半导体激光管驱动电源电路原理图.PDF

半导体激光管驱动电源电路原理图 半导体激光管(LD)和普通二极管采用不同工艺，但电压和电流特性基本相同。在工作点时， 小电压变化会导致激光管电流变化较大。此外电流纹波过大也会使得激光器输出不稳定。二 极管激光器对它的驱动电源有十分严格的要求；输出的直流电流要高、电流稳定及低纹波系 数、高功率因数等。随着激光器的输出功率不断加大，需要高性能大电流的稳流电源来驱动。 为了保证半导体激光器正常工作，需要对其驱动电源进行合理设计。并且随着高频、低开关 阻抗的MOSFET技术的发展，采用以MOSFET为核心的开关电源出现，开关电源在输出 大电流时，纹波过大的问题得到了解决。 由于大电流激光二极管价格昂贵，而且很容易受到过电压，过电流损伤，所以高功率仅仅有 大电流开关模块还不能满足高功率二极管激光器的要求，还需要相应的保护电路。要保证电 压、电流不要过冲。因此，需要提出一整套切实可行的技术措施，来满足高功率二极管激光 器的需要。 1 1 11 系统构成 装置输入电压为24 V，输出最大电流为20 A，根据串联激光管的数量输出不同电压。如果 采用交流供电，前端应该采用AC／DC作相应的变换。该装置主要部分为同步DC／DC变 换器，其原理图如图1所示。 Vin为输入电压，VM1、VM2为MOSFET，VM1导通宽度决定输出电压大小，快恢复二极 管和VM2共同续流电路，整流管的导通损耗占据最主要的部分，因此它的选择至关重要， 试验中选用通态电阻很低的M0SFET。电感、电容组成滤波电路。测量电阻两端电压与给 定值比较后，通过脉冲发生器产生相应的脉宽，保持负载电流稳定。VM1关断，快恢复二 极管工作，快恢复二极管通态损耗大，VM2接着开通续流，减少系统损耗。 2 2 22 工作原理 VM1导通ton时，可得： 公式，电流纹波为： 公式，VM1 关断，电流通过VD续流，接着VN2导通。由于VM2的阻抗远小于二极管阻抗，因此通过 VM2续流。VMl、VN2触发脉冲如图2所示。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。一般快恢复二极管压降0．4 V，当电流20 A时，二极管 消耗功率为0．8W。如采用MOSFET，则消耗的功率将小很多。本实验采用威世半导体公 司的60A的MOSFET，其导通等效电阻为0．0022Ω。当电流为20A时，消耗功率约为 0．088 W。 由电流纹波公式可知，增大电感、减小ton都可以减小纹波。为了不提高电感容量，实验 中采用200 kHz的工作频率，其中电感选用4．8-μH，根据公式可得激光管压降2 V时纹 波电流约为1 000 mA。 系统采用了电流负反馈电路，以适应激光二极管的要求。当负载变化，电流略大于给定电流 时，减小ton宽度，电压降低。电流略小于给定电流时，增加 ton宽度，这样可以维持电 流稳定。图3所示为脉冲发生器结构。 图3中，R1，R2为电压测量电阻，Rc为电流测量电阻。调节R1可以设定最大输出电压。 Rc限制最大输出电流。当最大电压或电流其中一个达到给定值，则脉冲宽度最大。这样可 以保证负载正常工作。 其仿真结果如图4所示。 3 3 33 实验结果 实验曲线如图5所示，实验数据为输入电压12V，输出电压2V左右，测量电阻0．0025Ω， 最大输出电流20 A。 实验中用50A的2个二极管串联作为负载，输入电压12V时，不同电流下输出及效率如表 1所示。