本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，光電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，隨之在航空航天、軍事、工業(yè)、醫(yī)療、通信、科研、家電等生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，特別是光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，使光能轉(zhuǎn)換為電能的效率不斷提高，通過太陽(yáng)能電池板為一般電子系統(tǒng)供電，成為了可能。而激光技術(shù)的全面發(fā)展，使得激光不再是物理實(shí)驗(yàn)室的專屬，在軍事、通信、外科手術(shù)、微加工、芯片制造、科研、教學(xué)等領(lǐng)域也取得了廣泛的應(yīng)用，在所有激光器當(dāng)中，高可靠、高穩(wěn)定的供電系統(tǒng)是保證激光器正常工作的基礎(chǔ)。一般的半導(dǎo)體激光器都采用交流市電經(jīng)交流到直流的轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行恒流處理才能為激光器所用，由于需要交流市電，使得激光器的工作范圍受到很大的限制，特別是在太空和戶外，如戈壁灘、沙漠、高原、山區(qū)等一些環(huán)境惡劣且無(wú)人活動(dòng)區(qū)域，不會(huì)有交流市電，激光器的供電將顯得尤為困難，該電源可以突破對(duì)交流市電的依賴，擴(kuò)大激光器的應(yīng)用范圍。隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的廣泛應(yīng)用，太陽(yáng)能作為一種安全、無(wú)污染、零廢氣排放且可持續(xù)發(fā)展的新能源越來(lái)越受到社會(huì)的重視并逐步進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：目前的半導(dǎo)體激光器采用交流市電供電，由于交流市電需要高壓輸配電系統(tǒng)來(lái)提供，在高原、山區(qū)、戈壁等無(wú)人活動(dòng)區(qū)，沒有交流市電系統(tǒng)，無(wú)法為半導(dǎo)體激光器提供交流市電，使半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用受到環(huán)境的限制。現(xiàn)有技術(shù)層面是可以解決利用太陽(yáng)能給半導(dǎo)體激光器供電的問題，但目前還未有看到相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)，所述基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)包括：

單晶硅太陽(yáng)能電池板，用于產(chǎn)生電能；

充電控制器，用于保護(hù)蓄電池不被過充電、過放電、短路損壞；

蓄電池，用于儲(chǔ)存和釋放單晶硅太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能；

dc-dc穩(wěn)壓電路，用于將單晶硅太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的不穩(wěn)定直流電能轉(zhuǎn)換為半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定直流電能。

其中單晶硅太陽(yáng)能電池板、充電控制器、蓄電池、dc-dc穩(wěn)壓電路之間由1.5mm²的銅導(dǎo)線連接。

進(jìn)一步，所述充電控制器的電路包括：充電控制電路、輸入保護(hù)電路、輸出保護(hù)電路、led指示電路、工作模式設(shè)置與指示電路。充電控制電路由單片微型計(jì)算機(jī)和蓄電池充電監(jiān)測(cè)與控制電路組成，輸入保護(hù)電路和輸出保護(hù)電路由穩(wěn)壓二極管、肖特基整流二極管和瞬態(tài)電壓抑制器組成，led指示電路由3盞led燈和限流電阻組成，工作模式指示電路由一個(gè)微動(dòng)開關(guān)和2位led數(shù)碼管組成，整個(gè)電路設(shè)計(jì)在一張印刷電路板上，通過印刷電路板上面的銅導(dǎo)線完成各電子元件之間的連接；通過給單片微型計(jì)算機(jī)編寫程序，完成對(duì)蓄電池電量的采集與充電控制，并通過控制led燈的亮滅和閃爍頻率來(lái)指示光電充電狀態(tài)、蓄電池狀態(tài)和負(fù)載狀態(tài)；工作模式可通過按壓微動(dòng)開關(guān)來(lái)修改單片微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并由2位led數(shù)碼管顯示數(shù)字或字符來(lái)指示。

進(jìn)一步，所述dc-dc穩(wěn)壓電路的同步整流電路包括：輸入保護(hù)電路、輸出保護(hù)電路、輸出電壓和電流調(diào)節(jié)電路、ntc超溫檢測(cè)與散熱電路。輸入保護(hù)電路和輸出保護(hù)電路由穩(wěn)壓二極管、肖特基整流二極管、瞬態(tài)電壓抑制器組成，輸出電壓和電流調(diào)節(jié)電路以同步整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在相位控制芯片的調(diào)節(jié)下，使輸出整流場(chǎng)效應(yīng)管的開通、截止與開關(guān)變換場(chǎng)效應(yīng)管的開通、截止同步，完成同步整流，并通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器、輸出電流調(diào)節(jié)電位器和輸出電流檢測(cè)電阻來(lái)調(diào)節(jié)相位控制芯片輸出的pwm波形，以控制開關(guān)變換場(chǎng)效應(yīng)管的開通與截止，完成輸出電壓和電流調(diào)節(jié)；ntc超溫檢測(cè)與散熱電路由高溫膠粘貼在開關(guān)變換場(chǎng)效應(yīng)管和輸出整流場(chǎng)效應(yīng)管的散熱片上，當(dāng)散熱片溫度升高時(shí)，自動(dòng)控制電路控制風(fēng)扇提高轉(zhuǎn)速以充分散熱；整個(gè)電路設(shè)計(jì)在一張印刷電路板上，通過印刷電路板上面的銅導(dǎo)線完成各電子元件之間的連接。本發(fā)明的另一目的在于提供一種安裝有所述基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)的激光器，所述單晶硅太陽(yáng)能電池板與鹵鎢燈陣列和風(fēng)扇通過導(dǎo)線連接。

鹵鎢燈陣列，用于代替太陽(yáng)光照射單晶硅太陽(yáng)能電池板；

風(fēng)扇，用于保護(hù)單晶硅太陽(yáng)能電池板不會(huì)過熱損壞。

進(jìn)一步，所述鹵鎢燈陣列由9只交流220v/75w的鹵鎢燈組成3行3列的陣列。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種連接所述基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器，所述單晶硅太陽(yáng)能電池板可以由鹵鎢燈陣列和散熱風(fēng)扇來(lái)提供光源。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：采用單晶硅太陽(yáng)能電池板為電能來(lái)源，并經(jīng)過電能儲(chǔ)存和穩(wěn)壓電路進(jìn)行電能變換為激光器供電，使激光器可以在沒有交流市電的環(huán)境中，利用太陽(yáng)能來(lái)工作，從而有效解決了激光器應(yīng)用的地域限制。

本發(fā)明公開了用于利用太陽(yáng)能電池板為半導(dǎo)體激光器供電的解決方法，并且激光器既可以直接通過太陽(yáng)光照射太陽(yáng)能電池板供電，也可在光照不足的實(shí)驗(yàn)室中通過鹵鎢燈陣列代替太陽(yáng)光照射太陽(yáng)能電池板供電，滿足了室內(nèi)光伏發(fā)電研究的需求；太陽(yáng)能電池板驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光直流穩(wěn)壓電源，克服了現(xiàn)有激光器在供電系統(tǒng)上單一依賴于交流電的限制，可以將激光器的應(yīng)用擴(kuò)展到太空及無(wú)市電的野外地區(qū)，保證了激光器在各種極端情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的充電控制電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的鹵鎢燈陣列代替太陽(yáng)光照射太陽(yáng)能電池板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器電路系統(tǒng)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的dc-dc穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、單晶硅太陽(yáng)能電池板；2、充電控制器；3、蓄電池；4、dc-dc穩(wěn)壓電路；5、半導(dǎo)體激光器；6、鹵鎢燈陣列；7、風(fēng)扇。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)包括：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池板1、充電控制器2、蓄電池3、dc—dc穩(wěn)壓電路4、半導(dǎo)體激光器5。

單晶硅太陽(yáng)能電池板1，用于產(chǎn)生電能。

充電控制器2，用于保護(hù)蓄電池不被過充電、過放電、短路損壞，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命。

蓄電池3，用于儲(chǔ)存和釋放單晶硅太陽(yáng)能電池板1產(chǎn)生的電能。

dc-dc穩(wěn)壓電路4，用于將單晶硅太陽(yáng)能電池板1產(chǎn)生的不穩(wěn)定直流電能轉(zhuǎn)換為半導(dǎo)體激光器5(全固態(tài)nd：yag激光器)所需的穩(wěn)定直流電能，且具有過流、過壓、欠壓、短路保護(hù)。

如圖2所示，充電控制器2的電路包括：充電控制電路、輸入保護(hù)電路、輸出保護(hù)電路、led指示電路、工作模式指示電路。

如圖4所示，dc-dc穩(wěn)壓電路4的同步整流電路包括：輸入保護(hù)電路、輸出保護(hù)電路、輸出電壓和電流調(diào)節(jié)電路、ntx超溫檢測(cè)電路。

在本發(fā)明的實(shí)施例中：

單晶硅太陽(yáng)能電池板1為50w/18v輸?shù)膯尉Ч杼?yáng)能電池板，尺寸530*350*22mm，正常工作電壓為17.2v，工作電流為1.16a，開路電壓可達(dá)22.2v，短路電流為1.24a，轉(zhuǎn)換效率為18％。

充電控制器2采用工業(yè)級(jí)充電控制芯片，利用完整的直充電、浮充電、提升充電、恒壓充電四階段pwm(脈沖寬度調(diào)制)充電管理完成對(duì)蓄電池的自動(dòng)充電控制；充電控制器2包括一個(gè)按鍵和2位數(shù)碼管，可以切換充電控制器2工作在純充電模式、光控+時(shí)控模式、純光控模式、系統(tǒng)模式、手動(dòng)模式和測(cè)試模式，同時(shí)設(shè)計(jì)有三盞led燈，用于指示充電狀態(tài)、蓄電池電量狀態(tài)和輸出狀態(tài)；充電控制器2可以自動(dòng)識(shí)別12v或24v蓄電池，輸入最高光伏電壓為41v，待機(jī)電流小于10ma，對(duì)于12v蓄電池，直充電壓為14.4v，浮充電壓為13.8v，提升充電電壓為14.6v，恒壓充電電壓為14.2v，充電電流和負(fù)載電流可達(dá)5a；充電控制器2輸入端并入42v穩(wěn)壓二極管，在光伏波動(dòng)電壓超過充電控制器2輸入極限電壓時(shí)，保護(hù)控制不受損害，輸出端設(shè)計(jì)有負(fù)載環(huán)路電流采樣電路，用于負(fù)載過載和短路的監(jiān)測(cè)與保護(hù)，輸入端串入10a肖特基二極管，輸出串入5a肖特基二極管，用于反接保護(hù)；在電路的輸入端和輸出端都設(shè)計(jì)有瞬態(tài)電壓抑制器電路，以實(shí)現(xiàn)電路的靜電和浪涌防護(hù)功能。

蓄電池3為10ah/12v的太陽(yáng)能專用膠體蓄電池，蓄電池充電電壓不可超過24v，放電電壓不可低于8v，且蓄電池不能發(fā)生短路，蓄電池滿容量時(shí)可連續(xù)使用3小時(shí)而輸出電壓不低于8v。

dc-dc穩(wěn)壓電路4采用同步整流，利用通態(tài)電阻極低的型號(hào)為fqp140n03l功率mosfet作為整流器件，在整流時(shí)，柵極電壓與被整流電壓的相位保持同步，且不存在由肖特基勢(shì)壘電壓造成的死區(qū)電壓，從而降低電源輸出端的整流損耗，大大提高整流效率；具有非隔離同步整流自動(dòng)升降壓特性，輸入電壓范圍為直流5v-30v，最大輸入電流可達(dá)8a，靜態(tài)工作電流為4ma，輸出電壓為1.25v-28v可調(diào)，輸出電流最大可達(dá)10a，輸出恒流范圍0.2-10a，典型轉(zhuǎn)換效率為91％，在5v電壓輸出條件下，最大輸出電流可達(dá)8a，滿足半導(dǎo)體激光器5最大功率5v/4a/20w的要求；電路的輸入端串入10a肖特基二極管以實(shí)現(xiàn)輸入反接保護(hù)，同時(shí)并接有32v大功率穩(wěn)壓二極管以實(shí)現(xiàn)輸入過壓保護(hù)，輸出端設(shè)計(jì)負(fù)載環(huán)路電流采樣電路，利用0.1歐姆精密采樣電阻來(lái)監(jiān)測(cè)負(fù)載電流，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的過流保護(hù)和短路保護(hù)，同時(shí)輸出端串入10a肖特基二極管，以實(shí)現(xiàn)輸出防反灌保護(hù)，電路還設(shè)計(jì)有ntc超溫監(jiān)測(cè)電路，以實(shí)現(xiàn)電路大功率輸出時(shí)的超溫保護(hù)功能；在電路的輸入端和輸出端都設(shè)計(jì)有瞬態(tài)電壓抑制器電路，以實(shí)現(xiàn)電路的靜電和浪涌防護(hù)功能。

半導(dǎo)體激光器5恒流驅(qū)動(dòng)電路板輸入電壓范圍為：4.5v—5.5v，在激光器輸出最大功率時(shí)恒流驅(qū)動(dòng)電路板輸入電流需達(dá)到4a。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)具體安裝方法包括：當(dāng)太陽(yáng)光充足時(shí)，單晶硅太陽(yáng)能電池板被固定在太陽(yáng)能電池板架上，通過太陽(yáng)光照射電池板發(fā)電；當(dāng)在室內(nèi)時(shí)，單晶硅太陽(yáng)能電池板被放置在鹵鎢燈陣列正下方，通過鹵鎢燈照射單晶硅太陽(yáng)能電池板發(fā)電；充電控制器、蓄電池、dc-dc穩(wěn)壓電路和半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)電路板共同被封裝在盒子中。

采用額定輸出值為50w/18v的單晶硅太陽(yáng)能電池板為電能來(lái)源，并經(jīng)過充電控制器為10ah/12v太陽(yáng)能專用膠體蓄電池充電，再經(jīng)過dc-dc穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換為全固態(tài)nd：yag激光器恒流驅(qū)動(dòng)電路板所需要的5v電源，為ld泵浦源提供所需要的電功率，工作時(shí)只需打開開關(guān)即可。

如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的電源系統(tǒng)包括：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池板1、充電控制器2、蓄電池3、dc—dc穩(wěn)壓電路4、半導(dǎo)體激光器5、鹵鎢燈陣列6、風(fēng)扇7。

鹵鎢燈陣列6，用于代替太陽(yáng)光照射單晶硅太陽(yáng)能電池板1。

風(fēng)扇7，用于保護(hù)單晶硅太陽(yáng)能電池板1不會(huì)過熱損壞。

單晶硅太陽(yáng)能電池板1，用于產(chǎn)生電能。

充電控制器2，用于保護(hù)蓄電池不被過充電、過放電、短路損壞，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命。

蓄電池3，用于儲(chǔ)存和釋放單晶硅太陽(yáng)能電池板1產(chǎn)生的電能。

dc-dc穩(wěn)壓電路4，用于將單晶硅太陽(yáng)能電池板1產(chǎn)生的不穩(wěn)定直流電能轉(zhuǎn)換為半導(dǎo)體激光器5(全固態(tài)nd：yag激光器)所需的穩(wěn)定直流電能，且具有過流、過壓、欠壓、短路保護(hù)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中：

鹵鎢燈陣列6，由9只交流220v/75w的鹵鎢燈組成3行3列的陣列。

風(fēng)扇7，交220v/80w。

下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細(xì)的描述。

實(shí)驗(yàn)1：

用太陽(yáng)光照射50w/18v太陽(yáng)能電池板，在天水秦州區(qū)地帶下午12點(diǎn)到4點(diǎn)光照充足時(shí)，最大輸出功率可達(dá)35w，電流2.3a，電壓15v。無(wú)光照條件下，充飽和的蓄電池可保證激光器正常工作3小時(shí)，在此期間激光器功率穩(wěn)定，性能良好。

實(shí)驗(yàn)2

為鹵鎢燈和風(fēng)扇供220v交流市電，9只鹵鎢燈組成的陣列照射放置在燈陣列正下方的20w/18v太陽(yáng)能電池板，最大輸出功率可達(dá)14w，電流1a，電壓14v，為防止太陽(yáng)能電池板過熱而損壞，實(shí)驗(yàn)時(shí)打開散熱風(fēng)扇，將風(fēng)速調(diào)節(jié)到最大以充分散熱。在鹵鎢燈代替太陽(yáng)光照射電池板工作的條件下，半導(dǎo)體激光器可以連續(xù)工作，且輸出功率穩(wěn)定，性能良好，并能給蓄電池充電。在蓄電池飽和情況下，關(guān)閉鹵鎢燈，蓄電池可保證半導(dǎo)體激光器正常工作3小時(shí)，在此期間半導(dǎo)體激光器功率穩(wěn)定，性能良好。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。