50瓦打標機Q驅動電源 50瓦Q驅動器

武漢同心和光電技術有限公司提供：50瓦打標機Q驅動電源 50瓦Q驅動器 QSD2750 50瓦打標機Q開關驅動器，，何凌云。

一、簡介

1.  概述

QSD系列聲光Q開關電源（Acousto-Optic Q-switch driver，或稱Q開關驅動器）是專門為各種型號聲光Q開關器件而設計的高驅動電源。它能夠接受外部的控制信號，產生相應的射頻信號并施加到Q開關元件進行激光有無控制及波形調制。QSD系列包括QSD-2750、QSD-2775、QSD-27100等多種型號，可驅動電氣參數相匹的不同廠家的聲光Q開關器件。本款Q驅動憑借獨特的控制方式和調制技術，制造的QSD系列Q開關電源性能穩定，工作可靠性高，多項技術指標達到或超過國際同類產品水平。

驅動器結構緊湊，外形美觀大方，操作簡單，維修方便。它可限度滿足激光刻標、激光醫療等應有領域。

2.  主要技術指標

QSD-2775 聲光驅動電源的主要技術參數如下：

工作頻率：   27.125MHz

射頻輸出功率：≥75W（工作溫度45℃時）

輸入電壓：    AC220V

輸入功率：    ＜180W

電壓駐波比：  ≤1.2（50Ω純電阻負載時）

 機箱尺寸：    19英寸2U上架式機箱（483×88×270mm）

3.  主要特點

（1）驅動器具有首脈沖抑制功率，它能緩慢地“打開”Q開關，有效的抑制個調制脈沖釋放的峰值功率，消除標刻加工中常見的俗稱為“火柴頭”現象，使每一個標刻點的深度更均勻。

（2）設有范圍為0.5KHz —5KHz 和5KHz —50KHz 的兩擋調制頻率。常規脈寬為5μs。

（3）可選擇外控頻率（TTL）輸入；此時脈寬可由用戶自行定義。

（4）模塊集成化結構，免焊接維修更換部件，維護更方便。

（5）內置溫度保護、過流保護。

（6）數顯表顯示內部頻率。

（7）Q頭保護接口。

二、工作原理及結構

1.  Q開關元件結構及工作原理

1.1  結構

Q開關元器件主要由石英體、壓電換能器、阻抗匹配元件、射頻插座和殼體組成。（如圖一）

1.2  Q開關關斷激光原理

Q開關是激光光學系統中一個重要光學元件，它通過阻斷或不阻斷光的諧振通道來抑制或允許激光脈沖產生。（參閱圖二）

在不給壓電換能器施加射頻信號時，Q開關的石英晶體保持其原有的常規特性，由激光棒發射出來的平行光直接透過石英晶體，經后反光鏡反射再穿過石英晶體，返回激光棒，形成正常的諧振，壓電轉換器在石英晶體內產生超聲波，超聲波壓迫石英晶體使它原由的特性發生變化，透過石英晶體的光線的折射角度亦發生變化，經后反光鏡反射回的光線將偏離激光棒，諧振終止。由于激光光線返回激光棒是激發激光的必要條件，因此，給壓電換能器施加和撤除射頻信號，就可以控制激光的關斷和允許激光的輸出（參閱圖三）

1.3  Q開關進行Q調制

施加射頻信號期間，激發激光進程停止，此時激光棒仍然受泵浦光源的照射，繼續吸收并儲存能量，因而其中積累了大量能量。一旦撤除射頻信號，光路諧振通過回復，激光器將在短時間內釋放出峰值功率巨大的激光脈沖。在出光期間，有目的地給Q開關元件施加上一系列射頻脈沖群，周期性的關斷和釋放激光，是從平均功率相對低的激光器中獲得脈寬窄、峰值高的激光脈沖的絕妙手段。這種波形控制方式通常稱為Q調制。

1.4  Q開關的等效阻抗

Q開關元件的等效電氣線路如圖四所示。從外部看，它的阻抗Z=R+X（L，C，f）j ，其中X是電感L和電容C與頻率f的函數。對于確定的中心頻率（通常為27M、40M），調節L或C，總可以使X等于零，于是Z等于R，等效于純阻性50歐電阻，Q開關元件、傳輸導線、Q驅動器阻抗一定要匹配。（參閱圖四）

2.  Q開關驅動器元件結構及工作原理  

QSD-2775 聲光驅動電源主要由以下五個部分組成：（參閱圖五）

開關電源；射頻單元；主控板；對外接口；控制面板

 2.1  射頻單元

為了防止射頻泄漏干擾，射頻單元封閉在一個金屬盒里。它產生頻率為27.125M的射頻信號，并在主控板的控制下，輸出相應射頻包括序列波，從而控制Q開關元件的工作。射頻單元出現過熱、輸出端短路或開路時會向主控板發出保護信號使驅動單元動作，無射頻信號輸出。

射頻單元的頻率很高，波形失真小。因而驅動純阻性50歐的Q開關元件時、傳輸導線的波阻抗與射頻單元不匹配，射頻反射與駐波比會變大，必須調整Q開關元件的波阻抗使它與驅動器相匹配，否則，射頻反射過大，將會損壞驅動器！

注意：必需用50歐特性阻抗的同軸電纜連接驅動器和Q開關元件。

2.2  主控板

主控板是驅動器的控制中樞，包括控制電源、調制脈沖的產生、控制方式及保護邏輯等四部分電路。它接受來自面板和外控接口的信號，控制和保護射頻單元的工作，同時，它把驅動運行的狀態信號輸到面板和外控接口。

2.2.1  控制電源

控制電源給主控板提供+15V、-15V、+5V、+12V工作電源。

2.2.2  調制脈沖的產生

驅動器內部的脈沖發生單元是典型的壓/頻（V/F）轉換線路。改變壓/頻（V/F）轉換器的輸入電壓，可以線性地調節調制脈沖的重復頻率。輸入電壓越高，頻率越高。外部頻率脈寬調制則依靠電腦板卡等輸出的頻率脈寬信號（TTL）注入外頻接口來實現。

2.2.3  控制方式

 (1) M1控制方式（參閱圖六）

MI方式是一種帶有Q調制功能和首脈沖抑制的控制方式。在出光控制信號（圖中為低電平）有效期間，驅動器輸出的射頻信號會自動迭加上一串調制脈沖信號進行波形調制。調制脈沖周期為T2，出光時間為T3，首脈沖下降時間T1。一般地，調節面板上的頻率調節電位器即可改變脈沖調制的周期（重復頻率）。

在出光控制信號有效之前，射頻信號施加了相對長的時間，因而激光棒內積累了相對多的能量，因此，個激光脈沖的峰值功率比后序脈沖的高的多，個燒蝕點深度也比后序的深的多，出現俗稱“火柴頭”的現象。這是傳統驅動器很難解決的問題。

因此，QSD系列驅動器引入首脈沖抑制功能。從出光控制信號有效的個沿起，射頻包絡線在T1時間內緩慢下降，使Q開關元件緩慢打開，抑制個激光脈沖的峰值功率，使首脈沖的峰值功率跟后序脈沖的相等，消除“火柴頭”現象，使標刻深度均勻。

出廠時標準配置為：T3=5μ，T1=150μs，調節T2時,T1、T3不改變，一般不需另外調節。如有特殊需要，請向本公司技術部咨詢。

(2) M2控制方式（參閱圖七）

M2方式是一種很少使用的特殊控制方式。

M2控制時序圖見圖六，圖中出光有效信號設置為低電平。從每一個出光有效信號前沿起，射頻信號包絡線在T1內緩慢下降，而后維持于出光狀態直至控制信號變為無效電平。控制信號一旦變為有效電平，射頻信號迅速出現并維持至控制信號再變為有效電平。M2方式經常應用于塑料和木材等材料的打標加工。

2.2.4  保護邏輯和出光電平選擇

當射頻單元內部過熱或外保護接點開路時，保護單元動作，保護邏輯將封鎖射頻輸出，以保護射頻單元的安全。同時報警指示燈（ALARM）亮，保護繼電器動作，向外輸出報警信號。

出光電平選擇是通過選擇開關（LEVEL）來進行的。撥至LOW時，外部打標信號高電平出光。撥至HIGH時，則低電平出光。

2.3  外控接口

驅動器設有外控接口，接收外部輸入信號并向外部輸出保護信號，外控接口由一只9芯計算機插頭引出，其內部線路見（圖八）。

其腳號及定義如下

1腳—外指示發光管公共地

2腳—外指示紅發光管    （＋）

3腳—外指示綠發光管    （＋）

4腳—外部頻率輸入      （TLL   ＋）

5腳—外部頻率輸入      （TLL   地）

6腳—外電壓   （壓頻轉換）   （地）

7腳—外電壓   （壓頻轉換）0—5V（＋）  （不建議使用）

8腳—打標信號          （TLL   地）

9腳—打標信號          （TLL   ＋）

驅動器配置有外保護接點三芯航插（參閱圖八）。保護節點短接，驅動器正常工作；節點斷開，驅動器工作在保護狀態，無射頻輸出。用戶可以在Q開關件上敷設一常見型的熱敏開關，將熱敏開關的常閉觸電接到外部保護接點，避免Q開關元件因過熱而損壞。

（面板上各按扭功能說明）

1：面板脈寬選擇開關M：M1：5us (金屬打標)   M2：無調制開、關。（非金屬打標）

2：CONTROL：INT（內部頻率調制）     EXT（外部頻率調制）

3：LEVEL：  LOW（平時為低電平，打標信號高電平有效TTL）

               HIGH（平時為高電平，打標信號低電平有效TTL）

4：OPERATION: 工作（綠燈）出光時綠燈亮，關斷時熄滅。

5：ALARM：   報警（紅燈） 保護接口未接好或Q頭超溫時亮，電源切斷射頻輸出。

三、驅動器與Q開關元件的阻抗匹配

Q開關元件（圖一）都裝有阻抗的匹配元件—可調電容或可調電感，用來調節Q開關元件的等效阻抗，使得它的網絡阻抗與Q驅動器相配。

請按下述方法對Q開關元件進行阻抗匹配。

• Q驅動器的射頻輸出端接到透過式射頻功率計再輸到Q開關元件。
• 將CONTROL（控制）開關下撥至INT（內控），模式開關下撥至M1，LEVEL（電平）開關下撥至LOW（低電平），打開主電開關通電，此時聲光電源輸出射頻功率。
• 測量駐波比，調節可調電容或可調電感，使駐波比越小越好。

駐波比越大，相應的反射功率就越大，越容易損害Q驅動器。同時，Q驅動器向外部發射的射頻干擾越大。因此，一定使Q開關元件網絡阻抗與Q驅動器相配，降低駐波比。一般地，駐波比應小于1.2。

四、安裝及操作說明

1.  安裝條件
2. 要給驅動器提供良好的通風散熱條件。驅動器兩側通風散熱空間的寬度不小于10cm，后面空間的深度不小于20cm。
3. 要保持驅動器表面清潔和干燥

2.  電氣安裝連線

• 接地：驅動器機殼通過電源插座接地。要求遵守電氣安全操作規則，保證機殼可靠接地。外殼另設的接地可減少射頻干擾。
• 電源用截面積為0.7—1平方毫米的銅芯線正確接入電源。注：QSD系列Q開關驅動器有AC220和AC110兩種供電方式。接線錯誤將導致驅動器損壞！
• 保險管：電源保險管為2A（在開關電源內部）。
• 外控接口：參閱圖八連接外控接口線，用戶可以根據自己的控制方式來配置外控接口。
• 外保護插頭：為了保護Q開關元件，用戶可以將Q開關元件上的熱敏開關（溫度正常時接通）接到外保護插頭上。或者，不采用外保護，直接把外保護插頭短接。
• 射頻輸出：用Q9插頭和50歐的射頻電纜做好連接線，將輸出端連接到Q開關元件上。

注意：要保證連接可靠。否則，射頻反射過大將影響驅動器的性能，甚至會導致驅動器損壞！

3.  操作流程說明

用戶在將驅動器與上位機連接之前，請按以下流程進行測試和調整。

• 按要求完成電氣安裝連接。
• 如果有條件，可用射頻功率計測量驅動器輸出功率（50W）和駐波比（1.2）。
• 在確保Q開關已有冷卻水的前提下上電，將主電開關Q—SWITCH POWER 撥至ON狀態開機。（面板見圖九）外電正常接入數顯表亮。
• 將CONTROL（控制）開關下撥至INT（內控）。模式開關M下撥至M1。LEVEL（電平）開關下撥至LOW（低電平），打開主電開關通電，此時聲光電輸出射頻功率控制聲光晶體關斷激光。
• 將LEVEL（電平）開關上撥至HIGH（高電平）位置，人為設置成高電平電位（機器為測試狀態），這時聲光電源輸出帶有脈沖調制的射頻功率，控制聲光晶體，使激光能量輸出。（通過ADJ.旋扭可改變調制頻率）。正常后將電平開關撥至LOW（低電平）待命。
• 如要使用外控接口，請將驅動器與外控卡連接(在打標機中通常為打標控制卡和D/A卡)，將（LEVEL）電平選擇開關撥至（LOW）狀態，由外控卡發出高電平TTL打標信號控制驅動器運行；此時綠燈閃爍。
• 如使用外控接口，控制開關撥至外控（EXT），外控的頻率為0.5KHz—50KHz；脈寬設置一般為3μS—20μS,視工作要求而定。(使用內部頻率或外部頻率,首脈沖抑制功能都是有效的。)

五、常見故障處理方法

隨機附件：

1、電源插頭連線     一根

2、三芯航插頭       一根

3、D9插頭和外殼    一套

4、Q9插頭          一只