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1、 声光Q开关电源使用说明书 济 南 新 础 科 技 有 限 公 司 2008 年 12 月欢迎您使用我公司生产的QSD系列Q开关电源。在使用QSD系列Q开关电源之前，请您务必仔细阅读本使用手册。本手册适用于QSD系列标准产品。对于用户有特殊要求的特制产品，请仔细阅读手册中另附的特别说明。请您打开包装箱，核对随机附件。电源线 一根15芯计算机针式插头 一只Q9插头脑 一套目 录一、简介 11概述12型号说明23主要性能和技术指标2二、工作原理及结构 31. Q开关元件结构及工作原理311结构312Q开关关断激光原理313. Q开关进行Q调制514Q开关的等效阻抗62Q电源结构与原理621开关电源
2、及射频功率的调节722射频单元723主控单元8231控制电源8232控制方式8233调制脉冲及出光控制有效电平的设置122. 3. 4. 保护逻辑12 2341超温保护 .12 2342外控保护 .12 2343反射保护 .1324对外接口1325控制面板16 251数显表 .15 252RUN/STOP指示灯.15 253ALARM（报警）指示灯.15 254TEST（测试）指示灯.15 255M1、M2、M3 指示灯.16 256按键说明.16 257电源开关.17三、电源与Q开关元件的阻抗匹配 17四、安装及操作说明 181安装条件182电气安装连线193操作流程说明21五、异常现象释疑
3、.22附图 23联系方法 24一、简介1概述 QSD系列Q开关电源是针对不同的应用领域精心设计的高品质的声光Q开关（Acousto-Otipc Q-switch）驱动电源，是原QSD系列Q开关电源的换代产品。它能接受外部的控制信号，产生相应的射频信号并施加到Q开关元件进行激光有无控制及波形调制。电源包括QSD5027A，QSD5027B等型号，可驱动电气参数相匹配的不同厂家的声光Q开关元件。以专业电力电子制造商的优势，凭借着独特的控制方式和调试技术，QSD系列Q开关电源性能稳定，工作可靠性高，多项技术指标达到或超过国外同类产品水平。 电源输出射频功率稳定，输出波形失真很小，驱动电气相匹配Q开关
4、元件时，驻波比非常小。电源内集成了功能强大的多种控制方式，还有功能完善和配置方便的外部接口。因而，能兼容各类常用电源，具有极强的通用性。 电源的M1控制方式具有独特的首脉冲抑制功能，它能缓慢地“打开”Q开关，有效地抑制第一个调制脉冲释放的峰值功率，消除标刻加工中常见的俗称为“火柴头”现象，使每一个标刻点的深度更均匀。 电源配置有独特的测试功能，能脱离上位机独立地工作，这使得对光路的测试和调整更方便。同时，电源结构紧凑，外形美观大方。诸多优点使得它广泛应用于激光标刻，激光医疗设备及其它激光加工领域。2型号说明QSD X X X X X X 供电方式代号 （H：AC220V L：AC110V 默认
5、值为H） 设计序号 谐振频率（如27代表27MHZ） 输出最大功率（如50代表50W） 产品名称代号（QSD系列Q开关电源）3主要性能和技术指标1） 输出最大射频功率 QSD50 X X X X :50W。如有特殊要求,请在订货时说明。2） 驻波比小于： 1.2 。3） 输入电网电压可选：(订货时声明) AC220V 15% 或 AC110V 15% 。4） 接受标准TTL电平作出光控制信号，出光有效电平(高/低)可设定。5） M1，M2，M3三种控制方式可选择。6） 调制脉冲可由内部产生或外部输入，调制脉冲重复频率和释放时间可调。7） 机内有过热保护、射频输出端短路/开路保护、外控保护等功能
6、，有一报警信号输出到外控口。8） 射频输出包络线上升时间小于700纳秒，下降时间小于120纳秒。二、工作原理及结构1. Q开关元件结构及工作原理11结构Q开关元件主要由石英晶体，压电换能器，阻抗匹配元件，射频插座和壳体组成。（如图一） 图一 Q开关元件结构示意图12Q开关关断激光原理Q开关是激光光学系统中一个重要光学元件，它通过阻断或不阻断光的谐振通道来抑制或允许激光脉冲产生。（参阅图二）。在不给压电换能器施加射频信号时，Q开关的石英晶体保持其原有的常规特性，由宝石棒发射出来的平行光直接透过石英晶体,经后反光镜反射再穿过石英晶体，返回宝石棒，形成正常的谐振，允许激光输出。一旦给压电换能器施加射
7、频信号,压电换能器在石英晶体内产生超声波，超声波压迫石英晶体使它原有的特性发生变化，透过石英晶体的光线的折射角度亦发生变化，经后反光镜反射回的光线将偏离宝石棒，谐振终止。由于激发光线返回宝石棒是激发激光的必要条件，因此，给压电换能器施加和撤除射频信号，可以是关断和允许激光的输出，参阅图三。图二 Q开关工作机理示意图图三 典型出光控制示意图（低电平出光）13. Q开关进行Q调制施加射频信号期间，激发激光进程停止，此时宝石棒仍然受泵浦光源的照射，继续吸收并储存能量，因而其中积累了大量能量。一旦撤除射频信号，光路谐振通道回复，激光器将在短时间内释放出峰值功率巨大的激光脉冲（参阅图四）。在出光期间，有
8、目的地给Q开关元件施加上一系列射频脉冲群，周期性的关断和释放激光，是从平均功率相对低的激光器中获得脉宽窄、峰值高的激光脉冲的绝妙手段。这种波形控制方式通常称为Q调制。图四 典型Q调制控制方式示意图14Q开关的等效阻抗Q开关元件的等效电气线路如下图。从外部看，Q开关元件可以归结于下图。它的阻抗Z=R+X(L，C，f )j，其中X是电感L和图五 Q开关的等效阻抗电容C与频率f的涵数。对于确定的中心频率（通常为27M、40M），调节L或C，总可以使X等于零，于是Z等于R，等效于纯阻性50欧电阻,Q开关元件、传输导线、Q电源三者阻抗一定要匹配，详见2.2。2Q电源结构与原理 Q电源是一种驱动Q开关元件
9、工作的专用电源。它根据外部控制信号将相应的射频信号施加到Q开关元件上，完成激光有无控制及波形调制。Q电源由以下五个部分组成：（参阅图六）1、 开关电源。2、 射频单元。3、 主控单元。4、 对外接口。5、 控制面板图六 Q电源结构框图21开关电源及输出射频功率的调节开关电源给射频单元提供电源。开关电源输入电压为AC220V15%或AC110V15%（出厂时已配置为其中的一种），一般情况下，用户不应调节开关电源，以免影响射频功率的大小。22射频单元为了防止射频干扰泄漏，射频单元密封在一个金属盒里。它产生频率为27MHZ或27.125MHZ的射频信号，并在主控单元的控制下，输出相应射频包络序列波，
10、从而控制Q开关元件的工作。射频单元出现过热、输出端短路或开路时会向主控板发出保护信号使驱动单元动作，无射频信号输出。射频单元的频率精度很高，波形失真小。因而驱动纯阻性50的Q开关元件时，电气参数匹配得很好，驻波比很小。但是，如果Q开关元件、传输导线的波阻抗与射频单元不匹配，射频反射与驻波比会变大，必须调整Q开关元件的波阻抗使它与电源相匹配，否则，射頻反射过大，将会使电源进入保护。注意：必需用50欧特性阻抗的同轴电缆连接电源和Q开关元件。23主控单元 主控单元是电源的控制中枢，包括控制电源、调制脉冲的产生、控制方式及保护逻辑等四部分电路。它接受来自面板和外控接口的信号，控制和保护射率单元的工作，
11、同时，它把电源运行的状态信号输到面板和外控接口。231控制电源控制电源为一个多组输出的开关电源，它给主控板提供了VCC、+12V、-12V、+5V等工作电源。232控制方式M1控制方式 M1方式是一种带有Q调制功能和首脉冲抑制的控制方式（参阅图七），通过菜单的P001项可将当前控制方式设定为M1方式。在出光控制信号（图七中为低电平）有效期间，电源输出的射频信号会自动迭加上一串调制脉冲信号进行波形调制。调制脉冲周期为T2，释放时间为T3，首脉冲抑制宽度为T1。其中，T1包括落笔延时Tb及首脉冲缓下降时间Tf两部分（参阅图八）。选择 “数字调制”时，调节面板上的、键即可以改变调脉制冲的重复频率。通
12、过菜单的bXXX项可设定落笔延时Tb， FXXX项可设定首脉冲缓下降时间Tf。通过菜单的dXX项可设定释放时间T3。 图七 M1控制方式（低电平出光） 图八 首脉冲抑制宽度（低电平出光）在出光控制信号有效之前，射频信号施加了相对长的时间，因而宝石棒内积累了相对多的能量，因此，第一个激光脉冲的峰值功率比后序脉冲的高得多（参阅图四），第一个烧蚀点深度也比后序的深得多，出现俗称“火柴头”的现象。这是传统电源很难解决的问题。 因此，QSD系列电源引入首脉冲抑制功能。从出光控制信号有效的第一个沿起，射频包络线在T1时间内缓慢下降，使Q开关元件缓慢打开，抑制第一个激光脉冲的峰值功率，使首脉冲的峰值功率跟后
13、序脉冲的相等，消除“火柴头”现象，使标刻深度均匀。释放时间T3在220uS范围可调（其中20uS时调制频率最高可到约35.0KHZ）。出厂默认配置为：T2=5.00KHZ,T3=6s,Tb=0,Tf=150S。调节T2时，Tb 、Tf、T3不改变。M2控制方式M2是一种射频输出信号跟随出光控制信号的控制方式。参阅图八，图中控制信号的出光有效电平为低电平。对于M2方式，射频输出信号快速跟随控制信号。射频包路线上升时间小于700nS，下降时间不大于120nS。图九 M2方式（低电平出光）M3控制方式M3方式是一种较特殊的控制方式。M3的控制时序见图十，图中出光有效信号设置为低电平。从每一个出光有效信号前沿起，射频信号包络线在T1内缓慢下图十 M3控制时序图（低电平出光）降，而后维持于出光状态直至控制信号变为无效电平。控制信号一旦变为有效电平，射
