不同和復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中的激光應(yīng)用工業(yè)電源設(shè)計(jì)

在不同和復(fù)雜的工業(yè)應(yīng)用中使用電源對(duì)設(shè)計(jì)人員來說是一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn)。尺寸，功率和效率等因素會(huì)影響設(shè)計(jì)，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(yīng)對(duì)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(jìn)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(yīng)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(shí)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(yīng)快速脈沖負(fù)載而設(shè)計(jì)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(fù)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(duì)電源的要求非常高，需要強(qiáng)大的保護(hù)和高效的設(shè)計(jì)。”

快速和瞬態(tài)響應(yīng)是當(dāng)前要求的工業(yè)電源需求的一個(gè)例子。對(duì)于軍事和5G無(wú)線電通信，醫(yī)療粒子束加速器和超級(jí)計(jì)算機(jī)，這也是一個(gè)普遍關(guān)注的問題。在此類應(yīng)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(dǎo)體。驅(qū)動(dòng)電流的變化等效于波長(zhǎng)的變化，因此，等效于輸出功率的變化。驅(qū)動(dòng)電流的任何不穩(wěn)定性（噪聲，漂移，瞬變）都會(huì)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(zhǎng)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(gè)過大電流脈沖可能會(huì)過熱并損壞從激光二極管發(fā)射光的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)器和電源是為任何應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)度調(diào)制器的外部調(diào)制。激光電源負(fù)責(zé)確保激光的正常運(yùn)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(yùn)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(duì)電源進(jìn)行精確計(jì)時(shí)，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(shè)計(jì)電源時(shí)，我們感興趣的一些關(guān)鍵因素是：應(yīng)用中脈沖負(fù)載的頻率是多少？脈沖負(fù)載的幅度是多少？脈沖負(fù)載的壓擺率是多少？長(zhǎng)時(shí)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(shí)際電源負(fù)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(duì)電源的調(diào)整做一些更精細(xì)的改進(jìn)，以更好地支持較長(zhǎng)的使用壽命。我們可以做的另一件事是就更好地適應(yīng)負(fù)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(dá)10,000個(gè)周期的電源脈沖管理可將電源的性能帶到測(cè)試中。設(shè)計(jì)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(yīng)用需求，從而滿足瞬態(tài)響應(yīng)。這使電源具有成本效益，并延長(zhǎng)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(gè)新的水平。它旨在滿足小型工業(yè)設(shè)備的需求，例如機(jī)器人技術(shù)或科學(xué)和生命科學(xué)的RF設(shè)備-其中重量和尺寸是關(guān)鍵設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)整流器同時(shí)集成了RS485和雙冗余I2C通信總線，使其可以在廣泛的應(yīng)用中使用。

所有新型CC系列整流器均采用無(wú)風(fēng)扇熱管理技術(shù)，以更好地引導(dǎo)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)更高的功率密度和整個(gè)系統(tǒng)的效率。

激光制造商試圖將激光設(shè)備容納在密閉的機(jī)柜中，并使水循環(huán)通過相同的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)了一步。因此，我們要做的就是創(chuàng)建一個(gè)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(shè)計(jì)了散熱器，以便它們將熱量傳導(dǎo)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(jí)96％的效率。