大功率激光器的多功能SIP封装驱动芯片

大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片
技术领域
1.本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片。


背景技术：

2.大功率激光器激光器因其优良的性能，日益受到人们的重视和青睐，被广泛的应用于工业加工、空间光通讯、医疗和军事等各个方面，是现代激光加工、材料处理、生物医学的等领域中必不可少的核心组件之一。
3.驱动电源对于大功率激光器输出光功率稳定性、激光器使用寿命及可靠性均有重要影响，目前大功率激光器驱动电源一般采用分立模块或器件构成，电源重量和体积大，电路板布线复杂，调试周期长，运行可靠性差，同时，由于电路板面积较大导致元器件之间的电气桥接距离过长，从而产生较大的耦合电感，导致电磁兼容性差，造成大功率激光器的驱动电源的稳定性差。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片，旨在解决现有大功率激光器的驱动电源的稳定性差。
5.为实现上述目的，本发明提出的大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片，所述大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片包括：中央控制器、功率器件控制模块以及功率器件；
6.所述中央控制器与所述功率器件控制模块电连接，用于接收外部指令，并基于所述外部指令确定所述大功率激光器对应的控制指令，并将所述控制指令传输至所述功率器件控制模块；
7.所述功率器件控制模块与所述功率器件电连接，用于基于所述控制指令生成pwm信号，并将所述pwm信号传输至所述功率器件；
8.所述功率器件与所述大功率激光器电连接，用于基于所述pwm信号对所述大功率激光器进行恒流线性调控。
9.进一步地，一种实现方式中，还包括激光器状态监控模块；
10.所述激光器状态监控模块分别与所述大功率激光器以及所述中央控制器电连接，用于监测所述大功率激光器的运行状态参数，并将所述运行状态参数传输至所述中央控制器；
11.所述中央控制器还用于对所述运行状态参数进行分析处理，并输出分析处理结果。
12.进一步地，一种实现方式中，
13.所述激光器状态监控模块包括运行温度监控单元、输出光功率监控单元、工作电压监控单元以及工作电流监控单元，所述运行状态参数包括所述大功率激光器的pn结温
度、基板温度、输出光功率、工作电压以及工作电流。
14.进一步地，一种实现方式中，还包括传感器接口管脚、通讯接口模块以及通信接口管脚；
15.所述激光器状态监控模块通过所述传感器接口管脚与所述大功率激光器上的传感器电连接，还用于通过所述传感器接口管脚获取所述传感器监测的运行状态参数；
16.所述通讯接口模块分别与所述通信接口管脚以及所述中央控制器电连接，所述中央控制器还用于通过所述通讯接口模块以及通信接口管脚将所述分析处理结果输出至外部设备。
17.进一步地，一种实现方式中，还包括内部连线以及激光器接口管脚；
18.所述通讯接口模块用于通过所述通信接口管脚接收外部指令，并将所述外部指令传输至所述中央控制器；
19.所述中央控制器还用于通过所述内部连线将所述控制指令传输至所述功率器件控制模块；
20.所述功率器件通过所述激光器接口管脚与所述大功率激光器电连接，用于基于所述pwm信号通过所述激光器接口管脚对所述大功率激光器进行恒流线性调控。
21.进一步地，一种实现方式中，所述通信接口模块的通信协议包括can协议、i2c协议、rs-232协议、rs-485协议、wifi协议和/或zigbee协议。
22.进一步地，一种实现方式中，还包括激光器保护模块；
23.所述激光器保护模块包括分别与所述大功率激光器电连接的激光器限流单元、过流单元、浪涌冲击单元、温度冲击单元以及esd单元，用于分别对所述大功率激光器进行电压冲击保护、浪涌电流冲击保护、温度冲击保护以及电磁干扰抑制。
24.进一步地，一种实现方式中，还包括电池充放电管理模块；
25.所述电池充放电管理模块分别与所述大功率激光器的储能电池以及所述中央控制器电连接，用于监测所述储能电池的运行状态数据，并将所述运行状态数据传输至所述中央控制器，所述运行状态数据包括单体电池电压、电池极柱温度、电池回路电流、电池组端电压以及电池系统绝缘电阻；
26.所述中央控制器还用于基于电池管理算法对所述运行状态数据进行分析计算，并基于分析计算结果确定电池保护控制策略，并基于所述电池保护控制策略控制所述储能电池。
27.进一步地，一种实现方式中，
28.所述功率器件控制模块包括功率器件驱动单元，所述功率器件驱动单元包括至少一个功率器件驱动芯片以及至少一个功率器件驱动电路；
29.所述功率器件驱动电路分别与所述功率器件驱动芯片以及所述功率器件电连接；
30.所述功率器件包括至少一个gan半导体功率器件或sic半导体功率器件。
31.进一步地，一种实现方式中，所述中央控制器包括存储器、时钟以及ad/da单元，还包括soc芯片、asic芯片或独立mcu。
32.本发明通过采用中央控制器与所述功率器件控制模块电连接，用于接收外部指令，并基于所述外部指令确定所述大功率激光器对应的控制指令，并将所述控制指令传输至所述功率器件控制模块；所述功率器件控制模块与所述功率器件电连接，用于基于所述
控制指令生成pwm信号，并将所述pwm信号传输至所述功率器件；所述功率器件与所述大功率激光器电连接，用于基于所述pwm信号对所述大功率激光器进行恒流线性调控，由于大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片内部各功能模块间高度集成，元器件之间的电气桥接距离极短，极大减小了驱动回路的寄生电感，有效抑制驱动电路产生的电磁辐射，使运行可靠性大为提高，同时芯片化降低了大功率激光器驱动电源的体积和重量，提高了大功率激光器的驱动电源的稳定性。
附图说明
33.图1为本发明大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片一实施例的结构示意图；
34.图2为本发明大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片一实施例的剖面结构示意图。
35.附图标号说明：
[0036][0037]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0038]
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
[0039]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0040]
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可
以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0041]
本发明提出一种大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片。
[0042]
参照图1至2，图1为本发明大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片一实施例的结构示意图；图2为本发明大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片一实施例的剖面结构示意图。
[0043]
在本发明实施例中，该大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片包括：中央控制器1、功率器件6控制模块4以及功率器件6，即将中央控制器1、功率器件6控制模块4以及功率器件6集成封装成大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片。
[0044]
所述中央控制器1与所述功率器件6控制模块4电连接，用于接收外部指令，并基于所述外部指令确定所述大功率激光器对应的控制指令，并将所述控制指令传输至所述功率器件6控制模块4；中央控制器1包括存储器、时钟以及ad/da单元，还包括soc芯片、asic芯片或独立mcu。
[0045]
所述功率器件6控制模块4与所述功率器件6电连接，用于基于所述控制指令生成pwm信号，并将所述pwm信号传输至所述功率器件6；具体地，功率器件6控制模块4先基于该控制指令产生占空比，并根据占空比生成pwm信号，也就是说，该pwm信号为控制指令对应的占空比的脉冲信号。
[0046]
其中，功率器件6控制模块4包括功率器件6驱动单元，所述功率器件6驱动单元包括至少一个功率器件6驱动芯片以及至少一个功率器件6驱动电路；所述功率器件6驱动电路分别与所述功率器件6驱动芯片以及所述功率器件6电连接；所述功率器件6包括至少一个gan半导体功率器件6或sic半导体功率器件6，即通过一个或多个gan、sic等第3代半导体功率器件6实现大功率激光器的大功率驱动。功率器件6控制模块4还用于大功率激光器开关通断、输出光功率功率控制、激光器工作电流线性负反馈调控等功能。
[0047]
所述功率器件6与所述大功率激光器电连接，用于基于所述pwm信号对所述大功率激光器进行恒流线性调控，以线性控制大功率激光器的工作电流。
[0048]
进一步地，一实施例中，参照图1至2，该大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片还包括内部连线9、通讯接口模块11、通信接口管脚12以及激光器接口管脚5；
[0049]
通讯接口模块11分别与通信接口管脚12以及中央控制器1通信/电连接，通讯接口模块11用于通过所述通信接口管脚12接收外部指令，并将所述外部指令传输至所述中央控制器1，其中，通信接口模块的通信协议包括can协议、i2c协议、rs-232协议、rs-485协议、wifi协议和/或zigbee协议，使得通信接口模块可以通过各个通信协议与外界进行双向数据通信，以通过通信接口模块将实现大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片与外界的双向数据通信功能，提升大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片与外部设备的兼容性。
[0050]
内部连线9分别与中央控制器1以及功率器件6控制模块4电连接，中央控制器1还用于通过内部连线9将所述控制指令传输至所述功率器件6控制模块4，提提高控制指令传输的准确性。
[0051]
功率器件6通过所述激光器接口管脚5与所述大功率激光器电连接，用于基于所述pwm信号通过所述激光器接口管脚5对所述大功率激光器进行恒流线性调控，以提高对大功
率激光器进行恒流线性调控的准确性。
[0052]
进一步地，一实施例中，参照图1至2，该大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片还包括激光器状态监控模块7；
[0053]
所述激光器状态监控模块7分别与所述大功率激光器以及所述中央控制器1电连接，用于监测所述大功率激光器的运行状态参数，并将所述运行状态参数传输至所述中央控制器1；中央控制器1还用于对所述运行状态参数进行分析处理，并输出分析处理结果，进而可实现大功率激光器的实时监控，以提高大功率激光器的安全性，中央控制器1还可以将分析处理结果存储与存储器中。
[0054]
一实施例中，参照图1至2，该大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片还包括传感器接口管脚8；
[0055]
激光器状态监控模块7通过所述传感器接口管脚8与所述大功率激光器上的传感器电连接，还用于通过所述传感器接口管脚8获取所述传感器监测的运行状态参数，以通过传感器接口管脚8准确获取大功率激光器上的传感器的检测数据；通讯接口模块11分别与所述通信接口管脚12以及所述中央控制器1电连接，所述中央控制器1还用于通过所述通讯接口模块11以及通信接口管脚12将所述分析处理结果输出至外部设备。
[0056]
其中，激光器状态监控模块7包括运行温度监控单元、输出光功率监控单元、工作电压监控单元以及工作电流监控单元，运行状态参数包括所述大功率激光器的pn结温度、基板温度、输出光功率、工作电压以及工作电流。具体地，温度监控单元通过所述传感器接口管脚8与大功率激光器上的温度传感器电连接，用于获取大功率激光器的pn结温度以及基板温度，温度传感器可以包括检测pn结温度的第一温度传感器以及检测基板温度的第二温度传感器；输出光功率监控单元通过所述传感器接口管脚8与大功率激光器上的光功率传感器电连接，用于获取大功率激光器的输出光功率；工作电压监控单元通过所述传感器接口管脚8与大功率激光器上的电压传感器电连接，用于获取大功率激光器的工作电压；工作电流监控单元通过所述传感器接口管脚8与大功率激光器上的电流传感器电连接，用于获取大功率激光器的工作电流。其中，温度监控单元可以为温度监测电路或器件，输出光功率监控单元可以为输出光功率监测电路或器件，工作电压监控单元可以为工作电压监测电路或器件，工作电流监控单元可以为工作电流监测电路或器件。
[0057]
进一步地，一实施例中，参照图1至2，该大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片还包括激光器保护模块10；激光器保护模块10包括分别与所述大功率激光器电连接的激光器限流单元、过流单元、浪涌冲击单元、温度冲击单元以及esd单元，用于分别对所述大功率激光器进行电压冲击保护、浪涌电流冲击保护、温度冲击保护以及电磁干扰抑制。
[0058]
其中，激光器限流单元可以为激光器限流电路或器件，过流单元可以为过流电路或器件，浪涌冲击单元可以为浪涌冲击电路或器件，温度冲击单元可以为温度冲击电路或器件，以及esd单元可以为esd电路或器件。
[0059]
激光器限流单元、过流单元、浪涌冲击单元、温度冲击单元以及esd单元可以分别与中央控制器1电连接，中央控制器1对运行状态参数进行分析处理之后，可以将分析处理结果发送至激光器限流单元、过流单元、浪涌冲击单元、温度冲击单元和/或esd单元，激光器限流单元、过流单元、浪涌冲击单元、温度冲击单元和/或esd单元分别基于分析处理结果生成激光器限流指令、过流指令、浪涌冲击指令、温度冲击指令和/或电磁干扰抑制指令等
保护指令，并将保护指令发送至中央控制器1，中央控制器1将保护指令发送至功率器件6控制模块4，功率器件6控制模块4基于该保护指令以及控制指令生成目标pwm信号，并将所述目标pwm信号传输至功率器件6，功率器件6基于目标pwm信号对所述大功率激光器进行恒流线性调控，并对所述大功率激光器进行电压冲击保护、浪涌电流冲击保护、温度冲击保护和/或电磁干扰抑制。
[0060]
在一些实施例中，参照图1至2，该大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片还包括电池充放电管理模块2；
[0061]
所述电池充放电管理模块2分别与所述大功率激光器的储能电池以及所述中央控制器1电连接，用于监测所述储能电池的运行状态数据，并将所述运行状态数据传输至所述中央控制器1，所述运行状态数据包括单体电池电压、电池极柱温度、电池回路电流、电池组端电压以及电池系统绝缘电阻；其中，大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片还包括电池接口管脚3，储能电池通过电池接口管脚3与电池充放电管理模块2电连接。
[0062]
所述中央控制器1还用于基于电池管理算法(bms软件算法)对所述运行状态数据进行分析计算，并基于分析计算结果确定电池保护控制策略，并基于所述电池保护控制策略控制所述储能电池。
[0063]
电池充放电管理模块2包括电源充放电保护芯片、分立电源充放电保护电路和器件等，以保证储能电池的安全可靠运行。
[0064]
大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片还包括芯片基板13以及sip芯片塑封外壳14，中央控制器1、功率器件6控制模块4、功率器件6、激光器状态监控模块7、激光器保护模块10、电池充放电管理模块2、传感器接口管脚8、通讯接口模块11、通信接口管脚12、内部连线9以及激光器接口管脚5均集成封装于该芯片基板13，芯片基板13固定与sip芯片塑封外壳14内。
[0065]
本发明技术方案通过采用中央控制器1与所述功率器件6控制模块4电连接，用于接收外部指令，并基于所述外部指令确定所述大功率激光器对应的控制指令，并将所述控制指令传输至所述功率器件6控制模块4；所述功率器件6控制模块4与所述功率器件6电连接，用于基于所述控制指令生成pwm信号，并将所述pwm信号传输至所述功率器件6；所述功率器件6与所述大功率激光器电连接，用于基于所述pwm信号对所述大功率激光器进行恒流线性调控，由于大功率激光器的多功能sip封装驱动芯片内部各功能模块间高度集成，元器件之间的电气桥接距离极短，极大减小了驱动回路的寄生电感，有效抑制驱动电路产生的电磁辐射，使运行可靠性大为提高，同时芯片化降低了大功率激光器驱动电源的体积和重量，提高了大功率激光器的驱动电源的稳定性。
[0066]
应当说明的是，本发明的各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域的技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0067]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。