不同和復雜工業(yè)環(huán)境中的激光應用工業(yè)電源設計

在不同和復雜的工業(yè)應用中使用電源對設計人員來說是一個獨特的挑戰(zhàn)。尺寸，功率和效率等因素會影響設計，因此必須予以考慮。ABB正在與工業(yè)客戶合作，以??發(fā)現(xiàn)并應對能源挑戰(zhàn)。該公司的CC系列電源產(chǎn)品線已更新為CC2725和CC3500，以幫助進行精確的電源調(diào)整。這些新器件為要求苛刻的工業(yè)和RF應用提供了緊湊，輕巧，高功率密度的解決方案。

ABB Power Conversion CC系列產(chǎn)品線的產(chǎn)品經(jīng)理Jim Montgomery在接受《電力電子新聞》采訪時指出，這些新電源不需要任何空氣冷卻。這些解決方案是專門為適應快速脈沖負載而設計的，例如，您是從用于切割金屬或焊接的工業(yè)激光器接收的負載類型。激光并非總是可觸及的，它以脈沖形式工作，您必須改變脈沖，以免引起金屬變形或灼傷。因此，它們必須產(chǎn)生脈沖光。這些脈沖對電源的要求非常高，需要強大的保護和高效的設計。”

快速和瞬態(tài)響應是當前要求的工業(yè)電源需求的一個例子。對于軍事和5G無線電通信，醫(yī)療粒子束加速器和超級計算機，這也是一個普遍關(guān)注的問題。在此類應用中，需要快速提升功率以確保正常工作。

激光電源

激光二極管是電流敏感的半導體。驅(qū)動電流的變化等效于波長的變化，因此，等效于輸出功率的變化。驅(qū)動電流的任何不穩(wěn)定性（噪聲，漂移，瞬變）都會影響其性能。電流的不穩(wěn)定性將影響結(jié)的溫度，例如引起波長的變化。

向激光器提供能量并非易事。激光非常敏感，容易損壞。持續(xù)數(shù)微秒的單個過大電流脈沖可能會過熱并損壞從激光二極管發(fā)射光的半導體結(jié)構(gòu)。驅(qū)動器和電源是為任何應用提供最佳工作條件的常用方法。通常，有兩種可能性來調(diào)制光源的強度。一種是通過直接調(diào)制的光源，第二種是通過使用外部強度調(diào)制器的外部調(diào)制。激光電源負責確保激光的正常運行，這決定了激光的壽命。電流和適量的電壓被連續(xù)監(jiān)控，以為激光系統(tǒng)的運行提供可靠的能源。脈沖或調(diào)制二極管激光器需要電源解決方案，這些電源解決方案需要對電源進行精確計時，以使光脈沖保持恒定。氣體激光器（例如二氧化碳（CO2））使用具有高壓的開關(guān)電源模型。

“設計電源時，我們感興趣的一些關(guān)鍵因素是：應用中脈沖負載的頻率是多少？脈沖負載的幅度是多少？脈沖負載的壓擺率是多少？長時間的1％的占空比與一半的1％的占空比是什么？我們與客戶協(xié)調(diào)以確定類似的參數(shù)，并與他們合作以確保我們的電源能夠滿足他們的需求。它還有助于了解其他參數(shù)，例如實際電源負載下的電感和電容。因此，如果我們可以從客戶那里獲得該信息，則我們可以對電源的調(diào)整做一些更精細的改進，以更好地支持較長的使用壽命。我們可以做的另一件事是就更好地適應負載的能力向客戶提出建議。因此，如果我們可以采取這些步驟，

ABB解決方案

每秒高達10,000個周期的電源脈沖管理可將電源的性能帶到測試中。設計人員使用ABB的專有技術(shù)來生成控制回路，從而可以調(diào)節(jié)功率以滿足各種應用需求，從而滿足瞬態(tài)響應。這使電源具有成本效益，并延長了組件的使用壽命。

ABB的新型CC2725AC48整流器將功率密度提高到了一個新的水平。它旨在滿足小型工業(yè)設備的需求，例如機器人技術(shù)或科學和生命科學的RF設備-其中重量和尺寸是關(guān)鍵設計驅(qū)動力（圖1和2）。CC2725AC34TZL整流器具有非常寬的可編程輸出電壓能力。

圖1：CC2725AC34TZL，傳導冷卻電源（來源：ABB）

圖2：CC3500AC52FB的效率（來源：ABB）

CC3500AC52FB整流器具有非常寬的可編程輸出電壓功能。該標準整流器同時集成了RS485和雙冗余I2C通信總線，使其可以在廣泛的應用中使用。

所有新型CC系列整流器均采用無風扇熱管理技術(shù)，以更好地引導和管理熱量并維持最佳額定功率水平。金屬外殼允許使用傳導冷卻來去除過多的熱量。整流器可與現(xiàn)有的冷卻解決方案配合使用，從而實現(xiàn)更高的功率密度和整個系統(tǒng)的效率。

激光制造商試圖將激光設備容納在密閉的機柜中，并使水循環(huán)通過相同的結(jié)構(gòu)進行冷卻。“使用新型冷卻系統(tǒng)的需求使我們朝著這一解決方案邁進了一步。因此，我們要做的就是創(chuàng)建一個電源，在該電源中，我們卸下了傳統(tǒng)的空氣冷卻散熱器，并重新設計了散熱器，以便它們將熱量傳導到電源的上表面。這樣電源的上表面就變成了散熱器?？蛻敉ǔＴ诩す馄鲀?nèi)部已經(jīng)裝有冷卻板。因此，我們可以與他們一起尋找電源空間，以使其能夠利用該冷卻板。”蒙哥馬利說。

新電源的輸出電壓范圍和效率為：

CC2725AC34TZL– 28-36伏直流（VDC）輸出范圍和94％的效率。

CC2725AC48TZL– 30-58VDC輸出電壓范圍和95％的效率。

CC3500AC52TZL– 42-53VDC輸出范圍和80 PLUS鈦級96％的效率。