半導體激光管(LD)和普通二極管采用不同工藝，但電壓和電流特性基本相同。在工作點(diǎn)時(shí)，小電壓變化會(huì )導致激光管電流變化較大。此外電流紋波過(guò)大也會(huì )使得激光器輸出不穩定。二極管激光器對它的驅動(dòng)電源有十分嚴格的要求；輸出的直流電流要高、電流穩定及低紋波系數、高功率因數等。隨著(zhù)激光器的輸出功率不斷加大，需要高性能大電流的穩流電源來(lái)驅動(dòng)。為了保證半導體激光器正常工作，需要對其驅動(dòng)電源進(jìn)行合理設計。并且隨著(zhù)高頻、低開(kāi)關(guān)阻抗的MOSFET技術(shù)的發(fā)展，采用以MOSFET為核心的開(kāi)關(guān)電源出現，開(kāi)關(guān)電源在輸出大電流時(shí)，紋波過(guò)大的問(wèn)題得到了解決。
1 系統構成
裝置輸入電壓為24 V，輸出最大電流為20 A，根據串聯(lián)激光管的數量輸出不同電壓。如果采用交流供電，前端應該采用AC／DC作相應的變換。該裝置主要部分為同步DC／DC變換器，其原理圖如圖1所示。
Vin為輸入電壓，VM1、VM2為MOSFET，VM1導通寬度決定輸出電壓大小，快恢復二極管和VM2共同續流電路，整流管的導通損耗占據最主要的部分，因此它的選擇至關(guān)重要，試驗中選用通態(tài)電阻很低的M0SFET。電感、電容組成濾波電路。測量電阻兩端電壓與給定值比較后，通過(guò)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生相應的脈寬，保持負載電流穩定。VM1關(guān)斷，快恢復二極管工作，快恢復二極管通態(tài)損耗大，VM2接著(zhù)開(kāi)通續流，減少系統損耗。
2 工作原理
VM1導通ton時(shí)，可得： ，電流紋波為： ，VM1關(guān)斷，電流通過(guò)VD續流，接著(zhù)VN2導通。由于VM2的阻抗遠小于二極管阻抗，因此通過(guò)VM2續流。VMl、VN2觸發(fā)脈沖如圖2所示。圖2中td為續流二極管導通時(shí)間。
二極管消耗的功率為P=VtdI0。一般快恢復二極管壓降0．4 V，當電流20 A時(shí)，二極管消耗功率為0．8 W。如采用MOSFET，則消耗的功率將小很多。本實(shí)驗采用威世半導體公司的60 A的MOSFET，其導通等效電阻為0．0022 Ω。當電流為20 A時(shí)，消耗功率約為0．088 W。
由電流紋波公式可知，增大電感、減小ton都可以減小紋波。為了不提高電感容量，實(shí)驗中采用200 kHz的工作頻率，其中電感選用4．8-μH，根據公式可得激光管壓降2 V時(shí)紋波電流約為1 000 mA。
系統采用了電流負反饋電路，以適應激光二極管的要求。當負載變化，電流略大于給定電流時(shí)，減小ton寬度，電壓降低。電流略小于給定電流時(shí)，增加ton寬度，這樣可以維持電流穩定。圖3所示為脈沖發(fā)生器結構。
圖3中，R1，R2為電壓測量電阻，Rc為電流測量電阻。調節R1可以設定最大輸出電壓。Rc限制最大輸出電流。當最大電壓或電流其中一個(gè)達到給定值，則脈沖寬度最大。這樣可以保證負載正常工作。
其仿真結果如圖4所示。
3 實(shí)驗結果
實(shí)驗曲線(xiàn)如圖5所示，實(shí)驗數據為輸入電壓12 V，輸出電壓2 V左右，測量電阻0．0025 Ω，最大輸出電流20 A。
實(shí)驗中用50 A的2個(gè)二極管串聯(lián)作為負載，輸入電壓12 V時(shí)，不同電流下輸出及效率如表1所示。
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