激光设备控制技术教材——第五章第二节讲解

第二节激光电源的能量控制技术

根据激光加工方法与工艺的不同要求，在加工过程中，激光器必须输出可以控制的能量。对能量的控制是对激光电源特性进行控制，技术主要有电流反馈控制和能量直接反馈控制两种方法。

一、激光能量的电流反馈控制

激光能量电流反馈控制系统由电源输入部分、电流变换电路、激光器、电流反馈电路、比较环节、电流设定电路和电流调节电路组成,系统框图如图5-8所示。

图5-8 激光能量电流反馈控制原理框图

电流负反馈是控制激光电源输出电流保持恒定的一种控制方式，是一种能量间接控制方式，其优点是控制电路比较简单，但也有能量控制不精确的缺点，造成能量控制不精确原因有以下两点：

1.激光输出功率与激光器的电流并不是成线性正比关系；

2.随着激光器使用时间的延长，电光转换效率显著降低，就会使输出激光能量减小，影响能量控制精度。

激光电源的电流控制技术：

1.分段波形控制技术

分段波形控制技术是指激光加工过程中需要在电源输出的一个脉冲波形内输出不同宽度和不同大小的电流组成一个完整的脉冲波形，如图5-9所示。从该图我们可以看出，在一个完整的波形图内可以分成几个小段，如段1、段2、段3和段4，由四个小段组成一个完整的电流波形。这四个小段的不同大小的电流组成一个完整的电流波形。

2.缓升缓降控制技术

缓升缓降技术是脉冲电流按一定可控制的波形大小变化进行输出，如图5-10所示。从该图我们可以看出，波形图分成三个阶段，起始阶段为缓升阶段，缓升阶段随着时间的改变电流不断增大，中间段是保持阶段，在保持阶段，电流保持基本不变；最后是缓降阶段，在缓降阶段，随时间的改变，电流线性下降。通过一个完整的缓升缓降控制技术，可以输出不同的电流，可以满足不同加工需要。

图5-10 激光电流缓升缓降波形图

二、激光能量直接反馈控制

能量负反馈激光电源的工作原理：在激光器的输出端增加一个能量检测装置，用来检测输出激光能是的大小，并将该信号实地反馈到控制单元，与理论设定的能量进行比较，形成一个闭环控制系统，然后实时地控制激光电源系统的电流，达到准确控制激光能量输出的目的。能量负反馈可以稳定每一个脉冲的激光能量，保证每一刻电流能量的稳定性，同时自动检测由于灯的老化引起的能量衰减，从而有效降低产品的不良率。图5-11为激光能量直接反馈控制技术框图，系统由激光输出控制系统、能量负反馈控制系统、比较环节和电源输入组成。

图5-11 激光能量直接反馈控制技术框图

能量直接负反馈是控制激光电源输出电流的大小以适应激光器输出能量保持恒定的一种控制方式，是一种能量直接控制方式。其的优点是能实现能量的精确控制，缺点是控制电路复杂，价格高。