50瓦打標(biāo)機(jī)Q驅(qū)動(dòng)電源 50瓦Q驅(qū)動(dòng)器

武漢同心和光電技術(shù)有限公司提供：50瓦打標(biāo)機(jī)Q驅(qū)動(dòng)電源 50瓦Q驅(qū)動(dòng)器 QSD2750 50瓦打標(biāo)機(jī)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器，，何凌云。

一、簡(jiǎn)介

1.  概述

QSD系列聲光Q開關(guān)電源（Acousto-Optic Q-switch driver，或稱Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器）是專門為各種型號(hào)聲光Q開關(guān)器件而設(shè)計(jì)的高驅(qū)動(dòng)電源。它能夠接受外部的控制信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的射頻信號(hào)并施加到Q開關(guān)元件進(jìn)行激光有無(wú)控制及波形調(diào)制。QSD系列包括QSD-2750、QSD-2775、QSD-27100等多種型號(hào)，可驅(qū)動(dòng)電氣參數(shù)相匹的不同廠家的聲光Q開關(guān)器件。本款Q驅(qū)動(dòng)憑借獨(dú)特的控制方式和調(diào)制技術(shù)，制造的QSD系列Q開關(guān)電源性能穩(wěn)定，工作可靠性高，多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)國(guó)際同類產(chǎn)品水平。

驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀大方，操作簡(jiǎn)單，維修方便。它可限度滿足激光刻標(biāo)、激光醫(yī)療等應(yīng)有領(lǐng)域。

2.  主要技術(shù)指標(biāo)

QSD-2775 聲光驅(qū)動(dòng)電源的主要技術(shù)參數(shù)如下：

工作頻率：   27.125MHz

射頻輸出功率：≥75W（工作溫度45℃時(shí)）

輸入電壓：    AC220V

輸入功率：    ＜180W

電壓駐波比：  ≤1.2（50Ω純電阻負(fù)載時(shí)）

 機(jī)箱尺寸：    19英寸2U上架式機(jī)箱（483×88×270mm）

3.  主要特點(diǎn)

（1）驅(qū)動(dòng)器具有首脈沖抑制功率，它能緩慢地“打開”Q開關(guān)，有效的抑制個(gè)調(diào)制脈沖釋放的峰值功率，消除標(biāo)刻加工中常見的俗稱為“火柴頭”現(xiàn)象，使每一個(gè)標(biāo)刻點(diǎn)的深度更均勻。

（2）設(shè)有范圍為0.5KHz —5KHz 和5KHz —50KHz 的兩擋調(diào)制頻率。常規(guī)脈寬為5μs。

（3）可選擇外控頻率（TTL）輸入；此時(shí)脈寬可由用戶自行定義。

（4）模塊集成化結(jié)構(gòu)，免焊接維修更換部件，維護(hù)更方便。

（5）內(nèi)置溫度保護(hù)、過(guò)流保護(hù)。

（6）數(shù)顯表顯示內(nèi)部頻率。

（7）Q頭保護(hù)接口。

二、工作原理及結(jié)構(gòu)

1.  Q開關(guān)元件結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1  結(jié)構(gòu)

Q開關(guān)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(guān)關(guān)斷激光原理

Q開關(guān)是激光光學(xué)系統(tǒng)中一個(gè)重要光學(xué)元件，它通過(guò)阻斷或不阻斷光的諧振通道來(lái)抑制或允許激光脈沖產(chǎn)生。（參閱圖二）

在不給壓電換能器施加射頻信號(hào)時(shí)，Q開關(guān)的石英晶體保持其原有的常規(guī)特性，由激光棒發(fā)射出來(lái)的平行光直接透過(guò)石英晶體，經(jīng)后反光鏡反射再穿過(guò)石英晶體，返回激光棒，形成正常的諧振，壓電轉(zhuǎn)換器在石英晶體內(nèi)產(chǎn)生超聲波，超聲波壓迫石英晶體使它原由的特性發(fā)生變化，透過(guò)石英晶體的光線的折射角度亦發(fā)生變化，經(jīng)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(fā)激光的必要條件，因此，給壓電換能器施加和撤除射頻信號(hào)，就可以控制激光的關(guān)斷和允許激光的輸出（參閱圖三）

1.3  Q開關(guān)進(jìn)行Q調(diào)制

施加射頻信號(hào)期間，激發(fā)激光進(jìn)程停止，此時(shí)激光棒仍然受泵浦光源的照射，繼續(xù)吸收并儲(chǔ)存能量，因而其中積累了大量能量。一旦撤除射頻信號(hào)，光路諧振通過(guò)回復(fù)，激光器將在短時(shí)間內(nèi)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(guān)元件施加上一系列射頻脈沖群，周期性的關(guān)斷和釋放激光，是從平均功率相對(duì)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(diào)制。

1.4  Q開關(guān)的等效阻抗

Q開關(guān)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(shù)。對(duì)于確定的中心頻率（通常為27M、40M），調(diào)節(jié)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(guān)元件、傳輸導(dǎo)線、Q驅(qū)動(dòng)器阻抗一定要匹配。（參閱圖四）

2.  Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器元件結(jié)構(gòu)及工作原理  

QSD-2775 聲光驅(qū)動(dòng)電源主要由以下五個(gè)部分組成：（參閱圖五）

開關(guān)電源；射頻單元；主控板；對(duì)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(gè)金屬盒里。它產(chǎn)生頻率為27.125M的射頻信號(hào)，并在主控板的控制下，輸出相應(yīng)射頻包括序列波，從而控制Q開關(guān)元件的工作。射頻單元出現(xiàn)過(guò)熱、輸出端短路或開路時(shí)會(huì)向主控板發(fā)出保護(hù)信號(hào)使驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)幼?，無(wú)射頻信號(hào)輸出。

射頻單元的頻率很高，波形失真小。因而驅(qū)動(dòng)純阻性50歐的Q開關(guān)元件時(shí)、傳輸導(dǎo)線的波阻抗與射頻單元不匹配，射頻反射與駐波比會(huì)變大，必須調(diào)整Q開關(guān)元件的波阻抗使它與驅(qū)動(dòng)器相匹配，否則，射頻反射過(guò)大，將會(huì)損壞驅(qū)動(dòng)器！

注意：必需用50歐特性阻抗的同軸電纜連接驅(qū)動(dòng)器和Q開關(guān)元件。

2.2  主控板

主控板是驅(qū)動(dòng)器的控制中樞，包括控制電源、調(diào)制脈沖的產(chǎn)生、控制方式及保護(hù)邏輯等四部分電路。它接受來(lái)自面板和外控接口的信號(hào)，控制和保護(hù)射頻單元的工作，同時(shí)，它把驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)輸?shù)矫姘搴屯饪亟涌凇?/P>

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(diào)制脈沖的產(chǎn)生

驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的脈沖發(fā)生單元是典型的壓/頻（V/F）轉(zhuǎn)換線路。改變壓/頻（V/F）轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，可以線性地調(diào)節(jié)調(diào)制脈沖的重復(fù)頻率。輸入電壓越高，頻率越高。外部頻率脈寬調(diào)制則依靠電腦板卡等輸出的頻率脈寬信號(hào)（TTL）注入外頻接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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(diào)制功能和首脈沖抑制的控制方式。在出光控制信號(hào)（圖中為低電平）有效期間，驅(qū)動(dòng)器輸出的射頻信號(hào)會(huì)自動(dòng)迭加上一串調(diào)制脈沖信號(hào)進(jìn)行波形調(diào)制。調(diào)制脈沖周期為T2，出光時(shí)間為T3，首脈沖下降時(shí)間T1。一般地，調(diào)節(jié)面板上的頻率調(diào)節(jié)電位器即可改變脈沖調(diào)制的周期（重復(fù)頻率）。

在出光控制信號(hào)有效之前，射頻信號(hào)施加了相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間，因而激光棒內(nèi)積累了相對(duì)多的能量，因此，個(gè)激光脈沖的峰值功率比后序脈沖的高的多，個(gè)燒蝕點(diǎn)深度也比后序的深的多，出現(xiàn)俗稱“火柴頭”的現(xiàn)象。這是傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器很難解決的問(wèn)題。

因此，QSD系列驅(qū)動(dòng)器引入首脈沖抑制功能。從出光控制信號(hào)有效的個(gè)沿起，射頻包絡(luò)線在T1時(shí)間內(nèi)緩慢下降，使Q開關(guān)元件緩慢打開，抑制個(gè)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(xiàn)象，使標(biāo)刻深度均勻。

出廠時(shí)標(biāo)準(zhǔn)配置為：T3=5μ，T1=150μs，調(diào)節(jié)T2時(shí),T1、T3不改變，一般不需另外調(diào)節(jié)。如有特殊需要，請(qǐng)向本公司技術(shù)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(shí)序圖見圖六，圖中出光有效信號(hào)設(shè)置為低電平。從每一個(gè)出光有效信號(hào)前沿起，射頻信號(hào)包絡(luò)線在T1內(nèi)緩慢下降，而后維持于出光狀態(tài)直至控制信號(hào)變?yōu)闊o(wú)效電平?？刂菩盘?hào)一旦變?yōu)橛行щ娖?，射頻信號(hào)迅速出現(xiàn)并維持至控制信號(hào)再變?yōu)橛行щ娖健2方式經(jīng)常應(yīng)用于塑料和木材等材料的打標(biāo)加工。

2.2.4  保護(hù)邏輯和出光電平選擇

當(dāng)射頻單元內(nèi)部過(guò)熱或外保護(hù)接點(diǎn)開路時(shí)，保護(hù)單元?jiǎng)幼?，保護(hù)邏輯將封鎖射頻輸出，以保護(hù)射頻單元的安全。同時(shí)報(bào)警指示燈（ALARM）亮，保護(hù)繼電器動(dòng)作，向外輸出報(bào)警信號(hào)。

出光電平選擇是通過(guò)選擇開關(guān)（LEVEL）來(lái)進(jìn)行的。撥至LOW時(shí)，外部打標(biāo)信號(hào)高電平出光。撥至HIGH時(shí)，則低電平出光。

2.3  外控接口

驅(qū)動(dòng)器設(shè)有外控接口，接收外部輸入信號(hào)并向外部輸出保護(hù)信號(hào)，外控接口由一只9芯計(jì)算機(jī)插頭引出，其內(nèi)部線路見（圖八）。

其腳號(hào)及定義如下

1腳—外指示發(fā)光管公共地

2腳—外指示紅發(fā)光管    （＋）

3腳—外指示綠發(fā)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(zhuǎn)換）   （地）

7腳—外電壓   （壓頻轉(zhuǎn)換）0—5V（＋）  （不建議使用）

8腳—打標(biāo)信號(hào)          （TLL   地）

9腳—打標(biāo)信號(hào)          （TLL   ＋）

驅(qū)動(dòng)器配置有外保護(hù)接點(diǎn)三芯航插（參閱圖八）。保護(hù)節(jié)點(diǎn)短接，驅(qū)動(dòng)器正常工作；節(jié)點(diǎn)斷開，驅(qū)動(dòng)器工作在保護(hù)狀態(tài)，無(wú)射頻輸出。用戶可以在Q開關(guān)件上敷設(shè)一常見型的熱敏開關(guān)，將熱敏開關(guān)的常閉觸電接到外部保護(hù)接點(diǎn)，避免Q開關(guān)元件因過(guò)熱而損壞。

（面板上各按扭功能說(shuō)明）

1：面板脈寬選擇開關(guān)M：M1：5us (金屬打標(biāo))   M2：無(wú)調(diào)制開、關(guān)。（非金屬打標(biāo)）

2：CONTROL：INT（內(nèi)部頻率調(diào)制）     EXT（外部頻率調(diào)制）

3：LEVEL：  LOW（平時(shí)為低電平，打標(biāo)信號(hào)高電平有效TTL）

               HIGH（平時(shí)為高電平，打標(biāo)信號(hào)低電平有效TTL）

4：OPERATION: 工作（綠燈）出光時(shí)綠燈亮，關(guān)斷時(shí)熄滅。

5：ALARM：   報(bào)警（紅燈） 保護(hù)接口未接好或Q頭超溫時(shí)亮，電源切斷射頻輸出。

三、驅(qū)動(dòng)器與Q開關(guān)元件的阻抗匹配

Q開關(guān)元件（圖一）都裝有阻抗的匹配元件—可調(diào)電容或可調(diào)電感，用來(lái)調(diào)節(jié)Q開關(guān)元件的等效阻抗，使得它的網(wǎng)絡(luò)阻抗與Q驅(qū)動(dòng)器相配。

請(qǐng)按下述方法對(duì)Q開關(guān)元件進(jìn)行阻抗匹配。

• Q驅(qū)動(dòng)器的射頻輸出端接到透過(guò)式射頻功率計(jì)再輸?shù)絈開關(guān)元件。
• 將CONTROL（控制）開關(guān)下?lián)苤罥NT（內(nèi)控），模式開關(guān)下?lián)苤罬1，LEVEL（電平）開關(guān)下?lián)苤罫OW（低電平），打開主電開關(guān)通電，此時(shí)聲光電源輸出射頻功率。
• 測(cè)量駐波比，調(diào)節(jié)可調(diào)電容或可調(diào)電感，使駐波比越小越好。

駐波比越大，相應(yīng)的反射功率就越大，越容易損害Q驅(qū)動(dòng)器。同時(shí)，Q驅(qū)動(dòng)器向外部發(fā)射的射頻干擾越大。因此，一定使Q開關(guān)元件網(wǎng)絡(luò)阻抗與Q驅(qū)動(dòng)器相配，降低駐波比。一般地，駐波比應(yīng)小于1.2。

四、安裝及操作說(shuō)明

1.  安裝條件
2. 要給驅(qū)動(dòng)器提供良好的通風(fēng)散熱條件。驅(qū)動(dòng)器兩側(cè)通風(fēng)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(qū)動(dòng)器表面清潔和干燥

2.  電氣安裝連線

• 接地：驅(qū)動(dòng)器機(jī)殼通過(guò)電源插座接地。要求遵守電氣安全操作規(guī)則，保證機(jī)殼可靠接地。外殼另設(shè)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(guān)驅(qū)動(dòng)器有AC220和AC110兩種供電方式。接線錯(cuò)誤將導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器損壞！
• 保險(xiǎn)管：電源保險(xiǎn)管為2A（在開關(guān)電源內(nèi)部）。
• 外控接口：參閱圖八連接外控接口線，用戶可以根據(jù)自己的控制方式來(lái)配置外控接口。
• 外保護(hù)插頭：為了保護(hù)Q開關(guān)元件，用戶可以將Q開關(guān)元件上的熱敏開關(guān)（溫度正常時(shí)接通）接到外保護(hù)插頭上。或者，不采用外保護(hù)，直接把外保護(hù)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(guān)元件上。

注意：要保證連接可靠。否則，射頻反射過(guò)大將影響驅(qū)動(dòng)器的性能，甚至?xí)?dǎo)致驅(qū)動(dòng)器損壞！

3.  操作流程說(shuō)明

用戶在將驅(qū)動(dòng)器與上位機(jī)連接之前，請(qǐng)按以下流程進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整。

• 按要求完成電氣安裝連接。
• 如果有條件，可用射頻功率計(jì)測(cè)量驅(qū)動(dòng)器輸出功率（50W）和駐波比（1.2）。
• 在確保Q開關(guān)已有冷卻水的前提下上電，將主電開關(guān)Q—SWITCH POWER 撥至ON狀態(tài)開機(jī)。（面板見圖九）外電正常接入數(shù)顯表亮。
• 將CONTROL（控制）開關(guān)下?lián)苤罥NT（內(nèi)控）。模式開關(guān)M下?lián)苤罬1。LEVEL（電平）開關(guān)下?lián)苤罫OW（低電平），打開主電開關(guān)通電，此時(shí)聲光電輸出射頻功率控制聲光晶體關(guān)斷激光。
• 將LEVEL（電平）開關(guān)上撥至HIGH（高電平）位置，人為設(shè)置成高電平電位（機(jī)器為測(cè)試狀態(tài)），這時(shí)聲光電源輸出帶有脈沖調(diào)制的射頻功率，控制聲光晶體，使激光能量輸出。（通過(guò)ADJ.旋扭可改變調(diào)制頻率）。正常后將電平開關(guān)撥至LOW（低電平）待命。
• 如要使用外控接口，請(qǐng)將驅(qū)動(dòng)器與外控卡連接(在打標(biāo)機(jī)中通常為打標(biāo)控制卡和D/A卡)，將（LEVEL）電平選擇開關(guān)撥至（LOW）狀態(tài)，由外控卡發(fā)出高電平TTL打標(biāo)信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行；此時(shí)綠燈閃爍。
• 如使用外控接口，控制開關(guān)撥至外控（EXT），外控的頻率為0.5KHz—50KHz；脈寬設(shè)置一般為3μS—20μS,視工作要求而定。(使用內(nèi)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(jī)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