CN105305584A - 一种大功率激光器能源组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率激光器能源组件，该能源组件包括主电路和控制***，所述主电路包括高压充电模块、储能模块、开关模块和放电回路，所述高压充电模块与储能模块并联，所述储能模块经过开关模块后为放电回路供电，所述主回路还包括初级储能单元，所述初级储能单元包括充电装置及蓄电池组，所述充电装置的输入端用于与电网连接，充电装置的输出端连接蓄电池组，蓄电池组输出端连接高压充电装置。该能源组件及控制方法减小了重复性大冲击负荷对交流电网的冲击，降低交流电网容量要求，且不会降低电网的利用率。

Description

一种大功率激光器能源组件

技术领域

本发明属于激光器电源技术领域，具体涉及一种大功率激光器能源组件。

背景技术

能源组件是大功率激光器的重要设备,是其中关键技术之一，为高功率激光放大器提供泵浦能量。基于激光器的高可靠性角度考虑，能源组件的供电稳定性就显得尤为重要。但是，能源组件的本质是大功率的脉冲电源，即冲击负荷。正常工况为几十套电源同时运行，如果将冲击负荷直接接入电网，将会对电网产生巨大的冲击，严重时可能会导致电网瘫痪，为了确保电网安全，通常需要按照冲击负荷来进行电网扩容，但扩容会降低电网的利用率，造成巨大的经济浪费。因此，如何设计出一款直流电源，能够为激光器冲击负载提供高可靠性的供电，同时做到减小重复性大冲击负荷对交流电网的冲击、有效降低交流电网容量，成为摆在领域内众多电源厂家面前的一个艰巨的任务。

发明内容

本发明提供了一种大功率激光器能源组件，以解决现有激光器电源为减小激光器重复性大冲击负荷对交流电网的冲击而降低电网的利用率的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明的大功率激光器能源组件包括主电路和控制***，所述主电路包括高压充电模块、储能模块、开关模块和放电回路，所述高压充电模块与储能模块并联，所述储能模块经过开关模块后为放电回路供电，其特征在于，所述主回路还包括初级储能单元，所述初级储能单元包括充电装置及蓄电池组，所述充电装置的输入端用于与电网连接，充电装置的输出端连接蓄电池组，蓄电池组输出端连接高压充电装置。

所述充电装置包括主回路、控制电路、辅助电源、驱动回路和监控电路，所述主回路包括EMI滤波、工频整流、整流滤波、高频逆变、变压器隔离、输出高频方波整流和LC滤波，所述控制回路包括给定电路、输出采样电路、调节电路和PWM控制电路。

所述控制***包括监控单元，所述监控单元控制连接充电装置和蓄电池组。

所述控制***与能源组件监控后台通讯连接。

所述监控单元包括PLC可编程序控制器及显示装置。

所述蓄电池组由蓄电池串联组成。

本发明的有益效果是：本发明的大功率激光器能源组件中设置了初级储能单元，当激光器脉冲负荷工作时，与电网断开，由该初级储能单元中的蓄电池组为储能电容充电，为激光器冲击负载提供直流电源，从而减小重复性大冲击负荷对交流电网的冲击，降低交流电网容量要求，不会降低电网的利用率。

在交流电源停电情况下，蓄电池组也能单独为直流负荷提供一定容量的直流电，提高电源的利用率，在一定程度上能够实现不间断供电。该能源组件在各种正常和事故情况下都能保证可靠供电。

本发明能源组件中充电装置采用电力电子变换技术、软开关技术、控制技术把交流电变换为高精度直流电，对蓄电池组进行浮充电、均充电。

附图说明

图1本实施例能源组件主电路原理框图；

图2本实施例充电装置原理框图；

图3本实施例能源组件图；

图4本实施例初级储能单元图；

图5本实施例蓄电池组放电特性曲线图；

图6本实施例监控装置人机界面图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的大功率激光器能源组件包括主电路和控制***，所述主电路包括高压充电模块、储能模块、开关模块和放电回路，高压充电模块与储能模块并联，所述储能模块经过开关模块后为放电回路供电，该主电路还包括初级储能单元，初级储能单元包括充电装置及蓄电池组，充电装置的输入端用于与电网连接，充电装置的输出端连接蓄电池组，蓄电池组输出端连接高压充电装置。

下面对上述各个模块进行详细阐述：

图1为能源组件主电路原理框图，能源组件的主要功能是为片状放大器提供能量泵浦。能源组件包括主电路和控制***，主电路包括初级储能单元、高压充电模块、储能模块、开关模块、放电电缆等，控制***包括数据采集、控制模块等。初级储能单元实现能源组件的初级储能，有效的降低能源组件对电网的功率冲击；储能模块选用特制的薄膜电容器，用于高压储能；高压充电模块为高压储能电容器充电；开关模块选用引燃管，进行放电的主回路通断控制；数据采集模块采集6路放电电流波形；控制模块通知组件内部所有设备的状态控制、参数设定、状态检测、故障处理、逻辑控制等功能，同时实现对上位机控制FEP的“四遥”功能。

图4为初级储能单元，整个单元由充电装置、蓄电池组、监控单元等组成。充电装置：输出高精度的直流电源，给蓄电池组充电。该电源可以独立工作，也可以由监控单元控制其工作状态。蓄电池组：由39只50Ah/12V蓄电池串联组成。实现直流储能。在后一级负载不工作时，由开关电源模块为其充电；当后一级电路工作时，由蓄电池组单独提供能量。监控单元：采用PLC和专用测控显示装置相结合模式，是能源组件控制***的一部分。主要完成对充电装置的运行状态、蓄电池的智能管理；采集***内各主要元器件的相应状态信号，完成***的整体状态检测；同时扩展了工业以太网接口可以实现***各装置的工作状态、***运行状态、***运行参数与能源组件的监控后台的通讯；采用实时光纤交换机组成光纤环网，通过光纤环网同上位机通讯，实现电源***的遥测、遥信、遥控和遥调功能，满足远方调度。

图2为充电装置原理框图，本实施例中的充电装置，采用高频开关电源，主要有主回路、控制电路、辅助电源、驱动电路、监控电路等部分组成。主回路由输入EMI滤波、输入工频整流(一次整流)、输入整流滤波、高频逆变、变压器隔离、输出高频方波整流(二次整流)、输出滤波等部分组成。控制回路包含给定电路、输出采样电路、调节电路、PWM控制电路等几部分。该电源模块采用PWM调制技术、软开关技术、无源PFC技术、软启动技术等，使其具有体积小、重量轻、输出控制精度高、功率因数高、启动冲击电流小、低EMI噪声、低音响噪音等优点，充电装置采用模块化设计，更换方便，可维护性强。

图5为蓄电池组放电特性曲线。本实施例中的蓄电池，采用新型制造工艺制成的卷绕式蓄电池，又称为高功率蓄电池。特点是：薄极板、单元叠加卷绕、紧装配结构。其性能优势为：超强的高倍率放电能力、最大放电倍率为18C10；卓越的高低温性能，可在－55℃～75℃下工作；平稳的高输出电压，更高的能量密度；结构坚固，具有优异的抗震性能；离电解液，可任意方向放置工作；可进行快速充电；超常浮充寿命可达8年以上。

图6为监控装置人机界面。本实施例采用西门子的人机界面进行显示，方便本地对蓄电池组的管理及操作。这使得初级储能***使用起来非常的人性化。充电装置在对电池组充电(浮充或均充)的状态下，当电池的充电电流大于设定的充电限流值时，程序会根据负荷电流的大小，通过PLC控制器控制充电装置对蓄电池组进行限流、均充充电。手动情况下，由本地维护人员操作；自动情况下，程序自动运行完成各种功能并由能源组件监控后台上位机进行监视控制。

Claims (6)

1.一种大功率激光器能源组件，包括主电路和控制***，所述主电路包括高压充电模块、储能模块、开关模块和放电回路，所述高压充电模块与储能模块并联，所述储能模块经过开关模块后为放电回路供电，其特征在于，所述主回路还包括初级储能单元，所述初级储能单元包括充电装置及蓄电池组，所述充电装置的输入端用于与电网连接，充电装置的输出端连接蓄电池组，蓄电池组输出端连接高压充电装置。

2.根据权利要求1所述的大功率激光器能源组件，其特征在于，所述充电装置包括主回路、控制电路、辅助电源、驱动回路和监控电路，所述主回路包括EMI滤波、工频整流、整流滤波、高频逆变、变压器隔离、输出高频方波整流和LC滤波，所述控制回路包括给定电路、输出采样电路、调节电路和PWM控制电路。

3.根据权利要求1所述的大功率激光器能源组件，其特征在于，所述控制***包括监控单元，所述监控单元控制连接充电装置和蓄电池组。

4.根据权利要求1所述的大功率激光器能源组件，其特征在于，所述控制***与能源组件监控后台通讯连接。

5.根据权利要求1所述的大功率激光器能源组件，其特征在于，所述监控单元包括PLC可编程序控制器及显示装置。

6.根据权利要求1所述的大功率激光器能源组件，其特征在于，所述蓄电池组由蓄电池串联组成。