تصميم وتنفيذ امدادات طاقة الليزر اشباه الموصلات
تصميم وتنفيذ امدادات طاقة الليزر اشباه الموصلات
من أجل تحسين استقرار خرج الطاقة الضوئية لليزر أشباه الموصلات وضمان التشغيل الآمن والموثوق لليزر ، يمكن تصميم مصدر طاقة ليزر أشباه الموصلات وفقًا للمقدمة التالية. تعتمد الدائرة الرئيسية لقوة القيادة وضع DC / DC المتزامن ، والذي يتميز بكفاءة إنتاج عالية. يمكن أن تولد دائرة القيادة نبضة زناد 200 كيلو هرتز ، والتي يمكن أن تقلل من تموج تيار الخرج وتضمن استقرار طاقة خرج الليزر. دائرة القيادة مجهزة بمقارن للجهد الزائد ومقارن للتيار الزائد لضمان التشغيل الآمن لليزر. كفاءة القوة الدافعة عند 20 أمبير أكثر من 85٪ والتموج أقل من 5٪
يعتمد أنبوب الليزر أشباه الموصلات (LD) والصمام الثنائي العادي تقنية مختلفة ، لكن خصائص الجهد والتيار هي نفسها بشكل أساسي. عند نقطة التشغيل ، سيؤدي تغيير الجهد الصغير إلى تغيير كبير في تيار أنبوب الليزر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تموج التيار الزائد سيجعل إخراج الليزر غير مستقر. يحتوي ليزر الصمام الثنائي على متطلبات صارمة للغاية فيما يتعلق بقدرته على القيادة ؛ يجب أن يكون تيار الخرج DC مرتفعًا ، واستقرارًا حاليًا ، ومعامل تموج منخفض ، وعامل طاقة مرتفع ، وما إلى ذلك. مع زيادة طاقة خرج الليزر ، هناك حاجة إلى أداء عالٍ ومصدر طاقة تيار كبير مستقر للقيادة. من أجل ضمان التشغيل العادي لليزر أشباه الموصلات ، من الضروري تصميم قوته الدافعة بشكل معقول. بالإضافة إلى ذلك ، مع تطوير تقنية MOSFET عالية التردد ومقاومة التبديل المنخفضة ، يتم تحويل مصدر الطاقة باستخدام MOSFET كما يظهر النواة. عندما يخرج مصدر طاقة التحويل تيارًا كبيرًا ، فقد تم حل مشكلة التموج المفرط.
نظرًا لوجود الصمام الثنائي الليزري للتيار العالي ، من السهل أن يكون الجهد الزائد ، والضرر الزائد ، وبالتالي فإن الطاقة العالية فقط مع وحدة تبديل التيار العالي لا يمكن أن تلبي متطلبات ليزر الصمام الثنائي عالي الطاقة ، ولكنها تحتاج أيضًا إلى دائرة الحماية المقابلة. لضمان عدم تجاوز الجهد والتيار. لذلك ، من الضروري طرح مجموعة من الإجراءات التقنية العملية لتلبية احتياجات ليزر ديود عالي الطاقة.
تكوين النظام
جهد الدخل للجهاز هو 24 فولت ، والحد الأقصى لتيار الإخراج هو 20 أمبير. يختلف جهد الخرج وفقًا لعدد أنابيب الليزر المتسلسلة. في حالة استخدام مصدر طاقة التيار المتردد ، يجب أن تستخدم الواجهة الأمامية تيار متردد / تيار مستمر للتحويل المقابل.
Vin هو جهد الإدخال ، VM1 ، VM2 عبارة عن MOSFET ، ويحدد عرض VM1 on-off جهد الخرج ، وصمام الاسترداد السريع ، ودائرة الاستمرارية المشتركة VM2 ، وتحتل خسارة التبديل بين التشغيل والإيقاف الجزء الأكثر أهمية ، لذا فإن اختياره مهم جدًا ، المقاومة على الدولة منخفضة للغاية M0SFET في الاختبار. الحث والسعة يؤلفان دائرة التصفية. بعد قياس الجهد عند طرفي المقاومة ومقارنته بالقيمة المعطاة ، يتم إنشاء عرض النبضة بواسطة مولد النبض للحفاظ على ثبات تيار الحمل. يتم إيقاف تشغيل VM1 ، ويعمل الصمام الثنائي بسرعة وتكون الخسارة في حالة الصمام الثنائي كبيرة. ثم يفتح VM2 التيار المستمر لتقليل فقد النظام.
مبدأ العمل
عندما يتم تشغيل VM1 بالطن ، يكون التموج الحالي: يتم إيقاف تشغيل VM1 ، ويستمر التيار في التدفق عبر VD ، ثم يتم تشغيل VN2. نظرًا لأن مقاومة VM2 أصغر بكثير من مقاومة الصمام الثنائي ، يستمر التيار عبر VM2. تظهر نبضات الزناد لكل من VMl و VN2 في الشكل 2.
الطاقة التي يستهلكها الصمام الثنائي هي P = VtdI0. انخفاض جهد الصمام الثنائي السريع العام بمقدار 0.4 فولت ، عندما يكون التيار 20 أمبير ، يكون استهلاك طاقة الصمام الثنائي 0.8 واط. إذا تم استخدام MOSFET ، فسيكون استهلاك الطاقة أقل بكثير. في هذه التجربة ، يتم استخدام A 60 A MOSFET ، والتي تكون مقاومتها المكافئة للتشغيل المتقطع 0.0022 Ω. عندما يكون التيار 20 أمبير ، يكون استهلاك الطاقة حوالي 0.088 وات.
وفقًا لصيغة التموج الحالية ، يمكن أن تؤدي زيادة الحث وتقليل الطن إلى تقليل التموج. من أجل عدم زيادة سعة الحث ، يتم استخدام تردد التشغيل 200 كيلو هرتز في التجربة ، حيث يكون الحث 4.8-μH. وفقًا للصيغة ، يبلغ تيار التموج حوالي 1000 مللي أمبير عندما يكون انخفاض ضغط أنبوب الليزر 2 فولت.
يستخدم النظام دائرة التغذية الراجعة السلبية للتكيف مع متطلبات الصمام الثنائي لليزر. عندما يتغير الحمل والتيار أكبر قليلاً من التيار المعطى ، ينخفض عرض الطن ويقل الجهد. عندما يكون التيار أقل بقليل من التيار المعطى ، قم بزيادة عرض الطن للحفاظ على ثبات التيار.
