专利名称:小型氦氖激光电源的制作方法
本发明涉及氦氖激光器及点燃高压直流气体放电管的供电电源，特别是一种由交流电供电点燃氦氖激光管的氦氖激光电源。
目前国内外常见的氦氖激光电源主要有1、将交流电用电源变压器降至一定的电压，然后整流、滤波稳压得到一个稳定的低压直流电，再用推挽变换器升压、倍压整流得到直流高压。该电路复杂，元件多，成本高;由于使用了电源变压器与低压大电流的直流稳压器，重量与体积都很大;高压电压较低，起辉较慢，有时还要调节后才能起辉;负载短路时很容易烧坏电路中元件。
2、将交流电直接(或者电源变压器升压后)多次倍压整流得到直流高压，电流由串接电阻调节。这种电路当电网电压波动时电流变化较大，有的电路在负载上串接多只高耐压晶体管组成恒流电路，虽可稳定氦氖管工作电流，但是，一旦负载短路将立刻烧毁;当电网电压降低时，起辉困难;成本虽可低一些，但由于倍压次数太多，当用国内一般元件生产时，体积仍然较大。
据此，现有技术的氦氖激光电源存在下列几个问题1、目前国内的氦氖激光电源、体积、重量都较大，成本也高;2、国外的小型氦氖激光电源虽体积、重量较小，但对元件要求很高，目前国内水平尚不能生产，且售价高;3、目前国内许多地区电网电压不够稳定，这样国内外的一般产品如不外加交流稳压器就不能正常工作或容易损坏。
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种体积小，重量轻，成本低，并能在很大的供电电压范围内保持电流恒定的小型氦氖激光电源。
本发明的激光电源是一种由交流电供电点燃氦氖激光管的氦氖激光电源，其特征是由单管高输入电压(100V以上)直流变换器和可控硅控制电路所组成。
本发明的激光电源，与目前国内的一般产品相比，在体积和重量上约小一个数量级，仅比一节一号干电池略大一点;重量轻，只有一百多克;成本低，电路部分元件全部费用约人民币贰拾元。在保证与提高性能的基础上成倍地降低了成本;允许电压的范围宽，可适应我国一般地区的电网情况;同时，有较好的短路特性，当负载短路时，变换器停振，整机工作电流很小，几乎没有温升;电路中所有元件国内都能生产，只要逆程变压器的参数一定，R10与W1的阻值就可以基本确定，生产过程中一般不需要调整，这给批量生产创造了有利条件。
本发明激光电源与现有技术对比，详见附表1(以2MW氦氖激光电源为例。2MW氦氖激光管起辉电压5.5KV，最佳工作电流4.5MA，允许工作电流4～5MA)。
本发明的解决方案，可进一步用如下实施例和。
附图是本发明激光电源的电路原理图。
应用实例参数见附表2。
该电路采用220V交流电，直接经桥式整流、滤波后得到的直流电压供给直流单管变换器。直流单管变换器工作在逆程状态，得到的直流高压经防自激电阻R11点燃氦氖激光管。氦氖激光管的工作电流经W1得到的电压与D6的限幅电压相比较后控制双基二极管T3的输出脉冲相位，改变双向可控硅的导通角，从而改变单管变换器的输入电压，达到稳定氦氖激光管工作电流的目的。
直流单管变换器由大功率晶体管T1在发射极回路与反馈回路各串一只电阻R3、R4(以提高稳定性与效率)和逆程变压器TP1以及高压整流管D5组成。电路工作在逆程供电状态，当T1导通时，D5不导通，这时电能以磁能的形式在逆程变压器中储存起来，T1截止时，D5导通给C5充电，得到直流高压。该电压的负载特性有两个特点1、空载电压很高，其电压由分布电容与C7决定。2、正常工作时电流较稳定(与其他形式的直流变换器比较)。这两个特点正好与气体放电管对输入电源的要求一致，因此可以得到好的起辉特性与工作时的稳定性。
偏流电阻R2取值较大，当负载短路时，变换器停振，T1电流很小(2～3MA以下)，所以有很好的负载短路保护特性，长时间负载短路也不会损坏任何元件。
在T1的发射极串接一只电阻R4，可使高电压输入的直流变换器工作稳定。当输入电压不变时，可使输出电流保持恒定，从而使得该电源对不同功率的氦氖激光管有较好的通用性。例如在接1MW氦氖激光管与5MW氦氖激光管时，电流只有0.1MA的误差。R4要消耗一定功率，但变换器是工作在高电压输入，小工作电流的情况下工作，实际工作中功耗是很小的。例如电路中R4取75Ω，接2MW激光管时，电流约为90MA，功率N＝I2R＝(0.09)2×75＝0.6(W)。
在反馈回路中串接一只电阻R3，可提高电路的效率，使T1的CE电压波形接近矩形。
电路对T1除耐压必须大于1000V外，对β值与饱和压降的要求都很低。
在直流变换器中，逆程变压器的圈数与结构对整个电路的性能有很大影响。本电路采用E型结构的铁淦氧磁芯，可使体积尽可能缩小。采用自耦变压器，可以保证变压器的相位不会接反。线圈的绕制方法是先绕反馈线圈L1，间绕一层，圈数为10～13圈;外面是L2，密绕120～150圈，一般2～3层;最外面是L3，密绕1500～1800圈，每层80～100圈。层间用0.1mm厚聚脂薄膜绝缘。磁芯间隙为0.2mm。同时将逆程变压器与高压整流管用环氧树脂封装成一体化结构。
只用直流单管变换器虽然已经可以使氦氖激光管有较好的起辉特性与较稳定的工作电流，但必须在电网电压很稳定的情况下工作。同时随着点燃时间的加长，氦氖管及元件的温度升高，会产生约0.3MA的电流飘移。
电路中采用了可控硅控制的恒流电路。可控硅控制电路由氦氖激光管的工作电流经过W1控制T3的输出脉冲相位，改变可控硅导通角，从而改变A、B两端电压，达到恒定输出电流的目的。由R10与W1的分压控制电路，可改善空载特性，减小起辉冲击电流，使电网电压在180～250V以内变化时，氦氖管工作电流的变化及飘移都不大于0.1MA，最大允许电网电压范围可超过160～270V，完全可以适用于我国各地的电网供电情况。
电路中由R5与稳压管D6组成限幅电路，在D6两端得到近似梯形的电压波形。
电源接通时，R7、W1为T2的偏流电阻，T2处于饱和状态，T3的振荡周期最短，因而触发可控硅的导通角就最小，A、B两端电压很快上升，升到A、B两端电压略大于正常工作电压时，R10与W1的分压电压接近UD6]]>-UbeT2基极电流减小，T2的CE极等效电阻变大，T3的振荡周期变长，T4的导通角变大，AB两端的电压不再上升。这时氦氖管起辉工作，氦氖管的工作电流经W1得到的电压进一步控制，使AB两端电压在正常工作的电压值上。R10的接入有二个作用1.限制A、B两端的电压，当氦氖管开路时，A、B两端电压不会升得过高，改善电路的空载特性。2.由于电容器C1的存在，C1两端电压上升较慢，因此会产生较大的冲击电流，这会缩短氦氖管的寿命。接入R10后，可将冲击电流限制在氦氖管允许的电流以内。
电路中R3值取得较大(1K左右)，可保证T4有足够的触发电压，完全避免了A、B两端电压波动时对触发的影响。
R12接外壳，可防止起辉时外壳的感应静电对人的电击。
本发明的激光电源，可与小型氦氖激光管组成超小型氦氖激光器，在工业、农业、国防、科研等方面广泛应用。还可在其他特性与氦氖激光管特性相近似的直流气体放电设备中应用。
附表2应用实例元件参数 C56800P～.01μ 5～7KV电阻 C616.5μ 320VR110Ω 2W C73400P 800VR2300K 1/2WR3200Ω 1/2W 二极管R475Ω 2W D1～D41N4007R5150K 1/2W D52DGL-15KVR610K 1/8W 稳压管R7200K 1/8W D62CW56R8200Ω 1/8W 晶体管R91K 1/8W T1BU208R10300～390K 1/2W T29012R11150K 10W T3BT32DR121M 1/2W 双向可控硅T43CTS1B电位器 逆程变压器W110K 0.5WTP1]]>匝数12+138+1800电容 磁芯 EE30BC16.8μ～10μ 16V 线径QZ或QQC2.1μ 63V L1 0.21mmC3.01μ 400V L20.21mmC4.068μ 63V L30.08mm
权利要求
1.一种用于氦氖激光器及点燃高压直流气体放电管的供电电源，特别是一种由交流电供电点燃氦氖激光管的氦氖激光电源，其特征是由单管高输入电压直流变换器和可控硅控制电路所组成。
2.根据权利要求
1所述的激光电源，其特征是直流单管变换器由大功率晶体管T1在发射极回路与反馈回路各串一只电阻R3、R4和逆程变压器Tp1以及高压整流管D5组成。
3.根据权利要求
1所述的激光电源，其特征是可控硅控制电路由氦氖激光管的工作电流经过W1控制T3的输出脉冲相位，及由R10与W1的分压控制电路。
4.根据权利要求
1或2所述的激光电源，其特征是逆程变压器采用自耦变压器和E型结构的铁淦氧磁芯。
5.根据权利要求
4所述的激光电源，其特征是逆程变压器线圈的绕法为先绕反馈线圈L1，间绕一层10～13圈;外面是L2密绕120～150圈，一般2～3层;最外面是L3，密绕1500～1800圈，每层80～100圈。
6.根据权利要求
1或2所述的激光电源，其特征是将逆程变压器与高压流管用环氧树脂封装成一体化结构。
专利摘要
本发明的小型氦氖激光电源，是用于氦氖激光器及高压直流气体放电管的供电电源。它由单管高输入电压直流变换器和可控硅控制电路所组成。具有体积小，重量轻，成本低，允许电压的范围宽，短路特性好，可采用国内小型元件制做，及适用于工业上批量生产等特点。本发明可与小型氦氖激光管组成超小型氦氖激光器，在工业、农业、国防、科研等方面广泛应用，还可在其他特性相近似的直流气体放电设备中应用。
文档编号H01S3/00GK86101492SQ86101492
公开日1987年9月16日 申请日期1986年3月8日
发明者刘长高 申请人:华东工学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan