光纤激光器的控制系统
光纤激光模式调控技术研究
01
通过实验研究，实现了对光纤激光器输出模式的灵活调控，获得了不同模式下 的激光特性参数。
02
通过对比分析，发现基横模激光在亮度、方向性和纯度方面具有优势，适用于 对光束质量要求较高的应用场景；高阶模和光纤光栅模式则适用于高功率、高 光束质量的光束输出。
03
在实验中还发现，通过优化光学腔镜和泵浦源的参数设置，可以有效提高光纤 激光器的输出功率和光束质量。
06
结论与展望
本文主要工作及贡献
1
提出了一种新的光纤激光模式调控方法，通过 控制光纤的形状和长度，实现了对激光模式的 灵活调控。
2
实验验证了该方法的可行性和有效性，证明了 这种方法在光纤激光器设计中的重要应用价值 。
3
本文的研究成果对于推动光纤激光技术的发展 具有重要的意义，为未来的光纤激光技术发展 提供了新的思路和方法。
THANKS
感谢观看
数值模拟结果与分析
不同模式下的激光特性
01
详细模拟并分析了不同模式下的光纤激光特性，如光束质量、
光谱特性等。
模式转换过程中的现象
02
模拟了在不同条件下的模式转换过程，以及产生的现象如振荡
、不稳定等。
影响因素分析
03
对影响模式调控的各种因素进行了详细的分析，包括光纤结构
、泵浦源、冷却条件等。
理论模型与实验结果的对比与讨论
1960年代后期
发明了氦氖激光器，这是一种 气体激光器，被广泛用于教育 和科研领域。
1980年代
光纤激光器开始崭露头角，但 当时的光纤质量还不够好。
1960年代初期
开发了第一台红宝石激光器， 这是第一台激光器。
1970年代
研制出了各种类型的激光器， 如二氧化碳、掺钕玻璃、铷原 子等。
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器开关电源控制系统设计一、引言光纤激光器是一种应用广泛的激光器，其在通信、医疗、制造等领域有着重要的作用。
在光纤激光器的应用中，对其开关电源进行有效的控制是至关重要的。
本文将设计一种光纤激光器开关电源控制系统，以实现对光纤激光器的开关和电源调节的控制。
二、光纤激光器开关电源控制系统的功能需求1. 开关功能：光纤激光器需要实现开关功能，以便在需要时打开或关闭激光器。
2. 电源调节：光纤激光器的电源需要进行有效的调节，以确保激光器的稳定工作。
3. 过压保护：系统需要具备过压保护功能，以保护光纤激光器免受过电压的伤害。
4. 过流保护：系统需要具备过流保护功能，以保护光纤激光器免受过大电流的伤害。
5. 温度监控：系统需要实现对光纤激光器温度的监控，以确保激光器在合适的温度范围内工作。
四、光纤激光器开关电源控制系统的硬件设计1. 继电器：选择适用于激光器电路的继电器，确保其具有良好的通断能力和耐高温性能。
2. 可调电源模块：选择输出电压范围和输出电流范围适配激光器需求的可调电源模块。
3. 过压保护电路：设计合适的过压保护电路，确保其对输入电压的快速响应和可靠切断电源的能力。
4. 过流保护电路：设计合适的过流保护电路，确保其对激光器工作过载时的快速响应和可靠切断电源的能力。
5. 温度传感器：选择适用于激光器工作环境的温度传感器，确保其对激光器温度的准确监测。
五、光纤激光器开关电源控制系统的软件设计1. 控制程序设计：设计控制程序，实现对继电器、可调电源模块、过压保护电路、过流保护电路和温度传感器的控制。
2. 界面设计：设计人机界面，实现对光纤激光器的开关和电源调节的操作界面，以方便用户进行控制和监视。
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器开关电源控制系统设计一、引言光纤激光器是一种应用广泛的激光器件，广泛应用于通信、医疗、工业制造等领域。
而光纤激光器的开关电源控制系统是保障激光器正常工作的重要组成部分。
本文旨在探讨光纤激光器开关电源控制系统的设计原则、基本框架和关键技术，为相关领域的研究人员和技术工作者提供参考和借鉴。
1. 稳定性：光纤激光器的稳定性要求极高，因此开关电源控制系统的设计需保证其稳定性，避免因电源波动导致激光器输出功率不稳定。
2. 精度：光纤激光器通常对电源控制的精度要求较高，因此设计中需考虑控制系统的精度和响应速度。
3. 可靠性：开关电源控制系统的可靠性是保障光纤激光器长时间稳定工作的关键因素，因此设计中需考虑系统的容错能力和可维护性。
4. 灵活性：光纤激光器在不同应用场景下对电源控制的需求有所不同，因此设计中需考虑系统的灵活性，以适应不同的应用需求。
5. 成本：成本是开关电源控制系统设计中必须考虑的因素，设计中需在保证稳定性和性能的前提下尽量降低成本。
三、光纤激光器开关电源控制系统基本框架光纤激光器开关电源控制系统的基本框架包括主控制器、电源模块、输入/输出接口模块和监控模块。
1. 主控制器：主控制器是整个控制系统的核心部分，负责整体控制和协调各个模块的工作。
主控制器通常采用高性能的微处理器或者数字信号处理器，用于实现各种控制算法和策略。
2. 电源模块：电源模块是负责提供稳定的电源输出的模块，通常包括电源转换和控制电路。
电源模块的设计需考虑功率转换效率、稳定性和响应速度等指标，以满足激光器的工作需求。
3. 输入/输出接口模块：输入/输出接口模块用于与外部设备进行数据通信和控制信号传输，通常包括模拟输入/输出接口和数字输入/输出接口，用于传感器信号输入、激光器控制信号输出等。
4. 监控模块：监控模块用于监测激光器的工作状态和各种参数，包括激光器输出功率、温度、电流等。
监控模块的设计需考虑参数监测的准确性和实时性。
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器在工业、医疗、通信等领域有着广泛的应用，而激光器的开关电源控制系
统是其重要的组成部分之一。
本文将就光纤激光器开关电源控制系统的设计进行介绍，讨
论其结构、原理、特点以及应用等相关内容。
光纤激光器开关电源控制系统一般由电源模块、控制模块、保护模块和显示模块组成。
电源模块主要负责激光器的电源供应，包括主电源输入、稳压电路、输出端口等；控制模
块主要负责激光器的开关控制，包括调节激光器的输出功率、频率等参数；保护模块主要
负责监测激光器的工作状态，一旦发现异常情况，及时进行保护措施；显示模块主要用于
显示激光器的工作状态、参数等信息。
光纤激光器开关电源控制系统具有高效、稳定、可靠、智能化等特点。
高效性体现在
其能够实现对激光器的精准控制，提高激光器的工作效率；稳定性体现在其能够为激光器
提供稳定的电源，确保激光器的正常工作；可靠性体现在其能够实时监测激光器的工作状态，并采取相应的保护措施，避免激光器受到损坏；智能化体现在其能够自动调节激光器
的参数，并将工作状态显示在界面上，便于操作人员进行观察和调节。
光纤激光器开关电源控制系统在工业、医疗、通信等领域有着广泛的应用。
在工业领域，光纤激光器开关电源控制系统常用于激光切割、激光焊接、激光打标等领域，其高效、稳定、可靠的特点能够确保激光器的正常工作；在医疗领域，光纤激光器开关电源控制系
统常用于激光手术、激光治疗等领域，其智能化的特点能够实现对激光器的精准控制；在
通信领域，光纤激光器开关电源控制系统常用于光通信、光传感等领域，其稳定、可靠的
特点能够确保光纤激光器的正常工作。
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器开关电源控制系统是一种用于控制和保护光纤激光器的电路系统。
其主要
功能是提供稳定的电源电压和电流，以确保光纤激光器正常工作，并防止过载和过压等故障。
1. 电源电压稳定性：由于光纤激光器对电源电压要求较高，因此设计一个稳定的电
源电压稳定器是非常重要的。
常用的稳压器有线性稳压器和开关稳压器，可以根据具体需
求选择适合的稳压器。
2. 电源电流控制：光纤激光器的工作电流需要控制在一定范围内，过大或过小的电
流都会导致光纤激光器的性能下降甚至损坏。
设计一个合适的电流控制电路是必要的。
常
见的电流控制方法有反馈电流控制和PWM调制控制等。
3. 过载保护：为了防止光纤激光器因过载而损坏，可以在电路中设计过载保护功能。
可以设置一个过载检测电路，当电源电流超过设定值时，自动切断电源供应，以保护光纤
激光器的安全运行。
5. 温度控制：光纤激光器的工作温度需要控制在一定范围内，过高或过低的温度都
会影响激光器的性能。
设计一个温度控制电路，可以实时监测光纤激光器的温度，并及时
采取措施，如调整风扇转速等，以保持激光器在正常工作温度范围内。
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器开关电源控制系统设计摘要：针对光纤激光器开关电源控制系统，本文采用模拟电路和数字电路相结合的方式进行设计，其中模拟电路主要负责对电源的稳定和电压的整流等基础功能，数字电路则负责对开关电源的开关控制及保护等高精度高速度功能。
最终，经过实验验证，该设计实现了对光纤激光器的高效且稳定的控制。
关键词：光纤激光器，开关电源，模拟电路，数字电路设计背景光纤激光器是当前工业生产中最为广泛应用的激光器之一，其稳定性、可靠性及工作效率均得到广泛认可。
而其中，开关电源作为光纤激光器不可或缺的组成部分，需要起到对光纤激光器电压及电流的高效控制和保护，因此开关电源的稳定性、可靠性及精确性也对光纤激光器的工作效率及使用寿命有很大的影响。
设计目的本设计的目的是为了针对光纤激光器开关电源控制系统，设计一种既能够保障其正常稳定工作，又能够进行精确高速度的开关控制和保护的方案，并对该方案进行实验验证和优化。
设计方案1、模拟电路设计：(1) 电源输入电压稳定电路设计：设计一种输入电压范围为220V的电源输入电压稳定电路，该电路可根据输入电压的高低来自动调整输出电压的稳定度，此电路如图1所示。
R1为电源电压检测电阻，通过调整其阻值可以实现电源输入电压的自动调整；C1则用来消除电源输入电压中的电磁波噪声，从而保证电源的稳定性。
(2) 电压整流与过载保护：设计一种输出电压稳定、过载保护的电路，该电路的基本设计如图2所示，其中D1和C2为电路整流部分，R2是用来检测输出电压的电阻，Z1则是用来防止电路发生过载的稳压二极管，R3和R4则是用来计算输出电流的电阻，电路中的晶体管Q1用来进行输出电流的控制和限制，从而起到了过载保护的作用。
(1) 电源开关控制：这里采用反馈式开关电源，即当输出电流或电压减小时，系统就会增加工作状态从而提高输出电压或电流，反之则减少工作状态，降低输出电压或电流。
如图3所示，P1是用来调整输出电流的电位器，R5则是用来检测电流的电阻，U1是反馈式开关电源控制芯片，该芯片可实现对输出电流的高效精确控制。
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器开关电源控制系统设计光纤激光器在现代工业生产中广泛应用，而光纤激光器的稳定运行离不开高品质的开关电源控制系统。
为了确保光纤激光器能够稳定可靠地工作，需要设计一套高效的开关电源控制系统，本文将从系统设计的角度出发，阐述光纤激光器开关电源控制系统的设计原理、关键技术和系统性能。
一、系统设计原理光纤激光器的工作需要一个稳定可靠的电源供应，而开关电源控制系统就是为了满足这一需求而设计的。
其基本原理是通过一定的电路设计，控制输入电源的开关电流来保证输出电压的稳定和纯净。
在光纤激光器的应用中，开关电源控制系统需要满足以下几个基本原理：1. 输出稳定性：光纤激光器工作需要一个稳定的电源，因此开关电源控制系统需要保证输出电压的稳定性，避免因电压波动引起的激光器工作不稳定，甚至损伤设备。
3. 高效节能：光纤激光器在工作时需要大量的电能供应，因此开关电源控制系统需要保证高效的能量转换，尽可能减小能量的损耗，实现节能的目的。
基于以上原理，光纤激光器开关电源控制系统的设计需要兼顾输出稳定性、纯净性和高效节能的要求，采用合适的电路设计和控制方法来满足这些需求。
二、关键技术1. 电路设计：开关电源控制系统的核心是开关电路的设计，通过合理的电路设计来实现输入电源的开关控制，以保证输出电压的稳定和纯净。
常用的开关电路包括开关电源变换器、电压反馈回路、电流反馈回路等，其中开关电源变换器的设计对系统性能有着重要影响。
2. 控制方法：开关电源控制系统的控制方法包括开关频率控制、PWM调制、电流/电压反馈控制等，通过合理选择控制方法，可以实现对开关电源的高效控制，保证系统的稳定性和效率。
3. 故障保护：光纤激光器的工作环境复杂，开关电源控制系统需要具备完善的故障保护功能，对输入电源的异常情况进行检测和处理，确保激光器和系统的安全稳定运行。
以上关键技术在光纤激光器开关电源控制系统的设计中起着至关重要的作用，通过合理的设计和选择，可以实现对光纤激光器的高质量稳定供电，从而保证其工作效果和寿命。
光纤激光切割机原理
光纤激光切割机原理
光纤激光切割机是利用激光束的高能量密度和高精度控制技术进行物料切割的设备。
光纤激光切割机的工作原理如下：
1. 光源：光纤激光切割机使用光纤激光器作为光源。
光纤激光器可以将电能转化为激光能量，其输出为准单色激光束。
2. 光纤传输：准单色激光束通过优质的光纤传输到切割头。
光纤具有良好的柔性和导光性能，可以将激光束输送到较远距离的切割头。
3. 切割头：切割头是激光束聚焦和切割的关键组件。
它包括凸透镜和小孔。
凸透镜用于将光束聚焦到非常小的焦点上，提高能量密度。
小孔用于喷射助剂气体(如氧气或氮气)来吹刮切割区域以加速切割过程。
4. 切割过程：当激光束聚焦在工作表面上时，高能量密度的激光束将物料加热至高温，使其熔化或蒸发。
助剂气体的喷射带走了熔化或蒸发的物料，实现了切割过程。
5. 控制系统：光纤激光切割机的控制系统包括电脑数控系统和驱动系统。
电脑数控系统通过预先编程的程序控制激光切割头的移动和功率调节，实现精确的切割。
驱动系统控制切割表面的移动，以达到所需的切割形状和尺寸。
总之，光纤激光切割机通过激光束的高能量密度和精确的控制技术，使物料在热效应下熔化、蒸发或燃烧，从而实现切割目的。
飞博光束可调光纤激光器控制软件 使用说明书
飞博光束可调光纤激光器控制软件使用手册本手册由上海飞博激光科技有限公司出版，适用于飞博PAM系列激光器。
本手册所包含的内容如有变更，恕不另行通知。
同时对使用本手册所包含的内容造成的任何损坏，包括但不限于印刷上的错误和其他与此出版物相关的错误，飞博激光公司不承担任何责任。
飞博激光科技有限公司保留在不另行通知的情况下，对本手册所包含的内容进行更改的权利。
目录1.控制软件安装 (3)1.1软件安装步骤 (4)1.2软件打开 (4)2.激光器控制软件说明 (5)2.1界面窗口介绍 (6)2.2控制软件连接 (7)2.3激光器工作模式 (100)2.4查看故障 (10)2.5设备状态 (10)2.6设备管理 (11)1.控制软件安装飞博点环激光器提供了一套功能完善的控制软件，具有完备的控制及详尽的状态监测功能，可以较好地满足用户日常使用以及问题排查与分析，其界面如下图激光器控制软件对电脑系统要求如下：操作系统：Microsoft Windows Window7/Window10内存：最小4G磁盘空间：300兆（包括安装软件和相应驱动所需的空间).1.1软件安装步骤随激光器配发的U盘中已预存了控制软件安装包，文件夹，如下图：1.2软件打开点击“飞博点环激光器控制软件”，运行后界面如下：2.激光器控制软件说明本软件是点环激光器控制操作软件。
主要完成以下功能：1）可控制飞博点环激光器。
2）可读取激光器的状态数据和配置数据，可控制激光器出光。
2.1界面窗口介绍本软件按信息的重要性与清晰程度进行科学安排,使窗口界面简单清爽。
如下图显示如上图，控制软件界面主要由3个部分成：（1）设备信息：机器序号，机器时间，到期时间，解锁，控制密码等功能。
（2）工作状态：机器工作状态指示灯，机器工作模式等。
（3）控制操作：激光器模式切换，电流设置，实时温度状态，和通道状态，报警状态等。
2.2控制软件连接接好串口线（RS232），开启激光器，打开控制软件，选择相应串口号（如下图COM3），在选择合适的设备类型，如下图，并建立连接。
光纤激光切割机的部件介绍
光纤激光切割机的部件介绍光纤激光切割机是一种高精度、高效率的切割设备，广泛应用于金属加工行业。
它是由多个关键部件组成的，下面将对这些部件进行介绍。
1. 光纤激光器：光纤激光切割机的核心部件，产生高能量、高聚束度的激光束。
光纤激光器通常采用光纤输出，具有紧凑结构、高光电转换效率和长寿命等优点。
2. 光纤传输系统：将光纤激光器产生的激光束传输到切割头。
它由光纤、光束导向系统和光纤对接头等组成。
光纤传输系统能够有效地将激光束引导到切割区域，减少能量损失和光束质量的降低。
3. 切割头：负责聚焦激光束并进行切割的部件。
切割头内部包含透镜和气体嘴等元件，通过控制透镜与工件的距离来实现焦点位置的调整，从而控制切割质量和速度。
4. Z轴升降系统：用于控制切割头在垂直方向的运动。
通过调节Z轴的位置，可以实现对切割深度和焦距的调整，以适应不同的切割要求。
5. 工作台：承载和固定待切割的工件，并提供必要的运动控制。
工作台通常具有X轴和Y轴两个方向的运动，可以实现二维切割。
一些高级光纤激光切割机还具有旋转工作台，可以实现三维切割。
6. 运动控制系统：用于控制光纤激光切割机各个部件的运动。
它包括伺服电机、数控系统和运动控制软件等。
运动控制系统能够精确地控制各个部件的位置和速度，以实现高精度的切割。
7. 气体供应系统：提供用于切割过程中的辅助气体，如氧气、氮气和辅助气体等。
这些气体能够起到冷却和清洁切割区域的作用，以提高切割质量和效率。
8. 排烟系统：用于排出切割过程产生的烟尘和废气，以保持切割区域的清洁和操作人员的健康。
以上是光纤激光切割机的部件介绍。
这些部件的协同工作，实现了高效、精确的金属切割，广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备等领域。
随着技术的不断进步，光纤激光切割机的性能和应用领域还将不断拓展。
光纤激光器的控制系统
光纤激光器的控制系统随着激光器在切割、焊接、表面处理等广泛应用。
文中设计了应用于激光打标的功率控制系统，采用数字电位器方式使激光器的性能得到大幅提高，硬件电路设计结构简单、系统响应速度快，不需要额外器件，成本低廉、功能齐全、实用性强。
1、系统总体设计1.1、控制系统设计控制系统主要由单片机MC9S12XDP512、开关电源PC0-6131、数字电位器DS1867、数字温度传感器DS18B20、LCD1602显示器、键盘和报警装置等组成。
系统进行读写操作时，光纤激光器输出功率由单片机进行控制调节，提供所需要的激光功率，功率设定时，由单片机MC9S12XDP512对数字电位器DS1867输出电阻进行控制，以改变开关电源控制端的输入电压，使开关电源的输出电流改变，得到光纤激光器输出功率所需要的驱动电流，从而实现激光输出功率的变化。
同时利用数字温度传感器对光纤激光器工作环境温度进行采集，利用单片机实现对温度数据的处理，当温度超出规定的40℃时，单片机会控制发光二级管进行温度报警，并利用LCD显示装置显示信息，用户可实时了解激光器的工作情况。
1.2、控制原理激光器为电流型驱动器件，驱动电流是输出光功率的前提，通过改变激光器电源电流的大小来改变激光器的输出功率。
系统控制激光器的输出功率的基本方法是：由单片机控制数字电位器DS1867的输出电阻，使开关电源控制端的电压改变，从而控制了开关电源的输出电流，改变光纤激光器功率的输出。
数字电位器DS1867的输出电阻由式(1)计算R=D×RWL+RW (1)其中，RW为滑臂电阻，即为内部电位器电子开关电阻，通常RW≤100 Ω，典型值为40 Ω；RWL为数字电位器DS1867内部电子阵列中每个电阻单元的阻值；D为输入的数字量。
根据光纤激光器功率控制的要求，即用户对光纤激光器的输出功率性能的要求，设计出用户要求的10等级功率输出产品，不同的功率等级输出对激光打标的对象有不同的要求。
激光设备电气控制系统介绍讲解课件
稳定性
稳定性是指激光设备电气控制系统在长时间运行过程中保持稳定的能力。该系统 采用了先进的控制算法和优化设计，确保了在各种复杂环境条件下都能够稳定运 行。
稳定性还体现在其对外部干扰的抑制能力。在生产过程中，各种外部因素可能会 对设备产生干扰，而该系统能够有效地抑制这些干扰，确保设备的正常运行。
安全性
液压元件
如液压缸、液压阀等，在需要大功率驱动时使用，提高执行机构的 刚性和精度。
传感器及检测系统
位置传感器
检测执行机构的位移和位置， 实现位置闭环控制。
速度传感器
检测执行机构的转速和速度， 实现速度闭环控制。
激光功率传感器
检测激光器的输出功率，确保 激光加工的质量和效果。
安全传感器
用于设备安全防护，如光幕传 感器、压力传感器等，防止设 备在运行过程中出现危险情况
安全性是指激光设备电气控制系统具有完善的安全保护功能。该系统采用了多重安全保护机制，确保 了设备和人员的安全。
安全性还体现在其符合各种安全标准和规范的能力。在设计和制造过程中，该系统严格遵守了各种国 家和国际安全标准，从而确保了设备和人员的安全。
智能性
智能性是指激光设备电气控制系统具有高度智能化的特点。该系统采用了先进的控制算法和人工智能技术，能够自动适应各 种复杂环境条件下的工作需求。
激光设备电气控制系统介绍 讲解课件
• 激光设备概述 • 激光设备电气控制系统基本组成 • 激光设备电气控制系统工作原理 • 激光设备电气控制系统特点与优势
• 激光设备电气控制系统未来发展趋 势与挑战
• 激光设备电气控制系统案例分析
01
激光设备概述
激光设备的定义与分类
激光设备的定义
激光设备是一种能够产生激光束的装 置，它利用受激辐射产生高能量密度 的光束，具有高亮度、单色性好、方 向性强等优点。
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器开关电源控制系统设计作者：庄圆陆荣鑑王立杰来源：《艺术科技》2019年第16期摘要：光纤激光器是近几年发展起来的新型激光器，其光电转换效率高，已广泛应用于金属切割。
而其开关电源的控制系统是整个光纤激光器的心脏，开关电源控制性能的好坏直接影响强激光器电源的稳定性和可靠性，从而影响激光器输出激光的稳定性和可靠性。
不仅如此，控制系统也对开关电源的数字化、模块化、可靠性以及稳定性起着决定性意义。
本激光电源为光纤激光器开关电源，与以往的激光电源有较大的不同：采用dsPIC数字信号控制器实现PWM信号的输出、控制、检测，对三相电压进行缺相保护等一系列功能，同时采用CAN总线式通信方式来实现上位机与下位机信息的显示交流、信号的控制。
关键词：光纤激光器;开关电源;IGBT驱动;CAN总线;dsPIC0 引言光纤激光器由于具有相对理想的光束质量、超高的转换效率、完全免维护、高稳定性以及体积小等优点，对传统的激光行业产生了巨大而积极的影响。
其开关电源作为激光器的核心器件，在激光加工技术的应用中扮演着至关重要的角色，光纤激光器开关电源的性能直接决定着激光器的技术水平。
[1]国外在很早就把开关电源应用在激光器上，大功率开关电源控制技术已很成熟。
国外激光电源已经逐步从模拟控制系统转为数字化控制系统，[2]数字化控制系统主要是应用 51单片机或DSP数字信号处理器来控制。
DSP数字信号处理器大多集成了ADC与PWM模块以及极高的运算速度，让DSP较容易与控制系统形成闭环，并能快速作出相应的控制算法及保护措施。
[3]先进的激光器开关电源控制系统是提高激光电源性能的重要技术指标，我国多个厂家也在研制小功率激光器用以开关电源。
开关电源的特点是功率密度高，电压电流控制精度高、效率高、控制灵活，可以实现数字化控制。
[4]1 开关电源工作原理三相交流电压输出电压为380V交流电压，经整流滤波后输出直流380V给IGBT驱动电路供电，dsPIC输出可调制PWM脉冲来驱动IGBT驱动电路实现逆变，再经过变压器变压，并经整流滤波至96V电压来触发谐振腔实现放电，同时对变压器初次两级进行电流检测和反馈。
光纤激光器开关电源控制系统设计
光纤激光器开关电源控制系统设计1. 引言1.1 研究背景在当今社会，光纤激光器已经被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域，其开关电源控制系统设计对于保证激光器正常工作具有重要意义。
随着科技的不断进步和人们对高效、稳定及可靠性的需求增加，光纤激光器的控制系统设计成为了一个研究热点。
过去的光纤激光器开关电源控制系统设计存在着一些问题，例如：控制系统的稳定性不高、响应速度较慢、能耗较大等。
为了解决这些问题，需要对光纤激光器开关电源控制系统进行深入研究和优化设计。
在这样的背景下，开展对光纤激光器开关电源控制系统设计的研究具有重要意义。
通过优化设计，可以提高系统的控制精度和稳定性，减少系统能耗，提高工作效率，从而更好地满足不同领域对光纤激光器的需求。
1.2 研究意义光纤激光器开关电源控制系统是现代通信领域中非常重要的一个技术。
其在光通信、激光加工、医疗器械等领域都有着广泛的应用。
光纤激光器作为高性能、高效率的激光器件，其开关电源控制系统设计对于确保激光器的稳定性、效率性以及安全性至关重要。
在实际应用中，光纤激光器的性能和功率受到开关电源控制系统的直接影响。
对于光纤激光器开关电源控制系统的设计具有非常重要的意义。
通过对系统的设计、方法、实施、效果评估以及应用等方面的研究，可以提高光纤激光器的性能与稳定性，同时降低系统的能耗与成本。
1.3 研究目的本文旨在设计一个光纤激光器开关电源控制系统，旨在实现对光纤激光器的精确控制和稳定运行。
具体目的包括：探讨光纤激光器开关电源控制系统的设计原理，深入理解系统各部分的功能和工作原理；提出一种有效的设计方法，通过理论分析和仿真验证，确保系统设计方案的可行性和稳定性；实施所设计的系统，包括硬件搭建、软件编程等具体操作步骤，实现系统的完整构建和调试；评估系统的实际效果，分析系统在控制光纤激光器过程中的性能表现；探讨光纤激光器开关电源控制系统在实际应用中的潜在价值和发展前景，为未来相关研究提供参考和启示。
IPG大功率光纤激光器 内部普及版(独家)
光纤激光器外观
光纤
QBH
光纤激光的传输原理
光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂的工艺拉制而成。 光纤中心部分(芯Core)＋同心圆状包裹层(包层Clad)＋涂覆层
包层 芯
树脂被覆层
特点：ncore>nclad 光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下去。
光纤结构图
套层 外包层 纤芯 一次涂覆层
激光模块的组合
+
+
+
+
= xxx kW
Modular Multi-KW Fiber Laser Very High Beam Quality
激光模块的监控
功率显示
模块温度显示 模块选择显示
激光模块电源
激光模块电源
电源状态监控
电源状态显示
典型制冷机组
连接方式
IPG标配的两种制冷机
IPG WW chiller
YLR-xx- yy-WW series
YLR-xx- yy-QCW series
S2(4,6)-xx series, remote BS
C2-xx series, remote FFC
WA-xx series, remote WA chiller
WW-xx series, remote WW chiller
Multimode Fiber Laser with internal 2-ways Beam Switch on top
内置两路光闸
P ≥ 3000 W
YLR-2000-S2T-QCW Fiber Laser
Peak Peak Power Power (@ (@ workpiece) workpiece) Wave Wave Length: Length: Internal Internal 2-ways 2-ways BS BS installed installed Feeding Feeding Fiber Fiber Diameter Diameter 50 50 µm µm Process Process Fiber Fiber Diameter Diameter 100 100 µm µm Process Process Fiber Fiber Length Length BPP BPP Footprint Footprint Hight Hight Power Power Consumption Consumption Wall Wall Plug Plug Efficiency Efficiency up up to to 50m 50m 3 3 mm mm x x mrad mrad 856 856 x x 806 806 mm mm 1186 1186 mm mm max. max. 7 7 kW kW ~ ~ 30 30 % % 1070 1070 nm nm 4.0 4.0 kW kW
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光纤激光器的控制系统
随着激光器在切割、焊接、表面处理等广泛应用。
文中设计了应用于激光打标的功率控制系统，采用数字电位器方式使激光器的性能得到大幅提高，硬件电路设计结构简单、系统响应速度快，不需要额外器件，成本低廉、功能齐全、实用性强。
1、系统总体设计
1.1、控制系统设计
控制系统主要由单片机MC9S12XDP512、开关电源PC0-6131、数字电位器DS1867、数字温度传感器DS18B20、LCD1602显示器、键盘和报警装置等组成。
系统进行读写操作时，光纤激光器输出功率由单片机进行控制调节，提供所需要的激光功率，功率设定时，由单片机MC9S12XDP512对数字电位器DS1867输出电阻进行控制，以改变开关电源控制端的输入电压，使开关电源的输出电流改变，得到光纤激光器输出功率所需要的驱动电流，从而实现激光输出功率的变化。
同时利用数字温度传感器对光纤激光器工作环境温度进行采集，利用单片机实现对温度数据的处理，当温度超出规定的40℃时，单片机会控制发光二级管进行温度报警，并利用LCD显示装置显示信息，用户可实时了解激光器的工作情况。
1.2、控制原理
激光器为电流型驱动器件，驱动电流是输出光功率的前提，通过改变激光器电源电流的大小来改变激光器的输出功率。
系统控制激光器的输出功率的基本方法是：由单片机控制数字电位器DS1867的输出电阻，使开关电源控制端的电压改变，从而控制了开关电源的输出电流，改变光纤激光器功率的输出。
数字电位器DS1867的输出电阻由式(1)计算
R=D×RWL+RW (1)
其中，RW为滑臂电阻，即为内部电位器电子开关电阻，通常RW≤100 Ω，典型值为40 Ω；RWL为数字电位器DS1867内部电子阵列中每个电阻单元的阻值；D为输入的数字量。
根据光纤激光器功率控制的要求，即用户对光纤激光器的输出功率性能的要求，设计出用户要求的10等级功率输出产品，不同的功率等级输出对激光打标的对象有不同的要求。
经实验得出，系统设计需要开关电源输出电流的变化范围为0～12 A，功率对应电流线性输出，允许功率稳定度有1％的误差波动。
把光功率分成10个等级输出，输入数字量D的值如表1所示，可以通过查表实现。
2、系统的硬件设计
2.1、单片机的选择
单片机MC9S12xDP512是Freescale公司生产的一种16位器件，其包括大量的片上存储器和外部I／O。
由16位中央处理单元(CPU12X)、512 kB程序Flash、12 kB RAM、8 kB 数据Flash组成片内存储器。
同时还包含两个异步串行通信接口(SCI)、一个串行外设接口(SPI)、一个8通道输入捕捉／输出比较(IC／OC)定时模块(TIM)、16通道12位A／D转换器(ADC)和一个8通道脉冲宽度调制模块(PWM)。
MC9S12XD512具有91个独立的数字I ／O口，其中某些数字I／O口具有中断和唤醒功能。
该单片机功能强大、运算速度快、可
扩展性强，能进行多任务操作等特点。
2.2、开关电源PGO-6131
系统选用的开关电源PCO-6131满足光纤激光器的输出功率要求，开关电源的输入电压为24±4 V，输出电流的变化范围0～125 A，输出电压20～28 V，控制端输入电压为0～5 V 或0～10 V，工作环境温度为0～40℃。
2.3、数字电位器
系统选用的数字电位器为DS1867，电阻可调的范围为0～10 kΩ，数字电位器DS1867包含两个256等级的输出电位器，通过串行方式进行编程，占用I／O口数目少，内含EEPROM，使系统掉电后还能保存用户的上次设置。
通过串行传递数据包实现对数字电位器的输出控制。
2.4、温度传感器
系统选用美国Dallas公司推出的DS18B20数字温度传感器，规定工作电压3．0～5．5 V，温度测量范围-55～125℃，在-10～85℃范围内测量精度为±0．5℃。
该传感器为单线数字温度传感器，根据时序要求在单总线上发送控制命令和数据。
传感器输出的温度信号是数字信号，在单总线上传输时抗干扰性强、可靠性高，其外部硬件电路简单，只需在总线上加一个上拉电阻即可，有效地降低了硬件电路的复杂程度，提高了系统的稳定性和可靠性。
2.5、液晶显示器
系统采用LCD1602液晶显示模块支持2行×16字符和5×7点阵两种模式，显示对比度和背光亮度均可调，由驱动器和液晶显示屏两部分组成，单片机通过写控制字方式访问驱动器，以实现对液晶显示屏的控制，单片机根据相应的程序将所需的信息显示出来，方便用户观察。
2.6、键盘
键盘在时钟控制下不断地循环扫描，并根据扫描信号、对应键盘的相应信号来确定键盘按键位置，并通过矩阵键盘配合液晶显示器进行交互。
光纤激光器功率控制硬件系统采用单片机实现对光纤激光器的控制，其中单片机MC9S12XDP512的PB口与LCD的D0～D7相连接，PS0、PS1、PE0与LCD的RS、RW、E相连接，用以显示激光输出功率的等级和激光器工作环境的温度。
PA5与DS18b20的DQ 相连接，PA0～PA2分别与DS1867的RST、CLK、DQ相连接，PA3、PA4连接了两个发光二极管进行温度的报警与工作正常指示，二极管分别为红色和绿色，PA6、PA7连接两个独立式按键进行对激光器功率的控制，调节激光器输出功率的等级，利用PE1作为外部中断，以对工作环境温度过高时进行报警提示。
其中，U1是数字电位器DS1867；U2是单片机MC9S12XDP512；U3是开关电源PC0—6131；U4是温度传感器DS18B20。
数字电位器DS1867的输出端与开关电源PCO-6131的控制端相连接，开关电源的输出端与光纤激光器连接。
3、系统软件设计
光纤激光器功率控制系统的程序首先将对显示器LCD和温度传感器DS18B20进行初始
化设置，然后利用中断处理程序完成用户对光纤激光器功率的控制。
系统上电后对系统进行复位操作，使各个相关器件归为初始状态。
激光器工作环境的温度超过规定温度值时，发光二级管进行报警，并进行中断处理，激光器将停止工作；如果激光器在正常温度的环境下工作，则不进行中断处理，温度传感器将继续检测环境温度，如此循环。
4、实验结果
通过光纤激光器控制系统的硬件连接图可知，用按键来选择激光输出功率的等级，共分为1～10等级，调节的步长为1级，通过加减按键来设定用户需要的功率等级，单片机通过表1设置的电位器输入数字量D来控制数字电位器的阻值，从而得到用户所选择的激光功率输出值，由LCD显示出激光器环境的温度数值和功率等级。
5、结束语
通过单片机、键盘及显示器组成的人机交互接口实现对光纤激光器电源电流的控制，从而改变光纤激光器的输出功率，还实现了激光器所在环境温度的显示、高温报警、定时控制的功能。
文中设计了光纤激光器的功率控制系统，其相关的设计应用方法对其他仪器的设计和问题的解决也有一定的参考价值。