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激光电源的基本要求

在通常情况下,半导体激光器具有较长的使用时间,对于其工作寿命影响比较大的就是驱动信号。如果驱动信号稳定性不足,整个系统又缺乏有效的保护措施,就很可能会导致半导体激光器的性能减弱,使用寿命也会大大缩短。开关机时如果有浪涌现象的产生,对二极管会带来严重的损害。激光电源基本要求如下:
(1)良好的电流稳定度和较小的纹波系数是基本的要求。电源电流的稳定性与激光的输出有着直接的关系,所以电源需要提供稳定的信号输出。
(2)设计完善的保护电路,必要的抗电冲击措施。分析其伏安特性曲线可知,半导体激光器对电冲击的承受能力非常差。电流如果产生波动或者是有静电干扰就很大可能性会使得半导体激光器的输出有影响甚至是器件的损坏,因此健全的保护措施是不可缺少的。
(3)减少电磁干扰等不良的外界影响因素。电源工作时对于外界环境要求较高,所以在设计电路版及布线时,要规划合理,减少不必要的影响。此外,激光电源也应该具有体积小,操作灵活的特征。
 传统线性电源拓扑结构
通常使用以下三个指标来衡量激光电源设计的质量,分别为电流纹波系数、电压调整率和负载调整率。
电流纹波系数
电流纹波系数为输出信号的交流分量峰峰值的二分之一与输出电流的值。
 
电压调整率
很好的反应电源电压的改变量对输出电流的影响程度。
 
负载调整率
表示当负载发生变化时对输出电流的影响,输出电流和输出电压两个变量相对变化量比值越小,代表电源输出稳定性越好。
 
传统的激光电源大多数根据已有的电路拓扑和合理的外围电路改进,常见的有线性电源和开关电源两种电路形式。线性电源通常利用全控型功率开关管,令其工作在放大区,并通过电流反馈实现输出电流的调整,常用的电路拓扑如图 2-4 所示。这种电源能够保证一定程度的输出信号稳定性,但是效率低,损耗大而且散热设备体积庞大,具有很多不利的特性。
 
开关电源可以有多种不同的分类方式,比如:拓扑结构、电路器件等。由于功率开关器件是在开关状态下进行工作,这会大大提高系统的效率。开关管的功耗较小,发热低,所以也会提高开关电源的效率,使得电路元器件内部的温度升高维持在一个较低的水平,这会大大减小散热装置的体积。电路大部分工作在超音频的高速开关状态,电路工作噪音相对较低。多种有利因素可以对整个开关电路的稳定性、可靠性、实用性均具有提升的作用[37]。开关电源设计一般情况下具有完善的保护措施,电源故障可以及时得到处理,方便切断电源,保护负载。根据以上对半导体激光器内部结构及工作原理的分析可以得知其具有敏感的工作特性,相应的电源电路需要较多的保护措施,而良好的数控开关电源电路可以完成对技术指标的严格要求。本激光电源选择开关变换器作为其主拓扑电路,实现稳定输出的功能,为半导体激光器提供稳定的连续供电。
 
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