一种用于抑制激光器脉冲过冲现象的激励电源制造技术

本发明专利技术公开了一种用于抑制激光器脉冲过冲现象的激励电源。该激励电源包括控制模块，开关电源模块及谐振模块。控制模块输出频率变化的驱动脉冲信号，经过开关电源模块处理后输出交流方波信号，交流方波信号经谐振模块调幅后变为在每个周期内先为低电平后为高电平的周期性的激励信号。该激励电源输出的激励信号能够在抑制过冲现象的同时使激光脉冲的上升沿更加陡峭，满足激光加工对激光脉冲输出波形的要求，对于提高激光脉冲加工的质量和效率具有重要的意义。

Excitation power supply for suppressing laser pulse overshoot phenomenon

The invention discloses an excitation power supply used for restraining the overshoot of the laser pulse. The excitation power supply comprises a control module, a switching power supply module and a resonant module. The drive pulse signal output control module of the frequency change after the switch power supply module after processing the output AC square wave signal, square wave signal of the resonance module into amplitude modulated in each cycle for excitation signal after low level to high level of periodicity. The power output of the excitation signal excitation simultaneously suppress overshoot phenomenon that the rising edge of the laser pulse is more steep, to meet the requirements of the laser pulse output waveform of laser processing, has great significance to improve the quality and efficiency of laser pulse processing.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光
，具体涉及一种用于抑制激光器脉冲过冲现象的激励电源。
技术介绍
在激光应用领域中，轴快流CO2激光器因其高功率和高光束质量的特性被广泛的应用于切割、焊接等激光加工领域。由He、N2、CO2等组成的混合气体在激励电源的作用下，产生辉光放电。气体放电的稳定性对激光的输出有直接的影响，为了实现辉光放电的稳定性，一般采用PWM调制法对激光输出功率进行控制，因此，轴快流CO2激光器输出的是一系列“准连续”的激光脉冲，而单个激光脉冲的波形对激光加工的质量和效率具有重要影响。如图1所示，普通激励电源直接输出一定占空比的脉冲信号I1，脉冲作用到增益气体上时，增益介质上能级的反转粒子数迅速累积，在形成激光输出的瞬间，大量的反转粒子数跃迁到下能级，如图2所示激光脉冲输出波形L1，先输出一个幅值较大的激光脉冲尖峰，由于形成激光脉冲尖峰消耗了大量的反转粒子数，导致反转粒子数急剧下降，随之输出的激光幅值显著下降，这就是激光脉冲的过冲现象。过冲现象的出现不仅会影响激光加工的质量，而且会对激光器的寿命造成损害。目前，一种用于抑制过冲现象的方法是采用子脉冲调制的激励电源，输出特性如图3所示，通过多个同幅值子脉冲I2的积累，实现反转粒子数的缓慢增加，然后实现激光输出。但是，采用子脉冲调制法时，由于反转粒子数的缓慢增加，导致激光脉冲的上升沿较平缓，图4为激光脉冲输出波形L2，达不到激光加工对激光脉冲形状的要求。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供一种用于抑制激光器脉冲过冲现象的激励电源，旨在解决由于现有激励电源输出信号不能实现幅值可调的原因而导致激光器输出的激光脉冲形状不能满足激光加工的技术问题。为达到上述目的，本专利技术提供了一种用于抑制激光器脉冲过冲现象的激励电源，包括控制模块、开关电源模块与谐振模块。控制模块的输出端与开关电源模块控制端相连，开关电源模块输出端与谐振模块的输入端相连。上述控制模块用于为开关电源模块提供频率变化的驱动脉冲信号；上述开关电源模块用于将频率变化驱动脉冲信号转化为交流方波信号；上述谐振模块由串联的电感与电容组成，通过控制电感与电容的充放电实现将交流方波信号转化为激励信号；上述激励信号为每个周期内先为低电平后为高电平的周期信号；上述驱动脉冲信号的频率变化趋势由驱动脉冲信号的频率与谐振模块的输出信号幅值相关性决定，且脉冲驱动信号的周期小于电容充电时间。控制模块输出频率变化的驱动脉冲信号，驱动脉冲信号通过控制开关电源模块，使开关电源模块输出与驱动脉冲信号频率相关的交流方波信号，交流方波信号通过控制电容与电感的充放电时间，使谐振模块输出在每个周期内先为低电平后为高电平的激励信号。在激光器单个脉冲周期内，谐振模块先输出低电平信号，使增益介质电离产生适量的反转粒子数，仅产生微弱的激光，此阶段称为激光器“点火”阶段，在这个阶段，激光消耗的反转粒子数比生成的反转粒子数要少得多，反转粒子数不断累积；然后谐振模块输出高电平信号，增益介质中的反转粒子数迅速增加，激光输出脉冲的幅值也迅速增加，使激励脉冲上升沿陡峭；由于“点火”阶段反转粒子数的积累，增益介质中的反转粒子数不会迅速下降，仍然能够维持激光输出脉冲幅值的稳定，由于激光输出后反转粒子数急剧下降而形成的过冲现象就会得到抑制，避免激光脉冲尖峰的形成。进一步地，还包括升压模块，其输入端与上述谐振模块输出端相连，用于将的低幅值的激励信号变为高幅值的激励信号。进一步地，还包括整流模块，其输入端与上述升压模块的输出端相连，用于将高幅值的激励信号变成单方向高幅值的激励信号。进一步地，还包括滤波模块，其输入端与上述整流模块的输出端相连，用于滤除单方向高幅值的激励信号中的脉动成分。进一步地，所述开关电源模块包括MOS管Z1、MOS管Z2、MOS管Z3、MOS管Z4和直流电源，MOS管Z1源极与MOS管Z3漏极连接，MOS管Z2源极与MOS管Z4漏极连接，MOS管Z1漏极与MOS管Z2漏极连接，MOS管Z3源极与所述MOS管Z4源极连接，直流电源正极连接于MOS管Z1漏极，直流电源负极连接于MOS管Z3源极，有利于谐振模块输出上升沿更陡峭的激励信号。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：本专利技术中控制模块输出频率变化的驱动脉冲信号使谐振模块输出在每个周期内先为低电平后为高电平的激励信号，实现在抑制激光器输出脉冲过冲现象的同时提升激光器输出脉冲的上升速率，可以显著提高激光脉冲的质量，满足激光加工对激光脉冲输出波形的要求，对于提高激光脉冲加工的质量和效率具有重要的意义；且本专利技术提供的激励电源结构简单，元器件易得，便于生产制造。附图说明图1为普通激励电源输出特性；图2为普通激励电源激励下的激光器输出特性；图3为子脉冲调制法下激励电源的输出特性；图4为子脉冲调制法下激励电源激励下的激光器输出特性；图5为本专利技术结构框图；图6为本专利技术实施例的电路原理图；图7为本专利技术实施例的驱动脉冲实现原理图；其中，(a)为定时器T1输出特性，(b)为定时器T2输出特性，(c)为MOS管Z1和MOS管Z4控制端的驱动脉冲信号P1，(d)为MOS管Z2和MOS管Z3控制端的驱动脉冲信号P2；图8为本专利技术激励电源的输出特性；图9为本专利技术激励电源激励下的激光器输出特性。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图5所示，本专利技术中用于抑制激光器脉冲过冲现象的激励电源包括控制模块，用于输出频率变化的驱动脉冲信号，控制模块的输出端与开关电源模块的控制端相连，通过驱动脉冲信号控制开关电源模块，使开关电源模块输出与驱动脉冲信号频率相关的交流方波信号，谐振调制模块输入端与开关电源模块的输出端连接，谐振调制模块由串联的电容与电感组成，交流方波信号控制电容与电感的充放电过程，使谐振模块输出在每个周期内先为低电平后为高电平的周期性的激励信号。本专利技术中驱动脉冲信号的周期小于电容充电时间，驱动脉冲信号的频率变化趋势由驱动脉冲信号的频率与谐振模块输出信号幅值相关性决定，当驱动脉冲信号的频率与谐振模块输出信号幅值正相关时，控制模块输出每个周期内先为低频率后为高频率的周期性的驱动脉冲信号，可以实现谐振模块输出每个周期内先为低电平后为高电平的周期性的激励信号，当驱动脉冲信号的频率与谐振模块输出信号幅值负相关时，输出每个周期内先为高频率后为低频率的周期性的驱动脉冲信号，可以实现谐振模块输出每个周期内先为低电平后为高电平的周期性的激励信号。在单个激光脉冲周期内，在激光器“点火”阶段，激励电源输出低电平，使增益介质电离产生适量的反转粒子数，仅产生微弱的激光，在这个阶段，激光消耗的反转粒子数比生成的反转粒子数要少得多，反转粒子数不断累积；然后调整脉冲控制信号的频率，使激励电源输出高电平，增益介质中的反转粒子数迅速增加，激光输出脉冲的幅值也迅速增加，使得激光脉冲的上升沿陡峭，这样避免了由于反转离子数的缓慢增加而导致激光脉冲的上升沿平缓；另外，由于“点火”阶段反转粒子数的积累，增益介质中的反转粒子数不会迅速下降，仍然能够维持激光输出脉冲幅值的稳定，这样由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抑制激光器脉冲过冲现象的激励电源，其特征在于，包括开关电源模块、控制模块和谐振模块；所述述控制模块的输出端与所述开关电源模块控制端相连，所述开关电源模块输出端与所述谐振模块的输入端相连；所述控制模块用于为开关电源模块提供频率变化的驱动脉冲信号；所述开关电源模块用于将频率变化的驱动脉冲信号转化为交流方波信号；所述谐振模块由串联的电感与电容组成，通过控制电容与电感的充放电实现将交流方波信号转化为激励信号；所述激励信号为在每个周期内先为低电平后为高电平的周期信号；所述驱动脉冲信号的频率变化趋势由驱动脉冲信号的频率与谐振模块的输出信号幅值相关性决定，且驱动脉冲信号的周期小于电容充电时间。

【技术特征摘要】
1.一种用于抑制激光器脉冲过冲现象的激励电源，其特征在于，包括开关电源模块、控制模块和谐振模块；所述述控制模块的输出端与所述开关电源模块控制端相连，所述开关电源模块输出端与所述谐振模块的输入端相连；所述控制模块用于为开关电源模块提供频率变化的驱动脉冲信号；所述开关电源模块用于将频率变化的驱动脉冲信号转化为交流方波信号；所述谐振模块由串联的电感与电容组成，通过控制电容与电感的充放电实现将交流方波信号转化为激励信号；所述激励信号为在每个周期内先为低电平后为高电平的周期信号；所述驱动脉冲信号的频率变化趋势由驱动脉冲信号的频率与谐振模块的输出信号幅值相关性决定，且驱动脉冲信号的周期小于电容充电时间。2.根据权利要求1所述的激励电源，其特征在于，还包括升压模块，其输入端与所述谐振模块的输出端相连，用于将激励信号转化为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，马科，胡友友，贺昌玉，廖炳华，
申请(专利权)人：华中科技大学，沧州沃福激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42