一种超大功率窄脉冲半导体激光电源制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，属于激光器驱动技术领域。本实用新型专利技术包括三级结构，第一级为将输入交流电整流为直流电的有源功率因数校正APFC整流单元；第二级为将整流后的直流高电压进行一次降压的谐振变换LLC单元；第三级为用于直流二次降压的同步BUCK单元。本实用新型专利技术应用FPGA作为电源数据处理及控制单元来提高采样及数据处理速度，从而保证优秀的恒流输出控制效果；应用成熟的APFC功率因数校正技术、LLC软开关技术以及同步BUCK变换技术来保证电源较高的转换效率，使电源功率可达100KW以上；采用多个同步BUCK并联输出，既能满足电源大电流输出要求，又可保证电源较快的动态响应，即可获得较陡前后沿的脉冲电流输出。

【技术实现步骤摘要】
一种超大功率窄脉冲半导体激光电源
本技术涉及一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，属于激光器驱动

技术介绍
近年来，随着激光及其相关技术的发展，激光器在如激光切割、激光远程焊接、激光雷达、激光武器等方面的应用越来越深入，人们对大功率高性能激光器的需求也越来越强烈。其中，半导体激光器由于制作简单、成本低、易于大量生产、体积小、重量轻、效率高等众多优点，诞生伊始便是激光领域关注的焦点，其中其大功率电源的研制是该技术研究的重点难点之一。激光电源的种类很多，激光器用途不同，对电源提出的指标也不一样。一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激励的，其工作介质是半导体面结型二极管，是一种电流型非线性元件，其输出的光强度与其电流密切相关，而且在其较短的工作区内，较小的电压波动都会引起较大倍数电流变化。所以，为控制其发光强度和尽量避免二极管过流烧坏，半导体激光电源都要求是恒流源。另外，当泵浦电流流过激光二极管时，会使PN结温度上升，这将导致激光输出功率下降。所以，为了提高激光器效率，一般大功率的半导体激光电源都要求是窄脉冲输出，并且为达到较好的驱动效果，还要求该脉冲前后沿愈陡愈好。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为了解决半导体激光电源输出功率难以做大、输出脉冲前后沿较缓而驱动效果差等问题，提供一种超大功率窄脉冲半导体激光电源。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，包括APFC整流单元、LLC一次降压单元、BUCK二次降压单元、APFC采样单元、APFC驱动单元、LLC采样单元、LLC驱动单元、BUCK采样单元、BUCK驱动单元和控制单元；其中，所述APFC整流单元，用于将输入的三相工频交流电进行整流滤波后，输出至所述LLC一次降压单元；所述LLC一次降压单元，用于将整流滤波后的信号一次降压，传输至BUCK二次降压单元；所述BUCK二次降压单元，用于对一次降压后的信号进行二次降压后输出脉冲电源；所述APFC采样单元、LLC采样单元、BUCK采样单元，分别对应用于采集APFC整流单元、LLC一次降压单元、BUCK二次降压单元的电源输入电压、输入电流、输出电压和输出电流信号；将所述信号调理成标准的模数转化器ADC输入信号后通过ADC传递给所述控制单元；所述控制单元由FPGA实现，用于完成APFC采样单元、LLC采样单元、BUCK采样单元发送的电源电压/电流采样数据处理，并分别通过APFC驱动单元、LLC驱动单元、BUCK驱动单元将PWM驱动信号以及故障保护信号对应输出至APFC整流单元、LLC一次降压单元、BUCK二次降压单元。如前所述的一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，进一步地，所述APFC整流单元中包括缓起电路、输入滤波电感、APFC电感、APFC整流电路和整流输出滤波电容，其中：三相工频交流电依次通过缓起电路、输入滤波电感、APFC电感、APFC整流电路、整流输出滤波电容输出至LLC一次降压单元。如前所述的一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，进一步地，APFC整流单元中，所述整流输出滤波电容由两个电容串联而成。如前所述的一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，进一步地，所述LLC一次降压单元包括第一功率开关管，第二功率开关管，第一电感，第二电感，第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管,第一电容、第二电容和变压器；所述第一功率开关管的源极分别连接所述整流输出滤波电容的正极以及第一二极管负极的公共端；所述第一二极管正极分别与所述第一功率开关管的射极、所述第二功率开关管的源极、所述第二二极管的负极和所述第一电容的一端连接；所述第二功率开关管的射极分别与第二二极管的正极、所述整流输出滤波电容的负极、所述第二电感的一端和变压器的原边绕组的一端连接；变压器的原边绕组的另一端分别连接所述第二电感的另一端和所述第一电感的一端；所述第一电感的另一端连接所述第一电容的另一端；变压器的副边绕组的两端分别连接第三二极管的正极和第四二极管的正极，所述第三二极管的负极连接所述第四二极管的负极；所述副边绕组的两端之间设有一分接头，第二电容一端连接该分接头，另一端连接所述变压器的副边绕组两端的其中一端。如前所述的一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，进一步地，所述BUCK二次降压单元包括多个同步BUCK电路；所述多个同步BUCK电路并联输出；所述同步BUCK电路包括：第三功率开关管，第四功率开关管，第五二极管，第六二极管，第三电感和第三电容；其中，第五二极管并联连接第三功率开关管，第六二极管并联连接第四功率开关管，第三功率开关管的一端连接上一级同步BUCK电路的输出，另一端连接第四功率开关管的一端和第三电感的一端；第三电感的另一端连接第三电容的正极和同步BUCK电路并联输出的一端；第四功率开关管的另一端和第三电容的另一端连接同步BUCK电路并联输出的另一端。如前所述的一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，进一步地，所述控制单元的故障保护信号包括输入过流信号、输入欠压信号、输入缺相信号以及输出过流信号。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：应用FPGA作为电源数据处理及控制单元来提高采样及数据处理速度，从而保证优秀的恒流输出控制效果；应用成熟的APFC功率因数校正技术、LLC软开关技术以及同步BUCK变换技术来保证电源较高的转换效率，使电源功率可达100KW以上；采用多个同步BUCK并联输出，既能满足电源大电流输出要求，又可保证电源较快的动态响应，即可获得较陡前后沿的脉冲电流输出。附图说明图1是所述电源原理框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。如附图1电源原理框图所示，本技术提供的一种超大功率窄脉冲半导体激光电源包括三级结构。第一级为将输入交流电整流为直流电的有源功率因数校正APFC整流单元；第二级为将整流后的直流高电压进行一次降压的谐振变换LLC单元；第三级为用于直流二次降压的同步BUCK单元。下面将分别从APFC整流单元、LLC一次降压单元以及BUCK二次降压单元这三部分着手，通过描述该电源各部分功能及连接方式来具体说明该技术的实施方式。⑴APFC整流单元三相工频交流电380VAC通过缓起电路接入输入滤波电感，输入滤波电感输出接入APFC电感，APFC电感输出接入APFC整流电路，APFC整流电路输出接入整流输出滤波电容。缓起电路能够有效抑制电源开机时的冲击电流；输入滤波电感能够抑制电源本身对电网的干扰，也可以抑制电网对电源的电磁干扰；APFC电感是APFC整流电路的储能和滤波电感；APFC整流电路将输入交流电整流成含脉动成分的直流高压，再通过整流输出滤波电容滤波及稳压后，输出稳定的直流高压。输入交流电的电压通过电压霍尔接入整流采样单元的输入电压采样部分，电流通过电流霍尔接入整流采样单元的输入电流采样部分，稳定的直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，其特征在于，包括APFC整流单元、LLC一次降压单元、BUCK二次降压单元、APFC采样单元、APFC驱动单元、LLC采样单元、LLC驱动单元、BUCK采样单元、BUCK驱动单元和控制单元；其中，所述APFC整流单元，用于将输入的三相工频交流电进行整流滤波后，输出至所述LLC一次降压单元；所述LLC一次降压单元，用于将整流滤波后的信号一次降压，传输至BUCK二次降压单元；所述BUCK二次降压单元，用于对一次降压后的信号进行二次降压后输出脉冲电源；所述APFC采样单元、LLC采样单元、BUCK采样单元，分别对应用于采集APFC整流单元、LLC一次降压单元、BUCK二次降压单元的电源输入电压、输入电流、输出电压和输出电流信号；将所述信号调理成标准的模数转化器ADC输入信号后通过ADC传递给所述控制单元；所述控制单元由FPGA实现，用于完成APFC采样单元、LLC采样单元、BUCK采样单元发送的电源电压/电流采样数据处理，并分别通过APFC驱动单元、LLC驱动单元、BUCK驱动单元将PWM驱动信号以及故障保护信号对应输出至APFC整流单元、LLC一次降压单元、BUCK二次降压单元。...

【技术特征摘要】
1.一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，其特征在于，包括APFC整流单元、LLC一次降压单元、BUCK二次降压单元、APFC采样单元、APFC驱动单元、LLC采样单元、LLC驱动单元、BUCK采样单元、BUCK驱动单元和控制单元；其中，所述APFC整流单元，用于将输入的三相工频交流电进行整流滤波后，输出至所述LLC一次降压单元；所述LLC一次降压单元，用于将整流滤波后的信号一次降压，传输至BUCK二次降压单元；所述BUCK二次降压单元，用于对一次降压后的信号进行二次降压后输出脉冲电源；所述APFC采样单元、LLC采样单元、BUCK采样单元，分别对应用于采集APFC整流单元、LLC一次降压单元、BUCK二次降压单元的电源输入电压、输入电流、输出电压和输出电流信号；将所述信号调理成标准的模数转化器ADC输入信号后通过ADC传递给所述控制单元；所述控制单元由FPGA实现，用于完成APFC采样单元、LLC采样单元、BUCK采样单元发送的电源电压/电流采样数据处理，并分别通过APFC驱动单元、LLC驱动单元、BUCK驱动单元将PWM驱动信号以及故障保护信号对应输出至APFC整流单元、LLC一次降压单元、BUCK二次降压单元。2.如权利要求1所述的一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，其特征在于，所述APFC整流单元中包括缓起电路、输入滤波电感、APFC电感、APFC整流电路和整流输出滤波电容，其中：三相工频交流电依次通过缓起电路、输入滤波电感、APFC电感、APFC整流电路、整流输出滤波电容输出至LLC一次降压单元。3.如权利要求2所述的一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，其特征在于，APFC整流单元中，所述整流输出滤波电容由两个电容串联而成。4.如权利要求2所述的一种超大功率窄脉冲半导体激光电源，其特征在于，所述LLC一次降压单元包括第一功率开关管(K1)，第二功率开关管(K2)，第一电感(L1)，第二电感(L2)，第一二极管(D1)，第二二极管(D2)，第三二极管(D3)，第四二极管(D4),第一电容(C1...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩启祥，
申请(专利权)人：江苏德嘉源电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32