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大电流半导体激光电源保护电路设计

仅仅大电流半导体激光电源功率模块还不能满足高功率二极管激光器的全部要求,还需要添加保护电路。由于大电流激光二极管列阵的价格昂贵,而且很容易受到电损伤,所以高功率二极管激光器对它的驱动电源规定了十分严格的技术要求,除了输出的直流电流要高达数十安培以上、高电流稳定度和低波纹系数、高功率因数和电效率以外给激光管加电时要严格控制过冲和电流突变,完备的保护电路系统是必不可少的,特别是对于发生故障和突然电网波动后的重新通电,也不允许对激光器产生电冲击[ 2 ] [ 3 ]。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。
保护
大电流半导体激光电源保护系统
(1)开机延时
任何控制电路从通电到稳定都有一个暂态过程,在这个过程中电路状态是不稳定的,因此控制程序的工作状态也是不稳定的。例如在暂态过程中输出了一个很窄的电流脉冲,就会对二极管激光器造成冲击。所以,需要通过一个延时电路,延时开机时间。在电路完全处于稳态之前,模块的电流输出被封闭。

(2)最大工作电流的设定及过流保护
为了防止操作时的调节疏忽对二极管激光器造成损失,本电源提供最大电流设定的功能。当输出电流的大小调节到设定电流值的时候,通过指示灯发出过流提示信号;当操作人员继续调高输出电流时,实际输出的电流值等于设定电流的大小,不会再增大,也不会停机。使用者可以根据每次实验的需要设定一个最大电流值,来限制输出电流的最大值,从而避免二极管激光器受到过流的损坏。

(3)零电流启动
此项功能是在每次开机的时候,必须先把输出电流的调节电位器调到零点才能启动电源,否则电源显示急停,不能正常开机。从而保护二极管激光器不受突发大电流的冲击,延长二极管激光器的使用寿命。

(4)自锁停机保护和报警
本电源给用户提供了多个自锁保护接口,这些接口通过插座把开关量输入到电源。在工作正常时,这些接口都应当处于接地状态。如果接口变成了高电平,或者处于开路状态,电源将自锁停机,相应的报警指示灯同时发光指出发生自锁的原因。故障排除以后,报警灯自然熄灭,但必须重新启动电源,才能正常工作。这样在故障排除后,仍保持自锁停机状态,是防止一旦故障排除了,自锁前输出的大电流会突然恢复,造成对激光管的冲击。
激光器常常需要接的自锁保护有激光器的防护盖、冷水机、实验室环境指示开关等。

(5)紧急停机
当工作中遇到紧急情况需要立即停机时,用户可以简单地推动“紧急停机”按钮,电源的大电流输出会立即中断,同时点亮相应的指示灯。解除紧急停机也需要先关掉电源,把调节输出大电流的电位器调到零点,然后重新启动。
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