AAS30A5V是專為驅(qū)動0~30A的激光二極管而設(shè)計(jì)的電子電源。通過設(shè)置0-2.5V的模擬電壓來設(shè)置0-30A的輸出電流。內(nèi)部有過溫以及短路保護(hù)裝置，調(diào)制頻率可高達(dá)5 KHz，輸出電流的上升沿下降沿的時間約為56μS。

　　二極管激光器對它的驅(qū)動電源有十分嚴(yán)格的要求;輸出的直流電流要高、電流穩(wěn)定及低紋波系數(shù)、高功率因數(shù)等。隨著激光器的輸出功率不斷加大，需要高性能大電流的穩(wěn)流電源來驅(qū)動。為了保證半導(dǎo)體激光器正常工作，需要對其驅(qū)動電源進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

　　半導(dǎo)體激光管(LD)和普通二極管采用不同工藝，但電壓和電流特性基本相同。在工作點(diǎn)時，小電壓變化會導(dǎo)致激光管電流變化較大。此外電流紋波過大也會使得激光器輸出不穩(wěn)定。二極管激光器對它的驅(qū)動電源有十分嚴(yán)格的要求;輸出的直流電流要高、電流穩(wěn)定及低紋波系數(shù)、高功率因數(shù)等。隨著激光器的輸出功率不斷加大，需要高性能大電流的穩(wěn)流電源來驅(qū)動。為了保證半導(dǎo)體激光器正常工作，需要對其驅(qū)動電源進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。并且隨著高頻、低開關(guān)阻抗的MOSFET技術(shù)的發(fā)展，采用以MOSFET為核心的開關(guān)電源出現(xiàn)，開關(guān)電源在輸出大電流時，紋波過大的問題得到了解決。

　　由于大電流激光二極管價格昂貴，而且很容易受到過電壓，過電流損傷，所以高功率僅僅有大電流開關(guān)模塊還不能滿足高功率二極管激光器的要求，還需要相應(yīng)的保護(hù)電路。要保證電壓、電流不要過沖。因此，需要提出一整套切實(shí)可行的技術(shù)措施，來滿足高功率二極管激光器的需要。

　　1、系統(tǒng)構(gòu)成

　　裝置輸入電壓為24 V，輸出最大電流為20 A，根據(jù)串聯(lián)激光管的數(shù)量輸出不同電壓。如果采用交流供電，前端應(yīng)該采用AC/DC作相應(yīng)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。

圖1   同步DC/DC

　　Vin為輸入電壓，VM1、VM2為MOSFET，VM1導(dǎo)通寬度決定輸出電壓大小，快恢復(fù)二極管和VM2共同續(xù)流電路，整流管的導(dǎo)通損耗占據(jù)最主要的部分，因此它的選擇至關(guān)重要，試驗(yàn)中選用通態(tài)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(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的脈寬，保持負(fù)載電流穩(wěn)定。VM1關(guān)斷，快恢復(fù)二極管工作，快恢復(fù)二極管通態(tài)損耗大，VM2接著開通續(xù)流，減少系統(tǒng)損耗。

　　2、工作原理

　　VM1導(dǎo)通ton時，可得：

　　電流紋波為：

　　VM1關(guān)斷，電流通過VD續(xù)流，接著VN2導(dǎo)通。由于VM2的阻抗遠(yuǎn)小于二極管阻抗，因此通過VM2續(xù)流。VMl、VN2觸發(fā)脈沖如圖2所示。圖2中td為續(xù)流二極管導(dǎo)通時間。

圖2  觸發(fā)脈沖

　　二極管消耗的功率為P=VtdI0。一般快恢復(fù)二極管壓降0.4 V，當(dāng)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(shí)驗(yàn)采用威世半導(dǎo)體公司的60 A的MOSFET，其導(dǎo)通等效電阻為0.0022 Ω。當(dāng)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(shí)驗(yàn)中采用200 kHz的工作頻率，其中電感選用4.8-μH，根據(jù)公式可得激光管壓降2 V時紋波電流約為1 000 mA。

　　系統(tǒng)采用了電流負(fù)反饋電路，以適應(yīng)激光二極管的要求。當(dāng)負(fù)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(wěn)定。圖3所示為脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)。

圖3  脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)

　　近年來，高穩(wěn)定并連續(xù)可調(diào)的高精度半導(dǎo)體激光器在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，而與其配套使用的驅(qū)動電源需求量也越來越多，因此，品質(zhì)優(yōu)良的高穩(wěn)定性高精度半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源應(yīng)具備穩(wěn)定可靠、確保激光器安全工作、抗干擾能力強(qiáng)，保證激光器的正常使用壽命等功能。

　　大功率的半導(dǎo)體激光器的工作電流可達(dá)幾十安以上，結(jié)電壓在1V以上。對此類半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電源應(yīng)是恒流源，應(yīng)具有很高的電流穩(wěn)定度，半導(dǎo)體激光器的電源須具有特殊的抗電沖擊措施和保護(hù)電路，電源中無高壓。由此可見，半導(dǎo)體激光器對驅(qū)動電源有很高的要求，瞬態(tài)的電流或電壓尖峰等許多因素都很容易損壞激光器，電流、溫度的起伏都會引起光功率的變化，影響輸出的準(zhǔn)確、穩(wěn)定。