浅析一种CO2 激光电源各组成部分电路结构

1 概述

当前CO2激光器及其雕刻机的应用逐渐增多。尽管激光电源电路结构形式繁多，使用元器件种类五花八门，但归纳起来也不外乎就是：开关电源、控制电路、保护电路与高压包等环节的有机组合。由市电供电的激光电源最为常用，其电路结构框图如图1所示。

图1 CO2激光电源框图

由图1可以看到，该电源内部由①到⑦的7个大功能环节相互关系。该7大功能环节的工作原理，在以下各节中予以阐述。

2 市电电源滤波器和整流电路

2.1 电源射频滤波器

市电电源滤波器和整流电路如图2所示。

为抑制激光电源运行时对电网的射频传导干扰，像通常的开关电源一样，市电输入端置入了电源滤波器L1和压敏电阻RV1，以及滤波电容C1、C2。桥式整流电路之前，串入负温度系数热敏电阻RT1，以降低开机瞬间平波大容量电容C4和C5(参见图3)中的大电流冲击。降低开机瞬间的电流峰值，不仅可以减小熔断器FU1的额定熔断值，提升整体电路的安全可靠程度;也从源头上大大减少了开机产生的瞬间干扰，这比被动地强化射频滤波更来得理智而有效。

2.2 高压对地放电的保护

与普通开关电源相比，多出了激光电源输出端开路时，50kV高压对地放电的保护单元：放电管VDF、电阻R1和电容C3。当电源输入端的保护零线PE未接通，又恰逢激光电源输出端未与激光管接通，并与地连接或对地产生弧光放电时，放电管VDF承受高压瞬间(1ns)即会迅速导通，高压电经整流桥N1负端p桥臂、热敏电阻RT1和电源滤波器L1与电网中的零线N连通，从而使电源内部所有与PE线连接的环节和器件，避免了50kV高压的袭击。

激光电源实际运用中，由于种种不文明行为，输入端的保护零线PE常常不与电网中的保护零线PE连接，倘若此时又适逢另一操作上的不文明行为——忘记将输出高压端与激光管连接好，开机时就会发生50kV高压对地放电的现象，此时若是没有VDF放电管的保护，就会发生毁机事故——激光电源内的主电路和控制电路以及辅助电源都会发生击穿，造成永久性破坏!

2.3 高压端对地放电保护时间勿超2 min

尽管有了VDF的保护，但因VDF的放电时间仅能限制在(1∽2) min，超出这段时间，VDF就会因永久性损坏而丧失保护功能。所以，这种保护也仅仅是一种权宜之计，并非一劳永逸之举。即使有了一劳永逸举措，仍然需要信守兢兢业业和有条不紊的工作准则。一旦哪次发现高压对地放电，当立即关机，纠正疏漏。

3 变换器主电路

3.1 半桥式DC/AC变换器

变换器主电路如图3所示，采用的结构形式为半桥式变换器，C4和C5串联将DC300V(来自图2输出端)电压一分为二，晶体管VT1和VT2串联构成“半桥”，二管连接点至C6之间即为输出端。C6称之为交流耦合(隔直)电容，增加稳定工作可靠性。晶体管1个管导通时，另一管截止，承受供电直流电压的全电压(即300V)。但高压包原边绕组却仅承受供电直流电压的一半，即C4或C5上的电压。半桥式DC/AC变换器适合输出几百VA的功率，经济性好。

3.2 高压包

两个高压包T1和T2的原边串联后，连接在半桥式DC/AC变换器的输出端，R2和C7构成尖峰电压吸收电路，尽可能地将尖峰电压抑制到最低程度，避免晶体管集-射极间的电压超限，最好留出余地，以确保工作过程中的稳定可靠性能。二高压包根据自身型号及规格，二原边绕组也可采用并联形式，副边串联以提高输出电压值。