高功率激光电子设备制造技术

一种激光器系统包括高电压AC转DC功率转换器和一个或多个电流源，所述一个或多个电流源在该一个或多个电流源与AC转DC功率源之间没有DC转DC转换器的情况下耦接到所述高电压AC转DC功率转换器。所述一个或多个电流源中的每一个电流源包括高电压开关和独立的一个或多个安全关断装置。激光器模块可操作地耦接到所述一个或多个电流源并且被配置为发射电磁辐射，其中，所述一个或多个安全关断装置被配置为当被触发时禁用从所述激光器模块发射电磁辐射。磁辐射。磁辐射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高功率激光电子设备


[0001]本公开的各方面总体上涉及激光器功率系统，并且更具体地涉及具有冗余安全措施的改进的激光器功率系统。

技术介绍

[0002]激光器系统从各种不同的能量源产生准直且聚焦的光。高功率激光器系统通常使用与增益介质组合的一个或多个高能量光源，该增益介质例如是反射腔中的掺杂晶体棒、掺杂光纤线缆、光反应液体等。诸如卤素闪光灯、高电压发光二极管或激光二极管之类的高能量光源通常需要大量的电流和电压，具有快速切换时间。
[0003]高功率激光是危险的。将非反射表面暴露于高能量激光可以引起极端的表面温度，并且脉冲激光可以引起表面材料的闪光升华，从而导致表面的凹坑。活的组织基于光的波长而对激光反应不同，但是在任何情况下，眼睛暴露于激光都会具有范围从发红到永久性失明的极其负面的后果。在高能量水平下，即使部分反射的激光也会导致失明。FDA已经限制向公众销售高功率激光器，并且对销售给合格的个人和团体的高功率激光器的操作进行了具体约束。对于高功率激光器，通常采用多种安全措施来确保不会发生意外激发。高功率激光器通常在特殊房间里操作，如果激光器正处于操作，该特殊房间会通知外面的人。这些特殊房间通常具有开关，当到房间的门打开时该开关跳闸并且操作以停用激光器。高功率激光器通常在激光其台上操作，该激光器台被设计成低于人的头部高度，并且具有快门和偏振覆盖件以防止意外暴露于激光。激光器安全的重要方面是确保激光器断开并且光不会逸出激光生成区域。
[0004]过去，较低功率的激光器系统使用不透明的盖或机械快门来阻止光离开激光生成区域。在现代的高功率激光器的情况下，因为来自此类激光器的光会燃烧或熔化大多数材料，所以使用盖或快门是不可能的。当前的高功率激光器系统切断激光器电压源与激光生成系统的电流源之间的电压。放电电路放置在电压源与电流源之间，以防止意外放电并减少触电的可能性。因为这种布局需要额外的切换和放电电路，所以这种布局成本高昂。
[0005]此外，目前的激光器系统设计有以低电压操作的电流源系统。因此，需要电压源将中等高电压的交流电流(AC)，例如来自壁插座的电流，转换为低电压的直流电流(DC)。因为这些现有系统不仅需要AC转DC的转换，而且还需要DC转DC电压逐步降低系统，所以这些现有系统是复杂的。
[0006]正是在此背景下提出了本公开的各方面。
附图说明
[0007]通过阅读以下详细描述并参考随附的附图，本公开的各方面的目的和优点将变得显而易见，在附图中：
[0008]图1是现有技术的激光器系统的功率供应装置的示意图。
[0009]图2是根据本公开的各方面的高电压激光器系统的示意图。
[0010]图3A是根据本公开的各方面的高电压激光器系统的前端AC转DC整流器的简化示意电路图。
[0011]图3B是根据本公开的各方面的高电压激光器系统的恒定电流源的简化示意电路图。
[0012]图4是根据本公开的各方面的高电压激光器系统的从上到下的框图。
[0013]图5是根据本公开的各方面的高电压激光器和冷却系统的简化侧视图。
[0014]图6是根据本公开的各方面的具有除湿器的高电压激光器和冷却系统的三维图。
[0015]图7是根据本公开的各方面的用于高电压激光器和冷却系统的除湿器的三维图。
具体实施方式
[0016]虽然以下详细描述包含用于说明目的的许多具体细节，但是本领域的普通技术人员将理解，对以下细节的许多变化和改变都在本专利技术的范围内。因此，在不损失所要求保护的专利技术的任何一般性并且不对所要求保护的专利技术施加限制的情况下，阐述以下描述的本专利技术的示例性实施例。
[0017]根据本公开的实施例，高电压开关可以被用于激光器的功率系统的电流生成部分中。高电压开关可以是快速切换的、高电压容限的晶体管，诸如氮化镓晶体管或碳化硅晶体管。使用高电压开关允许在激光器功率系统的其他区域进行大量改进。一个改进方面是进一步简化电压供应系统。第二改进方面是在维持冗余安全系统的同时减少安全部件。第三改进方面是冷却。
[0018]图1示出了现有技术的激光器功率系统。现有技术的激光器功率系统从AC电压源101接收高至中等的AC电压。高至中等的AC电压源可以是120伏功率输出装置、220伏功率输出装置、240伏功率输出装置、400伏功率输出装置等。AC电压源可以供应高达30安培的电流，并且在一些实施方式中，甚至更高的供应电流也是可能的。首先，前端AC转DC整流模块102接收AC电压。根据本公开的一些方面，可以在AC转DC整流模块102之前通过额外的AC线路滤波来对AC电压进行滤波。前端AC转DC整流将AC线路电压转换为DC电压。在整流之后，DC电压可以高达800伏的尖峰。然后，将尖峰的800伏DC功率提供至DC转DC转换器103以将该电压降低到可容忍的限度。DC转DC转换器103可以是降压转换器(在一些情况下是升压转换器)或反激转换器(fly
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back converter)。前端AC转DC整流器102和DC转DC转换器103可以是激光器系统内的相同的分立的功率供应装置104或功率供应单元的一部分。
[0019]在功率供应单元中包含DC转DC转换器的主要缺点在于，对于转换器的操作，需要累积电容器。累积电容器在DC转DC转换器的循环期间用作电能存储，并且因此必须以高电压来充电。被充电的高电压电容器是非常危险的，这是因为没有该电容器已被充电的指示，并且被充电的电容器的电极之间的电路短路将会导致该电容器以极高的电流瞬时放电。此外，在没有额外的安全关断系统的情况下，因为电流源上的单一安全等级(一个晶体管)保护该系统免受意外的激光器放电的影响，所以DC转DC转换器会存在危险。如果晶体管发生电路短路失效并且存在DC，则将会发射光。图1的功率系统可以包括安全关断系统105以减少高电压电容器意外激发或放电的可能性。关断系统可以包括被布置成隔离该累积器电容器的两个开关。此外，安全关断系统可以包括放电分流器106，该放电分流器106被配置为当安全系统被接合时对累积器电容器进行放电。因为高电压放电线路必须围绕激光器系统布
线，并且必须设计和实施额外的安全切换控制系统，所以该安全系统增加了复杂性和额外的成本。
[0020]功率供应装置104的DC转DC转换器103部分将电压逐步降低到对平均应用更能容忍的较低电压。该较低电压可以在30伏与90伏之间。该较低电压被传递到电流源107。该电流源107为激光二极管生成受控的电流以在激光器系统中操作。如图所示，因为每个恒定电流源107以较低的电压操作，所以现有技术的设备需要许多恒定电流源107。这增加了激光器系统的额外成本和部件。
[0021]图2示出了根据本公开的各方面的改进的激光器功率系统。如图所示，改进的激光器系统保留了功率供应装置的前端AC转DC整流器202部分，但是在维持具有冗余安全性的操作的同时消除了成本高昂的DC转DC转换器和安全分流器。AC转DC整流器202从中等到高的AC电压源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光器系统，包括：高电压AC转DC功率转换器；一个或多个电流源，所述一个或多个电流源在该一个或多个电流源与AC转DC功率源之间没有DC转DC转换器的情况下耦接到所述高电压AC转DC功率转换器，其中，所述一个或多个电流源中的每一个电流源包括高电压开关和独立的一个或多个安全关断装置；激光器模块，所述激光器模块可操作地耦接到所述一个或多个电流源并且被配置为发射电磁辐射，其中，所述一个或多个安全关断装置被配置为当被触发时禁用从所述激光器模块发射电磁辐射。2.根据权利要求1所述的激光器系统，其中，所述一个或多个安全关断装置包括第一安全关断装置，所述第一安全关断装置具有被配置为中断通向所述电流源中的所述高电压开关的驱动器的功率的电路。3.根据权利要求2所述的激光器系统，其中，所述一个或多个安全关断装置包括第二安全关断装置，所述第二安全关断装置具有被配置为命令控制器断开所述电流源中的所述高电压开关的电路。4.根据权利要求3所述的激光器系统，还包括电流源控制器，所述电流源控制器耦接到所述独立的一个或多个安全关断装置，所述电流源控制器被配置为生成启用信号，其中，所述电流源控制器通过中断启用信号来响应于来自安全传感器的安全相关信号，所述启用信号在所述安全传感器不输出所述安全相关信号时启用正常的电流源操作，其中，所述独立的一个或多个安全关断装置在没有所述启用信号的情况下禁用所述电流源中的所述高电压开关。5.根据权利要求4所述的激光器系统，其中，所述电流源控制器还包括第一安全关断装置安全检查器，所述第一安全关断装置安全检查器包括被配置为测量通向所述开关的所述驱动器的功率以确定所述第一安全关断装置的恰当操作的电路。6.根据权利要求4所述的激光器系统，其中，所述电流源控制器还包括第二安全关断装置安全检查器，所述第二安全关断装置安全检查器包括被配置为测量当所述控制器命令所述开关由于所述第二安全关断装置而断开时跨所述开关两端的功率以确定所述第二安全关断装置的恰当操作的电路。7.根据权利要求1所述的激光器系统，其中，所述一个或多个安全关断装置包括安全关断装置，所述安全关断装置具有被配置为命令控制器断开所述电流源中的所述高电压开关的电路。8.根据权利要求1所述的激光器系统，其中，所述高电压AC转DC转换器包括与电路板一起以平面方式安装的至少一个变换器。9.根据权利要求1所述的激光器系统，其中，所述高电压开关是氮化镓晶体管。10.根据权利要求1所述的激光器系统，其中，所述高电压开关是表面安装开关，并且所述AC转DC转换器和所述电流源包括在至少一个表面安装部件下方的导热金属。11.根据权利要求1所述的激光器系统，还包括液体冷却系统，所述液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚当，
申请(专利权)人：IPG光子公司，
类型：发明
国别省市：