Diseño e implementación de fuente de alimentación láser semiconductor.
Diseño e implementación de fuente de alimentación láser semiconductor.
Para mejorar la estabilidad de la salida de potencia óptica del láser semiconductor y garantizar el funcionamiento seguro y fiable del láser, la fuente de alimentación del láser semiconductor se puede diseñar de acuerdo con la siguiente introducción. El circuito principal de potencia de conducción adopta el modo CC/CC síncrono, que tiene una alta eficiencia de salida. El circuito de conducción puede generar un pulso de activación de 200 kHz, lo que puede reducir la ondulación de la corriente de salida y garantizar la estabilidad de la potencia de salida del láser. El circuito de accionamiento está equipado con un comparador de sobretensión y un comparador de sobrecorriente para garantizar el funcionamiento seguro del láser. La eficiencia de la potencia de conducción a 20A es superior al 85% y la ondulación es inferior al 5%
El tubo láser semiconductor (LD) y el diodo ordinario adoptan una tecnología diferente, pero las características de voltaje y corriente son básicamente las mismas. En el punto de operación, un pequeño cambio de voltaje provocará un gran cambio en la corriente del tubo láser. Además, una ondulación de corriente excesiva también hará que la salida del láser sea inestable. El láser de diodo tiene requisitos muy estrictos sobre su potencia de conducción; La corriente de CC de salida debe ser alta, estabilidad de corriente y bajo coeficiente de ondulación, alto factor de potencia, etc. Con el aumento de la potencia de salida del láser, se necesita un alto rendimiento y una gran fuente de alimentación de corriente estable para conducir. Para garantizar el funcionamiento normal del láser semiconductor, es necesario diseñar razonablemente su potencia de conducción. Además, con el desarrollo de la tecnología MOSFET de alta frecuencia y baja impedancia de conmutación, aparece la fuente de alimentación conmutada con MOSFET como núcleo. Cuando la fuente de alimentación conmutada emite una gran corriente, se ha resuelto el problema de la ondulación excesiva.
Debido a que el diodo láser de alta corriente es fácil de sobrevoltaje, daño por sobrecorriente, por lo que la alta potencia solo con el módulo de interruptor de alta corriente no puede cumplir con los requisitos del láser de diodo de alta potencia, pero también necesita el circuito de protección correspondiente. Para asegurarse de que el voltaje y la corriente no se excedan. Por lo tanto, es necesario presentar un conjunto de medidas técnicas prácticas para satisfacer las necesidades del láser de diodo de alta potencia.
Composición del sistema
El voltaje de entrada del dispositivo es de 24 V y la corriente de salida máxima es de 20 A. El voltaje de salida varía según el número de tubos láser en serie. Si se usa una fuente de alimentación de CA, la parte frontal debe usar CA/CC para la conversión correspondiente.
Vin es el voltaje de entrada, VM1, VM2 son MOSFET, el ancho de encendido y apagado de VM1 determina el voltaje de salida, el diodo de recuperación rápida y el circuito de continuación común VM2, la pérdida de encendido y apagado del conmutador ocupa la parte más importante, por lo que su selección es muy importante, el la resistencia en estado es M0SFET muy bajo en la prueba. Circuito de filtro compuesto por inductancia y capacitancia. Después de medir el voltaje en ambos extremos de la resistencia y compararlo con el valor dado, el generador de pulso genera el ancho de pulso para mantener estable la corriente de carga. VM1 está apagado, el diodo funciona rápidamente y la pérdida en estado activado del diodo es grande. VM2 luego abre la corriente continua para reducir la pérdida del sistema.
Principio de funcionamiento
Cuando se enciende VM1, la ondulación actual es: VM1 se apaga, la corriente continúa fluyendo a través de VD y luego se enciende VN2. Debido a que la impedancia de VM2 es mucho menor que la del diodo, el flujo continúa a través de VM2. Los pulsos de activación de VMl y VN2 se muestran en la Figura 2.
La potencia consumida por el diodo es P=VtdI0. Caída de voltaje del diodo de recuperación rápida general 0.4V, cuando la corriente 20A, el consumo de energía del diodo es 0.8W. Si se usa MOSFET, el consumo de energía será mucho menor. En este experimento se utiliza un MOSFET de 60 A, cuya resistencia equivalente on-off es de 0.0022 Ω. Cuando la corriente es de 20 A, el consumo de energía es de aproximadamente 0,088 W.
De acuerdo con la fórmula de ondulación actual, el aumento de la inductancia y la disminución de la tonelada pueden reducir la ondulación. Para no aumentar la capacidad de inductancia, en el experimento se utiliza la frecuencia de funcionamiento de 200 kHz, en la que la inductancia es de 4,8 μH. De acuerdo con la fórmula, la corriente de ondulación es de aproximadamente 1 000 mA cuando la caída de presión del tubo láser es de 2 V.
El sistema utiliza el circuito de retroalimentación negativa para adaptarse a los requisitos del diodo láser. Cuando la carga cambia y la corriente es ligeramente mayor que la corriente dada, el ancho de tonelada se reduce y el voltaje se reduce. Cuando la corriente sea ligeramente menor que la corriente dada, aumente el ancho de tonelada para mantener estable la corriente.
