基于MAX1647大功率激光电源设计.PDF

基于MAX1647 的大功率激光电源的设计 1 引言 随着二极管泵浦全固态激光器相关技术的不断发展，它在工业、国防科研、 生物医学工程等领域的应用越来越广泛，对其输出功率、可靠性要求也不断提高。 作为二极管泵浦全固态激光器的重要组成部分的电源，其可靠性、稳定性也就显 得格外重要。二极管泵浦全固态激光器的电源功率较大，输出为大电流、低电压， 工作脉冲频率较高（可达1kHz），输出电流、电压的稳定性要求很高。微小的 电流扰动将影响激光器的出光质量，不当的保护可能引起巨大的损失。针对这些 特点，我们选择功能强大的电源管理芯片MAX1647 作为整个系统控制的核心部 分，设计出完全满足要求的大功率激光器电源。 2 MAX1647 电源管理芯片介绍 MAX1647 是MAXIM 公司的新型电源管理芯片，其内部结构如图1 所示。它包 括两个调整环，即一个电压调整环与一个电流调整环，实现恒流与恒压功能及相 互之间的自动转换；并采用INTEL 系统管理总线（SMBUS）接口，其中内部有一 个6 位和一个10 位的D/A 转换器分别用于电流和电压的预置；另外，MAX1647 提供了最大为4A 的电流输出。 图1 MAX1647 的内部结构 在MAX1647 的电压调整环中，通过SMBUS 总线，经内部10 位DAC 设置预置 电压，负载电压与预置电压通过GMV 误差放大器进行比较放大后的误差信号输出 到CCV 端口，然后送到一个由二选一电路组成的恒流/恒压自动转换电路的一个 端子上，其中由CCV 端口输出的误差信号由内部钳位电路限制在1/4 到3/4 参考 电压之间的；与电压调整环工作原理相类似，被钳位的电流误差信号由CCI 端口 送到自动转换电路的另一个端子上；利用PWM 控制器，把电压/电流误差信号转 换为脉宽调制信号，用以驱动两个N 沟道MOSFET 管，经同步整流、滤波器滤波 后，得到所需的输出信号。 图2 MAX1647 的输出特性曲线 MAX1647 的输出特性曲线如图2 所示，当输出电压小于预置电压V0 时，电 流调整环发挥作用，输出是恒流模式；当负载的电压到达预置电压V0 以后，电 流调整环停止作用，电压调整环开始工作，这时输出为恒压模式。恒流模式时， CCV 端口输出的电压误差信号被钳位在CCI 端口最小电压值80mV 以上，这样即 可防止更新预置电流值时负载电流溢出，又可防止从恒流模式转换为恒压模式 时，出现过冲电现象。在恒压模式时，钳位电路也可起到相类似的作用。 3 激光器电源的设计 根据实际需要设计的激光器电源输出为60A/150V，恒流、恒压及相互之间 能自动转换。 3.1 整体电路设计 整体电路设计框图如图3 所示。 图3 整机电路框图 MAX1647 电源管理芯片是整个系统的控制核心部分，它完成恒流、恒压及相 互之间自动转换的功能。但MAX1647 的最大输出4A，不足以达到设计要求，因 此，把MAX1647 的输出信号经由达林顿管组成的改进型线性主电路，进行电流、 电压放大。在线性主电路中，由达林顿管、霍尔电流/电压传感器、MAX1647、及 光耦隔离一起构成了电流主调环，保证恒流、恒压功能。同时增加了由达林顿管、 误差电压放大、晶闸管控制模块、晶闸管降压整流构成的电压从调环，它把达林 顿管压降与参考电压进行比较放大，以控制晶闸管触发模块，使达林顿管压降保 持在参考电压附近，大大地降低了达林顿管上的功耗，使电源整体输出稳定性、 效率等有显著的提高；利用单片机实现电源与机械传动部分、水冷系统部分以及 计算机软件控制部分的有机结合；利用高性能的霍尔电流、电压传感器实现对输 出电流、电压的实时检测；液晶显示模块实时显示输出电压、电流和有关状态； 整个电路通过光耦和传感器实现隔离。 3.2 利用89C51 对MAX1647 进行设置 89C51 通过SMBUS 的READ WORD 和WRITE  WORD 协议与MAX1647 进行双向通信，实现参数的设置。图4 为SMBUS 总线 访问时序图。 图4 SMBUS 总线访问时序图 从图4 可见：89C51 与MAX1647 通信的开始条件是SDA 端口为下降沿，同时 SCL 端口为高电平；MAX1647 的WRITE－WORD