БЛОК ПИТАНИЯ ЛАЗЕРА

Полезная модель относится к силовой электронике, в частности к источникам питания, и может быть использована для создания источников питания лазеров.
Известен блок питания лазера (БП) [1], включающий источник питания, устройство управления, выход которого электрически связан с входом источника питания, термодатчик.
Источник питания содержит стабилизатор постоянного напряжения, устройство управления выполнено на резистивном делителе напряжения, в качестве термодатчика используется термосопротивление, находящееся в цепи резистивного делителя напряжения устройства управления.
При увеличении температуры окружающей среды сопротивление термодатчика увеличивается, коэффициент деления резистивного делителя напряжения увеличивается, что вызывает увеличение входного сигнала источника питания и соответственное увеличение его выходного напряжения и мощности накачки лазера.
В связи с применением в устройстве управления резистивного делителя напряжения и одного термосопротивления описанный БП имеет суженный линейный температурный диапазон регулирования напряжения питания, и соответственно, мощности накачки лазера.
Больший линейный температурный диапазон регулирования напряжения питания, и соответственно, мощности накачки лазера имеет БП, описанный в [2], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа.
БП [2] включает источник питания, термодатчик, устройство управления, выход которого электрически связан с входом источника питания, а вход электрически связан с выходом термодатчика.
Источник питания заряжает конденсатор накачки лазера, устройство управления выполнено на резистивном делителе напряжения, в составе термодатчика используются два термосопротивления, находящиеся в цепи резистивного делителя напряжения устройства управления.
При увеличении температуры окружающей среды сопротивление термодатчиков увеличивается, коэффициент деления резистивного делителя напряжения увеличивается, что вызывает увеличение входного сигнала источника питания и соответственное увеличение его выходного напряжения, и соответственно, мощности накачки лазера.
В связи с применением в устройстве управления резистивного делителя напряжения с двумя термосопротивлениями, имеющими существенно отличающиеся зависимости сопротивления от температуры, описанный БП имеет больший линейный температурный диапазон регулирования напряжения питания, и соответственно, мощности накачки лазера.
Однако указанный БП [2] не позволяет судить о достижении определенной температуры лазера. В частности, указанный БП не позволяет судить о достижении лазером максимальной рабочей температуры, что может привести к выходу лазера из строя.
Задачей настоящей полезной модели является создание блока питания лазера, вырабатывающего сигнал достижения заданной (максимальной рабочей) температуры лазера.
Сущность полезной модели заключается в том, что блок питания лазера, содержащий источник питания, термодатчик, устройство управления, вход которого электрически связан с выходом термодатчика, а выход электрически связан с входом источника питания, в отличие от прототипа, содержит блок формирования сигнала достижения заданной температуры, вход которого электрически связан с выходом термодатчика.
Введение в БП блока формирования сигнала достижения заданной температуры, вход которого электрически связан с выходом термодатчика, позволяет формировать сигнал достижения заданной (максимальной рабочей) температуры лазера. Этот сигнал может использоваться как для индикации достижения заданной (максимальной рабочей) температуры лазера и отключения оператором питания лазера, так и для автоматического отключения питания лазера соответствующим блоком.
Полезная модель поясняется фигурой.
На фигуре представлена функциональная схема БП.
БП содержит источник питания 1, термодатчик 2, устройство управления 3, вход которого электрически связан с выходом термодатчика 2, а выход электрически связан с входом источника питания 1, блок 4 формирования сигнала превышения заданной температуры, вход которого электрически связан с выходом термодатчика 2.
Источник питания 1 представляет собой генератор тока на микросхеме IR2104SPBF, имеет регулировку тока в пределах от 0 до 7А. Источник питания 1 обеспечивает постоянный ток накачки лазера, в качестве которого используется лазерный диод.
Термодатчик 2 на микросхеме LM135AH, выход которого электрически связан с входом устройства управления 3 и с входом блока 4 формирования сигнала превышения заданной температуры, вырабатывает сигнал, зависящий от температуры. Термодатчик 2 установлен в корпусе лазера.
Устройство управления 3, выход которого электрически связан с входом источника питания 1, выдает управляющий сигнал на вход источника питания 1.
Функционально устройство управления 3 включает в себя устройство сравнения 5 на микросхемах LM397MF и LMC7101AIM5, резистивный делитель с резисторами 6 и 7, два устройства сравнения 8 и 9, каждое из которых выполнено на микросхеме LMC7101AIM5, и согласующее устройство 10 с "токовыми зеркалами" на двух микросхемах BCV62B. Устройство сравнения 8 предназначено для сравнения сигнала с термодатчика 2 с нижним опорным напряжением и функционирует при температурах ниже установленной определенной величины. Устройство сравнения 9 предназначено для сравнения сигнала с термодатчика 2 с верхним опорным напряжением и функционирует при температурах выше установленной определенной величины. Выходы устройств сравнения 8 и 9 связаны с соответствующими входами согласующего устройства 10, с выхода которого суммарный токовый сигнал поступает на резистор 6 устройства управления 3.
оп
На резистивный делитель с резисторами 6 и 7 подается также опорное напряжение U, при этом сигнал с переменного резистора 6 подается на вход устройства сравнения 5.
Блок 4 формирования сигнала превышения заданной температуры включает в себя устройство сравнения 11 на микросхеме LM397MF, выход которого электрически связан с управляющими выводами реле 12.
БП работает следующим образом.
оп
Пока корпус лазера имеет температуру, находящуюся в определенных пределах выше нижней пороговой и ниже верхней пороговой, величина сигнала с выхода термодатчика 2 тоже находится в определенном диапазоне выше нижнего порогового и ниже верхнего порогового значения. В этом случае выключены устройства сравнения 8 и 9 устройства управления 3. Токи устройств сравнения 8 и 9, поступающие на вход согласующего устройства 10, равны нулю, суммарный ток с выхода согласующего устройства 10, поступающий на резистор 6, равен нулю. На вход устройства сравнения 5 поступает постоянный сигнал с переменного резистора 6, определяемый протекающим через резистивный делитель с резисторами 6 и 7 током источника опорного напряжения U.
Устройство сравнения 5 вырабатывает постоянный сигнал управления, не зависящий от температуры и поступающий с выхода устройства управления 3 на вход источника питания 1. Источник питания 1 обеспечивает постоянную мощность накачки лазера, в нашем случае постоянный ток накачки лазерного диода.
Как только температура корпуса лазера становится ниже определенной нижней пороговой температуры, величина сигнала термодатчика 2, поступающего на вход устройства управления 3, будет меньше установленного определенного нижнего порогового значения.
оп
При величине сигнала термодатчика 2 меньшем нижнего порогового значения срабатывает устройство сравнения 8, которое при этом увеличивает выходной ток, поступающий через согласующее устройство 10 на резистор 6. Устройство сравнения 9 при этом выключено и выходной ток его равен нулю. Суммарный ток с выхода согласующего устройства 10, поступающий на резистор 6, больше нуля. На вход устройства сравнения 5 поступает увеличенный постоянный сигнал с переменного резистора 6, определяемый суммарным протекающим через резистивный делитель с резисторами 6 и 7 током источника опорного напряжения U и выходным током согласующего устройства 10, протекающим через резистор 6. Устройство сравнения 5 сравнивает этот сигнал с опорным и увеличивает сигнал с выхода устройства управления 3, поступающий на вход источника питания 1.
Источник питания 1 при этом увеличивает мощность накачки лазера, в нашем случае постоянный ток накачки лазерного диода.
Как только температура корпуса лазера становится выше определенной верхней пороговой температуры, величина сигнала термодатчика 2, поступающего на вход устройства управления 3, будет больше установленного определенного верхнего порогового значения.
оп
При величине сигнала термодатчика 2 большем верхнего порогового значения срабатывает устройство сравнения 9, которое при этом увеличивает выходной ток, поступающий через согласующее устройство 10 на резистор 6. Устройство сравнения 8 при этом выключено и выходной ток его равен нулю. Суммарный ток с выхода согласующего устройства 10, поступающий на резистор 6, больше нуля. На вход устройства сравнения 5 поступает увеличенный постоянный сигнал с переменного резистора 6, определяемый суммарным протекающим через резистивный делитель с резисторами 6 и 7 током источника опорного напряжения U и выходным током согласующего устройства 10, протекающим через резистор 6. Устройство сравнения 5 сравнивает этот сигнал с опорным и увеличивает сигнал с выхода устройства управления 3, поступающий на вход источника питания 1.
Источник питания 1 при этом увеличивает мощность накачки лазера, в нашем случае постоянный ток накачки лазерного диода.
Как только температура корпуса лазера становится выше заданной (максимальной рабочей) температуры, величина сигнала термодатчика 2, поступающего на вход блока 4 формирования сигнала превышения заданной температуры, будет больше установленного максимального значения. Устройство сравнения 11, сравнивающее этот сигнал с опорным, срабатывает и замыкает цепь управления реле 12, на управляющую обмотку которого подается напряжение. Реле 12 замыкает цепь питания индикаторного светодиода 13, установленного вне БП, светодиод 13 излучает и индицирует достижение определенной температуры лазера.
Таким образом, обеспечивается создание блока питания лазера, вырабатывающего сигнал достижения заданной (максимальной рабочей) температуры лазера, что обеспечивает повышение надежности лазера.
Источники информации.
1 Шмелев К.Д., Королев Г.В. Источники электропитания лазеров. - М. Энергоиздат, 1981. - С.91-92.
2 Шмелев К.Д., Королев Г.В. Источники электропитания лазеров. - М. Энергоиздат, 1981. - С.96-98. - Прототип.