大功率半导体激光器电源单体的分析与设计

发布时间：2020-04-10 18:06

【摘要】：大功率半导体激光器驱动电源是大功率激光系统的核心组成部分,其性能的优劣直接影响到输出激光质量和半导体激光器的使用寿命。随着激光系统整体功率的快速提升,半导体激光器电源的体积重量也随之大幅上升,难以满足车载移动场合的小型化需求,同时也面临着其它许多性能挑战。首先,本文综合比较交流供电时各种直流电源方案的优缺点,确定本课题研究的大功率半导体激光器电源单体(后简称半导体激光器电源)主电路拓扑结构为AC/DC不控整流、DC/AC高频逆变、AC/DC不控整流三级变换方案。DC/AC高频逆变采用移相全桥。其次,对半导体激光器电源系统开环性能进行仿真分析,验证了主电路拓扑结构的可行性。为了解决半导体激光器电源滤波器体积重量大的问题,本课题对滤波器进行优化设计,使得在满足输出电流纹波要求的前提下,滤波器重量最小,最后选择LCLC型滤波电路。基于优化设计的滤波器,建立了半导体激光器电源系统开环数学模型,提出了基于状态变量反馈的有源阻尼方法,以减小系统在谐振频率处的谐振尖峰。因此,半导体激光器电源系统采用基于电容电流反馈的电流双闭环控制策略,外环用于稳定输出量,内环用于实现有源阻尼。最后,对半导体激光器电源系统闭环性能进行仿真分析,在电源电压或输出负载突变时,提高系统的抗干扰能力。然后,通过理论计算以及结合实际工程经验,对半导体激光器电源主电路元件参数进行设计,选择合适的元器件并搭建了主电路实验平台。接着,对半导体激光器电源控制系统进行分析与设计,给出了控制系统方案并设计了控制电路。控制系统采用PID反馈恒流输出控制技术,给出了控制系统的程序设计,包括基础程序以及PID反馈程序,重点介绍了PID程序的C语言实现。最后,搭建了10kW的电源实验平台,在低压下进行了相关的开环与闭环实验,为后续研究打下基础。
【图文】：

1-2ASM232C040 半导体激光器实SM232C040 半导体激光器的主要测试条件 最小值 典型50A(25℃) 40 -40W(25℃) - 525℃ - 125℃ - 0.025℃，，40W - 1.32C040 半导体激光器的主要特 50A，2 个 LD 并联的通流能 1.8V，30 个 LD 串联的工作电 2mΩ，2 个 LD 并联的等效电 100A 时，串联电阻两端电压V，还得再串联一个阻值为 Ro激光器等效负载电路模型如图

图 1-5 半导体激光器的工作特性曲线的存储条件和工作环境中，半导体激光器的使用寿命很长。易损坏[19-20]。对半导体激光器电源的要求如下[10,21-23]：源，半导体激光器电源必须输出恒定电流且要求电流纹波系控制，工作温度过高会导致半导体激光器输出光功率下降，用寿命。因此，半导体激光器电源必须有温度控制装置，以稳定温度下。过压保护，半导体激光器电源必须有保护装置，以防止过流损坏。浪涌，据统计，浪涌击穿造成半导体激光器失效的几率超过时电脉冲可以击穿半导体激光器的 PN 结并损坏其谐振腔面大功率半导体激光器电源系统研究现状
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46

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本文编号：2622548