CO2激光器高壓開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較

CO2激光器作為一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)切割、焊接等加工過程的激光器,其輸出功率水平和加工質(zhì)量很大程度上取決于激光器的高壓電源系統(tǒng)。高壓開關(guān)電源因其效率高、體積小的特點(diǎn),已成為CO2激光器電源的主流選擇。目前CO2激光器高壓開關(guān)電源主要有以下幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

第一種是硬開關(guān)脈沖電源,典型結(jié)構(gòu)是半橋LLC諧振電路。該電路利用LLC諧振器實(shí)現(xiàn)了零電壓或零電流切換,降低了開關(guān)器件的應(yīng)力。同時(shí)利用諧振原理獲得了穩(wěn)定的直流母線電壓,從而產(chǎn)生高質(zhì)量的激光脈沖輸出。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)效率高,但體積較大,調(diào)制頻率受限。

第二種是軟開關(guān)脈沖電源,典型是全橋LLC諧振電路。與半橋相比,全橋LLC拓?fù)淇梢詫?shí)現(xiàn)雙向功率傳輸,相位偏移控制可以有效抑制涌入電流,并實(shí)現(xiàn)了無縫切換。這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較高,但效率和功率密度都很高。

第三種是多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如使用多個(gè)低壓DC-DC變換器級(jí)聯(lián)獲得高壓輸出。這種拓?fù)淇梢酝ㄟ^分解電壓完成功率轉(zhuǎn)換,降低單個(gè)器件的電壓應(yīng)力,增強(qiáng)可靠性。但電路復(fù)雜,控制難度大。

第四種是多諧振結(jié)構(gòu),包含多個(gè)諧振轉(zhuǎn)換器,每個(gè)諧振轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)相位偏移的中間直流母線電壓,最后通過變壓器疊加。這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)百萬赫茲級(jí)別的高頻率激光脈沖輸出。

總體來說,半橋LLC諧振是最簡單經(jīng)濟(jì)的CO2激光器高壓開關(guān)電源結(jié)構(gòu),全橋LLC拓?fù)鋬?yōu)點(diǎn)是功率密度高、效率高,多電平和多諧振拓?fù)溥m用于大功率或高頻應(yīng)用,但控制和穩(wěn)定性更具挑戰(zhàn)性。未來CO2激光器高壓電源仍有很大的改進(jìn)空間,如器件技術(shù)的進(jìn)一步提升、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的創(chuàng)新等。我們期待著CO2激光器高壓電源技術(shù)能不斷突破瓶頸,為激光加工技術(shù)的進(jìn)步作出新的貢獻(xiàn)。