中心議題：

• 激光管(LD)的電源系統(tǒng)構(gòu)成
• 激光管(LD)的電源工作原理分析

解決方案：

• 增大電感,、減小ton都可以減小紋波
• 采用200kHz的工作頻率

半導(dǎo)體激光管(LD)和普通二極管采用不同工藝，但電壓和電流特性基本相同,。在工作點(diǎn)時(shí),，小電壓變化會(huì)導(dǎo)致激光管電流變化較大。此外電流紋波過大也會(huì)使得激光器輸出不穩(wěn)定,。二極管激光器對它的驅(qū)動(dòng)電源有十分嚴(yán)格的要求,；輸出的直流電流要高、電流穩(wěn)定及低紋波系數(shù),、高功率因數(shù)等,。隨著激光器的輸出功率不斷加大，需要高性能大電流的穩(wěn)流電源來驅(qū)動(dòng),。為了保證半導(dǎo)體激光器正常工作,，需要對其驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。并且隨著高頻,、低開關(guān)阻抗的MOSFET技術(shù)的發(fā)展,，采用以MOSFET為核心的開關(guān)電源出現(xiàn)，開關(guān)電源在輸出大電流時(shí),，紋波過大的問題得到了解決,。

1系統(tǒng)構(gòu)成

裝置輸入電壓為24V，輸出最大電流為20A，根據(jù)串聯(lián)激光管的數(shù)量輸出不同電壓,。如果采用交流供電,，前端應(yīng)該采用AC／DC作相應(yīng)的變換。該裝置主要部分為同步DC／DC變換器,，其原理圖如圖1所示,。


Vin為輸入電壓，VM1,、VM2為MOSFET,，VM1導(dǎo)通寬度決定輸出電壓大小，快恢復(fù)二極管和VM2共同續(xù)流電路,，整流管的導(dǎo)通損耗占據(jù)最主要的部分,，因此它的選擇至關(guān)重要，試驗(yàn)中選用通態(tài)電阻很低的M0SFET,。電感,、電容組成濾波電路。測量電阻兩端電壓與給定值比較后,，通過脈沖發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的脈寬,，保持負(fù)載電流穩(wěn)定。VM1關(guān)斷,，快恢復(fù)二極管工作,，快恢復(fù)二極管通態(tài)損耗大，VM2接著開通續(xù)流,，減少系統(tǒng)損耗,。

2工作原理

 VM1導(dǎo)通ton時(shí)，可得：,，電流紋波為：;VM1關(guān)斷,，電流通過VD續(xù)流，接著VN2導(dǎo)通,。由于VM2的阻抗遠(yuǎn)小于二極管阻抗,，因此通過VM2續(xù)流。VMl,、VN2觸發(fā)脈沖如圖2所示,。圖2中td為續(xù)流二極管導(dǎo)通時(shí)間。

二極管消耗的功率為P=VtdI0,。一般快恢復(fù)二極管壓降0．4V,，當(dāng)電流20A時(shí)，二極管消耗功率為0．8W,。如采用MOSFET,，則消耗的功率將小很多,。本實(shí)驗(yàn)采用威世半導(dǎo)體公司的60A的MOSFET，其導(dǎo)通等效電阻為0．0022Ω,。當(dāng)電流為20A時(shí),，消耗功率約為0．088W。

由電流紋波公式可知,，增大電感,、減小ton都可以減小紋波。為了不提高電感容量,，實(shí)驗(yàn)中采用200kHz的工作頻率,，其中電感選用4．8-μH，根據(jù)公式可得激光管壓降2V時(shí)紋波電流約為1000mA,。

系統(tǒng)采用了電流負(fù)反饋電路,，以適應(yīng)激光二極管的要求。當(dāng)負(fù)載變化,，電流略大于給定電流時(shí),，減小ton寬度，電壓降低,。電流略小于給定電流時(shí),，增加ton寬度，這樣可以維持電流穩(wěn)定,。圖3所示為脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu),。


圖3中，R1,，R2為電壓測量電阻,，Rc為電流測量電阻。調(diào)節(jié)R1可以設(shè)定最大輸出電壓,。Rc限制最大輸出電流。當(dāng)最大電壓或電流其中一個(gè)達(dá)到給定值,，則脈沖寬度最大,。這樣可以保證負(fù)載正常工作。
其仿真結(jié)果如圖4所示,。


3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)曲線如圖5所示,，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為輸入電壓12V，輸出電壓2V左右,，測量電阻0．0025Ω,，最大輸出電流20A。


實(shí)驗(yàn)中用50A的2個(gè)二極管串聯(lián)作為負(fù)載,，輸入電壓12V時(shí),，不同電流下輸出及效率如表1所示,。