基于LCC谐振变换器的半导体激光器电源的研究
发布时间：2021-03-18 21:06
半导体激光器因为其转换效率高、波段广、体积小、可靠性高等优点受到了国内外科学家研究的追捧。由于半导体激光器依靠电源注入载流子工作,输入电流的微小变化可能会导致输出激光波长、幅值、超调等参数的变化,所以电源的优劣对其工作性能至关重要,因此对半导体激光器电源研究十分具有价值。首先,通过分析了半导体激光器工作原理,确定出半导体激光器对驱动电源的具体要求。所研究的半导体激光器电源工作在准连续脉冲模式,即输出电流近似为矩形波,其波形上升沿和下降沿尽可能陡,在到达设定值时平滑无过冲;输出电压要达到激光器伏安特性中额定电流对应的电压。结合以上两点输出要求,所设计的激光器电源主要分为充电和放电两个环节。其次,在脉冲电源最核心的脉冲放电环节,根据准连续工作模式的脉冲电源输出指标,提出了采用工作于线性状态的MOSFET作为主功率开关管的方案,即通过控制MOSFET栅源电压进而对负载电流进行控制,并结合闭环电路,确保输出电流平滑稳定无过冲。此外,为了满足半导体激光器脉冲电源大功率输出要求,论文采用了增加MOSFET并联数量的方案以提升电源输出电流等级和通过多放电模块级联结构提升电源输出电压等级的方案。针对开...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体激光器结构示意图
燕山大学工学硕士学位论文-4-计中更为困难[27]。国外在激光器电源研究中取得了许多先进成果，尤其在英国、美国、日本、德国等国家，其激光器研究技术一直处于领先地位并走向成熟化道路[28]。比较典型的有英国BOHER公司的LSM-380AC-5000-20型号电源，如图1-2所示，输出工作电压5kV到20kV，输出电流0~250mA，脉冲重复频率从连续模式到3kHz，最小脉冲宽度300μs；NorthropGrumman公司的ED4P-AXA型号的脉冲电源，最大输出电压350V，最大输出电流300A，最大脉冲宽度50ms，工作频率10kHz~100kHz[29]。图1-2英国BOHER公司LSM-380AC-5000-20型号电源相比国外的激光器电源研究公司，国内的起步较晚但是也取得了一些可观的成果。目前生产半导体激光器电源的国内厂商主要有武汉新特光电公司、大连泰思曼科技有限公司、中山科雄电源公司、北京吉泰基业科技有限公司等。这些公司所研制的半导体激光器电源型号和主要参数见表1-1所示：表1-1国内公司半导体激光器驱动电源主要产品技术参数最大输出电压/V最大输出电流/A脉冲宽度/μs重复频率/Hz产品型号公司名称30035050~10001~1kSF350新特光电200350CWCWSF550新特光电1530005000~4000025~200PGM300科雄电源12060CWCWGTDC12060吉泰基业科技10k100.3~1001~10kTP3090泰思曼科技40k0.25CWCWTP3080泰思曼科技
第1章绪论-5-本文对半导体激光器电源的研究做了详细的阐述说明，首先完成了单模块放电单元的脉冲电源样机，其输出电压范围0~350V，脉冲电流输出范围0~210A，脉冲宽度0~200μs，重复频率0~100Hz可调；其次为了提升脉冲电源的输出电压和输出功率，完成了双模块放电单元级联实验，其实验参数为输出电压650V，输出电流0A~210A，脉冲宽度0μs~200μs，重复频率100Hz，输出电压电流可根据应用场合调节。1.3脉冲功率技术简介激光器脉冲电源的主要有三个组成部分：初级电源、中级储能装置和脉冲成型网络(PFN)。一般的激光器脉冲电源单次输出时间极短，但是每次需要提供巨大的能量支撑供应，所以常规的电源无法满足其要求，而通过脉冲功率技术可以有效解决这一问题，即先将初级电源提供的能量储存在储能装置中，然后再根据激光器的输入要求瞬间释放能量。在激光器脉冲电源的组成之中，储能装置所占用电源体积最大、技术难度较高。为了满足轻便性、小型化的要求，脉冲电源研究的首要任务就是对储能装置和其技术的改进和优化。目前为止，现有的脉冲功率技术主要分为三类：电感型储能、惯性储能和电容型储能，下面对这三种储能方式进行分析。电感式储能脉冲电源主要分为两大类拓扑结构，XRAM拓扑和meatgrinder拓扑及其各自的衍生拓扑[30]。其中XRAM拓扑如图1-3a)所示，其工作原理是利用电感串联时充电，在充电完成后并联放电，以实现电流倍增的效果，它的显著优点是降低了开关管断开能力的要求。但是这种拓扑中开关管的配合较为困难，控制方法较为复杂不易实现。a)XRAM基本拓扑b)meatgrinder基本拓扑图1-3电感式储能脉冲电源
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响半导体激光器物理特性的影响因素分析与研究[J]. 李诺薇,邹维科,种法力. 激光杂志. 2020(03)
[2]基于速率方程的半导体激光器温度特性研究[J]. 何永勃,杨伟,范广永,张文杰. 应用激光. 2019(05)
[3]中红外固体激光技术研究进展[J]. 周松,李茂忠,姜杰,康彬,王林,康民强,李剑彬,张帆,郑建刚,邓颖,崔旭东. 红外技术. 2019(05)
[4]LCC谐振变换器的电路建模与参数设计[J]. 欧伟丽,张政权,刘庆想,张耀文,席静怡,蒋丹. 强激光与粒子束. 2019(04)
[5]半导体激光器器件和材料研究进展[J]. 刘义鹤,江洪. 新材料产业. 2019(04)
[6]砷化镓基近红外大功率半导体激光器的发展及应用[J]. 袁庆贺,井红旗,张秋月,仲莉,刘素平,马骁宇. 激光与光电子学进展. 2019(04)
[7]高精度和高稳定性半导体激光器恒流驱动电源[J]. 田亚玲,李创社,张朝阳. 西安交通大学学报. 2019(03)
[8]大功率半导体激光器脉冲式恒流驱动电路设计[J]. 陈海滨,吕文涛,王可宁. 电测与仪表. 2019(02)
[9]大功率半导体激光泵浦固体激光器脉冲电源设计[J]. 赵清林,曹茹茹,王德玉,袁精,李述. 强激光与粒子束. 2018(11)
[10]基于LCC谐振变换器的PFU充电系统恒流特性优化[J]. 段元超,王德玉,高鹤,赵清林. 高电压技术. 2018(10)
博士论文
[1]基于协同工作的多个电感储能型脉冲电源模块的研究[D]. 刘辉.北京理工大学 2014
[2]基于固态开关的重复频率脉冲功率源的脉冲调制技术及其应用[D]. 饶俊峰.复旦大学 2013
硕士论文
[1]新型半导体激光器电源的研制[D]. 张薿文.电子科技大学 2010
本文编号：3088933
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体激光器结构示意图
燕山大学工学硕士学位论文-4-计中更为困难[27]。国外在激光器电源研究中取得了许多先进成果，尤其在英国、美国、日本、德国等国家，其激光器研究技术一直处于领先地位并走向成熟化道路[28]。比较典型的有英国BOHER公司的LSM-380AC-5000-20型号电源，如图1-2所示，输出工作电压5kV到20kV，输出电流0~250mA，脉冲重复频率从连续模式到3kHz，最小脉冲宽度300μs；NorthropGrumman公司的ED4P-AXA型号的脉冲电源，最大输出电压350V，最大输出电流300A，最大脉冲宽度50ms，工作频率10kHz~100kHz[29]。图1-2英国BOHER公司LSM-380AC-5000-20型号电源相比国外的激光器电源研究公司，国内的起步较晚但是也取得了一些可观的成果。目前生产半导体激光器电源的国内厂商主要有武汉新特光电公司、大连泰思曼科技有限公司、中山科雄电源公司、北京吉泰基业科技有限公司等。这些公司所研制的半导体激光器电源型号和主要参数见表1-1所示：表1-1国内公司半导体激光器驱动电源主要产品技术参数最大输出电压/V最大输出电流/A脉冲宽度/μs重复频率/Hz产品型号公司名称30035050~10001~1kSF350新特光电200350CWCWSF550新特光电1530005000~4000025~200PGM300科雄电源12060CWCWGTDC12060吉泰基业科技10k100.3~1001~10kTP3090泰思曼科技40k0.25CWCWTP3080泰思曼科技
第1章绪论-5-本文对半导体激光器电源的研究做了详细的阐述说明，首先完成了单模块放电单元的脉冲电源样机，其输出电压范围0~350V，脉冲电流输出范围0~210A，脉冲宽度0~200μs，重复频率0~100Hz可调；其次为了提升脉冲电源的输出电压和输出功率，完成了双模块放电单元级联实验，其实验参数为输出电压650V，输出电流0A~210A，脉冲宽度0μs~200μs，重复频率100Hz，输出电压电流可根据应用场合调节。1.3脉冲功率技术简介激光器脉冲电源的主要有三个组成部分：初级电源、中级储能装置和脉冲成型网络(PFN)。一般的激光器脉冲电源单次输出时间极短，但是每次需要提供巨大的能量支撑供应，所以常规的电源无法满足其要求，而通过脉冲功率技术可以有效解决这一问题，即先将初级电源提供的能量储存在储能装置中，然后再根据激光器的输入要求瞬间释放能量。在激光器脉冲电源的组成之中，储能装置所占用电源体积最大、技术难度较高。为了满足轻便性、小型化的要求，脉冲电源研究的首要任务就是对储能装置和其技术的改进和优化。目前为止，现有的脉冲功率技术主要分为三类：电感型储能、惯性储能和电容型储能，下面对这三种储能方式进行分析。电感式储能脉冲电源主要分为两大类拓扑结构，XRAM拓扑和meatgrinder拓扑及其各自的衍生拓扑[30]。其中XRAM拓扑如图1-3a)所示，其工作原理是利用电感串联时充电，在充电完成后并联放电，以实现电流倍增的效果，它的显著优点是降低了开关管断开能力的要求。但是这种拓扑中开关管的配合较为困难，控制方法较为复杂不易实现。a)XRAM基本拓扑b)meatgrinder基本拓扑图1-3电感式储能脉冲电源
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响半导体激光器物理特性的影响因素分析与研究[J]. 李诺薇,邹维科,种法力. 激光杂志. 2020(03)
[2]基于速率方程的半导体激光器温度特性研究[J]. 何永勃,杨伟,范广永,张文杰. 应用激光. 2019(05)
[3]中红外固体激光技术研究进展[J]. 周松,李茂忠,姜杰,康彬,王林,康民强,李剑彬,张帆,郑建刚,邓颖,崔旭东. 红外技术. 2019(05)
[4]LCC谐振变换器的电路建模与参数设计[J]. 欧伟丽,张政权,刘庆想,张耀文,席静怡,蒋丹. 强激光与粒子束. 2019(04)
[5]半导体激光器器件和材料研究进展[J]. 刘义鹤,江洪. 新材料产业. 2019(04)
[6]砷化镓基近红外大功率半导体激光器的发展及应用[J]. 袁庆贺,井红旗,张秋月,仲莉,刘素平,马骁宇. 激光与光电子学进展. 2019(04)
[7]高精度和高稳定性半导体激光器恒流驱动电源[J]. 田亚玲,李创社,张朝阳. 西安交通大学学报. 2019(03)
[8]大功率半导体激光器脉冲式恒流驱动电路设计[J]. 陈海滨,吕文涛,王可宁. 电测与仪表. 2019(02)
[9]大功率半导体激光泵浦固体激光器脉冲电源设计[J]. 赵清林,曹茹茹,王德玉,袁精,李述. 强激光与粒子束. 2018(11)
[10]基于LCC谐振变换器的PFU充电系统恒流特性优化[J]. 段元超,王德玉,高鹤,赵清林. 高电压技术. 2018(10)
博士论文
[1]基于协同工作的多个电感储能型脉冲电源模块的研究[D]. 刘辉.北京理工大学 2014
[2]基于固态开关的重复频率脉冲功率源的脉冲调制技术及其应用[D]. 饶俊峰.复旦大学 2013
硕士论文
[1]新型半导体激光器电源的研制[D]. 张薿文.电子科技大学 2010
本文编号：3088933
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