CN201061078Y - 声光q开关驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种声光Q开关驱动器，包括控制电路、显示电路、按键电路、外控口、过热过功率检测器、保护电路、高频小信号发生器、调制电路、功率放大电路，其特征是所说的控制电路是一个微处理器控制电路；所说的显示电路是一个LCD显示电路，还有一个存储电路。微处理器控制电路包括一个微处理器U1、信号隔离1电路、信号隔离2电路和信号合成电路。它可用于激光加工设备中、特别是激光标刻设备中对Q开关激光器进行控制。其优点是各种参数显示方式直观、显示内容丰富，操作前每次调整后的参数可以储存，调制频率抖动极小，首脉冲系数可以调节。

Description

声光Q开关驱动器

技术领域

本发明涉及一种激光加工设备中的Q开关激光器控制装置，特别是一种激光标刻设备中的Q开关激光器控制装置。

背景技术

现有Q开关激光器标刻设备的结构如图1所示。图中：计算机101，激光器冷却***102，Q开关激光器103，二维扫描振镜装置104，聚焦镜105，加工件106，激光光源107。其中，计算机101中包括标刻控制卡1011；Q开关激光器103中包括后镜1031，声光Q开关元件1032，谐振腔1033，输出镜1034。当计算机标刻软件指示进行标刻动作时，标刻控制卡会发出电信号指示电源按固定电流、二维扫描振镜按指定的路径工作，与此同时在二维扫描振镜扫描到相关位置时计算机标刻控制卡发出出光控制信号，通过声光Q开关驱动器(简称Q驱动器)控制Q开关激光器工作。在二维扫描过程中，其路径均为封闭的曲线或线段，Q驱动器在不需要标刻的路径上控制激光器不出光，在需要标刻的路径上控制激光器按调制频率和Q释放时间做点状标刻，由点状标刻得到分离的点或连续的线条等不同的加工效果。扫描结束后即完成对工件的加工。现有Q开关激光器标刻***中控制Q驱动器的方法共有3种：

1、Q驱动器内部控制方式(简称内控方式)：计算机标刻控制卡只提供出光标刻信号。Q驱动器在接到出光信号时，依据驱动器内设定的调制频率、Q释放时间、首脉冲系数合成调制信号加载到固定频率的载波信号上。此调制后的载波信号通过阻抗固定的同轴电缆送入激光器的Q开关元件，控制激光器的工作；

2、Q驱动器外部控制方式(简称外控方式)：计算机标刻控制卡提供出光标刻信号和模拟电压信号，模拟电压信号用于设定Q驱动器的调制频率，此模拟电压与固定频率(0.2-50KHz)通常按照线性分段的方式由计算机标刻控制卡发出。Q驱动器接到出光标刻信号和模拟电压信号后，按模拟电压信号对应的频率，与驱动器内部设定的Q释放时间，首脉冲系数共同作用生成调制信号加载到固定频率的载波信号上。调制后的载波信号通过同轴电缆送入激光器的Q开关元件，控制激光器的工作；

3、外调制方式：由计算机标刻控制卡发出调制信号，通过Q驱动器内部线路直接调制载波信号，调制后的载波信号通过同轴电缆送入激光器的Q开关元件，控制激光器的工作。由于外调制方式不能有效的加入首脉冲系数，虽然在抗干扰等方面有很好的效果，但此控制方式在Q开关激光器标刻***中很少采用。

在Q驱动器控制Q开关激光器的过程中，出光信号有效之前，载波信号施加了相对长的时间，使Q开关处于关断状态，而激光电源驱动的泵浦源连续对激光工作物质照射，激光工作物质上积累了相对多的能量。因此，标刻时的第一个激光脉冲的峰值功率比后继脉冲的高得多。引入了首脉冲系数的目的是使Q开关元件缓慢的打开，抑制第一个激光脉冲的峰值功率，使首脉冲的峰值功率跟后继脉冲的相等，使标刻时的深度均匀。

传统Q驱动器的工作原理如图2、图6所示，包括控制电路1089、LED显示电路10811、按键电路10810、外控口1088、过热过功率检测器1085、保护电路1086、高频小信号发生器1081、调制电路1082、功率放大电路1083九部分组成。当标刻***工作时：如果采用内控方式，则计算机标刻控制卡1011发出出光标刻信号10111，如果采用外控方式，则计算机标刻控制卡1011发出出光标刻信号10111和模拟电压信号10113，如果采用外调制方式，则计算机标刻控制卡1011发出外调制信号10112；控制电路会依据操作者从按键电路10810输入的设置方式从外控口1088获取相应的信号。对于内控方式：可通过调节按键电路10810中的电位器W1 108101得到一模拟电压值，此电压值一路连接到频率显示电路10811。频率显示电路为4位电压频率变换模块，用于显示当前设定的频率。另一路送到控制电路中的V/F电路10895(电压频率变换器)。V/F电路可产生一固定的PWM信号(脉宽调制信号)，信号中调制频率F与模拟电压值相对应，负脉冲宽度的时间即Q释放时间T1，此宽度由V/F电路10895内的元器件参数确定，为一固定值。外控口1088的出光标刻信号10111通过内部线路直接连到V/F电路10895，用于控制V/F电路10895输出端是否输出PWM信号，高电平为输出，低电平不输出。正常情况下，外控口1088未接到出光标刻信号，V/F电路10895输出为高电平。当V/F电路10895接收到有效的出光标刻信号(高电平)，一路信号通过信号隔离I 10891指示首脉冲系数产生电路产生首脉冲信号。首脉冲系数产生电路正常为高电平，只在接收到信号隔离I 10891的上升沿信号时方输出一固定时间长度的缓下降信号(即首脉冲信号10892)，经过信号合成电路10893送到调制电路1082，控制Q驱动器输出端缓慢的关断载波信号，进而实现对Q开关元件的缓慢打开。输出完成后首脉冲系数产生电路的输出端变为高电平。另一路信号在延时一个固定值(首脉冲延时时间Tf+PWM高电平时间Th)后，控制V/F电路10895，使其在输出端输出按预设参数设置的PWM信号。PWM信号通过信号隔离II 10894、信号合成电路10893后输出到调制电路1082。信号合成电路10893的两个输入信号正常情况下为高电平，首脉冲缓下降时，信号合成电路10893的输出端也有成比例的输出信号，信号隔离II 10894输入的信号只有高或低电平，信号合成电路10893将优先按此信号在合成电路的输出端输出为最大值或最小值。高频小信号发生器1081产生40MHz或27MHz的载波信号，通过调制电路1082，与基波信号10812合成调制载波信号，经功率放大电路1803放大后通过同轴电缆1084连接到Q开关。对于外控方式：电位器W1 108101产生的模拟电压值由标刻控制卡1011提供，其余信号的产生、合成、放大过程与内控方式相同。对于外调制方式：外调制信号为PWM信号，传统Q驱动器直接通过信号隔离III 10897直接加到调制电路1082，通过调制电路1082调制载波信号后放大输出。

上述现有技术存在着以下的缺陷和不足：

1、现有的Q开关激光器标刻设备中，大多采用LED数码管、LED发光管作为显示器显示调制频率、Q释放时间、首脉冲系数、保护状态等相关的参数。其缺点是显示方式不直观、显示内容不丰富；

2、现有的Q开关激光器标刻设备按内控方式频繁的加工工件时，需在不同的加工材料上得到新的加工效果，例如颜色、标刻深度等或同一材料上得到不同的加工效果时，需要重新调整调制频率，Q释放时间和首脉冲系数等，调整后的参数无法储存，下次使用时，又要重新调整，反复的调整使生产效率变低，也对机器的可靠性和寿命造成不利的影响；

3、现有的Q开关激光器标刻设备按外控方式工作时，由计算机标刻控制卡发出出光标刻信号、模拟电压信号。模拟电压信号易引入干扰，造成实际控制Q开关激光器动作的调制频率在一定范围内抖动，影响Q开关激光器加工产品时的效果；

4、现有Q驱动器的首脉冲系数固定，出厂设置时只能兼顾某一个频率段，但实际使用中，设置不同的调制频率，其抑制的效果不同，因此现有的驱动器很难适应用户的需求。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术之不足，提供一种各种参数显示方式直观、显示内容丰富，操作前每次调整后的参数可以储存，调制频率抖动极小，首脉冲系数可以调节的Q开关驱动器。

上述目的采用以下的技术方案就可以实现：本方案与现有技术一样，包括控制电路、显示电路、按键电路、外控口、过热过功率检测器、保护电路、高频小信号发生器、调制电路、功率放大电路；其中按键电路、外控口和保护电路分别与控制电路的输入端连接，LED显示电路和调制电路分别与控制电路的输出端连接；标刻控制卡、出光标刻信号和外调制信号分别与外控口的输入口连接；过热过功率检测器和外保护信号分别与保护电路的输入端连接；高频小信号(载波)发生器与调制电路的输入端连接，调制电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路向Q开关输出射频信号，其改进是所说的控制电路是一个微处理器控制电路；所说的显示电路是一个LCD显示电路；另外还有一个与微处理器控制电路相互连接的存储电路。

实现上述目的的优选技术方案是在以上方案的基础上，将所说的微处理器控制电路设计为包括一个微处理器U1、信号隔离1电路、信号隔离2电路和信号合成电路；其中微处理器U1包括LCD显示模块、首脉冲系数产生模块和内部脉宽调制信号产生模块；信号隔离1电路的输入端与首脉冲系数产生模块的输出端连接，其输出端与合成电路的输入端连接；信号隔离2电路的输入端可以与内部脉宽调制信号产生模块的输出端或外调制信号连接，其输出端与合成电路连接；信号合成电路输出调制信号。

上述技术方案与现有技术相比，由于把控制电路改变为微处理器控制电路，把LED显示电路改变为LCD显示电路，并增加了存贮电路，因此其有益效果是：

1、它的各种参数显示方式直观、显示内容丰富；

2、操作前每次调整后的参数可以储存，以供下次操作时使用；

3、调制频率抖动极小，首脉冲系数可以调节。

为了使本实用新型更加清晰和便于理解，下面通过附图和实施例对其作进一步详细说明。

附图说明

图1是激光标刻设备的总体结构示意图。

图2是现有技术的声光Q开关驱动器结构框图。

图3为本实用新型声光Q开关驱动器的结构框图。

图4为本实用新型实施例中的存贮电路的电路原理图。

图5为本实用新型实施例中的显示电路的电路原理图。

图6为现有技术的声光Q开关驱动器中的控制电路的框图。

图7为本实用新型实施例中的微处理器控制电路的框图。

图8为图7的微处理器控制电路的一个具体电路图。

具体实施方式

参看图3、4、5、7、8。本实施例包括微处理器控制电路5、LCD显示电路3、按键电路4、外控口6、过热过功率检测器8、保护电路7、高频小信号发生器1、调制电路10、功率放大电路9和与微处理器控制电路5相互连接的存储电路2；其中按键电路4、外控口6和保护电路7分别与微处理器控制电路5的输入端连接，LED显示电路3和调制电路10分别与微处理器控制电路5的输出端连接；标刻控制卡63发出的出光标刻信号62和外调制信号61分别与外控口6的输入口连接；过热过功率检测器8和外保护信号71分别与保护电路7的输入端连接；高频小信号(载波)发生器1与调制电路10的输入端连接，调制电路10的输出端与功率放大电路9的输入端连接，功率放大电路9向Q开关输出射频(RF)信号91。

上述微处理器控制电路5(再参看图7)包括一个微处理器U151、信号隔离1电路54、信号隔离2电路52和信号合成电路53；其中微处理器U1包括显示模块511、首脉冲系数产生模块513和内部脉宽调制信号产生模块512；信号隔离1电路54的输入端与首脉冲系数产生模块513的输出端连接，其输出端与信号合成电路53的输入端连接；信号隔离2电路52的输入端可以与内部脉宽调制信号产生模块51的输出端或外调制信号513连接，其输出端与信号合成电路53连接；信号合成电路53输出调制信号531。

作为上述微处理器控制电路5的一种具体电路设计如图8所示，微处理器控制电路5中的信号隔离1电路54包括一个线性光电耦合器U4和电阻R5、R6，线性光电耦合器U4包括一个发光器-LED和一个受光器-光敏半导体管，该发光二极管的正极与电阻R5串接后再与微处理器中的首脉冲系数产生模块连接，其负极接地，该光敏半导体管的集电极与电阻R6串接后再接工作电压，其发射极接地；信号隔离2电路52包括一个高速光电耦合器U3和电阻R4，高速光电耦合器U3包括一个发光器-LED和一个光接收电路，该LED的正极与电阻R4串接后再与微处理器中的外调制信号端并接，其负极接地；光接收电路的供电端接工作电压，其输出由二个三极管组成互补型射极跟随电路，其中的NPN三极管的集电极接工作电压，其发射极与PNP三极管的发射极连接，PNP三极管的集电极接地，NPN三极管的基极与PNP管的基极连接，并接光接收电路的输出，共接的发射极为高速光电耦合器的输出端；信号合成电路53包括一个射极跟随器、三极管Q1和二极管D1，射极跟随器包括三极管Q2和电阻R7；其中，三极管Q2的基极与电阻R6并接，其发射极与电阻R7串接后接地，其集电极与三极管Q1的发射极连接；三极管Q1的基极与高速光电耦合器中的两个光敏半导体管的接点并接，其集电极接工作电压；二极管D1的负极与三极管Q1的基极并接，其正极与电阻R7并接后再输出调制信号531。

以上电路中的微处理器U1的型号可优选C8051F；存储电路2包括一个型号为24C16的集成电路U2和上拉电阻R1、R2；LCD显示电路3包括一个型号为SVM19264的液晶显示模块LCD1、电阻R3和可调电阻W1；高速光电耦合器U3的型号为TLP250、线性光电耦合器U4的型号为TLP521、三极管Q1、Q2的型号为2SC2688、二极管D1的型号为FR104。

微处理器U1按照按键电路4的设定，由内部程序将用户设定的调制频率F、首脉冲系数Tf、Q释放时间T1等参数存入集成电路板U2(24C16)中。在用户需要调出相关参数时，由微处理器U1内的程序从24C16中读取。可调电阻W1用于调节LCD显示屏的对比度，电源通过R3连接LCD显示屏的背光显示电路，U1通过LCD数据口和控制口控制LCD的显示。本实用新型的微处理器控制电路较传统的驱动器控制电路精简了V/F变换器、信号隔离3、内/外部模拟电压信号，因此驱动器的可靠性和使用效果得到有效的提升。出光标刻信号62连接微处理器51内部的首脉冲系数产生模块513和内部PWM产生模块512。首脉冲系数由微处理器51依用户设定做较大范围的粗调。另外，当调制频率变化则首脉冲系数在微处理器51的作用下也跟随着产生细微的变化。内部PWM产生模块512在首脉冲信号发出后，再延时Th方输出PWM信号。外调制信号513连接微处理器51内部的显示模块511和内部程序控制开关。显示模块511可检测出外调制信号513的调制频率F和负电平时间(Q释放时间)，并通过LCD显示电路3显示。当Q驱动器接收到有效的出光标刻信号62时，开关W依据当前设置的控制方式做切换，出光标刻信号62无效时，W的输出端固定接高电平。Q驱动器按内控方式运行时，当检测到有效的出光标刻信号62上升沿，微处理器51内部首脉冲系数产生模块513发出缓上升电压信号，信号时间为可调整的首脉冲系数Tf。信号经过线性光电耦合器U4加到射极跟随器Q2和R7，射极跟随器的输出端C输出与微处理器51的A端口同比例且反向的模拟电压信号(缓下降信号)。首脉冲信号结束后输出端A变为低电平，而线性光电耦合器U4的输出将变为高电平，Q2为导通状态。首脉冲信号结束的同时，微处理器51控制内部PWM产生模块512发出PWM信号，经高速光电耦合器加到三极管Q1，此时Q2为导通态，输出端C将高速的跟随PWM信号变化。二极管D1保证当PWM信号为低电平时，输出端能迅速的拉到低电平。驱动器按外控方式运行时，标刻控制卡63需同时发出出光标刻信号62和外调制信号61。当检测到有效的出光标刻信号62上升沿时，微处理器51输出首脉冲信号。首脉冲信号输出后，B点直接输出外调制信号。首脉冲信号与外调制信号的合成过程与内控方式一致。驱动器工作时，外调制信号另一路送到微处理器51内的显示模块511，显示模块511检测出外调制信号513的频率和负电平宽度(Q释放时间)，并通过LCD显示电路3中的显示屏显示。驱动器按外调制方式运行时，微处理器51输出端A输出为低电平，B端直接输出外调制信号。

Claims (4)

1.一种声光Q开关驱动器，包括控制电路、显示电路、按键电路、外控口、过热过功率检测器、保护电路、高频小信号发生器、调制电路、功率放大电路；其中按键电路、外控口和保护电路分别与控制电路的输入端连接，LED显示电路和调制电路分别与控制电路的输出端连接；标刻控制卡、出光标刻信号和外调制信号分别与外控口的输入口连接；过热过功率检测器和外保护信号分别与保护电路的输入端连接；高频小信号载波发生器与调制电路的出入端连接，调制电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路向Q开关输出射频信号，其特征是所说的控制电路是一个微处理器控制电路；所说的显示电路是一个LCD显示电路；另外还有一个与微处理器控制电路相互连接的存储电路。

2.根据权利要求1所述的声光Q开关驱动器，其特征是所说的微处理器控制电路包括一个微处理器U1、信号隔离1电路、信号隔离2电路和信号合成电路；其中微处理器U1包括LCD显示模块、首脉冲系数产生模块和内部脉宽调制信号产生模块；信号隔离1电路的输入端与首脉冲系数产生模块的输出端连接，其输出端与合成电路的输入端连接；信号隔离2电路的输入端可以与内部脉宽调制信号产生模块的输出端或外调制信号连接，其输出端与合成电路连接；信号合成电路输出调制信号。

3.根据权利要求2所述的声光Q开关驱动器，其特征是所说的微处理器控制电路中的信号隔离1电路包括一个线性光电耦合器U4和电阻R5、R6，线性光电耦合器U4包括一个发光器-LED和一个受光器-光敏半导体管，该LED的正极与电阻R5串接后再与微处理器中的首脉冲系数产生模块连接，其负极接地，该光敏半导体管的集电极与电阻R6串接后再接工作电压，其发射极接地；信号隔离2电路包括一个高速光电耦合器U3和电阻R4，高速光电耦合器U3包括一个发光器-LED和一个光接收电路，该LED的正极与电阻R4串接后再与微处理器中的外调制信号端并接，其负极接地；光接收电路的供电端接工作电压，其输出由二个三极管组成互补型射极跟随电路，其中的NPN三极管的集电极接工作电压，其发射极与PNP三极管的发射极连接，PNP三极管的集电极接地，NPN三极管的基极与PNP管的基极连接，并接光接收电路的输出，共接的发射极为高速光电耦合器的输出端；信号合成电路包括一个射极跟随器、三极管Q1和二极管D1，射极跟随器包括三极管Q2和电阻R7；其中，三极管Q2的基极与电阻R6并接，其发射极与电阻R7串接后接地，其集电极与三极管Q1的发射极连接；三极管Q1的基极与高速光电耦合器中的两个光敏半导体管的接点并接，其集电极接工作电压；二极管D1的负极与三极管Q1的基极并接，其正极与电阻R7并接后再输出调制信号。

4.根据权利要求3所述的声光Q开关驱动器，其特征是所说的微处理器U1的型号为C8051F；存储电路包括一个型号为24C16的集成电路U2和上拉电阻R1、R2；显示电路包括一个型号为SVM19264的显示模块LCD1、电阻R3和可调电阻W1；高速光电耦合器U3的型号为TLP250、线性光电耦合器U4的型号为TLP521、三极管Q1、Q2的型号为2SC2688、二极管D1的型号为FR104。

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