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大电流半导体激光电源功率模块设计

随着激光器的输出功率不断加大,性能不断提高,需要高性能大电流的稳流电源来驱动。目前,国内生产大电流半导体激光器的厂家不多,主要原因在于技术和材料的限制。
 
大电流半导体激光电源的出现,使问题得到了解决。大电流的半导体激光电源的工作效率已经做到了95 %以上,其管耗非常小。随着材料科学的发展,半导体激光电源在输出大电流时,平滑效果问题得到了解决。采用超高导磁性能的材料和特殊的制造工艺,半导体激光电源可以制作出轻便体积小的大电流平滑积分网络。目前的大电流开关模块,基本上满足了直接驱动大功率激光二极管阵列的要求。
 大电流半导体激光电源功率模块内部结构框图
大电流半导体激光电源功率模块内部结构框图
 
首先,本电源包括一个大电流功率模块,其内部结构如图1。单向交流电经过两个保险丝输入到电网滤波器,滤掉来自电网的一部分电磁干扰。滤波器对地的电容很小,以减少漏电流的损失。交流电经过桥式整流后,再做功率因数提升逆变,把直流电压升高到400V。在这个提升过程中,把输入交流电压和交流电流的相位差调节到近于零,校正了功率因数。通常,在输入功率因数校正电路的高频开关电路的输入端,接有传统的输入电容滤波器,结果有大量的高频噪声通过电路。这个模块采用了特殊的软开关提升逆变器,使得高频噪声降低很多,减少开关损耗和功率因数校正电路的发热[ 4 ] [ 5 ]。
接着是零电压开关高频逆变器,包含四个高压大电流MOSF E T管。这 里 采 用 的 是 零 电 压 开 关(ZV S),即调节逆变器控制端的相角而不是调节脉冲的宽度,使得逆变器在开关过程中几乎不产生开关损耗,其功耗主要是MOSF E T微小的导通内阻产生的导通发热。除此之外,采用ZV S调制还降低了开关所形成的电磁干扰,而且减小了MOSF E T散热片的尺寸[ 4 ] [ 6 ]。之后,经过一组全波整流二极管完成高频输出整流,滤波网络是两级串连的L C滤波器。门驱动控制电路执行所有有关激光器安全运行的操作,以及稳流的反馈调控。具体包括对环境状态和操作正确性的监视,以及提供缓慢启动工作电流,控制其变化过程中的上升和下降时间等针对激光器特性的控制电路。
 
最后, IS是一个输出电流检测元件,通过实时反馈,控制电流的稳定输出;V S为电压反馈控制电路,避免电源产生瞬时过压和超功率输出。
 
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