LD泵浦固体激光器温控单元的设计

为了使半导体激光器的激光波长和输出功率稳定,必须对其温度进行控制。介绍了LD泵浦固体激光器恒温控制系统的软、硬件方面设计。温度采集电路采用具有高输入阻抗和高共模抑制比的测量放大电路,利用半导体制冷器（thermo electric cooler,TEC）作为控温系统的控温执行器件。由改变驱动TEC电流的方向来实现制冷或者加热,软件采用增量型防积分饱和的数字PID算法,根据实验结果温控控制精度在土0．5℃,可以满足对半导体激光器温度控制精度和稳定性的要求。     

恒电流驱动电路的仿真实验方法的研究

半导体激光器在光纤通信、信息存储与读取、作为高效泵浦源等方面的应用越来越广泛,因此对激光器驱动器的性能和安全保护有着很高的要求.本文是在大功率半导体激光器驱动器硬件电路已经设计完成基础上,利用Protel99SE仿真软件对驱动器的输出电路进行理论分析,并对该电路主要单元电路(恒电流驱动电路)的实验方法进行研究并提出不同于硬件实验的实验方法.结果表明,驱动器输出电路即恒电流驱动电路的电路设计准确,可确保输出稳定的250mA的电流.     

大功率半导体激光器脉冲式恒流驱动电路设计

针对半导体激光器驱动电路的脉冲式恒流需要,提出了一种以金属氧化物半导体场效应晶体为开关器件,采用了闭环反馈系统,运用负反馈原理输出恒定电流的半导体激光器驱动电路。为了防止过冲电压和纹波造成半导体激光器的损坏,在电路的设计中加入了限流保护电路并且使用了高摆率的运放。经测试,消除了过冲电压,实现了脉冲恒流的输出,实际应用表明该脉冲恒流源驱动电路对激光器安全可靠,峰值功率可达40 W。     

激光引信电流采样处理系统设计与应用

激光引信是一种对目标的高精度主动检测方案,广泛应用于空空导弹中。提出一种对激光引信电流采样信号进行调理和数字信号处理相结合的方案,处理后的信号将可用于调节激光器供电电压,以实现激光器恒流驱动的目的。为分析此方法的性能,给出了精确分析模型。结果表明,与传统的激光引信电源采样处理方式相比,对信号采样处理系统的硬件和软件进行优化设计,能够对采样的信号噪声幅值降低50%,可减弱激光引信发射功率抖动,大大提高激光引信的稳定性和精度。该处理系统成功应用于某型激光引信发射驱动电路中,经充分考核,验证了其有效性。     

基于NCP5662的半导体激光器驱动电源

本文介绍了一种基于低压差(LDO)线形稳压器芯片NCP5662用于驱动大功率半导体激光器的脉冲恒流源的设计,并提出了一种控制脉冲的简单方法。电源电压5 V时,输出电流高达2 A,脉冲上升时间小于3μs,下降时间小于1μs,脉冲宽度和频率独立可调。电源稳定、可靠,可方便的用于对半导体激光驱动电源体积要求较小的应用中。     

用于激励固体绝缘缺陷的SOS型高压重频纳秒脉冲电源的研制

为了对固体缺陷材料进行局部放电检测,文中研制了一台基于半导体断路开关(semiconductoropening switch)的高压重频纳秒脉冲电源,作为激发固体绝缘缺陷在重频下产生局部放电的激励源。纳秒脉冲电源由初级谐振充电单元、磁脉冲压缩单元和半导体断路开关(SOS)三部分构成。介绍了纳秒脉冲电源各部分的设计,给出了纳秒脉冲电源的调试波形。调试结果符合设计要求,在620Ω电阻负载上产生幅值30 kV、前沿30 ns,半高宽110 ns的脉冲电压波形。纳秒脉冲电源连续运行重复频率1 kHz,间隙工作重复频率最大10 kHz。搭建局部放电检测平台,纳秒脉冲电源成功用于试品的局部放电检测,重频下试品放电重复性好。     

大功率CO_2激光器中的气体开关触发系统

为提高击穿CO_2激光器中大功率气体开关的稳定性,提高触发系统的效率,减小触发系统的损耗,开展了基于双管正激式电路拓扑的微秒级高电压脉冲触发系统的研究。该系统输出电压幅值38 kV、脉冲宽度10μs、脉冲数可控的信号击穿气体开关引燃激光器放电;设计干式脉冲变压器作为升压单元;根据反馈电路检测开关的击穿情况,通过SG3525和CD4098两种集成电路芯片设计的外围电路控制高压脉冲的输出频率和输出脉冲个数。试验结果表明:该系统在500 Hz重复频率下击穿气体开关的概率为99.7%,效率为0.2,损耗为0.88 kW;对比传统模式触发系统,击穿概率提高了2.7%,效率提高了0.12,损耗减小了1.512 kW。     

分布式反馈激光器温度监测系统设计

为了保持分布式反馈激光器(DFB)工作时温度的恒定,提高输出激光的功率稳定度与波长稳定度,提出了一种模糊比例积分微分(PID)算法与遗传算法结合的温度处理优化算法,并根据DFB激光器内部温度传感器的非线性特性,设计了具有线性化处理功能的温度采集电路;采用正/反相功率放大电路,设计了半导体制冷器(TEC)双向驱动电路,实现了DFB激光器温度信息的采集、处理以及反馈调节的闭环监测系统。经MATLAB软件仿真,优化后的PID算法经15 ms到达设定温度值,最大波动幅度约为1.1,波动次数为1次;经系统测试,采用优化后的PID算法作为温度处理算法能够将DFB激光器工作时温度波动范围限制在±0.5℃之间并且使其输出激光的功率稳定度和波长稳定度分别达到了±0.1 mW和±0.5 nm。     

二极管激光器驱动电源的研制

为满足DPL(二极管泵浦固体激光器)表演系统中驱动电源系统的要求,设计了可连续或准连续工作的激光二极管驱动电源,采用TEC(半导体制冷器)作为二极管和倍频晶体的温度调节。二极管驱动电流达3A,当脉冲调制时,输出自动高于连续输出的30%。TEC温度控制精度达0.1℃。电源还具有过流、过热保护,防静电和浪涌等功能。     

基于MOSFET的固体调制器研究

固体调制器能产生短脉冲、快上升沿、快下降沿、大电流,并能工作在兆赫兹频率下,因此是脉冲功率技术的一个重要发展方向.介绍了由功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件组成的固体调制器的基本工作原理.采用单片机和CPLD作为硬件核心设计了脉冲信号发生器,作为同体调制器的触发信号源.通过对驱动电路的仿真,确定了由集成驱动芯片组成的驱动电路的主要参数;设计了6个MOSFET并联的开关模块.实验表明,其具有良好的静态、动态均流效果.最终设计的调制器由3个开关模块叠加而成,在800V充电电压下,可以得到最短脉宽为33.8ns,前沿为13.9ns,幅度为2.20kV的脉冲.在多脉冲情况下,脉冲的一致性良好.     

小功率气体激光器软开关电源的研究

介绍了全金属结构小功率气体激光器的电源系统,电源采用高频变流技术设计,主回路为串联谐振负载并联输出的方式.为了实现激光器工作方式的多样化及激光器功率的精确控制,设计了有效的调制电路;同时为了适应气体激光器的工作特性,设计了可靠的预燃电路.实验结果表明:电源工作在谐振状态,实现了过零开关,减少了开关损耗,提高了电源效率;实现了对激光器工作方式和功率的调节,满足了激光器工作的要求.     

基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。     

Compact memristor-based ultra-wide band chirp pulse generator

In this letter, a memristor-based chirp pulse generator circuit is introduced for ultra-wideband transceivers for the first time. The proposed generator is built using memristor-controlled ring oscillator. Memristor is used to replace the bulky components in the chirp pulse generation such as surface acoustic wave filters and reactive components (capacitor and inductors), which reflects a huge reduction in area and power. The chirp pulse frequency of the proposed circuit varies linearly with time over the pulse duration due to the change in the memristance. The proposed circuit is mathematically analyzed and designed using 65-nm complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology. The 500-MHz bandwidth is demonstrated using a 32-ns pulse width complying with the FCC regulations. The power consumption is 84 μW with a 10-MHz pulse repetition frequency (PRF).     

基于晶闸管开关的高重频脉冲泄放研究

高重频脉冲功率源是脉冲功率源技术未来发展的方向,脉冲电容器放电结束后依旧会残留大量电能,出于安全考虑,需要进行残能泄放。为了实现脉冲功率源的高重频放电技术,必须对脉冲电容器上的残能进行快速泄放。传统的机械开关导通响应时间长,开通时间不一致,不利于多模块脉冲功率源残能的快速泄放,因而采用快速晶闸管替代传统的机械泄放开关。通过计算分析给出了在实际实验中泄放电阻参数选择;设计了一种新型实现晶闸管开关状态监测功能的硬件电路,弥补了软件检测有时间延迟的缺点。结合实际应用给出了监测电路的设计原理与器件参数。测试结果表明,此方案可行,在0.5 s内电容器可以完成残能泄放,为高重频技术的实现奠定了基础。     

A TEA‐CO2 laser oscillation by an inductive energy storage pulsed‐power generator using a wire‐fuse opening switch

We have carried out experiments on TEA‐CO₂ laser oscillation using the inductive energy storage pulsed‐power generator, which has a copper wire fuse as an opening switch. Maximum laser output energy of about 1 J/pulse was obtained in the case of a fuse length of 5 cm and energy storage inductance of 8 μH. The laser output energy depends on the energy storage inductance and the parameters of the fuse. In this paper, the dependencies of laser output energy on inductance and fuse length, and a comparison between the inductive and capacitive system were described. Furthermore the laser efficiency was discussed by calculating the electron energy distribution of laser main discharge region. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 132(1): 15–21, 2000     

新型高功率高重复频率脉冲电源研制

介绍了一台适用于某强流电子束加速器的高功率、高重复频率脉冲电源,其基本电路采用三相半波整流构成直流电源,利用LRC直流谐振充电原理实现脉冲电源的重复频率运行。     

High‐repetition‐frequency short pulses in a VHF discharge‐excited slab‐type carbon dioxide laser using an ultrasonic vibrator

We propose a novel method for producing high‐repetition‐frequency short pulses with a halved confocal configuration consisting of an unstable concave–convex resonator in a very high frequency (VHF) discharge‐excited slab‐type carbon dioxide laser. This method utilizes a fully reflective concave mirror with variable curvature which can be controlled by a piezoelectric device. In general, slab lasers are modulated directly by varying the pulse voltage. However, because plasma fluctuation occurs at the pulse transitions, the repetition frequency is less than 10 kHz and the minimum pulse width is 1 µs. On the other hand, in our method there is no disturbance of the plasma, because the power source is not modulated. There is also little mechanical constraint, because we use a piezoelectric device. As a result, pulse shortening with a high repetition rate is possible. The pulse shape is well reproduced by a three‐level rate equation. The mechanism of the method involves changes in ejection efficiency with periodic variation of the radius of curvature of the mirror. Good agreement between observations and calculations was also obtained for the peak power and the pulse width. In this paper we compare measurements with calculations. The possibility of achieving high repetition rate oscillation and pulse shortening by this method is examined. The results confirm the possibility of achieving a repetition frequency between 1.4 kHz and 170 kHz. The shortest pulse width that can be achieved is 160 nanoseconds. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 146(3): 1–7, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10127     

激光电容半桥串联谐振充电电源研究

在重复率脉冲固体激光器中,由于储能电容需要频繁的充放电,通常采用谐振充电电路以适应其负载的大范围变化。为此研制了开关频率为20kHz,充电电流为2.1A,最高充电电压为1.86kV的半桥串联谐振充电电路。该电路工作于电流断续模式,开关管的开通和关断均为软开关。通过对周期电压、电流递推公式的分析,表明该工作模式中每个周期的平均充电电流均为恒定。应用递推公式计算稳态和暂态谐振电容电压和电流,结果显示暂态最大工作电压是稳态最大电压的2倍,暂态最大电流为稳态最大峰值电流的1.5倍,为谐振电容和开关管的选取提供了依据。     

H桥级联变频器在笼型异步电机上的应用

中高压变频器在工业变频领域应用广泛。H桥级联多电平变频器具有模块化特点,可利用低压器件实现电压和功率的扩展。为此,介绍了一种3级H桥级联变频器拖动笼型异步电机的主回路结构,载波移相正弦波脉宽调制,功率单元直流电压均衡控制,以及基于电压电流混合磁链观测器的无速度传感器矢量控制等核心控制技术。MATLAB仿真结果验证了该变频器采用所提出的控制技术控制笼型异步电机,具有良好的起动和运行性能,为中高压大功率传动应用领域提供了技术保障。