123696com_高功率激光二极管驱动电源设计与实现

泡沫雕刻机 | 2020-10-10

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半导体激光管(LD)和普通二极管使用有所不同工艺,但电压和电流特性基本相同。在工作点时,小电压变化不会造成激光管电流变化较小。此外电流纹波过大也不会使得激光器输入不平稳。

二极管激光器对它的驱动电源有十分严苛的拒绝;输入的直流电流要低、电流平稳及较低纹波系数、低功率因数等。随着激光器的输出功率大大增大,必须高性能大电流的稳流电源来驱动。为了确保半导体激光器长时间工作,必须对其驱动电源展开合理设计。

并且随着高频、较低电源电阻的MOSFET技术的发展,使用以MOSFET为核心的开关电源经常出现,开关电源在输入大电流时,纹波过大的问题获得了解决问题。  由于大电流激光二极管价格昂贵,而且很更容易受到过电压,过电流受损,所以高功率意味着都有电流电源模块还无法符合高功率二极管激光器的拒绝,还必须适当的维护电路。要确保电压、电流不要过冲。

因此,必须明确提出一整套切实可行的技术措施,来符合高功率二极管激光器的必须。  1系统包含  装置输出电压为24V,输入仅次于电流为20A,根据串联激光管的数量输入有所不同电压。如果使用交流供电,前端应当使用AC/DC作适当的转换。

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该装置主要部分为实时DC/DC变换器,其原理图如图1右图。  Vin为输出电压,VM1、VM2为MOSFET,VM1导通宽度要求输入电压大小,慢完全恢复二极管和VM2联合续流电路,整流管的导通损耗占有最主要的部分,因此它的自由选择至关重要,试验中搭配通态电阻很低的M0SFET。电感、电容构成滤波电路。测量电阻两端电压与等价值较为后,通过脉冲发生器产生适当的脉长,维持阻抗电流平稳。

VM1变频器,慢完全恢复二极管工作,慢完全恢复二极管通态损耗大,VM2接着通车续流,增加系统损耗。  2工作原理  VM1变频器,电流通过VD续流,接着VN2导通。由于VM2的电阻近大于二极管电阻,因此通过VM2续流。VMl、VN2启动时脉冲如图2右图。

图2中td为续流二极管导通时间。  二极管消耗的功率为P=VtdI0。

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一般慢完全恢复二极管压降0.4V,当电流20A时,二极管消耗功率为0.8W。如使用MOSFET,则消耗的功率将小很多。本实验使用威世半导体公司的60A的MOSFET,其导通等效电阻为0.0022。

当电流为20A时,消耗功率大约为0.088W。  由电流纹波公式由此可知,减小电感、增大ton都可以增大纹波。

为了不提升电感容量,实验中使用200kHz的工作频率,其中电感搭配4.8-H,根据公式可得激光管压降2V时纹波电流大约为1000mA。  系统使用了电流负反馈电路,以适应环境激光二极管的拒绝。当阻抗变化,电流小于等价电流时,增大ton宽度,电压减少。电流额大于等价电流时,减少ton宽度,这样可以保持电流平稳。

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图3右图为脉冲发生器结构。。

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