طراحی و اجرای منبع تغذیه لیزر نیمه هادی

طراحی و اجرای منبع تغذیه لیزر نیمه هادی

به منظور بهبود پایداری توان خروجی نوری لیزر نیمه هادی و اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد لیزر، منبع تغذیه لیزر نیمه هادی را می توان مطابق مقدمه زیر طراحی کرد. مدار اصلی نیروی محرکه از حالت DC/DC همزمان استفاده می کند که دارای راندمان خروجی بالایی است. مدار محرک می تواند پالس ماشه 200 کیلوهرتز تولید کند که می تواند موج جریان خروجی را کاهش دهد و از پایداری توان خروجی لیزر اطمینان حاصل کند. مدار درایو مجهز به مقایسه کننده اضافه ولتاژ و مقایسه کننده اضافه جریان برای اطمینان از عملکرد ایمن لیزر است. راندمان نیروی محرکه در 20A بیش از 85% و ریپل کمتر از 5% است.

لوله لیزر نیمه هادی (LD) و دیود معمولی فناوری متفاوتی را اتخاذ می کنند، اما مشخصات ولتاژ و جریان اساساً یکسان است. در نقطه کار، یک تغییر ولتاژ کوچک منجر به تغییر زیادی در جریان لوله لیزر می شود. علاوه بر این، موج جریان بیش از حد نیز خروجی لیزر را ناپایدار می کند. لیزر دایود دارای الزامات بسیار دقیقی در مورد قدرت محرکه آن است. جریان DC خروجی باید زیاد باشد، پایداری جریان و ضریب ریپل کم، ضریب توان بالا و غیره باشد. برای اطمینان از عملکرد طبیعی لیزر نیمه هادی، لازم است قدرت محرکه آن به طور معقول طراحی شود. علاوه بر این، با توسعه فناوری ماسفت با فرکانس بالا و امپدانس سوئیچینگ کم، منبع تغذیه سوئیچینگ با ماسفت به عنوان هسته ظاهر می شود. هنگامی که منبع تغذیه سوئیچینگ جریان زیادی تولید می کند، مشکل ریپل بیش از حد حل شده است.

با توجه به جریان بالا دیود لیزر آسان است به اضافه ولتاژ، آسیب جریان اضافه، بنابراین قدرت بالا تنها با ماژول سوئیچ جریان بالا نمی تواند الزامات لیزر دیود با قدرت بالا را برآورده کند، بلکه به مدار حفاظتی مربوطه نیز نیاز دارد. برای اطمینان از اینکه ولتاژ و جریان بیش از حد نمی شود. بنابراین، لازم است مجموعه ای از اقدامات فنی عملی برای رفع نیازهای لیزر دایود با قدرت بالا ارائه شود.

ترکیب سیستم

ولتاژ ورودی دستگاه 24 ولت و حداکثر جریان خروجی 20 آمپر می باشد. ولتاژ خروجی با توجه به تعداد لوله های لیزر سری متفاوت است. اگر منبع تغذیه AC استفاده می شود، قسمت جلویی باید از AC/DC برای تبدیل مربوطه استفاده کند.

Vin ولتاژ ورودی است، VM1، VM2 ماسفت هستند، عرض روشن-خاموش VM1 ولتاژ خروجی، دیود بازیابی سریع و مدار ادامه مشترک VM2 را تعیین می کند، افت خاموش و روشن کموتاتور مهمترین بخش را اشغال می کند، بنابراین انتخاب آن بسیار مهم است، مقاومت در حالت M0SFET در آزمون بسیار کم است. اندوکتانس و خازن مدار فیلتر را تشکیل می دهند. پس از اندازه گیری ولتاژ در هر دو انتهای مقاومت و مقایسه با مقدار داده شده، عرض پالس توسط ژنراتور پالس برای ثابت نگه داشتن جریان بار تولید می شود. VM1 خاموش است، دیود به سرعت کار می کند و تلفات دیود در حالت زیاد است. سپس VM2 جریان پیوسته را برای کاهش تلفات سیستم باز می کند.

اصل کار

هنگامی که VM1 روشن می شود، موج جریان به این صورت است: VM1 خاموش است، جریان از طریق VD به جریان خود ادامه می دهد و سپس VN2 روشن می شود. از آنجایی که امپدانس VM2 بسیار کوچکتر از دیود است، جریان از طریق VM2 ادامه می یابد. پالس های ماشه VMl و VN2 در شکل 2 نشان داده شده است.

توان مصرفی دیود P=VtdI0 است. دیود بازیابی سریع افت ولتاژ 0.4 ولت، زمانی که 20 آمپر فعلی، مصرف برق دیود 0.8 وات است. در صورت استفاده از ماسفت مصرف برق بسیار کمتر می شود. در این آزمایش از ماسفت 60 آمپری استفاده شده است که مقاومت معادل روشن و خاموش آن 0.0022 Ω است. وقتی جریان 20 آمپر باشد، مصرف برق حدود 0.088 وات است.

طبق فرمول ریپل فعلی، افزایش اندوکتانس و کاهش تن می تواند ریپل را کاهش دهد. برای اینکه ظرفیت القایی افزایش نیابد، از فرکانس کاری 200 کیلوهرتز در آزمایش استفاده شده است که در آن اندوکتانس 4.8-μH است. طبق فرمول، جریان ریپل زمانی که افت فشار تیوب لیزر 2 ولت باشد، حدود 1000 میلی آمپر است.

این سیستم از مدار بازخورد منفی برای انطباق با نیازهای دیود لیزر استفاده می کند. هنگامی که بار تغییر می کند و جریان کمی بیشتر از جریان داده شده است، عرض تن کاهش می یابد و ولتاژ کاهش می یابد. هنگامی که جریان کمی کمتر از جریان داده شده است، عرض تن را افزایش دهید تا جریان ثابت بماند.