半导体激光管(LD)的电源设计
中心议题：
- 激光管(LD)的电源系统构成
- 激光管(LD)的电源工作原理分析
- 增大电感、减小ton都可以减小纹波
- 采用200kHz的工作频率
1系统构成
装置输入电压为24V，输出最大电流为20A，根据串联激光管的数量输出不同电压。如果采用交流供电，前端应该采用AC／DC作相应的变换。该装置主要部分为同步DC／DC变换器，其原理图如图1所示。
Vin为输入电压，VM1、VM2为MOSFET，VM1导通宽度决定输出电压大小，快恢复二极管和VM2共同续流电路，整流管的导通损耗占据最主要的部分，因此它的选择至关重要，试验中选用通态电阻很低的M0SFET。电感、电容组成滤波电路。测量电阻两端电压与给定值比较后，通过脉冲发生器产生相应的脉宽，保持负载电流稳定。VM1关断，快恢复二极管工作，快恢复二极管通态损耗大，VM2接着开通续流，减少系统损耗。
2工作原理
VM1导通ton时，可得：
，电流纹波为：
;VM1关断，电流通过VD续流，接着VN2导通。由于VM2的阻抗远小于二极管阻抗，因此通过VM2续流。VMl、VN2触发脉冲如图2所示。图2中td为续流二极管导通时间。
二极管消耗的功率为P=VtdI0。一般快恢复二极管压降0．4V，当电流20A时，二极管消耗功率为0．8W。如采用MOSFET，则消耗的功率将小很多。本实验采用威世半导体公司的60A的MOSFET，其导通等效电阻为0．0022Ω。当电流为20A时，消耗功率约为0．088W。
由电流纹波公式可知，增大电感、减小ton都可以减小纹波。为了不提高电感容量，实验中采用200kHz的工作频率，其中电感选用4．8-μH，根据公式可得激光管压降2V时纹波电流约为1000mA。
系统采用了电流负反馈电路，以适应激光二极管的要求。当负载变化，电流略大于给定电流时，减小ton宽度，电压降低。电流略小于给定电流时，增加ton宽度，这样可以维持电流稳定。图3所示为脉冲发生器结构。
图3中，R1，R2为电压测量电阻，Rc为电流测量电阻。调节R1可以设定最大输出电压。Rc限制最大输出电流。当最大电压或电流其中一个达到给定值，则脉冲宽度最大。这样可以保证负载正常工作。
其仿真结果如图4所示。
3实验结果
实验曲线如图5所示，实验数据为输入电压12V，输出电压2V左右，测量电阻0．0025Ω，最大输出电流20A。
实验中用50A的2个二极管串联作为负载，输入电压12V时，不同电流下输出及效率如表1所示。
