大功率声光Q开关驱动器设计

发布时间：2017-10-19 03:39

  本文关键词：大功率声光Q开关驱动器设计

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【摘要】：声光Q开关驱动器是一种工作在脉冲开关状态的射频功率信号源,用于驱动放置于激光器腔内的声光Q开关,以实现对激光器谐振腔Q值的调节,获得高峰值、高重复频率、窄脉宽的脉冲激光。声光Q开关驱动器是高功率固体激光器系统的重要组成部分。在激光标记、激光切割、激光雕刻等民用激光加工领域和激光雷达、激光测距、光电对抗等国防装备上都有广泛应用。本论文从激光器的系统应用角度分析了声光Q开关驱动器的功率、效率、脉冲下降时间、电磁兼容性等技术指标的重要意义,详细讨论了驱动器中功率放大电路的基本理论。驱动器的主要设计内容包括频率源、调制电路、放大电路、保护电路等功能电路设计以及驱动器的电磁兼容设计和热设计。选择有源晶振作为频率源,简化了振荡电路设计。首次提出采用可变增益放大器作为Q开关驱动器的调制器件,该器件调制速度快、通断比高、线性好,综合性能指标优于栅极调制、漏极调制、射频开关调制等传统调制电路。采用LDMOS器件作为功率放大器件,基于ADS软件仿真设计了功率放大电路的偏置和匹配电路,提高了设计效率,分析了LDMOS器件的温度特性,设计了栅极偏置电压的温度补偿电路。通过分析引起驱动器失效的可能因素,提出了以过压保护、过流保护、温度保护、驻波比保护为核心的闭环保护结构,设计了基于高边电流检测技术的电流保护电路和采用定向耦合器与检波器为核心的驻波保护电路。从接地、PCB设计、滤波、屏蔽等几方面介绍了驱动器电磁兼容设计准则和设计方法。针对驱动器的主要发热器件LDMOS器件进行了热分析,根据其在全温范围的最大耗散功率确定了散热面积和散热方式。完成电路设计后,制作了声光Q开关驱动器样品,并对驱动器进行了性能指标测试,功率105W、效率65%、脉冲下降时间92ns、谐波抑制-35dB、通断比68dB、全温工作范围功率波动小于1dB。测试结果均达到本文的设计目标。
【关键词】：功率放大器 ADS 调制 电磁兼容
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248;TN722
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 声光调Q技术简介12-13
• 1.2 国内外发展现状13-14
• 1.3 本论文主要内容及结构安排14-16
• 第二章 声光Q开关驱动器的理论基础16-37
• 2.1 声光Q开关驱动器的工作原理16-18
• 2.2 声光Q开关驱动器的术语18-19
• 2.3 射频功率放大器的基本理论19-33
• 2.3.1 射频功率放大器分类19-21
• 2.3.1.1 甲类放大器19-20
• 2.3.1.2 乙类放大器20-21
• 2.3.1.3 甲乙类放大器21
• 2.3.1.4 丙类放大器21
• 2.3.2 增益和稳定性21-23
• 2.3.3 阻抗匹配理论23-32
• 2.3.3.1 smith圆图24-28
• 2.3.3.2 集总参数匹配网络设计28-32
• 2.3.4 偏置电路设计32
• 2.3.5 多级放大器设计32-33
• 2.4 射频功率放大器的仿真原理33-36
• 2.4.1 ADS简介33-34
• 2.4.2 ADS常用的仿真器及功能34
• 2.4.3 负载牵引设计方法34-35
• 2.4.4 射频功率放大器的仿真流程35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 声光Q开关驱动器设计37-70
• 3.1 设计目标37
• 3.2 驱动器的设计流程37
• 3.3 驱动器的系统框图37-38
• 3.4 频率源设计38-39
• 3.5 调制电路设计39-44
• 3.5.1 调制电路分类39-41
• 3.5.1.1 可变增益放大器调制39-40
• 3.5.1.2 射频开关调制40
• 3.5.1.3 栅极调制40-41
• 3.5.1.4 漏极调制41
• 3.5.2 驱动器调制电路方案对比41-42
• 3.5.3 调制器件选型42-43
• 3.5.4 调制电路参数设计43-44
• 3.5.5 调制电路结果与分析44
• 3.6 放大电路设计44-62
• 3.6.1 增益放大电路设计45-47
• 3.6.1.1 器件选型45-46
• 3.6.1.2 增益放大电路参数设计46
• 3.6.1.3 增益放大电路结果与分析46-47
• 3.6.2 驱动放大电路设计47-54
• 3.6.2.1 器件选型47-48
• 3.6.2.2 驱动放大电路仿真设计48-54
• 3.6.2.2.1 MW6S004NT1直流仿真设计48-50
• 3.6.2.2.2 MW6S004NT1稳定性分析50
• 3.6.2.2.3 负载牵引法设计匹配电路50-54
• 3.6.3 功率放大电路设计54-62
• 3.6.3.1 器件选型54-55
• 3.6.3.2 功率放大电路仿真设计55-62
• 3.6.3.2.1 MRFE6VP6300H直流仿真设计55-56
• 3.6.3.2.2 MRFE6VP6300H稳定性分析56
• 3.6.3.2.3 负载牵引法设计匹配电路56-60
• 3.6.3.2.4 功率放大电路温度补偿设计60-62
• 3.7 保护电路设计62-64
• 3.7.1 过压保护62
• 3.7.2 过流保护62-63
• 3.7.3 温度保护63
• 3.7.4 驻波保护63-64
• 3.8 驱动器的电磁兼容性设计64-68
• 3.8.1 元器件选取64-65
• 3.8.2 PCB设计65-66
• 3.8.3 滤波设计66
• 3.8.4 接地设计66-67
• 3.8.4.1 射频电路接地66
• 3.8.4.2 功能电路接地66-67
• 3.8.4.3 接地设计要求67
• 3.8.5 屏蔽设计67-68
• 3.9 热设计68-69
• 3.10 本章小结69-70
• 第四章 大功率声光Q开关驱动器的测试结果与分析70-76
• 4.1 主要性能指标测试方法70-73
• 4.1.1 脉冲上升、下降时间测试70-71
• 4.1.2 输出功率和效率测试71
• 4.1.3 首脉冲抑制时间测试71-72
• 4.1.4 谐波抑制测试72
• 4.1.5 通断比测试72
• 4.1.6 电磁兼容测试72-73
• 4.2 性能指标测试结果与分析73-76
• 第五章 总结与展望76-77
• 5.1 本文的主要贡献76
• 5.2 下一步工作的展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 攻硕期间取得的研究成果81-82

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