宽输出电压的半导体激光器驱动电源

本文章介绍了一种大功率、宽输出电压范围的半导体激光器脉冲驱动电源的设计方法。
根据半导体激光器脉冲驱动电源高电压、大电流的工作特性需求，脉冲放电环节采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合的拓扑结构，这样既实现了脉冲电流平滑稳定，又提高了输出电压等级与功率。
充电环节采取ＬＣＣ谐振变换器结构，其抗负载短路和开路的能力非常适用于脉冲放电场合。该半导体激光器驱动电源输出参数为：电压０～１０００Ｖ，电流１～１６０Ａ，脉宽２００～２５０μｓ，频率１００Ｈｚ内可调，具备较宽泛灵活的输出范围，可适应不同规模的激光二极管阵列。最后，分别通过单模块、两模块与三模块小功率级联型驱动实验验证了采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合方法的可行性。
 
半导体激光器驱动电源结构设计 根据ＤＰＳＳＬ的工作特性，本文针对输出大电流宽电压范围的脉冲驱动电源展开研究，整体结构如图１所示。驱动电源由前级ＬＣＣ充电单元、储能电容、后级脉冲放电单元与电流闭环系统等部分组成。首先ＬＣＣ对各模块储能电容恒流充电到３３３Ｖ，之后储能电容串联总电压为１０００Ｖ给激光负载供电。电路中功率开关管的驱动控制和电压、电流采样主要采用控制芯片ＤＳＰ２８０３５。经过对ＬＣＣ的研究与分析，本文最终选择ＬＣＣ充电单元工作在ＤＣＭ“双脉冲输出”模式下，这样输出电流均匀稳定，并且可以利用开关管的软开关特性提高前级充电变换器的能效和可靠性［８－９］。脉冲放电电路选用多模块串联结构与功率开关管线性闭环控制相结合的控制方式来提高输出电压等级与功率。