【摘要】：大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源是大功率激光系統(tǒng)的核心組成部分,其性能的優(yōu)劣直接影響到輸出激光質(zhì)量和半導(dǎo)體激光器的使用壽命。隨著激光系統(tǒng)整體功率的快速提升,半導(dǎo)體激光器電源的體積重量也隨之大幅上升,難以滿足車載移動(dòng)場(chǎng)合的小型化需求,同時(shí)也面臨著其它許多性能挑戰(zhàn)。首先,本文綜合比較交流供電時(shí)各種直流電源方案的優(yōu)缺點(diǎn),確定本課題研究的大功率半導(dǎo)體激光器電源單體(后簡(jiǎn)稱半導(dǎo)體激光器電源)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為AC/DC不控整流、DC/AC高頻逆變、AC/DC不控整流三級(jí)變換方案。DC/AC高頻逆變采用移相全橋。其次,對(duì)半導(dǎo)體激光器電源系統(tǒng)開(kāi)環(huán)性能進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可行性。為了解決半導(dǎo)體激光器電源濾波器體積重量大的問(wèn)題,本課題對(duì)濾波器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使得在滿足輸出電流紋波要求的前提下,濾波器重量最小,最后選擇LCLC型濾波電路�；趦�(yōu)化設(shè)計(jì)的濾波器,建立了半導(dǎo)體激光器電源系統(tǒng)開(kāi)環(huán)數(shù)學(xué)模型,提出了基于狀態(tài)變量反饋的有源阻尼方法,以減小系統(tǒng)在諧振頻率處的諧振尖峰。因此,半導(dǎo)體激光器電源系統(tǒng)采用基于電容電流反饋的電流雙閉環(huán)控制策略,外環(huán)用于穩(wěn)定輸出量,內(nèi)環(huán)用于實(shí)現(xiàn)有源阻尼。最后,對(duì)半導(dǎo)體激光器電源系統(tǒng)閉環(huán)性能進(jìn)行仿真分析,在電源電壓或輸出負(fù)載突變時(shí),提高系統(tǒng)的抗干擾能力。然后,通過(guò)理論計(jì)算以及結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),對(duì)半導(dǎo)體激光器電源主電路元件參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),選擇合適的元器件并搭建了主電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。接著,對(duì)半導(dǎo)體激光器電源控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì),給出了控制系統(tǒng)方案并設(shè)計(jì)了控制電路。控制系統(tǒng)采用PID反饋恒流輸出控制技術(shù),給出了控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì),包括基礎(chǔ)程序以及PID反饋程序,重點(diǎn)介紹了PID程序的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。最后,搭建了10kW的電源實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在低壓下進(jìn)行了相關(guān)的開(kāi)環(huán)與閉環(huán)實(shí)驗(yàn),為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。
【圖文】：

1-2ASM232C040 半導(dǎo)體激光器實(shí)SM232C040 半導(dǎo)體激光器的主要測(cè)試條件 最小值 典型50A(25℃) 40 -40W(25℃) - 525℃ - 125℃ - 0.025℃，，40W - 1.32C040 半導(dǎo)體激光器的主要特 50A，2 個(gè) LD 并聯(lián)的通流能 1.8V，30 個(gè) LD 串聯(lián)的工作電 2mΩ，2 個(gè) LD 并聯(lián)的等效電 100A 時(shí)，串聯(lián)電阻兩端電壓V，還得再串聯(lián)一個(gè)阻值為 Ro激光器等效負(fù)載電路模型如圖

圖 1-5 半導(dǎo)體激光器的工作特性曲線的存儲(chǔ)條件和工作環(huán)境中，半導(dǎo)體激光器的使用壽命很長(zhǎng)。易損壞[19-20]。對(duì)半導(dǎo)體激光器電源的要求如下[10,21-23]：源，半導(dǎo)體激光器電源必須輸出恒定電流且要求電流紋波系控制，工作溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器輸出光功率下降，用壽命。因此，半導(dǎo)體激光器電源必須有溫度控制裝置，以穩(wěn)定溫度下。過(guò)壓保護(hù)，半導(dǎo)體激光器電源必須有保護(hù)裝置，以防止過(guò)流損壞。浪涌，據(jù)統(tǒng)計(jì)，浪涌擊穿造成半導(dǎo)體激光器失效的幾率超過(guò)時(shí)電脈沖可以擊穿半導(dǎo)體激光器的 PN 結(jié)并損壞其諧振腔面大功率半導(dǎo)體激光器電源系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM46

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本文編號(hào)：2622548