专利名称：激光功率反馈电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光加工领域，特别是功率反馈型激光加工设备的激光功率反馈电路。
背景技术：
功率反馈型激光加工设备一般需要输出高精度，高功率的可控激光，激光的光能是由电能提供的，若要精确的控制光能就要精确的控制电能。由于高质量激光束的电光转换效率普遍较低，例如YAG激光器的电光转换效率一般在3％左右，这样，在大功率动态激光输出时(如焊接，切割)，要求电能输出的峰值在0到数十，数百千瓦甚至兆瓦级动态工作。这样就要求控制电路能高速，实时的捕捉到激光的实时能量输出与设定能量的差别，并反馈到控制电路，及时修正电能的供给，达到实时能量输出精确地按用户要求的能量波形输出。
在功率反馈型激光加工设备中，特别是大功率脉冲激光加工设备中的电能到激光能量的反馈控制电路一般需要解决以下几个问题1.激光能量输出静态及动态的精确.精细要求，所带来的电能控制问题。
2.激光能量输出波形的任意性，稳定性要求，所带来的电能控制问题。
3电路的稳定性，可靠性问题。
常用控制方式如图1所示。
泵浦灯Y1的电能由Q2，D3，L2，D2组成的buck放电模块供给。M1检测到的激光功率信号经IC1放大后在IC2比较放大器与用户波形比较，直接得出BUCK的开关驱动信号，达到能量校正的目的。这种控制方法存在着1、能量波形粗糙；2、能量输出不够精细；3能量输出的前后次波动大等问题。给激光精细加工带来障碍，如能量波形粗糙在焊接中所导致的焊点不够光滑，能量波动所引起的前后焊点不一致。
激光加工属于较前沿的高科技领域，国内外从事激光加工行业的公司都在从事此方面研究，激光功率反馈控制的方法成为一个较难解决的问题。
发明内容
本发明的目的提供一种全新的激光功率反馈控制电路，以获得精确，精细，稳定可靠的可控激光能量输出。此控制方法不仅克服了现有技术所存在的问题，且将现有的激光能量输出提到一个新的水平。
本发明所采用的技术方案是该激光功率反馈电路，使用减法器或者使用加法器，把激光输出的功率信号和功率编程信号的减法结果转化为电流，并把该电流通过电流放大器放大后，与锯齿电流比较后得出PWM控制脉冲序列，或把放大后的电流信号转化为电压信号和锯齿电压进行比较，从而得到PWM控制脉冲序列，其中，使用加法器时需将其中一信号倒相。
本发明的优点是1.电路抗噪声能力强。
2.实现了对能量的精确控制。
3.可实现能量的精细输出，4.控制电路对激光电源的适用性宽，适用于任何单端PWM控制拓扑。
5.整个功率反馈电路的设计简洁易用，且抗噪声能力强。
6.系统的动态很快，对用户编辑的能量波形适用性好。
7.调试好的电路，稳定可靠。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为与本发明相关的现有的激光功率反馈电路。
图2为本发明激光功率反馈电路的原理示意图。
图3为本发明激光功率反馈电路中PWM生成电路中锯齿波发生器的电流Ir和电流比较信号Ic比较后得到PWM关断时刻的电流示意图。
具体实施例方式
图2为本发明激光功率反馈电路的实施原理图，如图中所示，C7，D3，Q2，D2，L1组成BUCK放电电路，Y1为泵浦灯，M1为光电检测二极管，IC1为放大器。
M1检测到的光电流信号，经IC1，C2，R5，组成的放大器放大到一定的幅度。R5调节放大器的增益，C2为改善放大器频宽而设置。
IC2为减法器电路，由R6，R2，R10，R9，R8，C1，IC2，组成，D/A发出的用户编辑波形信号Vr经R9输入，IC1放大后的能量信号Vi由R2输入。在减法器IC2执行减法操作Vs＝Vr-Vi.得到差值信号Vs。
IC3为电流放大器，由IC3，R3，R4，C3，R1，C4组成。R4，C3，C4和R1组成的负反馈电路，维持着整个电路的稳定。Vs经R3后转为电流信号Vs/R3，并经电流放大器IC3，放大后得到电流比较信号Ic。
PWM生成电路包括恒频锯齿波电流发生器，电流比较器，及波形整形电路。锯齿波发生器的电流Ir，和电流比较信号Ic比较后得到PWM关断时刻的电流如图3所示。可以得出，最大占空比Dmax＝(Ton+Toff-Td)/(Ton+Toff)，其中Ton为开通时间，Toff为关断时间，Td为死区时间。经比较器得到的Ton，Toff时间，PWM序列经PWM整形电路整形后作为放电模块(BUCK或其他拓扑)电路的驱动信号。
本发明激光功率反馈电路的优点为1.电路抗噪声能力强。减法器对共模噪声有很好的抑制作用，放大器工作在电流模式，对电压噪声不敏感。
2.实现了对能量的精确控制，在PWM生成上，直接使用了激光输出的功率信号和功率编程信号的减法结果，作为PWM生成关断时刻的依据，这样做几乎是一个一个PWM开关周期的电能送给激光器，从而精确的控制了激光的能量输出。
3.可实现能量的精细输出，PWM的开关周期是恒定的，可以任意设置的，PWM周期小到一定程度时，由于激光发生装置对能量的平滑作用，激光输出的能量波形几乎没有纹波。
4.控制电路对激光电源的适用性宽，PWM控制信号的得来仅仅依据于用户编辑波形信号和激光能量输出信号，适用于任何单端PWM控制拓扑。
5.整个功率反馈电路的设计简洁易用，且抗噪声能力强。信号处理上使用了免调试的减法器，控制环路采用IC3的单电流环控制，使得控制电路在调试、应用时都变得很简单。根据一般的使用经验，控制峰值0到数百千瓦的激光电源，只采用了简单的屏蔽，信号没有采用电容滤波等措施，设计好的电路几乎是免调试的。
6.系统的动态很快，对用户编辑的能量波形适用性好，放大器采用了电流放大器，减法器是零增益，因此信号处理上，系统使用一般的中速半导体器件，实现了信号的高速处理，系统设计上对噪声的抑制，可不必使用引起信号延时的电容、电感滤波手段，结合PWM的生成机理(一个一个PWM开关周期的电能送给激光器)，使得系统的动态很快，对用户编辑的能量波形能在能量的幅值、时间上进行很好的跟踪。
7.依据1，2，5，6项优点，调试好的电路，稳定可靠。
根据本发明激光功率反馈电路的原理，不难推断，信号处理上可以采用加法器电路，即把光电信号倒相后采用加法器，也可以实现减法功能。
在PWM的得来上使用电压比较器也可实现，即把比较电流信号Ic转化为电压信号RIc后，和锯齿波的电压信号比较，也可得到PWM控制序列。原理和电流比较器的原理相同，只是所有的电流信号改为电压信号。
权利要求
1.一种激光功率反馈电路，其特征在于使用减法器或者使用加法器，把激光输出的功率信号和功率编程信号的减法结果转化为电流，并把该电流通过电流放大器放大后，与锯齿电流比较后得出PWM控制脉冲序列，或把放大后的电流信号转化为电压信号和锯齿电压进行比较，从而得到PWM控制脉冲序列，其中，使用加法器时需将其中一信号倒相。
2.根据权利要求1所述的激光功率反馈电路，其特征在于信号处理的方法是使用减法器或者加法器，即把功率编程信号和激光输出的功率信号做的减法结果作为误差控制的源信号，信号处理上采用加法器电路时，需把光电信号倒相后再采用加法器。
3.根据权利要求1所述的激光功率反馈电路，其特征在于PWM序列的得来是使用功率误差信号的放大值和定频的锯齿波比较得来，即可使用电流比较器，也可使用电压比较器。
全文摘要
一种该激光功率反馈电路，使用减法器或者使用加法器，把激光输出的功率信号和功率编程信号的减法结果转化为电流，并把该电流通过电流放大器放大后，与锯齿电流比较后得出PWM控制脉冲序列，或把放大后的电流信号转化为电压信号和锯齿电压进行比较，从而得到PWM控制脉冲序列，其中，使用加法器时需将其中一信号倒相。PWM的开关周期是恒定的，可以任意设置的，PWM周期小到一定程度时，由于激光发生装置对能量的平滑作用，激光输出的能量波形几乎没有纹波。放大器采用了电流放大器，减法器是零增益，系统使用一般的中速半导体器件，没有使用电容、电感滤波手段，使得系统的动态很快，对用户编辑的能量波形能进行很好的跟踪。
文档编号B23K26/00GK1885222SQ20051003548
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月21日 优先权日2005年6月21日
发明者高云峰, 刘国峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司