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大功率激光电源的设计

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激光电源功率较大,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,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,可完全满足要求的大功率激光器电源。

MAX1647 电源管理芯片介绍

MAX1647 是新型电源管理芯片。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。

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。

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。

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。

选用的主要元器件如下:
霍尔传感器选用北京莱姆公司生产的电压电流传感器,具有高灵敏度、优良的线性度、极快的响应速度;晶闸管触发模块采用山东威海生产的内部带光电隔离的SCR-JKSK,它的调整性能较好,同时为保证三相平衡,应采用每相单独调整;达林顿管选用东芝公司的 MG75G2YL1A,在应用时注意其电流放大倍数小于 20,故应保证驱动电路能提供满足需要的驱动电流。另外,为了判定故障原因,利用液晶显示模块实现显示电源状态。

采用 PM300 仪器测试装置性能指标为:输入 3 相 380V,输出 0~160V,0.5~60A,恒压、恒流,并且相互之间能实现无扰自动转换,效率为 88.5%。

结语

利用 MAX1647 与 89C51 组成控制电路的核心部分,采用改进型线性结构设计的大功率激光器电源,由于 MAX1647 具有恒流、恒压及相互之间自动转换的功能,一方面,克服了完全用单片机控制带来的响应速度慢、恒流恒压特性差、可能出现死机的缺陷;另一方面,又避免了纯硬件控制带来的复杂性,提高了电源的智能性。在激光打标系统中的应用,证明了该电源不仅高效、安全、可靠,而且大大提高了整个系统的智能化程度。
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