本發(fā)明涉及激光焊接領(lǐng)域，特別是涉及一種激光微焊接電源電路。

背景技術(shù)：

目前，微激光加工技術(shù)，如微焊接已經(jīng)應(yīng)用到了生產(chǎn)和生活的許多方面，尤其是微型IT產(chǎn)品、電子元器結(jié)構(gòu)件上的精密焊接等。

高峰值長脈沖激光器擁有較高的激光能量，可以實現(xiàn)快速有效的焊接，多用于0.2mm以上的中厚板焊接，而對于0.1mm以下薄板材料、高反材料(如銅合金、鋁合金類)的焊接常常望而卻步，容易將這些材料擊穿。短脈沖(ns)以及超短脈沖(fs、ps)激光器雖然脈沖波長極短，但脈沖能量較低，需要多次重復(fù)加工。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種激光微焊接電源電路，可以實現(xiàn)微小器件快速有效的焊接。

一種激光微焊接電源電路，包括：

頻率調(diào)節(jié)晶體管，設(shè)置在半導(dǎo)體激光器與電源之間的供電通道上；

電流調(diào)節(jié)晶體管，連接所述頻率調(diào)節(jié)晶體管，設(shè)置在半導(dǎo)體激光器與電源之間的供電通道上；

電流采樣電路，用于采樣所述半導(dǎo)體激光器的電流；

電流調(diào)節(jié)電路，輸入端接入采樣電流，輸出端連接所述電流調(diào)節(jié)晶體管，用于根據(jù)所述采樣電流將所述半導(dǎo)體激光器的電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)；

頻率調(diào)節(jié)電路，輸入端接入采樣電流，輸出端連接所述頻率調(diào)節(jié)晶體管，用于根據(jù)所述采樣電流調(diào)節(jié)所述頻率調(diào)節(jié)晶體管的開關(guān)頻率，使得所述半導(dǎo)體激光器發(fā)出的單個激光脈沖的能量在預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)。

上述激光微焊接電源電路，包括設(shè)置在半導(dǎo)體激光器與電源之間的供電通道上的頻率調(diào)節(jié)晶體管和電流調(diào)節(jié)晶體管，用于采樣所述半導(dǎo)體激光器電流的電流采樣電路，用于根據(jù)采樣電流將所述半導(dǎo)體激光器的電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)的電流調(diào)節(jié)電路和用于根據(jù)所述采樣電流調(diào)節(jié)所述頻率調(diào)節(jié)晶體管開關(guān)頻率的頻率調(diào)節(jié)電路；將半導(dǎo)體激光器的工作電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)，即將半導(dǎo)體激光器的功率調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)范圍，同時調(diào)節(jié)供電通道的開關(guān)頻率，進而調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的單個激光脈沖的能量，使得半導(dǎo)體激光器發(fā)出的累次激光脈沖的能量適于微小器件的焊接，焊接快速有效。

在其中一個實施例中，所述頻率調(diào)節(jié)晶體管為PMOS管，所述電流調(diào)節(jié)晶體管為NMOS管，所述PMOS管的的源極連接電源的正極，漏極連接所述NMOS管的漏極，柵極連接所述頻率調(diào)節(jié)電路的輸出端，所述NMOS管的源極連接所述半導(dǎo)體激光器的輸入端，柵極連接所述電流調(diào)節(jié)電路的輸出端。

在其中一個實施例中，所述NMOS管工作在恒流區(qū)，所述電流調(diào)節(jié)電路根據(jù)所述采樣電流調(diào)節(jié)所述NMOS管的柵極電壓，將所述NMOS管的漏極電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)。

在其中一個實施例中，所述電流調(diào)節(jié)電路包括誤差放大器，所述誤差放大器用于將所述采樣電流與預(yù)設(shè)電流的差值進行放大后輸出給所述NMOS管的柵極，以調(diào)節(jié)所述NMOS管的柵極電壓。

在其中一個實施例中，所述頻率調(diào)節(jié)晶體管和電流調(diào)節(jié)晶體管同時被啟動。

在其中一個實施例中，所述頻率調(diào)節(jié)晶體管的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)范圍為10KHz～1000KHz。

在其中一個實施例中，還包括儲能濾波電路，輸入端連接所述電源的正極，用于對所述激光焊接電源電路的輸入電流進行濾波處理并儲能。

在其中一個實施例中，所述儲能濾波電路包括第一電容和第二電容，所述第一電容和第二電容的一端均連接電源的正極，另一端均接地。

在其中一個實施例中，所述第一電容為電解電容。

在其中一個實施例中，還包括第一穩(wěn)壓二極管和第二穩(wěn)壓二極管，所述第一穩(wěn)壓二極管的陽極連接所述PMOS管的漏極，陰極連接所述PMOS管的源極，所述第二穩(wěn)壓二極管的陽極連接所述NMOS管的源極，陰極連接所述NMOS管的漏極。

附圖說明

圖1為一實施例中激光微焊接電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一實施例中晶體管驅(qū)動信號的脈沖波形圖。

具體實施方式

參見圖1，圖1為一實施例中激光微焊接電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

在本實施例中，該激光微焊接電源電路包括頻率調(diào)節(jié)晶體管11、電流調(diào)節(jié)晶體管12、電流采樣電路13、電流調(diào)節(jié)電路14和頻率調(diào)節(jié)電路15。

頻率調(diào)節(jié)晶體管11設(shè)置在半導(dǎo)體激光器LD與電源10之間的供電通道上。

電流調(diào)節(jié)晶體管12連接所述頻率調(diào)節(jié)晶體管11，設(shè)置在半導(dǎo)體激光器LD與電源10之間的供電通道上。

在其中一個實施例中，頻率調(diào)節(jié)晶體管11為PMOS管Q1，電流調(diào)節(jié)晶體管12為NMOS管Q2，所述PMOS管Q1的的源極連接電源10的正極，漏極連接所述NMOS管Q2的漏極，柵極連接所述頻率調(diào)節(jié)電路15的輸出端，所述NMOS管Q2的源極連接所述半導(dǎo)體激光器LD的輸入端，柵極連接所述電流調(diào)節(jié)電路14的輸出端。該電源10為直流電壓。

此外，該電流調(diào)節(jié)晶體管12和頻率調(diào)節(jié)晶體管11還可以為IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)。

電流采樣電路13用于采樣所述半導(dǎo)體激光器LD的電流，該電流為半導(dǎo)體激光器LD的工作電流。

電流調(diào)節(jié)電路14的輸入端接入采樣電流，輸出端連接所述電流調(diào)節(jié)晶體管12，用于根據(jù)所述采樣電流將所述半導(dǎo)體激光器LD的電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)。

頻率調(diào)節(jié)電路15輸入端接入采樣電流，輸出端連接所述頻率調(diào)節(jié)晶體管11，用于根據(jù)所述采樣電流調(diào)節(jié)所述頻率調(diào)節(jié)晶體管11的開關(guān)頻率，使得所述半導(dǎo)體激光器LD發(fā)出的單個激光脈沖的能量在預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)。

在將半導(dǎo)體激光器LD的電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)時，該半導(dǎo)體激光器LD的功率被調(diào)節(jié)至相應(yīng)的范圍。同時調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)晶體管11的開關(guān)頻率，使得直流電壓按照該開關(guān)頻率向半導(dǎo)體激光器LD供給電壓，半導(dǎo)體激光器LD按照該頻率間歇性的發(fā)出激光脈沖，每個激光脈沖的能量由該半導(dǎo)體激光器LD的功率和單個脈沖的時長決定，即由半導(dǎo)體激光器LD的電流和頻率調(diào)節(jié)晶體管11的開關(guān)頻率決定，有效地將半導(dǎo)體激光器LD發(fā)出的單個激光脈沖能量調(diào)節(jié)至合適的范圍，如薄板材料可以承受的理想范圍，并累次發(fā)出激光脈沖，實現(xiàn)快速有效的焊接。

此外，該電流調(diào)節(jié)電路14和頻率調(diào)節(jié)電路15可以集成在一個主控制器中。

在其中一個實施例中，NMOS管Q2工作在恒流區(qū)，所述電流調(diào)節(jié)電路14根據(jù)所述采樣電流調(diào)節(jié)所述NMOS管Q2的柵極電壓，將所述NMOS管Q2的漏極電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)。

在其中一個實施例中，所述電流調(diào)節(jié)電路14包括誤差放大器，所述誤差放大器用于將所述采樣電流與預(yù)設(shè)電流的差值進行放大后輸出給所述NMOS管Q2的柵極，以調(diào)節(jié)所述NMOS管Q2的柵極電壓。

使得NMOS管Q2工作在恒流區(qū)，當(dāng)其柵極電壓變化時，漏極電流I_D與柵源電壓U_GS符合平方律關(guān)系，U_GS對I_D的控制能力很強。NMOS管Q2的柵極在接收到采樣電流和預(yù)設(shè)電流的差值放大信號后可以快速地調(diào)節(jié)漏極電流，進而調(diào)節(jié)源極電流，將半導(dǎo)體激光器LD的電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)電流，該預(yù)設(shè)電流在預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)。

參見圖2，在其中一個實施例中，頻率調(diào)節(jié)晶體管11和電流調(diào)節(jié)晶體管12同時被啟動，同時開始調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器LD的電流和供電頻率。

在其中一個實施例中，所述頻率調(diào)節(jié)晶體管11的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)范圍為10KHz～1000KHz。

在其中一個實施例中，該激光微焊接電源10電路還包括儲能濾波電路16，輸入端連接所述電源10的正極，用于對所述激光焊接電源10電路的輸入電流進行濾波處理并儲能。

在其中一個實施例中，所述儲能濾波電路16包括第一電容和第二電容，所述第一電容和第二電容的一端均連接電源10的正極，另一端均接地。具體的，第一電容為電解電容C1，其容值較大，可以實現(xiàn)儲能的功能，第二電容為濾波電容C2。

在其中一個實施例中，該激光微焊接電源10電路還包括第一穩(wěn)壓二極管ZD1和第二穩(wěn)壓二極管ZD2，所述第一穩(wěn)壓二極管ZD1的陽極連接所述PMOS管Q1的漏極，陰極連接所述PMOS管Q1的源極，所述第二穩(wěn)壓二極管ZD2的陽極連接所述NMOS管Q2的源極，陰極連接所述NMOS管Q2的漏極。

PMOS管Q1和NMOS管Q2的源漏電壓U_SD在穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓內(nèi)，保護PMOS管Q1和NMOS管Q2的使用安全，防止被擊穿損壞。

上述激光微焊接電源電路，在半導(dǎo)體激光器LD的供電通道上設(shè)置頻率調(diào)節(jié)晶體管11和電流調(diào)節(jié)晶體管12，并為這兩個調(diào)節(jié)晶體管分別設(shè)置相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)電路14和頻率調(diào)節(jié)電路15，其中電流調(diào)節(jié)晶體管12工作在恒流區(qū)，采樣半導(dǎo)體激光器LD的電流，將其與預(yù)設(shè)電流進行比較后的差值用于調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)晶體管12的柵極電壓，進而改變電流調(diào)節(jié)晶體管12的源極電流，即改變半導(dǎo)體激光器LD的供電電流，通過閉環(huán)控制實現(xiàn)電流調(diào)節(jié)。同時調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)晶體管11的開關(guān)頻率，改變半導(dǎo)體激光器LD的供電頻率，使得其發(fā)出的單個激光脈沖能量在理想范圍內(nèi)，進而通過累次激光脈沖的能量對微小器件進行快速有效的焊接。此外，在電源10處還設(shè)置有濾波電容和儲能電容，優(yōu)化電源10的同時為后級處理電路的高速變化提供電能。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。