Разработка и реализация источника питания полупроводникового лазера

Разработка и реализация источника питания полупроводникового лазера

Чтобы улучшить стабильность выходной оптической мощности полупроводникового лазера и обеспечить безопасную и надежную работу лазера, источник питания полупроводникового лазера может быть разработан в соответствии со следующим введением. В основной цепи привода используется синхронный режим постоянного/постоянного тока, который имеет высокую выходную эффективность. Цепь возбуждения может генерировать триггерный импульс частотой 200 кГц, что может уменьшить пульсации выходного тока и обеспечить стабильность выходной мощности лазера. Схема привода оснащена компаратором перенапряжения и компаратором перегрузки по току для обеспечения безопасной работы лазера. КПД приводной мощности при 20А составляет более 85%, а пульсации менее 5%.

Полупроводниковая лазерная трубка (LD) и обычный диод используют разные технологии, но характеристики напряжения и тока в основном одинаковы. В рабочей точке небольшое изменение напряжения приведет к большому изменению тока лазерной трубки. Кроме того, чрезмерная пульсация тока также сделает выходной сигнал лазера нестабильным. Диодный лазер предъявляет очень строгие требования к мощности возбуждения; Выходной постоянный ток должен быть высоким, стабильным по току и низким коэффициентом пульсации, высоким коэффициентом мощности и т. д. С увеличением выходной мощности лазера для привода требуется высокопроизводительный и стабильный источник питания с большим током. Для обеспечения нормальной работы полупроводникового лазера необходимо разумно рассчитывать мощность его возбуждения. Кроме того, с развитием технологии MOSFET с высокой частотой и низким импедансом переключения, появляется импульсный источник питания с MOSFET в качестве ядра. Когда импульсный источник питания выдает большой ток, проблема чрезмерной пульсации была решена.

Из-за сильноточного лазерного диода легко получить перенапряжение, повреждение от перегрузки по току, поэтому высокая мощность только с сильноточным модулем переключения не может соответствовать требованиям диодного лазера большой мощности, но также нуждается в соответствующей схеме защиты. Чтобы напряжение и ток не превышали норму. Поэтому необходимо выдвинуть комплекс практических технических мер для удовлетворения потребностей диодного лазера большой мощности.

Состав системы

Входное напряжение устройства 24 В, а максимальный выходной ток 20А. Выходное напряжение варьируется в зависимости от количества последовательных лазерных трубок. Если используется источник питания переменного тока, внешний интерфейс должен использовать переменный/постоянный ток для соответствующего преобразования.

Vin - входное напряжение, VM1, VM2 - MOSFET, ширина включения-выключения VM1 определяет выходное напряжение, диод быстрого восстановления и общая схема продолжения VM2, потери включения-выключения коммутатора занимают наиболее важную часть, поэтому его выбор очень важен, Сопротивление во включенном состоянии очень низкое в тесте M0SFET. Индуктивность и емкость составляют цепь фильтра. После того, как напряжение на обоих концах сопротивления измеряется и сравнивается с заданным значением, генератор импульсов генерирует ширину импульса для поддержания стабильного тока нагрузки. VM1 выключен, диод работает быстро и потери в открытом состоянии диода большие. Затем VM2 открывает непрерывный ток, чтобы уменьшить потери в системе.

Принцип работы

При включении ВМ1 пульсация тока такова: ВМ1 выключается, ток продолжает течь через VD, затем включается VN2. Поскольку импеданс VM2 намного меньше, чем у диода, поток продолжается через VM2. Триггерные импульсы VM1 и VN2 показаны на рисунке 2.

Мощность, потребляемая диодом, равна P=VtdI0. Общее падение напряжения на диоде быстрого восстановления 0,4В, при токе 20А потребляемая мощность диода 0,8Вт. Если используется MOSFET, потребляемая мощность будет намного меньше. В этом эксперименте используется полевой МОП-транзистор на 60 А, эквивалентное сопротивление которого равно 0,0022 Ом. При силе тока 20 А потребляемая мощность составляет около 0,088 Вт.

Согласно текущей формуле пульсаций, увеличение индуктивности и уменьшение ton могут уменьшить пульсации. Чтобы не увеличивать емкость индуктивности, в эксперименте используется рабочая частота 200 кГц, в которой индуктивность составляет 4,8 мкГн. Согласно формуле ток пульсаций составляет около 1000 мА при перепаде давления в лазерной трубке 2 В.

Система использует цепь отрицательной обратной связи для адаптации к требованиям лазерного диода. При изменении нагрузки и токе, немного превышающем заданный, ширина тонны уменьшается, а напряжение уменьшается. Когда ток немного меньше заданного тока, увеличьте ширину тонны, чтобы сохранить стабильный ток.