大功率半导体激光器脉冲电源研究

论文摘要

半导体激光器由于其体积小、重量轻、发光波段范围宽、可直接利用输入电流调制激光输出等优点,在通信、医疗、军事、工业等领域的应用广泛,因此对其驱动电源的研究就至为重要。本文开展了对大功率半导体激光器脉冲电源的研究,要求脉冲电源输出近似矩形的脉冲电流,其上升沿与下降沿迅速且无超调,并且脉冲放电期间输出脉冲电流必须平滑稳定且无过冲。本文对半导体激光器的工作原理及功率特性等方面进行了分析,确定了大功率半导体激光器负载对脉冲电源的要求。大功率半导体激光器要求其脉冲电源输出电压范围宽,输出电流大。因此,本文选择采用多模块级联与功率开关管线性控制相结合的控制方案。即采用多模块级联方案来满足输出电压范围宽的要求,工作在线性状态的开关管通过线性控制实现脉冲电流平滑稳定无过冲。在脉冲电源拓扑结构中采用前级LCC充电单元与后级脉冲电流产生单元相结合的形式。利用LCC谐振电路具备的零电流软开关特性和天然抗负载短路、开路的能力,实现对储能电容的恒流充电;后级脉冲电流产生电路选择大功率MOSFET做为主控器件,利用其饱和区漏极电流的可控性,通过对栅极电压的控制产生负载脉冲电流。控制器部分采用数字环节与模拟环节相结合,使脉冲电源的控制功能更加灵活。在脉冲电流上升过程控制当中,引入脉冲电流指令给定积分器,有效地抑制电流过冲,提高控制精度。根据脉冲电源实验中出现的过冲、振荡问题提出了微小电流预启动控制方案。该方案的主旨在于解决由于MOSFET开启阈值电压引起的非线性问题,从而消除脉冲电流上升过程出现的振荡与过冲。搭建原理样机实验平台,分别完成单模块14.7kW脉冲放电实验与多模块132.3kW脉冲放电实验,对微小电流预启动控制方法进行了分析,最后给出的实验数据体现了半导体激光器脉冲电源的输出性能指标,同时也证明了微小电流预启动控制方案的可行性和有效性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曹茹茹

导师: 王德玉,赵清林

关键词: 半导体激光器,脉冲电源,级联叠加,线性控制,微电流预启动控制

来源: 燕山大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 燕山大学

基金: 河北省自然科学基金项目(大功率半导体激光泵浦固体激光器脉冲电源关键技术研究,基金号 E2016203237)

分类号: TN248.4

DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.000786

总页数: 75

文件大小: 6848K

下载量: 86

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