大电流窄脉冲激光器电源的设计
脉冲激光器驱动电路的设计与应用
脉冲激光器驱动电路的设计与应用介绍脉冲激光器是一种能够产生高峰值功率、短脉冲宽度的激光器。
它在许多领域中都有广泛的应用，包括激光加工、医学治疗、通信等。
脉冲激光器的驱动电路起着至关重要的作用，它能够确保激光器的稳定工作并产生所需的脉冲参数。
本文将详细介绍脉冲激光器驱动电路的设计原理和应用。
设计原理脉冲激光器的工作原理脉冲激光器通常由激光介质、泵浦源和驱动电路组成。
激光介质通过泵浦源的能量输入，产生激发态粒子的反转分布。
当反转分布达到一定程度时，通过光学谐振腔的反射作用，可以实现激光的正反馈放大，从而产生激光脉冲。
驱动电路的作用驱动电路的作用是提供适当的电流或电压信号，使激光介质能够产生所需的激发态粒子反转分布，从而产生脉冲激光。
驱动电路需要满足以下几个要求： 1. 提供稳定的电流或电压信号，确保激光器的稳定工作。
2. 控制激光器的脉冲宽度和重复频率，以满足不同应用需求。
3. 提供保护功能，避免激光器因过电流或过压而损坏。
驱动电路的设计电源设计脉冲激光器通常需要较高的电源电压和电流。
为了确保电源的稳定性和可靠性，可以采用稳压稳流电源或者直流稳压电源。
稳压稳流电源能够根据激光器的工作状态自动调整输出电流和电压，保持恒定。
直流稳压电源则需要通过电压和电流调节器手动调整输出参数。
控制电路设计控制电路主要用于控制激光器的脉冲宽度和重复频率。
其中，脉冲宽度由激光介质的特性和谐振腔的参数决定，可以通过调节激光介质的泵浦源和谐振腔的参数来实现。
重复频率则由驱动电路的时序控制器控制，可以通过改变时序控制器的频率来调节。
保护电路设计保护电路用于保护激光器免受过电流、过压等损坏。
常见的保护电路包括过流保护电路、过压保护电路和过温保护电路。
过流保护电路可以监测激光器的电流，当电流超过设定值时，及时切断电源以避免激光器损坏。
过压保护电路则可以监测激光器的电压，当电压超过设定值时，自动切断电源。
应用脉冲激光器驱动电路在许多领域中都有广泛的应用。
窄脉宽激光驱动电路设计
窄脉宽激光驱动电路设计
窄脉宽激光驱动电路设计涉及到激光产生和调制的各个方面，以下是一种基本的窄脉宽激光驱动电路设计：
1. 激光二极管选择：选择一个具有窄发射带宽和快速响应时间的激光二极管。
应选择适合所需的激光波长和功率的二极管。
2. 调制方式选择：根据需求，选择一种适合的调制方式，例如直接调制或外调制。
3. 电源供应设计：根据激光二极管的需要，设计合适的电源电压和电流。
4. 模拟调制电路设计：如果选择直接调制方式，需要设计一个模拟调制电路，该电路可以对激光二极管的电流进行精确的调节，以达到所需的窄脉宽。
5. 数字调制电路设计：如果选择外调制方式，需要设计一个数字调制电路，该电路可以根据输入的数字信号对激光的开关时间进行精确的控制。
6. 保护电路设计：为了确保激光二极管的安全运行，可以设计一些保护电路，例如过压保护、过流保护和过温保护电路。
7. 反馈控制电路设计：为了稳定激光的输出功率，可以设计一个反馈控制电路，该电路可以根据激光的光信号对激光二极管的电流进行调节。
8. PCB布局和经过合理的电磁兼容性设计：对于激光驱动电路，良好的PCB布局非常重要，可以减少电路中的干扰和噪声，确保电路的稳定性和性能。
值得注意的是，窄脉宽激光驱动电路设计需要根据具体的应用需求进行优化和调整，以上仅为一个基本的设计框架，具体的细节还需根据具体情况进行进一步设计。
脉冲激光电源的设计与研制
脉冲激光电源的设计与研制摘要：介绍了一种新型脉冲激光电源的设计与研制，给出了这种电源的电路原理图和调试过程中应注意的问题及一些重要元器件的选择和加工方法。
1 引言传统的脉冲激光电源虽然实现了非线性化，取代了老式的线性倍压整流技术，使得整体的转换效率、体积、重量及充放电时间等重要参数均有了较大的改善。
另外，非线性激光电源可靠性的不断提高和产品化，使得激光技术的应用又上了一个新的台阶。
但是这种非线性激光电源仍然存在着工作频率一直是在20kHz以下，不能进一步提高的缺点，这样，就导致了传统的非线性激光电源的转换效率、体积、重量以及充放电时间等不能改善到理想的状况。
同时存在着令人十分烦噪的声频噪声。
为了解决这些问题，我们设计和研制成功了一种工作频率在100kHz的非线性脉冲激光电源。
2 电路的组成脉冲激光电源的原理方框图如图1所示。
它由触发电路、主变换器电路和高压充放电电路等三大部分组成。
其电路原理图如图2所示。
图1 脉冲激光电源的原理方框图图2 脉冲激光电源电路原理图3 电路的工作原理3.1 触发电路的工作原理从图2可以看出，触发电路部分主要是由触发指示电路和触发电路组成，具体由IC1的LBI和LBO端，V1、LED、VD1以及K1和K2来完成，当变换器通过变压器T1、二极管VD2和VD3向电容器充电时，取样电路（由R10、R9、W1、W2、W3、R1组成）将其充电电压值反馈给IC1的LBI与VFB端，一旦电压充到所需的电压值时（大约为1kV左右），这时LBI端的电压值将大于1.3V，LBO端就会变为高电平，V1导通，LED变亮，指示出电压已充到可以触发的状态。
另外取样电路将反馈信号还送入IC1的VFB端，若反馈信号的电压值≥1.3V时，即刻关断变换器，使高压维持到所需的值上，触发器件由高耐压、大电流的汽车级的晶闸管BT151/800R来担任。
3.2 主变换器的工作原理主变换器电路主要是由IC1（MAX641/642/643）、变压器T1以及V2等元器件组成的单端反激式升压电路。
高性能大电流脉冲电源的设计与实现
高性能大电流脉冲电源的设计与实现曹海源胡婷婷韦尚方万强孙斌卢常勇（武汉军械士官学校光电技术研究所，湖北武汉 430075）摘要 本文针对高功率脉冲DPSSL对激光电源的要求，综合运用了ARM7单片机控制技术、串联VICOR模块可调稳压源、IGBT功率器件及各种保护电路，设计并实现了小型、高效的半导体泵浦激光器驱动电源，具有电压调节范围宽、峰值电流高、控制精度高、良好的稳定性和高低温环境适应性等特点。
测试表明：电源整机运行稳定可靠，达到了很高的技术指标要求，可广泛应用于军用激光测距、激光雷达、激光对抗等领域。
关键词 驱动电源；ARM7；电流脉冲；IGBT；VICOR模块中图分类号 TN248.4 文献标识码 BDesign and Realization of High Performance and Strong Current Pulse Power Supply Cao,Hai-yuan Hu,Ting-ting Wei,Shang-fang Wan,Qiang Sun,Bin Lu,Chang-yong(Opto-electronics Facility, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officers School,Wuhan, Hubei, 430075, P.R.China)Abstract: In this paper, according to the request of the high power pulse DPSSL, we design and implement a compact, high efficiency power supply for DPSSL, which combines the control technology of ARM7 MCU, tunable voltage stabilizer using VICOR modules in series structure, IGBT power components, closed loop adjusting circuit, and various protective measures. It is specified as wide tuning range of the voltage, high peak current, high control precision, high stability, high adaptability to the high-low temperature, and so on. Test and measurement results show that our power supply operates steadily and reliably, and well meets the request of the performance index in the project. It can be widely applied in military laser rangefinder, Lidar, laser counterwork, and so on.Keywords: power supply; ARM7; current pulse; IGBT;VICOR module1 引言DPSSL（Diode Pumped Solid-State Laser）出现于八十年代末，与传统的灯泵固体激光器相比，它具有效率高、寿命长、结构紧凑、稳定性高等特点，广泛应用于军事、航空航天等领域中。
大功率半导体激光器脉冲驱动电源研制
ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｉ ｇ ｇ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ａ ｋ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ ｉ ｓ ７ ５ Ｗ，
Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｃ Ｏｘ ｉ ｄ ｅ Ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ （ ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ ）ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｉ ｇ ｇ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ
ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ ， ｗ ｈ ｏ ｓ ｅ ｒ ｉ ｓ ｅ — ｔ ｉ ｍｅ ， Ｆ ｕ ｌ ｌ Ｗｉ ｄ ｔ ｈ Ｈａ ｌ ｆ Ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ（ Ｆ Ｗ ＨＭ） ａ ｎ ｄ ｐ ｅ ａ ｋ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ １ ． ２ ｎ ｓ ， １ ５ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ７ ２ Ａ，
Ｌａ ｓ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｒ ｉ ｇ ｇ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ
ＷＡ ＮＧ Ｗｅ ｉ ，ＸＩ Ａ Ｌ ｉ ａ ｎ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ，ＣＨＥ Ｎ Ｙｉ ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｙｉ ，Ｓ ＨＩ Ｊ ｉ ｎ － ｓ ｈ ｕ ｉ ，ＤＥＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｊ ｕ ｎ
第１ １ 卷 第１ 期
大功率激光器专用电源设计
大功率激光器专用电源设计大功率激光器专用电源设计激光技术在现代科学和工业领域发挥着至关重要的作用，而大功率激光器则是其中的重要组成部分。
为了保证大功率激光器的正常运行，一个可靠的专用电源设计是必不可少的。
首先，大功率激光器所需的电源必须具备高效的能量转换特性。
由于激光器工作过程中需要高能量的输入，电源的转换效率直接影响到激光器的输出效能和稳定性。
因此，在设计过程中，我们需要选择高效率的功率转换器，并且要进行合理的能量管理，以最大程度地减少能量损耗。
其次，大功率激光器的专用电源必须具备高精度的电压和电流控制能力。
激光器的工作过程中，需要精确控制输入电压和电流的大小，以确保激光输出的稳定性和一致性。
为此，我们需要在电源设计中加入合适的电压和电流反馈回路，以实现精确的控制和调节。
此外，大功率激光器专用电源还要考虑到系统的稳定性和可靠性。
激光器工作时对电源的要求比较苛刻，对电压和电流的波动都会直接影响到激光输出的稳定性和质量。
因此，在设计过程中，我们需要采取适当的稳压和滤波措施，以减小电源输出的波动。
最后，大功率激光器专用电源设计还需要考虑到电源的安全性和保护功能。
激光器的工作过程中，存在着一定的安全隐患，如过大的电流和短路等问题。
因此，我们需要在设计中加入相应的保护电路，以确保激光器的安全运行，并防止可能的损坏和事故发生。
综上所述，大功率激光器专用电源的设计不仅要考虑到能量转换的高效性，还要具备高精度的电压和电流控制能力，以及系统的稳定性、可靠性和安全性。
只有通过科学合理的设计，才能提供稳定可靠的电源供应，确保大功率激光器的正常运行，并发挥其在科学研究和工业应用中的重要作用。
用于半导体激光器的大电流纳秒级窄脉冲驱动电路
用于半导体激光器的大电流纳秒级窄脉冲驱动电路陈彦超;冯永革;张献兵【摘要】根据脉冲式半导体激光器对功率、脉宽、上升沿的要求,同时考虑电脉冲的注入便于测试激光器的各种性能,提出了一种以金属氧化物半导体场效应晶体(MOSFET)为开关器件,以雪崩晶体管为驱动器,可产生大电流、窄脉宽、陡上升沿脉冲的激光器驱动电路.讨论了预触发脉冲宽度和雪崩晶体管输出负载对MOSFET 输出脉冲在幅度和波形上的影响以及如何通过调整耦合电阻来控制脉冲的“下冲”和振荡.实验结果表明:在0～200 V供电电压下,该电路在1Ω电阻上产生了从0A 到148 A,具有陡上升/下降沿的10 ns级电脉冲.通过调整电路参数,可输出脉冲宽度窄至8.6 ns,幅度达到124 A的电脉冲.该驱动电路满足了脉冲式半导体激光器的工作要求和对器件测试的要求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)011【总页数】7页(P3145-3151)【关键词】半导体激光器;驱动电路;大电流信号;纳秒级脉冲【作者】陈彦超;冯永革;张献兵【作者单位】北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理所,北京100871;北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理所,北京100871;北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理所,北京100871【正文语种】中文【中图分类】TN248.41 引言脉冲式半导体激光器可用于激光测距、激光引信、激光雷达、泵浦固体激光器、脉冲多普勒成像、3D 图像系统、光纤测温传感器等领域。
高峰值功率、窄脉宽及陡上升沿的脉冲驱动可以增加激光器的作用距离并提高相关传感器的分辨率［1－4］。
对于脉冲激光测距，缩短激光脉冲的上升时间是提高精度最简单有效的方法［5］。
对于一些处于实验室阶段的新型半导体激光器，如GaN 基蓝紫光激光器，电脉冲的直接注入可以测试激光器的各种性能，比如观测激光器的增益光开关产生的延迟、过冲及拖尾的过程，脉冲光谱的展宽等［6］。
大电流窄脉冲激光器电源的设计_杨林森
大电流窄脉冲激光器电源的设计杨林森,刘 俊(中北大学电子测试国家重点实验室,山西太原 030051)提要:本文主要介绍了一种为大电流窄脉冲激光器供电的激光电源的设计方法。
文章中首先论述了激光电源的发展现状。
然后根据工作项目的要求,通过CPLD 实现脉冲可调,用V MOS 管实现恒流控制,详细的介绍了这种激光电源的工作原理,设计方法,电路调试的过程及结果。
最终成功的设计出激光电源,其工作频率可调,脉宽:80ns-200ns 可调,脉冲电流高达6A 。
关键词:激光电源;V MOS 功率场效应管;大电流;窄脉冲中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2006)06-0078-02The Design about the semiconductor laser driver for special requestYANG lin-sen,LIU jun(National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology,s hanxi 030051,China)Abs tract:The paper mainl y introduce a research about a s emiconductor l as er driver works in the special condition s atis fyi ng the strict requirement which are narrow pulse generator and strong current .Thewriter s tate the actuality about the development of the laser diode dri ver and design a kind of las er diode driver suc -ces sfull y which can generate 6A c urrent and the puls e width is about 80ns.K ey words :las er di ode driver;V MOS power magni fier;narro w pulse generator;strong c urrent.收稿日期:2006-04-05基金项目:武器装备预研重点基金项目课题,编号:6140534作者简介:杨林森,男,山西朔州,中北大学,硕士。
大功率高能脉冲激光电源设计
大功率高能脉冲激光电源设计
李贺龙;徐健;杨之青;宋家豪;吴周宇;汤义辉;赵爽;丁立健
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2024(36)5
【摘要】根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求,设计了一种大功率脉冲激光电源,可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。
前级充电网络采用串联LC谐振变换器,后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。
最终,研制了1台7 kW实验样机,最大重复频率10 Hz,最高充电电压2.2 kV,可实现单脉冲最高700 J电能输出,满足大功率高能脉冲输出的应用需求,实验测试结果验证了设计的可行性。
【总页数】6页(P56-61)
【作者】李贺龙;徐健;杨之青;宋家豪;吴周宇;汤义辉;赵爽;丁立健
【作者单位】电能高效高质转化全国重点实验室(合肥工业大学);合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室)
【正文语种】中文
【中图分类】TM51
【相关文献】
1.大功率YAG脉冲激光电源系统的改进设计
2.10kJ高能脉冲激光器直驱式电源系统的分析和设计
3.大功率半导体激光泵浦固体激光器脉冲电源设计
4.一种高速大
功率半导体脉冲激光电源的设计与仿真5.大功率半导体激光器的高精度脉冲电源设计
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一种GaN FET的窄脉冲激光器驱动电源系统设计
一种GaN FET的窄脉冲激光器驱动电源系统设计
许源;王武;倪小龙;闫钰锋;于信;白素平
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2022(30)9
【摘要】针对半导体激光器驱动电路在低纳秒级对激光光脉冲调节困难的问题,研究了一种基于GaN高速半导体器件的半导体激光器的驱动方案,可实现激光光脉冲的宽度、高重复频率的高精度调节;在设计上,利用FPGA门电路现场可编辑、低功耗等特点,基于Xilinx Zynq平台搭建前置时序产生电路,输出时序信号;设计储能电路,通过驱动氮化镓场效应晶体管(GaN FET)作为开关控制储能回路,最终实现激光光脉冲低纳秒级的精密调节;经过实验验证和分析,该驱动电路能稳定输出脉冲宽度3~200 ns可调、重复频率0~1 MHz可调、峰值功率超过70 W、上升沿时间小于5 ns的激光光脉冲信号。
【总页数】8页(P272-279)
【作者】许源;王武;倪小龙;闫钰锋;于信;白素平
【作者单位】长春理工大学光电工程学院;北方导航控制技术股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP331.2;TN47
【相关文献】
1.窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计与仿真试验
2.用于半导体激光器的大电流纳秒级窄脉冲驱动电路
3.脉冲激光器大电流窄脉冲驱动设计
4.低功耗窄脉冲编码激光器驱动设计探讨
5.大电流窄脉冲激光器电源的设计
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窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计与仿真试验
窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计与仿真试验1. 引言1.1 研究背景与意义1.2 国内外研究现状与进展1.3 本文研究目的与意义2. 窄脉冲半导体激光器驱动电路的原理2.1 窄脉冲半导体激光器的特性与应用2.2 半导体激光器的驱动原理及基本电路2.3 窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计要求3. 窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计3.1 驱动芯片的选型和参数确定3.2 电源电路的设计3.3 输出电路的设计3.4 控制电路的设计4. 窄脉冲半导体激光器驱动电路的仿真试验4.1 仿真环境及参数设置4.2 仿真结果分析4.3 实验结果验证5. 结论与展望5.1 研究结论5.2 改进与展望5.3 研究成果及其应用前景注：本题提供的是论文的提纲，提纲所提及的内容并不一定全面详实，具体内容需根据论文的实际需要进行拓展和补充。
1. 引言1.1 研究背景与意义半导体激光器是一种非常重要的光电器件，广泛应用于通讯、医疗、车载雷达等领域。
而窄脉冲半导体激光器则具有输出功率高、调制速度快、瞬时带宽宽等优点，在光通信领域尤其受到青睐。
然而，窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计非常复杂，因为它要求驱动电路的响应速度极快，同时需要精确控制输出波形的上升和下降时间、脉冲宽度和峰值电流等参数，以保证激光器输出的信号质量和稳定性。
因此，本文将针对窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计与仿真试验进行研究，旨在通过提高驱动电路的精度、响应速度和稳定性，实现高速、高品质、高可靠性的窄脉冲半导体激光器输出。
此外，论文的研究成果也可以为半导体激光器驱动技术的进一步发展提供重要的参考。
1.2 国内外研究现状与进展窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计和优化是一个相当热门的研究领域，国内外的学者和工程师们已经开展了许多有意义的研究。
例如，在驱动芯片的选型方面，有人采用多级集成器件，以提高驱动芯片的响应速度和稳定性；还有人使用瞬态电压抑制器，以避免过压对芯片的损害。
一种新型窄脉宽脉冲电源的设计与实现
中图 分 类 号 ：Ｐ ９ Ｔ ２ Ｄ Ｉ１ ．９３ ｊｉ ｎ １０ Ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０７—１４ ２ １． ２０ ３ ｓ ４ Ｘ．０２ ０ ．０
在 航空 航 天 、 密 仪 器 和 生 物 医学 等 精 密 机 精 械 加工 领域 ， 随着 加 工精度 要求 的提 高 ， 电化学 微
面可以防止在加工过程中由于短路或者其他原因 损坏前 端 电路 部 分 ， 到 信 号 隔 离 及 滤 波 作 用 。 起
６ １７在应 用 中 ， 了抗 干 扰 ， 电 源 端 需 接 ０ １ Ｎ３ 为 在 ．
的去耦 电容； 了限流， 为 还需在光耦的 ２脚与 ３ 脚之 间串接一个 ４０Ｑ 的电阻 …。 ７ 为了对脉冲整形 ， 得到所需的超窄脉冲信号 ， 利用 ６ １７的上升 沿较 为缓 慢 的 特点 ， 其 输 出 Ｎ３ 将 信号通过后端脉冲整形芯片 ７ Ｈ １ ， ４ Ｃ ４ 经两次反相 整形 输 出得 到 。 由于 ７ Ｈ １ ４ Ｃ ４为六 反 相 施 密 特触
可 以 １ ．５。 ２ 为单 位对 相 位步 进调 节 。 １
为方便频率调节， 采用 Ａｍ ｌ ｔｅ公司的 ５ 系列单 １
片机 Ａ ８Ｓ１ Ｔ９５ 控制 Ａ ９５ 产 生频率 可调 的正弦波 Ｄ ８１
图 ３ 两级 仃型 Ｌ Ｃ低 通滤波器的电路结 构
信号 。Ａ ８Ｓ１ Ｔ９５ 单片机 内部 为增强 型的 ＲＳ ＩＣ结 构 Ｄ ，Ｕ Ｔ ８ Ｅ Ｄ ７ １ ３ 信 号 整形 电路 ． 具有每 １ Ｈ 实现 １ Ｉｓ ｚ Ｍ Ｍ／ 的数据处理能力 ， 为方便 为得到所需的超窄脉冲信号 ， 需利用快速光耦 使用 ，Ｔ９５ 还支持 在线编程 。Ａ ８Ｓ１单片机与 Ａ ８Ｓ１ Ｔ９５ 结合 脉 冲整形 电路 。将 Ａ ９５ 产生 的 ５～１ ｚ Ｄ８１ ０ＭＨ Ａ ９５ Ｄ ８ １的连接示意图如图 ２ 所示 。 的正弦波信号 ， 通过快速光耦及脉冲整形电路变换实现脉冲 信 号 的超 窄脉 宽 ， 宽最小可达 １ Ｓ并且脉宽 和 脉 ０Ｂ，
基于DE150的高速大电流窄脉宽半导体激光电源
第39卷第5期激光与红外V o.l39,N o.5 2009年5月LA SER&I NFRA RED M ay,2009文章编号:1001-5078(2009)05-0489-04#激光器技术#基于DE150的高速大电流窄脉宽半导体激光电源冯志辉1,2,岳永坚1,刘恩海1,周武林1(1.中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:总结了一种基于射频MOSFET管的高速大电流窄脉宽半导体激光驱动源设计方法,运用PSp ice对整个驱动电路进行了仿真,最后利用DE150-201N09A MOSFET管制作了面积为12c m2的电路板,测试结果表明半导体激光器输出电流脉宽10ns左右、上升时间4ns,最大脉冲电流27A,最高重复频率可达50kH z。
关键词:半导体激光驱动源;脉冲电流;上升时间;脉宽;重复频率;DE150中图分类号:TN248.4文献标识码:AFast and high current s hort pulse laser diode dri ver based on DE150FENG Zh-i hu i1,2,YUE Yong-jian1,LI U En-ha i1,Z H OU W u-lin1(1.T he Instit u te of O pti cs and E l ectron i cs,the Chinese A cade m y of Sc i ences,Chengdu610209,Chi na;2.G raduate School o f the Chi nese A cademy of Sciences,Be iji ng100039,Chi na)Ab stract:A design m ethod of a fast,h i gh current short pulse l aser d i ode source based on pow erM OSFET was su mm a-r i zed.The whole driver m odule w as s i m u l ated by PSpice and the PCB w it h a square of12c m2w as m ade w it h MO SFETof DE150-201N09A.The output current pulse w i dth and r i sing ti m e i s about10ns and4ns respecti ve l y,the m ax i m u mou t put current i s27A and the repetiti ve o f the m odule can reach50k H z.K ey w ords:l ase r d i ode dr i ver;pulse current;rise ti m e;pu l se w i dth;repetiti ve;DE1501引言在激光制导、激光近炸引信、脉冲激光雷达、激光成像雷达和测距[1]、激光通信[2]等领域中,影响其识别能力、测距精度及抗干扰能力的首要因素是半导体激光器发射的激光脉冲质量。
大功率窄脉冲激光发射系统研究
大电流窄脉宽半字体激光发射系统研究继勇，军(工业大学电子与信息工程学院710000)摘要：设计一种大电流窄脉宽半导体激光发射系统，本系统主要根据手持式激光测距仪要求设计，分别对半导体激光器所需要的大电流窄脉宽驱动电路，离压开关电源电路进行理论分析，并通过PSPICE 进行仿真，半导体激光器输出电流脉宽10ns左右，上升时间8ns,最大脉冲电流20A,莹复频率10KHZo关键字：半导体激光器：boost升压电源；峰值电流：脉宽：上升时间High current short pulse laser diode emissionsystemLiu j i-yong, Ii jun(Xian universi ty of tech no logy. Te I ecommun i cat i ons and information e ng in eer i ng institute, shanx i xi‘ an 710000)Abstrac t: devise high current short pulse laser diode emission system,principa Ily appl ied to the hand-held laser range finder ・ Respec t i ve ly on semiconduc tor laser need large current narrow pulse width dr ive ci rcuit, high voltage switch power supply ci rcuit theory analysis, and Through the PSPICE Simulat ion, the output current pulse w i dth and r i si ng t i me i s abo ut 10 ns and 8 ns respec t i ve I y, the max i mum output curre nt is 20A, and the repetitive of the moduIe can reach 10KHZKey words: laser diode emission system; boost high voltage switch power; maximum current; pulse width;rising time1.引言半导体激光发射技术在激光测距，激光制导⑴，激光近炸引信.目标识别•激光雷达等领域应用广泛，而半导体激光器发射的激光脉冲质量直接影响到系统的测距精度叫测距距离，及抗干扰能力等系统指标。
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大电流窄脉冲激光器电源的设计杨林森,刘 俊(中北大学电子测试国家重点实验室,山西太原 030051)提要:本文主要介绍了一种为大电流窄脉冲激光器供电的激光电源的设计方法。
文章中首先论述了激光电源的发展现状。
然后根据工作项目的要求,通过CP LD 实现脉冲可调,用VM OS 管实现恒流控制,详细的介绍了这种激光电源的工作原理,设计方法,电路调试的过程及结果。
最终成功的设计出激光电源,其工作频率可调,脉宽:80ns -200ns 可调,脉冲电流高达6A 。
关键词:激光电源;VM OS 功率场效应管;大电流;窄脉冲中图分类号:TN 248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2006)06-0078-02The Design about the semiconductor laser driver for special requestY ANG lin -sen ,LIU jun(National K ey Laboratory for E lectronic M easurement T echnology ,shanxi 030051,China )Abstract :The paper mainly introduce a research about a sem iconductor laser driver w orks in the special condition satis fying the strict requirement which are narrow pulse generator and strong current .The writer state the actuality about the development of the laser diode driver and design a kind of laser diode driver suc 2cess fully which can generate 6A current and the pulse width is about 80ns.K ey w ords :laser diode driver ;VM OS power magnifier ;narrow pulse generator ;strong current.收稿日期:2006-04-05基金项目:武器装备预研重点基金项目课题,编号:6140534作者简介:杨林森,男,山西朔州,中北大学,硕士。
激光器的电源(也称激光器激励装置)是激光器装置的重要组成部分。
它是激光器的能源,为激光器提供泵浦能量,控制激光器输出的强弱和重复频率。
是研制激光制导武器的首要解决难题。
它随着激光器的发展而不断完善,激光器的泵浦方式有多种:有光激励、放电激励、化学激励、核能激励等。
采用光激励和放电激励时,激光器必须配有一台与之相适应的供电电源。
最初出现的固体激光器电源采用直流电源经过限流电阻R 给储能电容器C 充电,即RC 充电方式。
这种电源只能满足低重复频率下的场合。
为了满足新型激光器高效率、高重复频率、低成本和高可靠性等诸多要求,人们又把LC 谐振充电式电源、开关电源等技术引入到激光器电源的制造中。
80年代初出现了用快速晶闸管作电子开关的逆变器充电电路,它的出现解决了电源存在的体积和重量问题。
但频率只能在10K H z 以下,而且控制电路复杂。
90年代初,出现了自行关断的功率场效应晶体管VM OS ,具有高速度、高可靠性、低功耗等特点,被逐步应用于大功率开关型激光器的电源之中。
同时,计算机技术也进入激光器电源中,用微机控制的多功能电源也相继问世。
国内在该方向的发展落后发达国家较多。
目前国内还没有专门生产高性能的为大电流窄脉冲激光器供电的脉冲电源。
1 窄脉冲大电流激光电源的技术指标及其设计原理 本文的激光电源是为了适应脉冲激光器(LDMP —0905—0030)的要求而设计的。
其基本技术指标是:(1)输出电流脉宽为80-200ns 可调:(2)输出驱动电流为6A ;(3)输出脉冲电流的占空为0.05%。
考虑到可控硅输出激励器虽然可以产生大电流,由于脉冲宽度是由可控硅的放电速度和储能电容决定,要满足脉冲宽度可调比较困难;雪崩管输出激励器需要很大的电压驱动;晶体管输出激励不能产生大电流。
加上工程应用中的效益/成本最小化原则,系统规模最小化、系统合理化的原则。
因此我们采用了一种新的驱动电路,其原理如图1:2 电路设计及调试整个电路如上图由窄脉冲产生电路,窄脉冲放大电路,功率放大电路组成。
下面对各模块进行分别阐述。
2.1 窄脉冲产生电路窄脉冲发生电路主要负责产生脉宽为80-200ns ,占空比0.05%的窄脉冲。
由于要产生这样窄的脉冲,而且要实现脉宽的可调,占空比的稳定,决定使用CP LD (可编程逻辑器件)通过编程实现窄脉冲的发生。
使用CP LD 后发出的脉冲形状好,可以减少脉冲整形电路,使电路结构简单,工作稳定。
本设计使用了EP M7032S LC44-10型的CP LD ,其发出的脉冲信号如图2。
图中显示了从CP LD 发出的脉宽为200ns ,占空比0.05%的脉冲信号。
图1 电路原理框图 图2 CP LD 输出脉冲波形2.2 窄脉冲放大电路由于窄脉冲信号是用来控制功率放大电路的VM OS 管的,由IRF840VM OS 管的器件特性(具体特性请查阅相关资料)可知要让此功率管产生6A 的电流,其栅极驱动电压要在7V 左右,因此要对CP LD 产生的窄脉冲进行放大。
通过信号频域分析的计算公式:sin ωτ/ω=0,可知80ns 的脉冲相当于6.75M 的高频信号。
所以要对这样的信号进行放大属于高频信号放大,一般的运发是很难实现放大的,通过查阅资料我们选择了AD 公司的AD811,它的带宽为140M 。
具体放大电路如图3a 。
放大输出结果为U O =1+R 16/R 15U I 。
调试后放大电路输出图形如图3b 。
可通过对电阻值的调整得出所需电压的输出信号。
图3a 窄脉冲放大电路 图3b 放大电路输出波形2.3 功率放大电路脉冲激光器(LDMP -0905-0030)需要6A 的脉冲驱动电流,而由放大电路产生的是小电流的脉冲信号,根本不能驱87 《激光杂志》2006年第27卷第6期 LASER JOURNA L (V ol.27.N o.6.2006)动激光器。
为了驱动激光器必须进行功率放大。
所谓功率放大就是要求它的输出级能够给负载提供足够大的信号功率。
考虑功率晶体管的等效电路,极限参数和非线性失真等问题。
通过选择因为VM OS功率场效应晶体管具有输入阻抗高,驱动功率小,开关速度和频带宽度高,热稳定性好等特点,所以选用了ST公司的IRF840VM OS管。
理论上说,VM OS 管是电压控制器件,工作时必须在栅一源极之间加控制电压,由于栅一源极之间阻抗很大,因此所需电流极小。
实际上,由于输入段存在电容,为了使它导通必须对栅极电容充电,为了断开它必须使该电容放电,这就要求驱动电路能在器件开通和关断的瞬间提供一定幅值的电流。
M UR840是快速整流管用来使栅一源极寄生电容迅速放电。
其电路设计如图4a所示。
G3为我们所使用的激光器,R11为限流电阻, E7用来稳定输入电压,供电电源为45V,7A的开关电源。
图4a 功率放大电路 图4b 激光器(G3)串联电阻R11两端的电 压(上),VM OS管栅极的控制电压(下)电路的工作过程为:当输入放大后的脉冲信号通过保护电阻R17流入VM OS管的栅极时,栅极高电平控制漏一源极导通,使得供电回路导通,激光器(G3)通过脉冲电流,由于控制电压稳定,产生的脉冲电流是恒流的。
其调试的结果如图4b 所示。
从图4b电阻R11(6Ω)上的电压情况可知激光器上流过的脉冲电流为6A,脉宽110ns,达到了我们预期的目标。
总之,此电源设计的方法、结构和原理都比较简单,由于合理的选择了器件,调试中的技巧应用得当成功的设计出80 -200ns脉宽可调,脉冲电流高达6A的脉冲激光电源。
完成了项目的要求。
突破了国内同等电源设计中脉宽不能超过50ns的瓶颈问题。
参考文献〔1〕 李中江.VM OS功率场效应晶体管及其应用〔M〕.北京:人民邮电出版社,1999,6.〔2〕 林晓翰,苏国彬.半导体激光器的大电流窄脉冲驱动电路的研究〔J〕.压声与光电,2000,(6):12.〔3〕 奕程涛.窄脉冲大电流激光激励器的研究〔D〕.学位论文.〔4〕 Laser F ocus W orld,1991,June:75.〔5〕 SPIE,1981,7384:195.〔6〕 曾忠,王慧贞.谐振充电式脉冲激光电源的研制〔J〕.电力电子技术,2001,(1):2.(上接第77页)到熔点以下,未熔化的内部颗粒保持其固相骨架状态。
这与文献〔10〕所开展的实验结果完全一致.B、C 两点的温度变化趋势与A点大体相同.通过查看节点温度数值或从曲线上可以清晰地看出,A、B、C三点温度逐渐升高,这是因为激光束在扫描粉床前端时,由于热传导作用使粉床的温度升高,那么激光束在粉床后端扫描时,粉床的初始温度升高,所以同一烧结道粉床后面的温度要稍高。
而从D点曲线可以看出随着烧结的进行D点的温度越来越高,在烧结过程中存在热积累效应。
3)图6为各烧结道结束时刻的温度时间曲线,可以看出随着烧结道的增加,激光熔池温度逐渐升高,并且粉床整体温度也逐渐升高。
这是由于各烧结道的热积累效应造成的。
模拟中还发现扫描间距对各烧结道温度的影响也非常大。
因此通过模拟可以为实验提供一定的理论基础。
4 结束语DM LS技术在实际生产中的运用,必将推动该技术研究的迅速发展,而DM LS温度场的理论研究将为后续的残余应力等研究和生产应用提供更为完善的理论基础。
基于此本文综合考虑了各相关因素的影响,运用大型有限元软件ABAQUS对直接金属选区激光多道烧结过程的瞬态温度场分布进行了数值模拟,并得到如下结论:1)变热物性参数对DM LS三维瞬态温度场影响较大,模拟时必须考虑热传导、比热容等变热物性参数的影响。
2)金属粉末烧结时相变潜热的影响不可忽略,模拟时必须定义潜热及液相线和固相线处的温度来加以解决。
3)模拟时发现在其它参数基本相同的情况下,使用较低的扫描速度会使烧结区温度大幅上升,烧结深度加大,可以获得更大的以光斑为中心的液相区域。
4)模拟时,在第一道的起始处由于松散的粉末传输的热量非常小因此热量集中在一个很小的区域内,容易产生较大的温度梯度从而形成“第一线扫描球化”,可以通过预热或优化工艺参数等措施来加以解决。
参考文献〔1〕 张剑锋.Ni基金属粉末激光直接烧结成型及关键技术研究〔D〕.南京:南京航空航天大学,2002.〔2〕 G usarov A V,laoui t,Froyen L et al.C ontact Thermal C onductivity of a P owder Bed in Secelective Laser S intering〔J〕.International Journal of He.at and M ass T rans fer,2003,46:1103-1109.〔3〕 Vai N K,Balasubramanian B,Barlow J W,et al.A Thermal m odel of polymer degradation during selective laser sintering of polymer coated ceram ic power〔J〕.Rapid Prototyping Journal,1996,2(3):14-40.〔4〕 G reco A,M affezz oli A.P olymer melting and polymer powder sintering by thermal analysis〔J〕.Journal of Thermal Analysis and alorimetry, 2003,72:1167-1174.〔5〕 H.H,Zhu el al.Development and characterization of direct laser sin2 tering Cu-based mental power〔J〕.Journal of M aterials Processing T echnology,2003,140:314-317.〔6〕 H.H,Zhu et al.In fluence of binder’s liquid v olume fraction on direct laser sintering of metallic power〔J〕.M aterials Science and Engineering,2004,A371:170-177.〔7〕 A.S im chi,H.P ohl.E ffects of laser sintering processing param eters on the m icrostructure and densification of iron powder〔J〕.M aterials and Engineer2 ing,2003,A359:119-128.〔8〕 李俊昌.激光的衍射及热作用计算〔M〕.北京:科学出版社, 2002.〔9〕 沈显锋等.直接金属选区激光多道烧结温度场有限元模拟〔J〕.四川大学学报(工程科学版),2005,1(37):48-51.〔10〕 S imchi A,P ohl H.r.S intering processing parameters on the m i2 crostructure and densification of iron powder〔J〕.M aterials and Engi2neering,2003,A359:119-128.97 《激光杂志》2006年第27卷第6期 LASER JOURNA L(V ol.27.N o.6.2006)。