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实现功率信息双传输的半导体激光器驱动电源

半导体激光器传递能量的大小主要取决于平均 功率,因此采用恒流驱动较为合理。而半导体激光 器为完成通信工作可通过内调制的方式使激光器工 作电流按调制信号变化,因此更适合采用脉冲电流 驱动。如果将上面两种驱动方式进行有机结合,也 就意味着激光远程充电系统在传递能量的同时也能 传递信息。
 远程激光充电系统结构
激光器的驱动方式
功率和信号的同时传输
在光通信中,由于大多数光调制都是强度调制, 因此以光脉冲的有和无来传输 、 序列,开关键控 方式是主要的二进制调制方式。为提高传输码率及 传输通道抗干扰的能力,光调制大多采用脉冲位置 调制的多进制调制方式。为了在接收端能够解调出 信息中的二进制码 ‘’和 ‘1’,需要判断所接受到 的光功率大小,即功率大于某一值时认为是 , 反之则为。基于上面的分析,为了实现信息和 能量的同时传递,采用的方法是将传递能量的平直 电流与传递信息的脉冲电流相结合,合成后的电流 相当于在脉冲电流的基础上加上了直流偏置,如图 3所示。合成后的电流可以通过判断采样点处电流 的大小来区分二进制码中的 ‘’和 ‘’,另外合成 电流的平均值即为传递能量的平直电流,其大小反 映了传递激光的能量平均值。
 
并联结构实现高效率和高动态特性
要实现图 3所示的合成电流,即电感电流可以 较好地跟踪信号,开关频率需要达到跟踪信号频率 的 5O~100倍,这样开关频率一般要达到 MHz级。 此时开关损耗将大大增加,又由于驱动电源在恒流 驱动模式下是大电流输出,电路中的导通损耗不容 忽视,导致电源的整体效率降低。
本文提出一种将恒流 DC.DC变换器和一个双 向变换器并联的结构模式,如图 4所示。当要求的 合成电流高于恒流电路输出的恒流值时,由双向变 换器提供额外所需的电流值,反之则由双向变换器 吸收多余的电流值。为了较好地跟踪信号,要求双 向变换器具有良好的动态特性,因而其带宽设置要 高。而恒流变换器提供绝大部分功率值,其动态特 性要求不高,为了提高效率,可以设置在低带宽下。 两者并联后可以有效地实现良好的信号跟踪效果和 电路的高效率。
设置双向变换器的电流基准 fref为imod与其通过 低通滤波器后的值相减所得到的差值,以输出用于 传递信息的脉冲电流,其中 i 。d为调制信号,是以 脉冲的有和无分别代表二进制码的 ‘0’和 ‘l’。这 样发射端就能输出一束叠加信号的激光。此时接收 端在吸收能量的同时,也作为通信系统里的光接收 机,将光信号转化为表示光功率变化的电信号。这 些检测的电信号经信号处理系统把信息解调出来, 从而实现了信息的传递。图 4中的恒流 DC.DC变 换器选取交错并联 Buck变换器,其研究技术已经 比较成熟,因而下面将对双向变换器的主电路拓扑 和控制策略加以详细介绍。
 
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