不同和复杂工业环境中的激光应用工业电源设计

　　作者：Maurizio Di Paolo Emilio

在不同和复杂的工业应用中使用电源对设计人员来说是一个独特的挑战。尺寸，功率和效率等因素会影响设计，因此必须予以考虑。ABB正在与工业客户合作，以​​发现并应对能源挑战。该公司的CC系列电源产品线已更新为CC2725和CC3500，以帮助进行精确的电源调整。这些新器件为要求苛刻的工业和RF应用提供了紧凑，轻巧，高功率密度的解决方案。

ABB Power Conversion CC系列产品线的产品经理Jim Montgomery在接受《电力电子新闻》采访时指出，这些新电源不需要任何空气冷却。这些解决方案是专门为适应快速脉冲负载而设计的，例如，您是从用于切割金属或焊接的工业激光器接收的负载类型。激光并非总是可触及的，它以脉冲形式工作，您必须改变脉冲，以免引起金属变形或灼伤。因此，它们必须产生脉冲光。这些脉冲对电源的要求非常高，需要强大的保护和高效的设计。”

快速和瞬态响应是当前要求的工业电源需求的一个例子。对于军事和5G无线电通信，医疗粒子束加速器和超级计算机，这也是一个普遍关注的问题。在此类应用中，需要快速提升功率以确保正常工作。

激光电源

激光二极管是电流敏感的半导体。驱动电流的变化等效于波长的变化，因此，等效于输出功率的变化。驱动电流的任何不稳定性（噪声，漂移，瞬变）都会影响其性能。电流的不稳定性将影响结的温度，例如引起波长的变化。  

向激光器提供能量并非易事。激光非常敏感，容易损坏。持续数微秒的单个过大电流脉冲可能会过热并损坏从激光二极管发射光的半导体结构。驱动器和电源是为任何应用提供最佳工作条件的常用方法。通常，有两种可能性来调制光源的强度。一种是通过直接调制的光源，第二种是通过使用外部强度调制器的外部调制。激光电源负责确保激光的正常运行，这决定了激光的寿命。电流和适量的电压被连续监控，以为激光系统的运行提供可靠的能源。脉冲或调制二极管激光器需要电源解决方案，这些电源解决方案需要对电源进行精确计时，以使光脉冲保持恒定。气体激光器（例如二氧化碳（CO2））使用具有高压的开关电源模型。 

“设计电源时，我们感兴趣的一些关键因素是：应用中脉冲负载的频率是多少？脉冲负载的幅度是多少？脉冲负载的压摆率是多少？长时间的1％的占空比与一半的1％的占空比是什么？我们与客户协调以确定类似的参数，并与他们合作以确保我们的电源能够满足他们的需求。它还有助于了解其他参数，例如实际电源负载下的电感和电容。因此，如果我们可以从客户那里获得该信息，则我们可以对电源的调整做一些更精细的改进，以更好地支持较长的使用寿命。我们可以做的另一件事是就更好地适应负载的能力向客户提出建议。因此，如果我们可以采取这些步骤，

ABB解决方案

每秒高达10,000个周期的电源脉冲管理可将电源的性能带到测试中。设计人员使用ABB的专有技术来生成控制回路，从而可以调节功率以满足各种应用需求，从而满足瞬态响应。这使电源具有成本效益，并延长了组件的使用寿命。

ABB的新型CC2725AC48整流器将功率密度提高到了一个新的水平。它旨在满足小型工业设备的需求，例如机器人技术或科学和生命科学的RF设备-其中重量和尺寸是关键设计驱动力（图1和2）。CC2725AC34TZL整流器具有非常宽的可编程输出电压能力。

图1：CC2725AC34TZL，传导冷却电源（来源：ABB）

图2：CC3500AC52FB的效率（来源：ABB）

CC3500AC52FB整流器具有非常宽的可编程输出电压功能。该标准整流器同时集成了RS485和双冗余I2C通信总线，使其可以在广泛的应用中使用。 

所有新型CC系列整流器均采用无风扇热管理技术，以更好地引导和管理热量并维持最佳额定功率水平。金属外壳允许使用传导冷却来去除过多的热量。整流器可与现有的冷却解决方案配合使用，从而实现更高的功率密度和整个系统的效率。

激光制造商试图将激光设备容纳在密闭的机柜中，并使水循环通过相同的结构进行冷却。“使用新型冷却系统的需求使我们朝着这一解决方案迈进了一步。因此，我们要做的就是创建一个电源，在该电源中，我们卸下了传统的空气冷却散热器，并重新设计了散热器，以便它们将热量传导到电源的上表面。这样电源的上表面就变成了散热器。客户通常在激光器内部已经装有冷却板。因此，我们可以与他们一起寻找电源空间，以使其能够利用该冷却板。”蒙哥马利说。

新电源的输出电压范围和效率为：

CC2725AC34TZL  – 28-36伏直流（VDC）输出范围和94％的效率。

CC2725AC48TZL  – 30-58VDC输出电压范围和95％的效率。

CC3500AC52TZL  – 42-53VDC输出范围和80 PLUS钛级96％的效率。

编辑：hfy