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宽输出电压半导体激光器驱动电源检测实验

首先进行LCC恒流软开关实验,按照DPSSL的工作要求,总电压设定为1000V,即单模块电容电压为333V。波形如图6所示:充电阶段开始后,LCC充电单元对电容进行恒流充电,模块c电容电压线性上升,最终电压保持在333V。
 模块c两端电压和前级驱动信号波形
模块c两端电压和前级驱动信号波形
 
之后进行了单模块工作实验,让IGBT工作在线性区,通过PID调节其驱动电压使电流跟随DSP给定达到额定值。具体波形如图7所示,负载采用2Ω电阻,输入电压350V,反馈和给定相等时电路达到稳态,此时负载电压约为312V,电流接近160A,且脉冲电流平滑稳定基本无过冲,上升沿在10μs以内,脉宽200μs,基本满足要求,波形如图7所示。
 单脉冲电流波形
单脉冲电流波形
单模块脉冲电流波形
单模块脉冲电流波形
然后进行了两模块低电压同步工作实验,先将模块a的IGBT关断,只开通模块b,c的IGBT,从图8中可以看出,模块b的IGBT工作在开关区,模块c的IGBT工作在线性状态,驱动电压为8V时控制脉冲电流跟随给定为10A,且电流平滑稳定、上升沿无过冲,模块c电容电压最终保持在50V左右。
 三模块功率开关管驱动电压
三模块功率开关管驱动电压
单模块脉冲电流波形
单模块脉冲电流波形
 
最后进行三模块低电压同步工作实验,设置负载电流幅值为40A时对应的二极管阵列的电压为200V左右,因为要使工作在线性区的功率开关管的耗散功率在安全工作区内,且考虑到二极管通态压降、串联阻抗和线路阻抗等,最后设置三模块储能电容总电压为260V。
从图9~10中得出,脉冲电流平稳上升且无过冲,上升沿18μs,脉宽200μs,电流40A。三模块IGBT动作一致,模块a,b的IGBT工作在开关区,模块c的IGBT工作在线性状态,驱动电压控制在9V。在脉冲电流上升阶段,由于模块a,b的IGBT处于开关状态,电流刚开始上升时可能有微小震荡和过冲,模块c的IGBT处于线性状态,控制脉冲电流通过电流闭环系统跟随给定稳定上升,最终脉冲电流保持在40A左右。通过实验论证可知,本文的多模块串联与功率开关管线性控制相结合的实验方案是可行的,既可以通过多模块串联结构提高输出电压等级与功率、又可以通过单模块IGBT工作在线性区与电流闭环控制相结合的结构实现矩形脉冲电流。因为受模拟负载二极管阵列规模的限制,本次实验只给出260V/40A的脉冲输出数据,目的是充分验证功率开关管线性控制与多模块串联相结合的驱动电源方案的可行性,以及脉冲电流控制环节的PID参数设置的合理性;满容量的实验验证,将在下一步的工作中继续展开。
 
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