一种电容充电方法、电容充电电路及气体激光器与流程

1.本发明涉及电容充电技术领域，特别涉及一种电容充电方法、电容充电电路及气体激光器。


背景技术：

2.气体激光器利用气体作为工作物质产生激光的器件。为了控制气体激光器脉冲能量的输出精度，通常是使用储能电容作为载体，储能电容的电压精度直接决定了激光能量输出的稳定性。如何提高储能电容的电压精度，进而提高激光能量稳定度，是气体激光行业要解决的问题。
3.现有技术大多数采用单一高精度的电源对储能电容充电，单一高精度的电源在极短的时间内（几微秒~几毫秒）完成对储能电容（1～几百uf）精准电压充电，不断提高充电电源的输出精度，可以提高储能电容的充电电压精度。然而，现有充电电源的精度最高只能做到大约0.1%，即储能电容的充电电压精度只能达到0.1%，难以进一步提高。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种电容充电方法、电容充电电路及气体激光器，以解决相关技术中现有气体激光器的储能电容采用单一高精度的电源充电，储能电容的充电电压精度只能达到充电电源的输出精度，难以进一步提高的技术问题。
5.第一方面，提供了一种电容充电方法，其特征在于，包括以下步骤：控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。
6.一些实施例中，所述控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值，包括：先控制两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；再控制所述两个电源其中一个电源对电容继续充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。
7.一些实施例中，所述至少两个电源为三个电源；所述控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值，包括：控制三个电源同时对所述电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；所述减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值，包括：控制所述三个电源其中的一个电源继续对所述电容充电，使得所述电容电压到达目标预设电压值。
8.一些实施例中，所述至少两个电源为三个电源；所述控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压
值，包括：控制三个电源同时对所述电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；所述减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值，包括：控制所述三个电源其中的两个电源继续同时对所述电容充电，使得所述电容电压到达第二预设电压值；继续控制所述三个电源其中的一个电源对所述电容充电，使得所述电容电压到达目标预设电压值。
9.一些实施例中，所述至少两个电源的充电电压完全相同且均为目标预设电压值；或者所述至少两个电源的充电电压不完全相同，且其中有一个电源的充电电压为目标预设电压值。
10.一些实施例中，所述第一预设电压值不小于所述目标预设电压值的80%。
11.一些实施例中，所述控制至少两个电源同时对电容充电，包括：控制所述至少两个电源并联对电容充电。
12.一些实施例中，所述至少两个电源的充电电压精度不低于0.1%。
13.第二方面，提供了一种电容充电电路，包括：至少两个电源和控制器；所述控制器与所有所述电源电连接，且被配置为：先控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。
14.第三方面，提供了一种气体激光器，包括前述的电容充电电路。
15.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：本发明实施例提供了一种电容充电方法、电容充电电路及气体激光器，所述充电方法首先控制控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值，然后减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。本发明在充电开始阶段让两个或两个以上电源工作达到较快充电速率，在接近电容目标充电电压时，让一个电源继续保持充电工作，使得电流和电流上升斜率大幅降低，电流抖动进一步降低，达到提高电容充电电压精度的目的，最终电容充电电压精度优于单一电源单独对电容充电的充电电压精度。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例提供的一种电容充电方法的流程图；图2为本发明实施例提供的一种电容充电电路的原理框图；图3为本发明实施例提供的一种电容充电方法的一个实施示意图；图4为本发明实施例提供的一种电容充电方法的另一个实施示意图；图5为本发明实施例提供的一种电容充电方法的又一个实施示意图。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明实施例提供了一种电容充电方法，以解决现有气体激光器的储能电容采用单一高精度的电源充电，储能电容的充电电压精度只能达到充电电源的输出精度，难以进一步提高的技术问题。
20.参见图1所示，本发明实施例提供了一种电容充电方法，包括以下步骤：步骤s10，控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值。可选地，可控制至少两个电源并联后对电容充电。
21.具体地，参见图2和图3所示，以两个充电电源为例，高压电源hvps1和高压电源hvps2并联后连接电容c0，在t1充电时间内，先控制高压电源hvps1和高压电源hvps2对电容c0充电，使电容c0的电压至第一预设电压值v1。
22.步骤s20，减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。
23.再参见图2和图3所示，在接下来的t2充电时间内，再控制高压电源hvps2继续对电容c0充电，使电容c0的电压从第一预设电压v1至目标预设电压v2，维持目标预设电压v2稳定，稳定时间为t3，然后开始放电，完成电容c0的一个充放电周期。
24.从图3可以看出，在开始充电阶段让两个电源工作达到较快充电速率，在接近电容c0的目标充电电压时，只使用一个电源继续保持工作，此时，电流和电流上升斜率大幅降低，电流抖动进一步降低，达到提高电容c0充电电压精度的目的。可选地，图2中的高压电源hvps1和高压电源hvps2均为充电电压精度不低于0.1%的电源，则c0充电电压的精度将比0.1%更优，具体试验测得电容c0充电电压的精度可达到0.03%。此外，所述第一预设电压值v1最好不小于所述目标预设电压值v2的80%，所述第一预设电压值v1越接近所述目标预设电压值v2，电流抖动越小，最终得到的目标预设电压值v2精度越高。
25.本发明实施例中的电容充电方法，首先控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值，然后减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。本发明在充电开始阶段让两个或两个以上电源工作达到较快充电速率，在接近电容目标充电电压时，让一个电源继续保持充电工作，使得电流和电流上升斜率大幅降低，电流抖动进一步降低，达到提高电容充电电压精度的目的，最终电容充电电压精度优于单一电源单独对电容充电的充电电压精度。
26.作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述至少两个电源为三个电源。
27.所述控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值，包括：控制三个电源同时对所述电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值。
28.所述减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值，包括：控制所述三个电源其中的一个电源继续对所述电容充电，使得所述电容电压到达目标预设电压值。
29.参见图4所示，在ta充电时间内，控制高压电源hvps1、高压电源hvps2和高压电源
hvps3对电容c0充电，使电容c0的电压到达第一预设电压值v1。在接下来的tb充电时间内，再控制高压电源hvps3对电容c0充电，使电容c0的电压到达目标预设电压v2。维持目标预设电压v2稳定，稳定时间为tc，然后开始放电，完成电容c0的一个充放电周期。
30.从图4可以看出，在开始充电阶段让三个电源工作达到较快充电速率，在接近电容c0的目标充电电压时，只使用一个电源继续保持工作，此时，电流和电流上升斜率大幅降低，电流抖动进一步降低，达到提高电容c0充电电压精度的目的。
31.作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述至少两个电源为三个电源。
32.所述控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值，包括：控制三个电源同时对所述电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值。
33.所述减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值，包括：控制所述三个电源其中的两个电源继续同时对所述电容充电，使得所述电容电压到达第二预设电压值；继续控制所述三个电源其中的一个电源对所述电容充电，使得所述电容电压到达目标预设电压值。
34.参见图5所示，在td充电时间内，控制高压电源hvps1、高压电源hvps2和高压电源hvps3对电容c0充电，使电容c0的电压到达第一预设电压值v1。在接下来的te充电时间内，再控制高压电源hvps2和高压电源hvps3对电容c0充电，使电容c0的电压到达第二预设电压值v3，在接下来的tf充电时间内，再控制高压电源hvps3对电容c0充电，使电容c0的电压到达目标预设电压值v2，维持目标预设电压v2稳定，稳定时间为tg，然后开始放电，完成电容c0的一个充放电周期。
35.从图5可以看出，在开始充电阶段让三个电源工作达到较快充电速率，然后让两个电源工作，最后只使用一个电源继续保持工作，相比图4中而言，最后充电阶段，电流和电流上升斜率更低，电流抖动再一步降低，电容c0充电电压精度再进一步提高。需要说明的是，理论上最初设置的电源越多，每次只减少一个电源再继续充电，直到最后一个电源充电，图5中电容c0的充电电压从零到目标预设电压值的曲线越平滑，最终电容c0的充电电压精度越高，但是考虑到控制难度和经济成本，可根据需要选择电源数量、每次减少电源的个数以及减少电源的次数。
36.作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述至少两个电源的充电电压完全相同且均为目标预设电压值。或者所述至少两个电源的充电电压不完全相同，且其中有一个电源的充电电压为目标预设电压值，满足最后只使用一个电源对电容c0充电的功能需求。
37.本发明实施例还提供了一种电容充电电路，包括：至少两个电源和控制器；所述控制器与所有所述电源电连接，且被配置为：先控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。
38.本发明实施例中的电容充电装置，首先控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值，然后减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。本发明在充电开始阶段让两个或两个以上电源工作达到较快充电速率，在接近电容目标充电电压时，让一个电源继续保持充
电工作，使得电流和电流上升斜率大幅降低，电流抖动进一步降低，达到提高电容充电电压精度的目的，最终电容充电电压精度优于单一电源单独对电容充电的充电电压精度。
39.本发明实施例提供了一种气体激光器，包括前述的电容充电电路。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
42.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种电容充电方法，其特征在于，包括以下步骤：控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。2.根据权利要求1所述的电容充电方法，其特征在于，所述控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值，包括：先控制两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；再控制所述两个电源其中一个电源对电容继续充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。3.根据权利要求1所述的电容充电方法，其特征在于：所述至少两个电源为三个电源；所述控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值，包括：控制三个电源同时对所述电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；所述减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值，包括：控制所述三个电源其中的一个电源继续对所述电容充电，使得所述电容电压到达目标预设电压值。4.根据权利要求1所述的电容充电方法，其特征在于：所述至少两个电源为三个电源；所述控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值，包括：控制三个电源同时对所述电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；所述减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值，包括：控制所述三个电源其中的两个电源继续同时对所述电容充电，使得所述电容电压到达第二预设电压值；继续控制所述三个电源其中的一个电源对所述电容充电，使得所述电容电压到达目标预设电压值。5.根据权利要求1-4任意一项所述的电容充电方法，其特征在于：所述至少两个电源的充电电压完全相同且均为目标预设电压值；或者所述至少两个电源的充电电压不完全相同，且其中有一个电源的充电电压为目标预设电压值。6.根据权利要求2或3所述的电容充电方法，其特征在于：所述第一预设电压值不小于所述目标预设电压值的80%。7.根据权利要求1所述的电容充电方法，其特征在于，所述控制至少两个电源同时对电容充电，包括：控制所述至少两个电源并联对电容充电。8.根据权利要求1所述的电容充电方法，其特征在于：所述至少两个电源的充电电压精度不低于0.1%。9.一种电容充电电路，其特征在于，包括：至少两个电源和控制器；所述控制器与所有所述电源电连接，且被配置为：先控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；
减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。10.一种气体激光器，其特征在于，包括权利要求9所述的电容充电电路。

技术总结
本发明公开了一种电容充电方法、电容充电电路及气体激光器，涉及电容充电技术领域，所述充电方法包括以下步骤：步骤S10，控制至少两个电源同时对电容充电，使得所述电容电压到达第一预设电压值；步骤S20，减少对所述电容充电的电源个数，继续对所述电容进行充电，使所述电容的电压到达目标预设电压值。本发明在充电开始阶段让两个或两个以上电源工作达到较快充电速率，在接近电容目标充电电压时，让一个电源继续保持充电工作，使得电流和电流上升斜率大幅降低，电流抖动进一步降低，达到提高电容充电电压精度的目的，最终电容充电电压精度优于单一电源单独对电容充电的充电电压精度。优于单一电源单独对电容充电的充电电压精度。优于单一电源单独对电容充电的充电电压精度。


技术研发人员：吴涛
受保护的技术使用者：北京精亦光电科技有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/7/12