本發(fā)明涉及一種激光電源裝置，特別是涉及一種低價(jià)且破損的影響小的激光電源裝置。

背景技術(shù)：

激光電源裝置具有向激光振蕩器提供激勵(lì)光的發(fā)光部(空腔單元)以及用于向空腔單元提供電流來對(duì)多個(gè)發(fā)光元件的發(fā)光進(jìn)行控制的電源單元。一般來說，空腔單元具有多個(gè)發(fā)光元件。作為電源單元的電路結(jié)構(gòu)，已知一種包括整流電路、開關(guān)電路、平滑電路、電流檢測(cè)電路、控制電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器。開關(guān)調(diào)節(jié)器的電路的部件安裝在印刷電路板上，該印刷電路板被殼體框包圍，激光電源裝置的制造、破損時(shí)的修理更換是以電源單元為單位進(jìn)行處理的。在激光電源裝置中，利用整流電路對(duì)向電源單元的電壓輸入部提供的電壓(例如AC200V)進(jìn)行整流，之后，利用開關(guān)電路和平滑電路轉(zhuǎn)換為DC電壓，向空腔單元的多個(gè)發(fā)光元件提供電流，由電流檢測(cè)電路檢測(cè)其電流值。針對(duì)來自電流指令部的電流指令值，對(duì)電流值進(jìn)行反饋控制以使該電流值為固定。

一般來說，LED(Light Emitting Diode：發(fā)光二極管)、半導(dǎo)體激光器等發(fā)光元件輸出的光強(qiáng)度(光功率)與電流相應(yīng)地發(fā)生變化。發(fā)光元件的端子間(正方向)電壓Vf的特性與制造偏差、溫度等環(huán)境要因相應(yīng)地發(fā)生變化，因此對(duì)從電源單元向空腔單元提供的電流進(jìn)行控制來控制光功率。

如果在電源單元中將AC輸入電壓設(shè)為A、將發(fā)光元件的正方向電壓設(shè)為Vf，則關(guān)于空腔單元中能夠串聯(lián)連接的發(fā)光元件的數(shù)量N，需要設(shè)為A×2^1/2≥Vf×N。因此，為了增加發(fā)光元件的個(gè)數(shù)以獲得所需的光功率，需要將發(fā)光元件并聯(lián)連接。一般來說，發(fā)光元件的故障以短路的形式發(fā)生。因此，在該結(jié)構(gòu)中，存在以下這樣的問題：在任一個(gè)發(fā)光元件發(fā)生破損(短路)時(shí)裝置的運(yùn)行都會(huì)停止。

日本特開2013-175562號(hào)公報(bào)記載了以下結(jié)構(gòu)：在具有向燈提供用于激光輸出的主電流的主電路和提供閃爍(shimmer)電流的閃爍電路的激光電源裝置中降低開關(guān)損耗，并且即使在半導(dǎo)體元件發(fā)生了故障的情況下印刷電路板也不破損。日本特開2013-175562號(hào)公報(bào)沒有記載多列的發(fā)光元件，日本特開2013-175562號(hào)公報(bào)所記載的閃爍電路是與主電路本質(zhì)上不同的電路。

日本特開2014-232692號(hào)公報(bào)記載了如下技術(shù)：為了即使對(duì)包括低電壓鹵光燈用的電子變壓器的控制裝置連接使發(fā)光元件點(diǎn)亮的照明裝置也穩(wěn)定地動(dòng)作，而以串聯(lián)的方式構(gòu)成兩段開關(guān)調(diào)節(jié)器。日本特開2014-232692號(hào)公報(bào)沒有記載多列的發(fā)光元件。

期望在激光電源裝置中能夠容易地增加所搭載的發(fā)光元件的個(gè)數(shù)，即使在哪個(gè)發(fā)光元件發(fā)生破損(短路)時(shí)裝置也能夠繼續(xù)運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，實(shí)現(xiàn)能夠以低成本增加所搭載的發(fā)光元件的個(gè)數(shù)且發(fā)光元件的破損的影響小的激光電源裝置。

在本發(fā)明所涉及的激光電源裝置中，針對(duì)整流電路并聯(lián)連接多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器，對(duì)多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器各自的輸出部串聯(lián)連接一列發(fā)光元件。

即，激光電源裝置的特征在于，具備電源單元和發(fā)光單元，該電源單元具有被輸入交流電壓的電壓輸入部、對(duì)交流電壓進(jìn)行整流的整流電路以及多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部，多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部并聯(lián)連接于整流電路的輸出，發(fā)光單元具有多個(gè)子發(fā)光單元，各子發(fā)光單元具有將多個(gè)發(fā)光元件串聯(lián)連接而成的一列發(fā)光元件列，從多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部分別向一列發(fā)光元件列提供電流，各子開關(guān)調(diào)節(jié)器部具有開關(guān)電路、平滑電路、檢測(cè)輸出電流的電流檢測(cè)電路、以及基于電流指令值和檢測(cè)出的輸出電流來控制開關(guān)電路的控制電路。

電源單元的電壓輸入部、整流電路以及多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部搭載在同一電源印刷電路板上。

電源單元具有將整流電路和多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部的功率元件共同冷卻的電源冷卻板。

電源印刷電路板和電源冷卻板收容于電源殼體框。

發(fā)光單元的多個(gè)子發(fā)光單元的發(fā)光元件直接搭載在同一發(fā)光部冷卻板上。

發(fā)光部冷卻板收容于發(fā)光部殼體框。

電源單元還具有被輸入向多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部的電流指令值的電流指令值輸入部，電流指令值輸入部被分別輸入向多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部的電流指令值，或者經(jīng)由共用的端子以時(shí)間分割的方式被輸入向多個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部的電流指令值。

附圖說明

通過參照以下的附圖，會(huì)更明確地理解本發(fā)明。

圖1是示出第一實(shí)施方式的激光電源裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是示出第一實(shí)施方式的激光電源裝置的殼體框的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖3是示出第二實(shí)施方式的激光電源裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖4是示出現(xiàn)有例的一般的激光電源裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖來說明對(duì)多個(gè)發(fā)光元件進(jìn)行控制的激光電源裝置。然而，關(guān)于本發(fā)明，希望理解為不限定于附圖或以下所說明的實(shí)施方式。

在說明本發(fā)明的實(shí)施方式之前，對(duì)現(xiàn)有例的激光電源裝置進(jìn)行說明。

圖4是示出以往的一般的激光電源裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。

一般的激光電源裝置100具有電源單元110和發(fā)光(空腔)單元150。電源單元110具有：電壓輸入部，其包括被輸入三相AC電流的端子111至113；電流指令值輸入部，其包括從外部的電流指令部140輸入電流指令值的輸入端子114；對(duì)三相AC電流進(jìn)行整流的整流電路120；開關(guān)調(diào)節(jié)器部130；以及DC輸出部，其具有輸出DC電流的端子116和117。圖示的整流電路120具有6個(gè)二極管和電容元件。開關(guān)調(diào)節(jié)器部130具有開關(guān)電路131、電感元件(線圈)132、電容元件133、電流檢測(cè)電路134以及控制電路135。開關(guān)電路131具有開關(guān)用晶體管和二極管。開關(guān)用晶體管根據(jù)來自控制電路135的控制信號(hào)而導(dǎo)通截止，與二極管協(xié)作地生成充電電流。包括電感元件132和電容元件133的平滑電路基于充電電流在電容元件133的兩端生成DC電壓。電容元件133從端子116和117輸出DC電流。電流檢測(cè)電路134對(duì)輸出的DC電流的電流值進(jìn)行檢測(cè)，控制電路135基于檢測(cè)出的電流值和電流指令值來生成開關(guān)用晶體管的控制信號(hào)。整流電路120和開關(guān)調(diào)節(jié)器部130是公知的電路，省略進(jìn)一步的說明。

空腔單元150具有通過線纜而與電源單元110的端子116和117連接的端子153和154、以及連接在端子153和154間的一個(gè)以上的發(fā)光元件列160A、160B、…。在連接多個(gè)發(fā)光元件列160A、160B、…的情況下，以并聯(lián)的方式連接?？涨粏卧?50具有半導(dǎo)體激光器或LED來作為發(fā)光元件，利用半導(dǎo)體激光器或LED所產(chǎn)生的光對(duì)激光振蕩器進(jìn)行激勵(lì)。

LED、半導(dǎo)體激光器等發(fā)光元件輸出的光強(qiáng)度(光功率)與電流相應(yīng)地發(fā)生變化。發(fā)光元件的端子間(正方向)電壓Vf與制造偏差、溫度等環(huán)境要因相應(yīng)地發(fā)生變化，因此對(duì)從電源單元110向空腔單元提供的DC電流值進(jìn)行控制來控制光功率。

在開關(guān)調(diào)節(jié)器部130中，控制電路135基于電流檢測(cè)電路134所檢測(cè)出的電流值和從電流指令值輸入部輸入的電流指令值來生成開關(guān)用晶體管的控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)是用于使晶體管導(dǎo)通截止的信號(hào)，DC電流值是由規(guī)定周期長中的導(dǎo)通期間的比例(占空比)決定的。因而，控制電路135生成調(diào)整了占空比的控制信號(hào)，以獲得與電流指令值相應(yīng)的DC電流值。此外，圖4中，電流指令值的輸入端子114是以一根線示出的，但是將其設(shè)為具有與表示電流指令值的比特?cái)?shù)相同數(shù)量的端子。另外，在來自電流指令部的指令是模擬信號(hào)的情況下，即使具有兩個(gè)端子(基準(zhǔn)與峰值)也能夠?qū)崿F(xiàn)。這一內(nèi)容在以后的說明中也是同樣的。

電源單元110的電路部件安裝在印刷電路板上，該印刷電路板收容在殼體框內(nèi)。另外，空腔單元150內(nèi)的發(fā)光元件安裝在冷卻板上并收容在殼體框內(nèi)。它們的制造、破損時(shí)的修理更換是以電源單元和空腔單元為單位進(jìn)行處理的。

如果將電源單元中的AC輸入電壓設(shè)為A、將發(fā)光元件的正方向電壓設(shè)為Vf，則關(guān)于空腔單元中能夠串聯(lián)連接的發(fā)光元件的數(shù)量N，需要設(shè)為A×2^1/2≥Vf×N。因此，在增加發(fā)光元件的個(gè)數(shù)以使空腔單元所輸出的光功率增加的情況下，一般是增加并聯(lián)連接在端子153與154間的發(fā)光元件列的列數(shù)，或者不增加并聯(lián)數(shù)而增加電源單元和空腔單元的組數(shù)。此外，也考慮增加收容在殼體框內(nèi)的電源單元和空腔單元的個(gè)數(shù)。

上述的兩個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于，電源的電路結(jié)構(gòu)和控制方法簡單。但是，增加并聯(lián)連接的發(fā)光元件列的列數(shù)的方法存在如果所連接的全部的發(fā)光元件中的哪怕一個(gè)發(fā)生破損則完全無法進(jìn)行發(fā)光這樣的問題，且存在發(fā)光元件破損的風(fēng)險(xiǎn)較大這樣的問題。完全無法進(jìn)行發(fā)光的理由在于，通常發(fā)光元件在發(fā)生了破損的情況下處于短路(short)狀態(tài)，因此過電流流過電源單元，激光電源裝置進(jìn)行警報(bào)停止。當(dāng)處于這樣的狀態(tài)時(shí)運(yùn)行變得困難，直到成為能夠再運(yùn)行的狀態(tài)為止的停止時(shí)間(停機(jī)時(shí)間)變長。

另外，增加電源單元和空腔單元的組數(shù)的方法存在裝置的成本變高這樣的問題。增加收容在殼體框內(nèi)的電源單元和空腔單元的個(gè)數(shù)的方法存在如下問題：框不增加但其它的部件全部增加，因此裝置的成本仍然變高，單元變得大型，作為制造、維護(hù)單位難以進(jìn)行處理。

利用以下所說明的實(shí)施方式的激光電源裝置，能夠以低成本增加所搭載的發(fā)光元件的個(gè)數(shù)且使發(fā)光元件的破損的影響變小。

圖1是示出第一實(shí)施方式的激光電源裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

第一實(shí)施方式的激光電源裝置1具有電源單元10和發(fā)光(空腔)單元50。電源單元10具有包括端子11至13的電壓輸入部、包括從外部的電流指令部40輸入電流指令值的輸入端子14和15的電流指令值輸入部、整流電路20、第一子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A、第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30B、具有端子16和17的第一DC輸出部、以及具有端子18和19的第二DC輸出部。整流電路20具有6個(gè)二極管21至26和電容元件27。2個(gè)二極管21和22、23和24、25和26分別串聯(lián)連接而形成三列二極管列，三列二極管列在高電位線與低電位線之間并聯(lián)連接。各列二極管的連接節(jié)點(diǎn)分別與端子11至13連接。電容元件27并聯(lián)連接在高電位線與低電位線之間。這種整流電路20是公知的電路，因此省略進(jìn)一步的說明。

第一子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A和第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30B具有與圖4的開關(guān)調(diào)節(jié)器部30同樣的結(jié)構(gòu)，并聯(lián)連接于整流電路20的輸出。第一子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A的輸出與第一DC輸出部的端子16和17連接，第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30B的輸出與第二DC輸出部的端子18和19連接。第一子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A的控制電路35A基于從電流指令值輸入部的端子14輸入的電流指令值和電流檢測(cè)電路34A所檢測(cè)出的輸出電流值來生成開關(guān)電路31A的晶體管的控制信號(hào)。第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30B的控制電路35B基于從電流指令值輸入部的端子15輸入的電流指令值和電流檢測(cè)電路34B所檢測(cè)出的輸出電流值來生成開關(guān)電路31B的晶體管的控制信號(hào)。開關(guān)調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作是公知的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作，因此省略詳細(xì)的說明。

空腔單元50具有通過線纜而與電源單元10的端子16和17連接的端子53和54、通過線纜而與電源單元10的端子18和19連接的端子55和56、連接在端子53與54間的一列發(fā)光元件列50A、以及連接在端子55與56間的一列發(fā)光元件列50B。在該例中，發(fā)光元件列50A具有串聯(lián)連接的兩個(gè)發(fā)光元件51A和52A，發(fā)光元件列50B具有串聯(lián)連接的兩個(gè)發(fā)光元件51B和52B。在此，有時(shí)將發(fā)光元件列50A和50B稱為子發(fā)光(空腔)單元。

圖2是示出第一實(shí)施方式的激光電源裝置的殼體框的結(jié)構(gòu)的俯視圖和主視圖，為了易于理解，在俯視圖中以去除了上表面的框的狀態(tài)示出，在主視圖中以去除了正面的框的狀態(tài)示出。

電源單元用殼體框60具有安裝有電路部件的印刷電路板61、冷卻板63、以及對(duì)冷卻板63進(jìn)行冷卻的冷卻機(jī)構(gòu)64。構(gòu)成圖1的整流電路20、第一子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A以及第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30B的電路部件如圖示那樣安裝在印刷電路板61上。構(gòu)成整流電路20、第一子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A以及第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30B的電路部件中的二極管和晶體管等功率元件62以其上表面與冷卻板63接觸的方式配置。印刷電路板61、冷卻板63以及冷卻機(jī)構(gòu)64由整流電路20、第一子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A以及第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30B中共用。

對(duì)電源單元用殼體框60設(shè)置輸出DC電流端子65和66，輸出DC電流端子65通過線纜等而與端子16和17連接，輸出DC電流端子66通過線纜等而與端子18和19連接。此外，圖中輸出DC電流端子65和66以一個(gè)端子示出，但是各自具有兩個(gè)電極端子?；蛘?5和66也能夠匯集為具有四極的一個(gè)端子。此外，電源單元用殼體框60具有與端子11至13連接的三相AC電源用的端子、以及與電流指令值輸入部的端子14和15連接的端子，省略圖示。

空腔單元用殼體框70具有安裝有發(fā)光元件的冷卻板73和對(duì)冷卻板73進(jìn)行冷卻的冷卻機(jī)構(gòu)74。構(gòu)成圖1的發(fā)光元件列50A和50B的發(fā)光元件如圖示那樣安裝在冷卻板73上。構(gòu)成發(fā)光元件列50A和50B的發(fā)光元件51A、52A、51B以及52B為功率元件，在圖2中以功率元件72示出。功率元件72安裝于冷卻板73而被直接冷卻。冷卻板73和冷卻機(jī)構(gòu)74由發(fā)光元件列50A和50B中共用。

對(duì)空腔單元用殼體框70設(shè)置輸入DC電流端子75和76，輸入DC電流端子75通過線纜等而與端子53和54連接，輸入DC電流端子76通過線纜等而與端子55和56連接。此外，圖中輸入DC電流端子75和76以一個(gè)端子示出，但是各自具有兩個(gè)電極端子，或者75和76也能夠匯集為具有四極的一個(gè)端子。并且，電源單元用殼體框60的輸出DC電流端子65和66通過線纜81和82而與空腔單元用殼體框70的輸入DC電流端子75和76連接。

如上述那樣，在第一實(shí)施方式的激光電源裝置中，整流電路20為一個(gè)，兩個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A和30B以共用整流電路20的方式連接，兩個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A和30B分別基于電流指令值來對(duì)向空腔單元50的兩個(gè)發(fā)光元件列50A和50B提供的DC電流進(jìn)行控制。在此，對(duì)設(shè)置有兩個(gè)子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A和30B的例子進(jìn)行了說明，但是也可以設(shè)置三個(gè)以上的子開關(guān)調(diào)節(jié)器部且在空腔單元50中也設(shè)置三個(gè)以上的發(fā)光元件列，在該情況下也是共用一個(gè)整流電路。

因而，在第一實(shí)施方式的激光電源裝置中，在電源單元10中，殼體框60、整流電路20、印刷電路板61以及冷卻板63(冷卻機(jī)構(gòu)64)是共用的，與如現(xiàn)有例那樣單純地增加電源單元數(shù)的情況相比，能夠以低價(jià)構(gòu)成裝置。同樣地，關(guān)于空腔單元50也同樣，殼體框70和冷卻板73(冷卻機(jī)構(gòu)74)是共用的，能夠以低價(jià)構(gòu)成裝置。

與各子開關(guān)調(diào)節(jié)器部的DC輸出部連接的發(fā)光元件列只有一列，即使在其它發(fā)光元件列的發(fā)光元件發(fā)生了破損的情況下也能夠驅(qū)動(dòng)。換句話說，空腔單元50內(nèi)的多個(gè)發(fā)光元件列相互獨(dú)立，破損不會(huì)相互影響。這樣，能夠降低發(fā)光元件破損時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，能夠利用由沒有破損的發(fā)光元件列產(chǎn)生的光對(duì)激光振蕩器進(jìn)行激勵(lì)來繼續(xù)運(yùn)行。

并且，各子開關(guān)調(diào)節(jié)器部所驅(qū)動(dòng)的發(fā)光元件列只有一列，能夠進(jìn)行反饋控制使得提供與電流指令值對(duì)應(yīng)的電流，能夠根據(jù)電流指令值來單獨(dú)地對(duì)流過各發(fā)光元件列的電流進(jìn)行控制。由此，能夠提高激光振蕩器低輸出時(shí)的控制性。

圖3是示出第二實(shí)施方式的激光電源裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

關(guān)于第二實(shí)施方式的激光電源裝置2，代替從外部的電流指令部41輸入電流指令值的輸入端子14和15，電源單元10X具有輸入端子42和43，對(duì)從輸入端子42向控制電路36A的電流指令值的路徑設(shè)置開關(guān)SWA，對(duì)從輸入端子43向控制電路36B的電流指令值的路徑設(shè)置開關(guān)SWB，設(shè)置有被從電流指令部41輸入開關(guān)SWA和SWB的切換信號(hào)的端子44和45，以上各點(diǎn)與第一實(shí)施方式的激光電源裝置1的不同，其它部分相同。

電流指令部41與開關(guān)SWA和SWB的切換信號(hào)同步地以時(shí)間分割的方式向共用的信號(hào)線輸出電流指令值。在向第一子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A輸出電流指令值時(shí)，輸出用于連接開關(guān)SWA并切斷開關(guān)SWB的切換信號(hào)，之后輸出電流指令值。與此相應(yīng)地，第一子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A的控制電路36A接收電流指令值并存儲(chǔ)于內(nèi)部的存儲(chǔ)器(寄存器)，以后基于該電流指令值和檢測(cè)出的電流值來生成控制信號(hào)。在向第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30B輸出電流指令值時(shí)，輸出用于切斷開關(guān)SWA并連接開關(guān)SWB的切換信號(hào)，之后輸出電流指令值。與此相應(yīng)地，第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30B的控制電路36B接收電流指令值并存儲(chǔ)于內(nèi)部的存儲(chǔ)器(寄存器)，以后基于該電流指令值和檢測(cè)出的電流值來生成控制信號(hào)?？刂齐娐?6A和36B的控制程序除了電流指令值的接收處理以外，與第一實(shí)施方式的控制電路35A和35B相同。

第二實(shí)施方式的激光電源裝置具有與第一實(shí)施方式同樣的優(yōu)點(diǎn)。

以上，對(duì)第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式的激光電源裝置進(jìn)行了說明，但是能夠有各種變形例，這是不言而喻的。

整流電路20、第一和第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A和30B的結(jié)構(gòu)也可以使用其它的公知結(jié)構(gòu)。

并且，空腔單元50中的在發(fā)光元件列中串聯(lián)連接的發(fā)光元件數(shù)應(yīng)該根據(jù)第一和第二子開關(guān)調(diào)節(jié)器部30A和30B所輸出的DC電壓來確定。

根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)光元件發(fā)生了破損的情況下，能夠利用沒有破損的子發(fā)光單元運(yùn)行裝置，相比于單純地增加單元數(shù)，能夠以低價(jià)構(gòu)成裝置。而且，通過電流指令值單獨(dú)地對(duì)各子開關(guān)調(diào)節(jié)器部的控制電路進(jìn)行控制，由此低輸出的控制性提高。