半導體激光管(LD)的電源設計
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1 系統構成
裝置輸入電壓為24 V，輸出最大電流為20 A，根據串聯激光管的數量輸出不同電壓。如果采用交流供電，前端應該采用AC／DC作相應的變換。該裝置主要部分為同步DC／DC變換器，其原理圖如圖1所示。
Vin為輸入電壓，VM1、VM2為MOSFET，VM1導通寬度決定輸出電壓大小，快恢復二極管和VM2共同續流電路，整流管的導通損耗占據最主要的部分，因此它的選擇至關重要，試驗中選用通態電阻很低的M0SFET。電感、電容組成濾波電路。測量電阻兩端電壓與給定值比較后，通過脈沖發生器產生相應的脈寬，保持負載電流穩定。VM1關斷，快恢復二極管工作，快恢復二極管通態損耗大，VM2接著開通續流，減少系統損耗。
2 工作原理
VM1導通ton時，可得：
，電流紋波為：
，VM1關斷，電流通過VD續流，接著VN2導通。由于VM2的阻抗遠小于二極管阻抗，因此通過VM2續流。VMl、VN2觸發脈沖如圖2所示。圖2中td為續流二極管導通時間。
二極管消耗的功率為P=VtdI0。一般快恢復二極管壓降0．4 V，當電流20 A時，二極管消耗功率為0．8 W。如采用MOSFET，則消耗的功率將小很多。本實驗采用威世半導體公司的60 A的MOSFET，其導通等效電阻為0．0022 Ω。當電流為20 A時，消耗功率約為0．088 W。
由電流紋波公式可知，增大電感、減小ton都可以減小紋波。為了不提高電感容量，實驗中采用200 kHz的工作頻率，其中電感選用4．8-μH，根據公式可得激光管壓降2 V時紋波電流約為1 000 mA。
系統采用了電流負反饋電路，以適應激光二極管的要求。當負載變化，電流略大于給定電流時，減小ton寬度，電壓降低。電流略小于給定電流時，增加ton寬度，這樣可以維持電流穩定。圖3所示為脈沖發生器結構。
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