一种激光器电源控制电路及激光器设备的制作方法

1.本发明涉及激光器驱动电源领域，特别是指一种激光器电源控制电路及激光器设备。


背景技术：

2.激光器在使用过程中，一般会根据实际需求调整泵浦源的输出电压大小，以调整激光器加工所需功率，因此，给泵浦源供电的线性恒流源存在非满载的情况，即，恒流源会有部分电流供泵浦源发射泵浦光，另一部分电流被剩余，这部分剩余的电流会产生大量的热量，这部分热量会给激光器的性能带来极大的损伤。即电源控制电路中的功率不能被充分的利用的同时，给激光器的散热管理系统也带来了极大的负担，这与现有激光器的电源控制电路设计有直接关系，请参见图1，可知现有的激光器电源控制电路中ac/dc 恒压模块、dc/dc线性恒流源模块之间的连接关系。这种设计致使激光器电源控制电路运行效率受限，同时电源控制电路在实际工作中随着负载（电流的大小）的变化，dc/dc线性恒流源中的mos管会产生较大的功率损耗。


技术实现要素：

3.基于此，为解决现有技术中激光器电源控制电路运行效率受限及功率损耗较大，及由功率损耗产生热量造成激光器散热管理系统负担增大的问题，本发明实施例提供一种激光器电源控制电路，可实现在不同功率负载（泵浦源）的情况下，保持较高的工作效率，解决dc/dc线性恒流源在不同功率负载情况下功率损耗较大的问题。
4.本发明实施例提供一种激光器电源控制电路，包括：泵浦源、ac/dc恒压模块、与所述ac/dc恒压模块电连接的dc/dc线性恒流模块，所述dc/dc线性恒流模块与所述泵浦源电连接；所述dc/dc线性恒流模块包括：mos管、与mos管d、s极分别电连接的压降采样电路、与所述压降采样电路电连接的控制模块，所述mos管的d极及所述控制模块均与ac/dc恒压模块电连接，所述mos管的s极与所述泵浦源电连接；其中，所述压降采样电路用于采集mos管d、s极两端的电压值，并将其反馈给所述控制模块；所述控制模块用于对mos管d、s极两端的电压值进行逻辑运算得到压降值，并将所述压降值反馈给所述ac/dc恒压模块，所述ac/dc恒压模块根据所述压降值调控输出电压值的大小。
5.此外，本发明还提供了一种激光器设备，包括上述的激光器电源控制电路。
6.本发明的有益效果：本发明实施例提供了一种激光器电源控制电路，包括：泵浦源、ac/dc恒压模块、与所述ac/dc恒压模块电连接的dc/dc线性恒流模块，所述dc/dc线性恒流模块与所述泵浦源电连接；其中，所述dc/dc线性恒流模块中设有压降采样模块，通过所述压降采样电路采集mos管d、s脚两端的电压值，并将其反馈给所述控制模块；进一步地，通过所述控制模块对所
述mos管d、s脚两端的电压值进行逻辑运算得到压降值，并将所述压降值反馈给所述ac/dc恒压模块，所述ac/dc恒压模块所述压降值调控输出电压值的大小，解决了激光器电源控制电路运行过程中功率损耗较大的问题，减轻了激光器的散热负担。
7.本发明实施例提供的激光器设备由于包括所述激光器电源控制电路，因此也具备所述激光器电源控制电路的有益效果。
附图说明
8.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
9.图1 现有技术中激光器电源控制电路结构框图；图2 本发明实施例中提供的一种激光器电源控制电路结构框图；图3 基于图2本发明实施例中提供的一种激光器电源控制电路具体结构框图；图4 基于图3中所述dc/dc线性恒流模块的具体结构框图；图5 基于图3中所述压降采样模块、反馈环路电路的电路示意图。
具体实施方式
10.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
11.需要说的是，当元件被表述为“设于”/“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，在本说明书中，所述“第一”、“第二”、“第三”字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同项或相似项进行区分。本发明以电流的输入/输出方向为参考进行部件的位置限定。例如，图5中，mos管d极的输入电流从电阻r21的输入端输入等。此外，还需要说明的是“u2”指的是“运放ic”。
12.现有技术中，请参阅图1，所述ac/dc恒压模块10’与所述dc/dc线性恒流源模块20’电连接，所述dc/dc线性恒流源模块20’与负载（泵浦源30’）电连接，其中，所述dc/dc线性恒流源模块20’包括mos管，根据所述泵浦源30’需求功率大小，所述ac/dc恒压模块10’输入的恒定电压通过mos管调控输出。在mos管根据负载需求功率大小进行调整的过程中，通过实践应用发现，若是所述泵浦源30’需求的功率为满载的情况下，所述mos管能量损耗少，若是所述泵浦源30’需求的功率为非满载的情况下，如50% ~ 70%负载的情况下，所述mos管功率损耗极大。这部分功率损耗在不仅浪费电能的情况下，也会产生极大的热量，这部分热量将带给激光器散热管理系统极大的负担。同时，为实现激光器适应不同的加工材料，一般所需的功率也有差异，因此，减少所述dc/dc线性恒流源模块20’的功率损耗极其重要。
13.进一步地，根据实验验证得出，在输入电压和输出电压的差值在0.01v~10v时，dc/dc线性恒流模块20’随着负载的功率逐渐增大，mos管d极与s极两端电压差逐渐减小，且mos管d极的输入功率与mos管s极的输出功率的差值逐渐减小，即功率损耗逐渐减小。因此，根
据泵浦源的实际需求功率，调控dc/dc线性恒流模块20’输入端的电压值，即mos管d极的电压值可以有效减小mos管的功率损耗。
14.基于此，本发明实施例提供一种激光器电源控制电路，请参阅图2，包括：ac/dc恒压模块10、与所述ac/dc恒压模块10电连接的dc/dc线性恒流模块20，所述dc/dc线性恒流模块20与所述泵浦源30电连接；其中，所述dc/dc线性恒流模块包括：mos管201、与mos管d、s极分别电连接的压降采样电路202、与所述压降采样电路202电连接的控制模块203，所述mos管的d极及所述控制模块203均与所述ac/dc恒压模块10电连接，所述mos管的s极与所述泵浦源30电连接；其中，所述压降采样电路202用于采集mos管d、s脚两端的电压值，并将其反馈给所述控制模块203；所述控制模块203用于对所述mos管d、s脚两端的电压值进行逻辑运算得到压降值，并将所述压降值反馈给所述ac/dc恒压模块10，所述ac/dc恒压模块10根据所述压降值调控输出电压值的大小。其中，本发明实施例中所述的控制模块203为单片机（mcu）、fpga或cpld中的一种。
15.进一步地，请参阅图3，本发明实施例提供的一种激光器电源控制电路中所述dc/dc线性恒流模块20还包括：第二控制器204、d/a数模转换器205、采样电路206、输出监控端子207，所述第二控制器204与所述mos管的g极电连接，所述第二控制器204分别与所述d/a数模转换器205及所述采样电路206电连接，所述采样电路206与所述输出监控端子207电连接，所述d/a数模转换器205用于接收激光器内部需求的标准电压值。本实施例中，通过所述采样电路206采集从外界输出的实际电压值，并将其输给所述第二控制器204；所述d/a数模转换器205接收所述激光器需求的标准电压值，所述第二控制器204对所述实际电压值及标准电压值进行对比运算。若所述实际电压值小于所述标准电压值，则所述第二控制器204调高所述mos管201的g极电压；若是所述实际电压值大于所述标准电压值，则所述第二控制器204调低所述mos管的g极电压。通过所述第二控制器204来调控g极的电压，从而调节mos管的导通电阻，控制经过mos管的电流恒定，即所述dc/dc线性恒流模块20的电流恒定。
16.此外，请参阅图4，本发明实施例提供的一种激光器电源控制电路中所述ac/dc恒压模块10包括：依次电连接的输入整流滤波电路104、有源功率因数校正（pfc）电路105、dc/dc变换器106、输出整流滤波电路101、反馈环路电路102、第一控制器103，所述第一控制器103与所述dc/dc变换器106电连接，所述反馈环路电路102与所述控制模块203电连接，所述输出整流滤波电路101与所述mos管的d极电连接，使ac/dc恒压模块10实现了隔离、降压、稳压、滤波的功能。所述反馈环路电路102用于接收所述控制模块203输出的所述压降值及所述输出整流滤波电路101的输出电压值，并对所述压降值及所述输出整流滤波电路101的输出电压值进行对比运算，进而输出反馈电压值；所述第一控制器103用于接收所述反馈电压值并根据所述反馈电压值输出电压占空比信号，所述dc/dc变换器106根据电压占空比信号调控电压占空比。
17.本发明实施例中的第一控制器103和第二控制器204为dsp（digital signal process）芯片。
18.具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
19.请参阅图3，本发明实施例提供的一种激光器电源控制电路，包括：ac/dc恒压模块10、与所述ac/dc恒压模块10电连接的dc/dc线性恒流模块20，所述dc/dc线性恒流模块20与所述泵浦源30电连接。进一步地，请继续参阅图3，所述dc/dc线性恒流模块10包括：mos管
201、与mos管d、s极分别电连接的压降采样电路202、与所述压降采样电路202电连接的控制模块203，所述mos管的d极及所述控制模块203均与所述ac/dc恒压模块10电连接，所述mos管的s极与所述泵浦源30电连接；其中，所述压降采样电路202用于采集mos管d、s极两端的电压值，并将其反馈给所述控制模块203；所述控制模块203用于对所述mos管d、s极两端的电压值进行逻辑运算得到压降值，并将所述压降值反馈给所述ac/dc恒压模块10，所述ac/dc恒压模块10根据所述压降值调控输出电压值的大小。
20.具体地，请参阅图4，所述ac/dc恒压模块10包括：依次电连接的输入整流滤波电路104、单级有源功率因数校正（pfc）电路105、dc/dc变换器106、输出整流滤波电路101、反馈环路电路102、第一控制器103，所述输出整流滤波电路101与mos管的d极连接，用于将恒定电压传输给所述dc/dc线性恒流模块20后为所述激光器泵浦源30供电；所述反馈环路电路102与所述输出整流滤波电路及控制模块203电连接，用于接收ac/dc恒压模块10的输出电压值及所述控制模块203输出的所述压降值，并对其进行比较运算输出反馈电压值；所述第一控制器103根据所述反馈电压值将其转换成所述电压占空比信号，所述dc/dc变换器106根据所述电压占空比信号调控输出电压值的大小。
21.需要说明的是，本发明实施例中所述输入整流滤波电路104、所述单级有源功率因数校正（pfc）电路105、所述dc/dc变换器106、所述输出整流滤波电路101都是现有技术。
22.进一步地，所述dc/dc线性恒流模块20还包括：第二控制器204、d/a数模转换器205、采样电路206、输出监控端子207，所述第二控制器204与所述mos管的g极电连接，所述第二控制器204分别与所述d/a数模转换器205及所述采样电路206电连接，所述采样电路206与所述输出监控端子207电连接，所述d/a数模转换器205用于接收激光器内部需求的标准电压值。
23.此外，本发明实施例中所述压降采样电路包括：与所述mos管d极依次电连接的第一分压电路（未标示）、第一跟随电路（未标示）、第一滤波电路（未标示），所述第一滤波电路（未标示）与所述控制模块203电连接；与所述mos管s极依次电连接的第二分压电路（未标示）、第二跟随电路（未标示）、第二滤波电路（未标示），所述第二滤波电路（未标示）与所述控制模块203电连接。
24.具体地，请参阅图5，所述第一分压电路包括：分压电阻r11、分压电阻r12及滤波电容c11；所述分压电阻r11的输入端与所述mos管s极输出端电连接，所述滤波电容c11与所述分压电阻r12并联连接的输入端与所述分压电阻r11的输出端电连接，所述滤波电容c11与所述分压电阻r12并联连接的输出端接地；所述第一跟随电路包括：第一放大器u2a，所述第一放大器u2a正向端电连接在所述分压电阻r11的输出端与所述滤波电容c11及所述分压电阻r12并联连接的输入端之间，所述第一放大器u2a的反向端与所述所述第一放大器u2a的输出端连接。
25.其中，所述分压电阻r11、分压电阻r12起到分压作用，用于保护所述第一放大器u2a及所述控制模块203，避免通过所述第一放大器u2a及所述控制模块203的电压过大时，对所述第一放大器u2a及所述控制模块203造成损坏。
26.所述第一滤波电路包括：分压电阻r13、分压电阻r14、滤波电容c12、钳位二极管q11、钳位二极管q12及第一电源；所述第一放大器u2a的反向端与其输出端电连接后与所述分压电阻r13的输入端电连接，所述分压电阻r14的输入端、滤波电容c12的输入端、钳位二
极管q11的负极并联连接后与所述分压电阻r13的输出端连接，所述分压电阻r14的输出端、滤波电容c12的输出端、钳位二极管q11的正极并联连接后接地，所述分压电阻r14的输入端、滤波电容c12的输入端、钳位二极管q11的负极并联后与所述钳位二极管q12的正极共连接，所述钳位二极管q12的负极与所述第一电源电连接，所述分压电阻r13的输出端、与所述分压电阻r14的输入端、滤波电容c12的输入端、钳位二极管q11的负极并联后的输入端及所述钳位二极管q12的正极与所述控制模块203的输入端共连接。
27.其中，所述分压电阻r13、分压电阻r14起到分压的作用，可用来保护所述控制模块203。
28.进一步地，所述第二分压电路包括：分压电阻r21、分压电阻r22及滤波电容c21；所述分压电阻r21的输入端与所述mos管s极输出端电连接，所述滤波电容c21与所述分压电阻r22并联连接的输入端与所述分压电阻r21的输出端电连接，所述滤波电容c21与所述分压电阻r22并联连接的输出端接地；所述第二跟随电路包括：第二放大器u2b，所述第二放大器u2b正向端电连接在所述分压电阻r21的输出端与所述滤波电容c21及所述分压电阻r22并联连接的输入端之间，所述第二放大器u2b的反向端与所述所述第二放大器u2b的输出端连接。
29.其中，所述分压电阻r21、分压电阻r22起到分压的作用，用于保护所述第二放大器u2b及所述控制模块203，避免通过所述第二放大器u2b及所述控制模块203的电压过大时，对所述第二放大器u2b及所述控制模块203造成损坏。
30.所述第二滤波电路包括：分压电阻r23、分压电阻r24、滤波电容c22、钳位二极管q21、钳位二极管q22及第二电源；所述第二放大器u2b的输出端及反向端连接后的输出端与所述分压电阻r23的输入端连接，所述分压电阻r24的输入端、滤波电容c22的输入端、钳位二极管q21的负极并联连接后与所述分压电阻r23的输出端连接，所述分压电阻r24的输出端、滤波电容c22的输出端、钳位二极管q21的正极并联连接后接地，所述分压电阻r24的输入端、滤波电容c22的输入端、钳位二极管q21的负极并联后的输入端与所述钳位二极管q22的正极共连接，所述钳位二极管q22的负极与所述第二电源电连接，所述分压电阻r23的输出端、与所述分压电阻r24的输入端、滤波电容c22的输入端、钳位二极管q21的负极并联后的输入端及所述钳位二极管q22的正极与所述控制模块203的输入端共连接。
31.其中，所述分压电阻r23、分压电阻r24起到分压的作用，可用来保护所述控制模块203。
32.进一步地，所述反馈环路电路102包括：第三分压电路（未标示）、积分电路（未标示）、第三电源及光耦1021，所述第三分压电路的输入端与所述输出整流滤波电路101电连接，所述第三分压电路的输出端与所述积分电路的反向端电连接，所述控制模块203与所述积分电路的正向端电连接，所述积分电路的输出端与所述光耦1021一输入端电连接，所述光耦1021的另一输入端与所述第三电源电连接，所述光耦1021的一输出端接地，所述光耦1021的另一输出端与所述第一控制器103电连接。
33.请继续参阅图5，所述第三分压电路包括：分压电阻r32、分压电阻r33、分压电阻r34，所述分压电阻r32的输入端与所述输出整流滤波电路101输出端电连接，所述分压电阻r32输出端与电阻r33输入端串联，所述分压电阻r33的输出端电连接所述电阻r34后接地，且所述分压电阻r33与所述分压电阻r34之间设有第一节点a，所述积分电路的反向端与所
述第一节点a电连接。
34.进一步地，为了保护所述反馈环路电路102在瞬时加载电压的稳定性，本实施例中所述第三分压电路还可以包括：限流电阻r31、分压电阻r35及瞬时电压补偿电容c31，所述输出整流滤波电路101输出端与所述限流电阻r31、瞬时电压补偿电容c31依次串联，所述分压电阻r32的输入端连接在所述输出整流滤波电路101输出端与所述限流电阻r31之间，所述瞬时电压补偿电容c31的输出端电连接所述分压电阻r35后与所述分压电阻r34的输出端电连接后接地，且所述瞬时电压补偿电容c31与所述分压电阻r35之间设有第二节点b，所述积分电路的反向端依次电连接所述第一节点a和第二节点b。所述限流电阻r31用于延长瞬时电压补偿电容c31充电时间。
35.此外，所述积分电路102包括：积分器u2c、积分电容c32、积分电容c33，所述积分电容c32与积分电容c33并联后的一端与所述积分器u2c的输出端电连接，另一端连接在所述积分器u2c的反向端与所述第一节点a之间，所述控制模块与所述积分器u2c的正向端电连接。
36.为了增加所述积分电容c32的充电时间，所述积分电容c32还可以串联一限流电阻r36，为了保护所述积分器u2c，所述控制模块203还可以通过所述限流电阻r38与所述积分器u2c的正向端电连接。
37.进一步地，所述反馈环路电路102还包括：限流电阻r37、二极管q31，所述二极管q31的负极与所述积分器u2c的输出端电连接且所述电阻r36的输出端电连接在所述二极管q31与所述积分器u2c的输出端之间，所述二极管q31的正极与所述光耦1021的第一输入端（第1引脚）电连接，所述第三电源与所述限流电阻r37的输入端连接，所述限流电阻r37的输出端与所述光耦1021的第二输入端（第2引脚）电连接，且所述二极管q31的正极电连接在所述限流电阻r37的输出端及所述光耦1021的第二输入端（第2引脚）之间，所述光耦1021的第一输出端（第4引脚）接地，所述光耦1021的第二输出端（第3引脚）与所述第一控制器103电连接。
38.进一步地，为了保护所述二极管q31，本实施例中所述反馈环路电路102还可以包括：分压电阻r39，所述分压电阻r39一端电连接在所述限流电阻r37与所述光耦1021第二输入端之间，所述分压电阻r39另一端电连接在所述二极管q31的正极及所述光耦1021第一输入端之间。
39.其中，本实施例中所述二极管q31、所述分压电阻r39、所述限流电阻r37均可保护光耦1021，防止其被烧损。
40.具体地，本实施例中所述光耦1021包括发光二极管（未标示）及光敏三极管（未标示），所述发光二极管的负极通过第1引脚与所述q31的正极电连接，所述发光二极管的正极通过第2引脚与所述电阻r37和电阻r39共连接，所述光敏三极管的一端通过第3引脚与所述第一控制器103电连接，所述光敏三极管的另一端通过第4引脚接地。
41.本实施例中，所述第一电源、第二电源、第三电源由所述电源控制电路内部提供。
42.本发明实施例的工作原理如下：所述ac/dc恒压模块10提供稳定的电压为所述dc/dc线性恒流模块20供电，所述dc/dc线性恒流模块20通过控制电压大小为所述泵浦源30供电；其中，所述dc/dc线性恒流模块20包括mos管，其d极与ac/dc恒压模块10电连接，用于输入电压，其s极与所述泵浦源30
电连接，用于输出电压。在所述激光器电源控制电路为提供泵浦源30发射泵浦光的过程中，由于存在所述泵浦源30功率非满载的情况，故mos管电压输入端及电压输出端存在压降值，即所述mos管d，s极两端存在压降值。因此，为了减小mos管的功率损耗，需要及时调控mos管d，s极两端的压降值，以减小压降值从而减小所述激光器电源控制电路中的功率损耗。
43.基于此，所述dc/dc线性恒流模块20中的mos管d，s极两端分别均电连接所述压降采样电路202，用于采集mos管d，s极两端电压值，并通过所述控制模块203对所述mos管d，s极两端的电压值进行逻辑运算以得出所述压降值。所述压降值通过电阻r38与所述积分器u2c的正向端电连接，所述输出整流滤波电路101通过所述第三分压电路与所述积分器u2c的反向端电连接。
44.若所述积分器u2c的反向端接收到的电压值低于所述积分器u2c正向端接收的电压值，则所述积分器u2c的输出端输出的电压逐渐增大，此时，所述二极管q31的正极电压依旧高于负极电压，即所述二极管q31导通，则所述光耦1021中的发光二极管导通，但是经过所述发光二极管的电流逐渐减小，则所述光耦1021中的光敏三极管（未标示）电流减小，则与所述光耦1021的第一输出端（第3引脚）电连接的第一控制器103接收的电压值增大，此时，所述第一控制器103输出电压占空比信号中的电压占空比减小，则所述dc/dc变换器106调控输出电压值减小，直到所述积分器u2c正向端与负向端的电压相等。
45.若所述积分器u2c的反向端接收的电压值高于所述积分器u2c正向端接收的电压值，则所述积分器u2c的输出端输出的电压逐渐减小，此时，所述二极管q31导通，第三电源输入的正电压经过所述限流电阻r37从所述光耦1021第二输入端（第2引脚）输入，并从所述光耦1021的第一输入端（第1引脚）输出，经过所述发光二极管的电流增大，则所述光耦1021中的光敏三极管（未标示）电流增大，与所述光耦1021的第一输出端（第3引脚）电连接的第一控制器103接收的电压值减小，则所述第一控制器103调控电压的占空比增大，则dc/dc变化器106调控输出电压值增大，直到所述积分器u2c正向端与负向端的电压相等。
46.相较于现有技术，本发明实施例提供一种激光器电源控制电路，包括：ac/dc恒压模块10、与所述ac/dc恒压模块10电连接的dc/dc线性恒流模块20，所述dc/dc线性恒流模块20与所述泵浦源30电连接；其中，所述dc/dc线性恒流模块包括：mos管201、与mos管d、s极分别电连接的压降采样电路202、与所述压降采样电路202电连接的控制模块203，所述mos管的d极及所述控制模块203均与所述ac/dc恒压模块10电连接，所述mos管的s极与所述泵浦源30电连接；其中，所述压降采样电路202用于采集mos管d、s极两端的电压值，并将其反馈给所述控制模块203；所述控制模块203用于对所述mos管d、s极两端的电压值进行逻辑运算得到压降值，并将所述压降值反馈给所述ac/dc恒压模块10，所述ac/dc恒压模块10根据所述压降值调控输出电压值的大小，解决了激光器的电源控制电路功率损耗较大的问题，减小了激光器的散热负担。
47.本发明实施例提供的一种激光器设备由于包括所述激光器电源控制电路，因此也具备所述激光器电源控制电路的有益效果。
48.以上对本发明实施例所提供的一种激光器电源控制电路及激光器设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为
对本发明的限制。