CN105513807A - 一种储能电容装置以及激光电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种储能电容装置以及激光电源，用以解决目前以电解电容在低温下电解材料活性下降，电化学反应速度变慢，导致存储的能量无法短时间释放的问题。该装置包括：壳体、电解电容以及加热膜，电解电容设置于壳体中，加热膜附着于电解电容外表面，用于为电解电容加热，电解电容用于进行电能量存储，该方案使得电解电容加热均匀快速，降低电源***准备时间，使电解电容低温下的电特性达到常温水平。

Description

一种储能电容装置以及激光电源

技术领域

本发明涉及激光电源领域，特别是涉及一种储能电容装置以及激光电源。

背景技术

半导体泵浦脉冲固体激光器通过激光二极管光源泵浦固体激光工作，通过光学谐振腔及调Q装置产生固定波长脉冲激光的固体激光器，其中激光二极管由脉冲激光电源驱动。半导体泵浦脉冲激光电源输出一定脉冲频率、脉冲宽度和幅度的电流驱动激光二极管产生泵浦光，泵浦光泵浦固体激光工作物质产生激光。激光器输出激光能量的大小与注入激光二极管的电能量大小直接相关。由于激光二极管驱动源瞬时输出功率高，平均功率相对较低，目前大多数脉冲光体激光器的驱动源都采用储能元件进行电能量存储，在电路中的储能元件一般为电感或电容，电感在储存同样电能的情况下体积重量比电容储能大很多，所以通常采用电容储能。采用电容储能的脉冲激光电源组成见附图1。其中充电电路在较低的功率下为电容充电，由电容通过放电控制电路为激光二极管提供较大的瞬时功率输出。

在电容的选择上，储能电容的容量根据放电脉冲能量、激光二极管工作电压等参数进行选取，一般为几百至数千微法。在电容额定电压和容量相同时电解电容的体积最小，因此优选电解电容。但是电解电容在低温下电解材料活性下降，电化学反应速度变慢，存储的能量无法短时间释放，作为储能应用便无法实现其瞬时大功率输出电能的功能。目前，这一问题可以通过增加电容容量的办法解决，但是其体积重量随之增加，在对体积重量要求严格的条件下应用受到了限制。因此，目前需要寻求一种方法能够在电容体积重量基本不变的情况下使储能电容在低温下能够达到常温条件下的电气性能。其次由于采用了较大容量的电解电容，在激光电源加电后，电容首次充电由零电压充电至工作电压的过程中在激光电源会产生较大的峰值功耗，此峰值功耗将远超激光电源的平均功耗。为保证激光电源启动过程供电电源不被拉低，供电电源的输出功率需要增大，同时带来***体积、重量和成本的增加，可见，降低激光电源峰值功耗是采用电容储能元件需要解决的另一个问题。

发明内容

本发明提供一种储能电容装置以及激光电源，用以解决目前以电解电容在低温下电解材料活性下降，电化学反应速度变慢，导致存储的能量无法短时间释放的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种储能电容装置，包括：壳体、电解电容以及加热膜，电解电容设置于壳体中，加热膜附着于电解电容外表面，用于为电解电容加热，电解电容用于进行电能量存储。

其中，上述加热膜黏贴在电解电容的外表面。

其中，上述加热膜为电加热膜，装置还包括：温度继电器以及加热膜供电电路；供电电路通过温度继电器与加热膜相连，温度继电器用于在环境温度低于预设值时，处于闭合状态，以使供电电路与加热膜的电路导通，供电电路为加热膜供电；温度继电器的环境温度上升至不低于预设值时，处于断开状态，以使供电电路与加热膜的电路断开，供电电路停止对加热膜供电。

其中，上述加热膜为聚酰亚胺柔性薄膜型电加热器。

其中，上述装置的壳体采用低导热率的高分子材料。

其中，上述壳体内部采用导热绝缘灌封胶进行灌封。

进一步的，上述装置还包括：温度传感器，温度传感器设置于壳体内部，用于采集壳体内部的温度信息，并将采集到的温度信息转换为电信号提供给外部监测电路。

进一步的，上述装置还包括：充电电路和充电控制电路，充电控制电路包括限流电阻，充电电路的输出端通过限流电阻与电解电容相连，在电解电容充电至预设电压值之前，将限流电阻接入电解电容的充电回路，以及，在电解电容电压达到预设电压值之后，将限流电阻短路。

其中，上述充电控制电路包括：继电器、比较器，比较器用于将电解电容的充电电压与预设电压值进行比较，当充电电压低于预设电压值时，输出控制信号控制充电控制电路中的继电器使限流电阻接入电解电容的充电回路中，当充电电压高于预设电压值时，输出控制信号控制充电控制电路中的继电器使限流电阻短路。

根据本发明的另一个方面，提供了一种激光电源，该电源包括上述任意一种装置。

本发明提供的储能电容装置以及激光电源，在电解电容外附着加热膜，使得电解电容加热均匀快速，降低电源***准备时间，使电解电容低温下的电特性达到常温水平。

附图说明

图1是现有技术中的脉冲激光电源的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的储能电容装置的结构框图；

图3是本发明实施例2的储能电容装置的结构示意图；

图4是本发明实施例2的电加热膜与温度继电器相连的示意图；

图5是本发明实施例2的充电控制电路的电路图；

图6是本发明实施例2的储能电容装置中各元件的电气连接关系示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术以电解电容在低温下电解材料活性下降，电化学反应速度变慢，导致存储的能量无法短时间释放的问题，本发明提供了一种储能电容装置以及激光电源，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种储能电容装置，图2是该装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括以下组成部分：

壳体、电解电容以及加热膜，电解电容设置于壳体中，加热膜附着于电解电容外表面，用于为电解电容加热，电解电容用于进行电能量存储。

优选的，本实施例中的加热膜可以是电加热膜，具体可以为聚酰亚胺柔性薄膜型电加热器，基于此，该加热膜可以黏贴在电解电容的外表面，为了对该电加热膜进行加热，本实施中的装置还包括：温度继电器以及加热膜供电电路，供电电路通过温度继电器与加热膜相连，温度继电器用于在环境温度低于预设值时，处于闭合状态，以使供电电路与加热膜的电路导通，为加热膜供电，在温度继电器的环境温度上升至不低于预设值时，处于断开状态，以使供电电路与加热膜的电路断开，停止对加热膜供电。本领域技术人员可以理解的是，温度继电器可以设置在壳体内部，与可以设置在壳体的外部，本实施例中，温度继电器设置在壳体的内部，从而使电解电容和温度继电器均集成在壳体中，温度继电器可以更精准的反应出电解电容所处的环境温度。

进一步的，上述装置还可以包括温度传感器，该温度传感器设置于壳体内部，用于采集壳体内部的温度信息，并将采集到的温度信息转换为电信号提供给外部监测电路。

其中，为了降低储能电容装置与外界交换的热能从而对壳体内部起到保温的作用，本实施例中的装置的壳体采用低导热率的高分子材料，例如，可以是聚砜，聚四氟乙烯等材料。

同时，为了使壳体内部温度均匀，在壳体内部采用导热绝缘灌封胶进行灌封，这样，温度继电器和温度传感器能够更准确的反应电解电容当前的环境温度。

上述装置还可以包括：充电电路和充电控制电路，充电控制电路包括限流电阻，充电电路的输出端通过限流电阻与电解电容相连，在电解电容充电至预设电压值之前，将限流电阻接入电解电容的充电回路，以及，在电解电容电压达到预设电压值之后，将限流电阻短路。具体地，如图5所示，充电电路(图中未示出)可以设置在上述壳体的外部，通过限流电阻R7和继电器K1与端子“X5电容+”相连，端子“X5电容+”与电解电容相连。当电解电容充电至预设电压值之前，继电器K1的端子3和端子5连通，此时，限流电阻R7被接入充电回路。当电解电容的电压达到预设电压值之后，继电器K1的端子4和端子5连通，此时，限流电阻R7被短路。

进一步地，充电控制电路具体还可以包括：继电器、比较器，比较器用于将电解电容的充电电压与预设电压值进行比较，当充电电压低于预设电压值时，输出控制信号控制充电控制电路中的继电器使限流电阻接入电解电容的充电回路中，当充电电压高于预设电压值时，输出控制信号控制充电控制电路中的继电器使限流电阻断开与电解电容的充电回路的连接。

本实施例还提供了一种激光电源，该激光电源可以包括本实施例中所述的任意一种储能电容装置或优选的储能电容装置，该激光电源还可以包括现有技术中的脉冲放电控制电路。

实施例2

本实施例通过公开更多的技术细节来对本发明提供的储能电容装置进行进一步的说明：

针对现有脉冲电源储能电容低温下性能下降以及采用电解电容储能引起的电源峰值功耗显著大于平均功耗的问题，本实施例提出一种储能电容装置，该装置能够在体积重量变换很小的条件下有效解决了上述两个问题。

本实施例提供的储能电容装置，如附图2所示，电解电容为圆柱体，在电解电容的侧面黏贴聚酰亚胺柔性薄膜型电加热器(以下简称电加热膜)。在本实施例中，电加热膜厚度约0.2mm，形状为矩形，长度约等于电容侧面的长度，宽度等于电容高度，该电加热膜的一个面上有速粘胶，在宽度方向一侧有引出的导线。

如图3所示，本实施的储能电容装置包括：电解电容，电加热膜，温度继电器，温度传感器，充电控制板，壳体。如图4所示，电加热膜供电回路中串接有温度继电器，当温度继电器测得的环境温度低于某一温度时，温度继电器的触点由断开状态转为闭合状态，电加热膜供电回路导通，电加热膜发热，对电解电容进行加热，当温度继电器所处的环境温度上升超过温度继电器开关转换温度点时温度继电器断开，电加热膜停止加热。其中温度继电器控制电解电容加热，温度传感器将壳体内部温度转换为电信号提供给外部监测电路，以检测储能电容装置在低温下的加热效果；充电控制板的电路(即上述充电控制电路)如图5所示，充电电路(未示出)将外部供电转换为内部控制电路所需的供电电压后，经过该充电控制电路向电解电容充电。充电控制电路的作用是在电解电容充电至某一阈值电压以前，使电容充电回路中串接限流电阻，电解电容的电压达到阈值电压后，充电回路切换至不含限流电阻的回路，即限流电阻被短路。切换动作由继电器K1实现，继电器K1的控制信号由比较器输出，比较器将电解电容的采样电压与阈值基准信号比较，当电解电容的电压低于阈值电压时，比较器输出信号控制继电器K1使限流电阻串接在充电回路中，当电解电容的电压高于阈值电压时，比较器输出信号控制继电器K1将限流电阻短接。

储能电容装置内部元件按图6所示的关系进行电气连接，电连接器固定在壳体的外壁上，以提供储能电容装置的对外电气接口。为使壳体的内部温度均匀，温度继电器以及温度传感器能够较真实的反映电解电容的温度，对布线装配后的壳体内部采用导热绝缘灌封胶进行灌封，填充壳体内部的气隙。灌封胶可以采用现有技术中的灌封胶，固化后形成柔性弹性体，只要能够实现壳体内各个元器件之间的导热和绝缘即可。灌封胶能够在高湿、极端温度、热循环应力、机械冲击和振动、霉菌、污垢等恶劣条下为电气/电子装置和元器提供保护。

本实施例的储能电容装置，电加热膜环绕黏贴在电解电容外壳，使得电解电容加热均匀快速，降低了电源***准备时间，使电解电容低温下的电特性达到常温水平；采用充电控制电路限制了充电电流的峰值，从而降低了激光电源的峰值功耗，使得激光电源加电时峰值功耗降低为现有技术中的一半水平；储能电容装置实现模块化，提高了可靠性和维修性。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种储能电容装置，其特征在于，包括：

壳体、电解电容以及加热膜，所述电解电容设置于所述壳体中，所述加热膜附着于所述电解电容外表面，用于为所述电解电容加热，所述电解电容用于进行电能量存储。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热膜黏贴在所述电解电容的外表面。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热膜为电加热膜，所述装置还包括：

温度继电器以及加热膜供电电路；

所述供电电路通过所述温度继电器与所述加热膜相连，所述温度继电器用于在环境温度低于预设值时，处于闭合状态，以使所述供电电路与所述加热膜的电路导通，所述供电电路为所述加热膜供电；

所述温度继电器的环境温度上升至不低于所述预设值时，处于断开状态，以使所述供电电路与所述加热膜的电路断开，所述供电电路停止对所述加热膜供电。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热膜为聚酰亚胺柔性薄膜型电加热器。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的壳体采用低导热率的高分子材料。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体内部采用导热绝缘灌封胶进行灌封。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

温度传感器，所述温度传感器设置于所述壳体内部，用于采集所述壳体内部的温度信息，并将采集到的温度信息转换为电信号提供给外部监测电路。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

充电电路和充电控制电路，所述充电控制电路包括限流电阻，所述充电电路的输出端通过所述限流电阻与所述电解电容相连，在所述电解电容充电至预设电压值之前，将限流电阻接入所述电解电容的充电回路，以及，在所述电解电容电压达到所述预设电压值之后，将所述限流电阻短路。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述充电控制电路包括：

继电器、比较器，所述比较器用于将所述电解电容的充电电压与预设电压值进行比较，当所述充电电压低于所述预设电压值时，输出控制信号控制所述充电控制电路中的继电器使所述限流电阻接入所述电解电容的充电回路中，当所述充电电压高于所述预设电压值时，输出控制信号控制所述充电控制电路中的继电器使所述限流电阻短路。

10.一种激光电源，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任意一项所述的装置。