接晶体管的D端，电阻R5另一端接大功率晶体管的G端；
所述晶体管的G端接MCU控制单元的PWM输出端，其S端接地端。
2.根据权利要求1所述的用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，其特征在于：所述电流监测与控制单元包括串联的电阻R3和电阻R4，以及电容C4和电容C5；
所述电阻R3与电阻R4连接的一端与电流信号输出I1端连接；电阻R3的另一端与电容C4的一端连接，同时连接所述电流采集模块的输出端；所述电容C4的另一端接地；所述电阻R4的另一端与电容C5的一端连接，且该连接端还作为电流监测与控制单元的信号输出端，与MCU控制单元的电流监测与控制信号输入端连接；所述电容C5的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，其特征在于：所述电阻R3和电阻R4用于分压，R3电阻值与R4电阻值的比值为10：1。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，其特征在于：所述输入电压监测单元包括电压感应模块、电阻R1和电容C2；
所述电阻R1的一端与输入电源正极连接，另一端与电容C2一端连接，同时与电压感应模块的输入端连接，所述电压感应模块的输出端作为输入电压监测单元的输出端，连接MCU控制单元的输入电压监测信号输入端；所述电容C2的另一端与输入电源负极连接。
5.根据权利要求4所述的用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，其特征在于：所述输出电压监测单元包括电阻R2和电容C3；
所述电阻R2的一端与电流采集模块的P－端相接，另一端与电容C3的一端连接，该连接端作为输出电压监测单元的输出端，与MCU控制单元的输出电压监测信号输入端连接，电容C3的另一端与输出电源负极相接。
6.根据权利要求5所述的用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，其特征在于：所述参考电压发生单元包括第二运放和电容C6；第二运放的输入高端接外部输入电压VCC，输入低端接地，所述输入电压VCC经过第二运放调节后输出电压信号VREF，所述第二运放的输出端接MCU控制单元的参考电压VREF输入端；所述电容C6的两端分别接第二运放的输出端和地端。
7.根据权利要求6所述的用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，其特征在于：所述大功率晶体管的电流50-130安，控制电压为8-12伏，耐压200伏以下。
8.根据权利要求6所述的用于激光器的高功率输出恒流驱动模块，其特征在于：所述大功率晶体管的电流50-70安，控制电压为8-12伏，耐压200伏以下。
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|---|---|---|---|---|
| CN117873260A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-04-12 | 武汉永力睿源科技有限公司 | 一种直流合成功率匹配电路及其控制方法 |
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- 2021-08-19 CN CN202121954672.8U patent/CN216118545U/zh active Active
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| CN117873260A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-04-12 | 武汉永力睿源科技有限公司 | 一种直流合成功率匹配电路及其控制方法 |
| CN117873260B (zh) * | 2024-03-12 | 2024-05-28 | 武汉永力睿源科技有限公司 | 一种直流合成功率匹配电路及其控制方法 |
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