激光器電源轉換電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種激光器電源轉換電路，連接于市電與激光器之間、用于輸出所述激光器放電所需的激勵源。激光器電源轉換電路中，通過升壓斬波電路對輸入整流后的直流電壓進行升壓，繼而由第一降壓斬波電路控制輸出連續穩定的基底電流；由用于輸出脈沖電流的第二斬波電路來縮短脈沖沿上升下降的時間和控制輸出高脈沖電流。第一降壓斬波電路和第二降壓斬波電路分別輸出的基底電流和脈沖電流均傳輸至橋式逆變電路，然后被橋式逆變電路逆變成交流電流，再通過變壓器電路對電壓信號進行升壓隔離，最后通過橋式整流電路，輸出帶基底電流的高脈沖電流和縮短脈沖沿上升下降的時間，進而達到激光器放電所需的激勵源。
【專利說明】
激光器電源轉換電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及電源電路，特別是涉及激光器電源轉換電路。
【背景技術】
[0002]大功率氣體脈沖激光器電源中，均包含有主干的能量轉換結構以實現能量變換，把輸入市電變換成為所需要輸出，以滿足大功率氣體脈沖激光器放電所需要的激勵源。
[0003]在傳統的大功率氣體脈沖激光器電源中，一般直接米用半橋或全橋轉換結構的電路。這種轉換結構的電路是從通用電源的轉換結構引用而來，難以滿足大功率氣體脈沖激光器放電的一些特殊的要求，尤其是脈沖上升沿下降沿時間，峰值電流方面。通常采用半橋或全橋轉換結構的電路，脈沖沿上升下降時間較長，在通常的控制方式下，上升下降時間一般達到100微秒或更長。而大功率氣體脈沖激光器放電要求脈沖沿上升下降時間短達10微秒以下，傳統的電源電路無法滿足激光器放電所需的激勵源。
【實用新型內容】
[0004]基于此，有必要針對傳統的電源電路無法滿足激光器放電時所需的激勵源的問題，提供一種激光器電源轉換電路。
[0005]—種激光器電源轉換電路，連接于市電與激光器之間、用于輸出所述激光器放電所需的激勵源，包括升壓斬波電路、第一降壓斬波電路、橋式逆變電路、變壓器轉換電路和橋式整流電路，還包括第二降壓斬波電路；
[0006]所述升壓斬波電路的輸入端與所述市電連接;所述升壓斬波電路的第一輸出端與所述第一降壓斬波電路連接；
[0007]所述升壓斬波電路的第二輸出端與第二降壓斬波電路連接；
[0008]所述第一降壓斬波電路、第二降壓斬波電路的輸出端分別與所述橋式逆變電路連接，且所述橋式逆變電路、變壓器轉換電路和橋式整流電路依次電連接；
[0009]所述第一降壓斬波電路用于輸出基底電流;所述第二降壓斬波電路用于輸出脈沖電流。
[0010]在其中一個實施例中，所述升壓斬波電路包括第一開關管、第一電感器、第一二極管、第二二極管、第一電容和第二電容；
[0011 ]所述市電分別與所述第一電容、第一電感、第一二極管的陽極連接;所述第一二極管的陰極與所述第二降壓斬波電路的輸入端連接；
[0012]所述第一電感的另一端分別與所述第一開關管的輸入端、第二二極管的陽極連接;所述第二二極管的陰極與所述第一降壓斬波電路的輸入端連接；
[0013]所述第二電容的一端分別與所述第二二極管的陰極、第一二極管的陰極連接；
[0014]所述第一電容的另一端、第一開關管的輸出端、第二電容的另一端接地。
[0015]在其中一個實施例中，所述第一降壓斬波電路為連續波降壓斬波電路;所述第二降壓斬波電路為脈沖波降壓斬波電路。
[0016]在其中一個實施例中，所述第一降壓斬波電路包括第二開關管、第二電感和第三二極管；
[0017]所述第二開關管的輸入端與所述第二二極管的陰極連接;所述第二開關管的輸出端經所述第二電感與所述橋式逆變電路的輸入端連接；
[0018]所述第三二極管的陰極分別與所述第二開關管的輸出端、第二電感的一端連接；所述第三二極管的陽極接地。
[0019]在其中一個實施例中，所述第二降壓斬波電路包括第三開關管、第三電感和第四二極管；
[0020]所述第三開關管的輸入端與所述第一二極管的陰極連接;所述第三開關管的輸出端與所述第三電感的第一端連接;所述第四二極管的陰極分別與所述第三開關管的輸出端、第三電感的第一端連接;所述第四二極管的陽極接地;所述第三電感的第二端與所述橋式逆變電路的輸入端連接。
[0021]在其中一個實施例中，激光器電源轉換電路還包括第五二極管，所述第五二極管陰極與所述第三開關管的輸入端連接，所述第五二極管的陽極與所述第三電感的第二端連接。
[0022]在其中一個實施例中，所述橋式逆變電路包括第四開關管、第五開關管、第六開關管和第七開關管；
[0023]所述第四開關管的輸入端與所述第一降壓斬波電路的輸出端連接，所述第五開關管的輸入端與所述第二降壓斬波電路的輸出端連接，且所述第四開關管的輸入端與第五開關管的輸入端連接;所述第四開關管的輸出端與所述第六開關管的輸入端連接;所述第五開關管的輸出端與所述第七開關管的輸入端連接;所述第六開關管的輸出端、第七開關管的輸出端均接地。
[0024]在其中一個實施例中，所述變壓器電路包括初級線圈和次級線圈；
[0025]所述初級線圈的第一引線端與所述第五開關管的輸出端連接;所述初級線圈的第二引線端與所述第四開關管的輸出端連接；
[0026]所述次級線圈與所述橋式整流電路連接。
[0027]在其中一個實施例中，所述橋式整流電路包括第六二極管、第七二極管、第八二極管和第九二極管；
[0028]所述第六二極管的陽極與所述第八二極管的陰極連接;所述第七二極管的陽極與所述第九二極管的陰極連接；
[0029]所述次級線圈的第一引線端與所述第六二極管的陽極連接;所述次級線圈的第二引線端與所述第七二極管的陽極連接；
[0030]所述第六二極管的陰極與所述第七二極管的陰極連接，作為所述電源轉換電路的正極輸出；所述第六二極管的陽極與所述第七二極管的陽極連接，作為所述電源轉換電路的負極輸出。
[0031]上述電源轉換電路中，通過升壓斬波電路對輸入整流后的直流電壓進行升壓，繼而由用于輸出基底電流的第一降壓斬波電路控制輸出連續穩定的基底電流；由用于輸出脈沖電流的第二斬波電路來縮短脈沖沿上升下降的時間和控制輸出高脈沖電流。第一降壓斬波電路和第二降壓斬波電路分別輸出的基底電流和脈沖電流均傳輸至橋式逆變電路，然后被橋式逆變電路逆變成交流電流，全橋逆變電路鎖定在最大占空比工作，其占空比90 %以上，再通過變壓器電路對電壓信號進行升壓隔離，最后通過橋式整流電路，輸出高電壓帶基底電流的高脈沖電流，進而達到激光器放電所需的激勵源。
【附圖說明】
[0032]圖1為電源轉換電路的原理框架圖；
[0033]圖2為電源轉換電路的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0034]為了便于理解本實用新型，下面將參照相關附圖對本實用新型進行更全面的描述。附圖中給出了本實用新型的較佳實施例。但是，本實用新型可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本實用新型的公開內容的理解更加透徹全面。
[0035]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本實用新型的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在限制本實用新型。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0036]如圖1所示的為激光器電源轉換電路的原理框架圖，該電源轉換電路連接于市電與激光器之間、用于輸出激光器放電所需的激勵源。該電源轉換電路包括升壓斬波電路100、第一降壓斬波電路210、第二降壓斬波電路220、橋式逆變電路300、變壓器轉換電路400和橋式整流電路500 ο升壓斬波電路100的輸入端與市電連接;升壓斬波電路100的第一輸出端與第一降壓斬波電路210連接;升壓斬波電路100的第二輸出端與第二降壓斬波電路220連接;第一降壓斬波電路210、第二降壓斬波電路220的輸出端分別與橋式逆變電路300連接，且橋式逆變電路300、變壓器轉換電路400和橋式整流電路500依次電連接。其中，第一降壓斬波電路210用于輸出基底電流;第二降壓斬波電路220用于輸出脈沖電流。
[0037]該電源轉換電路開始工作時，首先通過升壓斬波電路100對輸入整流后的直流電壓進行升壓，繼而由用于輸出基底電流的第一降壓斬波電路210控制輸出連續穩定的基底電流；由用于輸出脈沖電流的第二斬波電路220來縮短脈沖沿上升下降的時間和控制輸出高脈沖電流。第一降壓斬波電路210和第二降壓斬波電路220分別輸出的基底電流和脈沖電流均傳輸至橋式逆變電路300，然后由橋式逆變電路300逆變為交流電流，橋式逆變電路300鎖定在最大占空比工作，其占空比90%以上，再通過變壓器轉換電路400對電壓信號進行升壓隔離，最后通過橋式整流電路500，輸出高電壓帶基底電流的脈沖電流，進而達到激光器放電所需的激勵源。
[0038]如圖2所示的為電源轉換電路的電路原理圖，其中，升壓斬波電路100包括第一開關管Ql、第一電感器L1、第一二極管Dl、第二二極管D2、第一電容Cl和第二電容C2。市電分別與第一電容Cl、第一電感L1、第一二極管Dl的陽極連接。第一二極管Dl的陰極與第二降壓斬波電路220的輸入端連接。第一電感LI的另一端分別與第一開關管Ql的輸入端、第二二極管D2的陽極連接;第二二極管D2的陰極與第一降壓斬波電路210的輸入端連接。第二電容C2的一端分別與第二二極管D2的陰極、第一二極管Dl的陰極連接。第一電容Cl的另一端、第一開關管Ql的輸出端、第二電容C2的另一端接地。
[0039]在本實施例中，升壓斬波電路100對輸入整流后的直流電壓進行升壓，升壓斬波電路100輸出800伏左右的直流電壓，分別通過升壓斬波電路100的第一輸出端、第二輸出端對應傳輸至第一降壓斬波電路210和第二降壓斬波電路220。
[0040]在本實施例中，第一降壓斬波電路210為連續波降壓斬波電路。第一降壓斬波電路210包括第二開關管Q2、第二電感L2和第三二極管D3。第二開關管Q2的輸入端與第二二極管D2的陰極連接;第二開關管Q2的輸出端經第二電感L2與橋式逆變電路300的輸入端連接。第三二極管D3的陰極分別與第二開關管Q2的輸出端、第二電感L2的一端連接;第三二極管D3的陽極接地。
[0041]第一降壓斬波電路210處于連續波工作狀態，并輸出基底電流。第一降壓斬波電路210通過調節第二開關管Q2的占空比來控制第二電感L2的電流。由于第二電感L2的電流與橋式整流電路500輸出的連續基底電流是一一對應的，因此第一降壓斬波電路210控制第二電感L2的電流，也就控制了最終橋式整流電路500輸出的基底電流。
[0042]在本實施例中，第二降壓斬波電路220為脈沖波降壓斬波電路。第二降壓斬波電路220包括第三開關管Q3、第三電感L3和第四二極管D4。第三開關管Q3的輸入端與所述第一二極管DI的陰極連接。第四二極管D4的陰極分別與第三開關管Q3的輸出端、第三電感L3的第一端連接;第四二極管D4的陽極接地。第三開關管Q3的輸出端與第三電感L3的第一端連接，第三電感L3的第二端與橋式逆變電路300的輸入端連接。
[0043]第二降壓斬波電路220處于脈沖波工作狀態，并輸出脈沖電流。第二降壓斬波電路220工作時，若第三開關管Q3導通，則脈沖電流上升；若第三開關管Q3關閉，則脈沖電流下降。也就是說第三開關管Q3的開關時間控制了脈沖沿上升下降時間。同時，第二降壓斬波電路220中的第三電感L3的電感量大小控制了脈沖電流上升下降的速率，進而控制了峰值脈沖電流。通過用于輸出脈沖電流的第二降壓斬波電路220使脈沖沿上升下降時間縮短，其脈沖沿上升下降的時間可以縮短至10微秒以下。在本實施例中，可以達到I微秒;其輸出的高壓峰值脈沖電流很高，可達到400毫安。通過控制脈沖沿上升下降的時間和輸出的高脈沖電流值，就可以滿足大功率氣體激光器放電所需的激勵源，進而驅動激光器工作。
[0044]在本實施例中，激光器電源轉換電路還包括第五二極管D5，第五二極管D5陰極與第三開關管Q3的輸入端連接，第五二極管D5的陽極與第三電感L3的另一端連接。其中，第五二極管D5是電壓鉗位二極管，對橋式逆變電路300的電壓進行鉗位以保護橋式逆變電路300。
[0045]在本實施例中，橋式逆變電路300包括第四開關管Q4、第五開關管Q5、第六開關管Q6和第七開關管Q7。第四開關管Q4的輸入端與第二電感L2連接，第五開關管Q5的輸入端與第三電感L3連接，且第四開關管Q4的輸入端與第五開關管Q5的輸入端連接。第四開關管Q4的輸出端與第六開關管Q6的輸入端連接。第五開關管Q5的輸出端與第七開關管Q7的輸入端連接。第六開關管Q6的輸出端、第七開關管Q7的輸出端均接地。橋式逆變電路300分別接收來自第一降壓斬波電路210的基底電流和第二降壓斬波電路220的脈沖電流，并對基底電流和脈沖電流進行逆變，使其變為交流電流。
[0046]在本實施例中，變壓器電路400包括初級線圈Tl-A和次級線圈T1-B;初級線圈Tl-A的第一引線端與第五開關管Q5的輸出端連接;初級線圈Tl-A的第二引線端與第四開關管Q4的輸出端連接;次級線圈Tl-B與橋式整流電路500連接。變壓器轉換電路400為升壓型變壓器。
[0047]在本實施中，橋式整流電路500包括第六二極管D6、第七二極管D7、第八二極管D8和第九二極管D9。第六二極管D6的陽極與第八二極管D8的陰極連接;第七二極管D7的陽極與第九二極管D9的陰極連接。次級線圈Tl-B的第一引線端與第六二極管D6的陽極連接;次級線圈Tl-B的第二引線端與第七二極管D7的陽極連接。第六二極管D6的陰極與第七二極管D7的陰極連接，作為電源轉換電路的正極輸出；第六二極管D6的陽極與第七二極管D7的陽極連接，作為電源轉換電路的負極輸出。橋式整流電路500從變壓器電路400的次級線圈Tl-B出來的交流電流進行整流，整流成為高電壓帶基底電流的脈沖電流輸出，為激光器放電提供所需的激勵源，使其驅動激光器工作。
[0048]上述電源轉換電路中，通過升壓斬波電路100對輸入整流后的直流電壓進行升壓，升壓斬波電路100輸出800伏左右的直流電壓至第一降壓斬波電路210和第二降壓斬波電路220。處于連續波工作狀態的第一降壓斬波電路210通過調節第二開關管Q2的占空比來控制第二電感L2的電流輸出連續穩定的基底電流;處于脈沖波工作狀態的第二降壓斬波電路220通過控制第三開關管Q3的開關時間和第三電感L3的電感量大小，來通過控制脈沖沿上升下降的時間和輸出的高脈沖電流值。其基底電流和脈沖電流均傳輸至橋式逆變電路300，然后被橋式逆變電路300逆變成交流電流，再通過變壓器轉換電路400對電壓信號進行升壓隔離，最后通過橋式整流電路500輸出高電壓帶基底電流的高脈沖電流，同時，其脈沖沿上升下降的時間縮短至10微秒以下，進而達到激光器放電所需的激勵源。
[0049]上述所有開關管均為帶阻尼二極管的絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)，其中二極管的陰極與絕緣柵型雙極晶體管的漏極連接，二極管的陽極與絕緣柵型雙極晶體管的源極連接。同時，開關管的輸入端為絕緣柵型雙極晶體管的漏極，開關管的輸出端為絕緣柵型雙極晶體管的源極。在其他實施例中，其開關管還可以為場效應管。
[0050]以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0051]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種激光器電源轉換電路，連接于市電與激光器之間、用于輸出所述激光器放電所需的激勵源，包括升壓斬波電路、第一降壓斬波電路、橋式逆變電路、變壓器轉換電路和橋式整流電路，其特征在于，還包括第二降壓斬波電路； 所述升壓斬波電路的輸入端與所述市電連接;所述升壓斬波電路的第一輸出端與所述第一降壓斬波電路連接； 所述升壓斬波電路的第二輸出端與第二降壓斬波電路連接； 所述第一降壓斬波電路、第二降壓斬波電路的輸出端分別與所述橋式逆變電路連接，且所述橋式逆變電路、變壓器轉換電路和橋式整流電路依次電連接； 所述第一降壓斬波電路用于輸出基底電流；所述第二降壓斬波電路用于輸出脈沖電流。2.根據權利要求1所述的激光器電源轉換電路，其特征在于，所述升壓斬波電路包括第一開關管、第一電感器、第一二極管、第二二極管、第一電容和第二電容； 所述市電分別與所述第一電容、第一電感、第一二極管的陽極連接;所述第一二極管的陰極與所述第二降壓斬波電路的輸入端連接； 所述第一電感的另一端分別與所述第一開關管的輸入端、第二二極管的陽極連接;所述第二二極管的陰極與所述第一降壓斬波電路的輸入端連接； 所述第二電容的一端分別與所述第二二極管的陰極、第一二極管的陰極連接； 所述第一電容的另一端、第一開關管的輸出端、第二電容的另一端接地。3.根據權利要求1所述的激光器電源轉換電路，其特征在于，所述第一降壓斬波電路為連續波降壓斬波電路;所述第二降壓斬波電路為脈沖波降壓斬波電路。4.根據權利要求2所述的激光器電源轉換電路，其特征在于，所述第一降壓斬波電路包括第二開關管、第二電感和第三二極管； 所述第二開關管的輸入端與所述第二二極管的陰極連接;所述第二開關管的輸出端經所述第二電感與所述橋式逆變電路的輸入端連接； 所述第三二極管的陰極分別與所述第二開關管的輸出端、第二電感的一端連接;所述第三二極管的陽極接地。5.根據權利要求2所述的激光器電源轉換電路，其特征在于，所述第二降壓斬波電路包括第三開關管、第三電感和第四二極管； 所述第三開關管的輸入端與所述第一二極管的陰極連接;所述第三開關管的輸出端與所述第三電感的第一端連接;所述第四二極管的陰極分別與所述第三開關管的輸出端、第三電感的第一端連接;所述第四二極管的陽極接地;所述第三電感的第二端與所述橋式逆變電路的輸入端連接。6.根據權利要求5所述的激光器電源轉換電路，其特征在于，激光器電源轉換電路還包括第五二極管，所述第五二極管陰極與所述第三開關管的輸入端連接，所述第五二極管的陽極與所述第三電感的第二端連接。7.根據權利要求1所述的激光器電源轉換電路，其特征在于，所述橋式逆變電路包括第四開關管、第五開關管、第六開關管和第七開關管； 所述第四開關管的輸入端與所述第一降壓斬波電路的輸出端連接，所述第五開關管的輸入端與所述第二降壓斬波電路的輸出端連接，且所述第四開關管的輸入端與第五開關管的輸入端連接;所述第四開關管的輸出端與所述第六開關管的輸入端連接;所述第五開關管的輸出端與所述第七開關管的輸入端連接;所述第六開關管的輸出端、第七開關管的輸出端均接地。8.根據權利要求7所述的激光器電源轉換電路，其特征在于，所述變壓器電路包括初級線圈和次級線圈； 所述初級線圈的第一引線端與所述第五開關管的輸出端連接;所述初級線圈的第二引線端與所述第四開關管的輸出端連接； 所述次級線圈與所述橋式整流電路連接。9.根據權利要求8所述的激光器電源轉換電路，其特征在于，所述橋式整流電路包括第六二極管、第七二極管、第八二極管和第九二極管； 所述第六二極管的陽極與所述第八二極管的陰極連接;所述第七二極管的陽極與所述第九二極管的陰極連接； 所述次級線圈的第一引線端與所述第六二極管的陽極連接;所述次級線圈的第二引線端與所述第七二極管的陽極連接； 所述第六二極管的陰極與所述第七二極管的陰極連接，作為所述電源轉換電路的正極輸出；所述第六二極管的陽極與所述第七二極管的陽極連接，作為所述電源轉換電路的負極輸出。
【文檔編號】H01S3/097GK205584046SQ201620218168
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】譚春升, 梁曉華, 陳偉康, 陳燚, 陳根余, 梁劍寒, 周桂兵, 高云峰
【申請人】大族激光科技產業集團股份有限公司