七、电流模块交错并联的光纤激光器电源研制

本文提出以4路电流模块LTM4601并联的方式实现低压大电流输出的解决方案，其关键是并联模块间的均流，设计以4路交错90度的波形分别同步4路模块的波形交错技术实现。设计的独特之处在于并联电源系统输出电流母线引入电流反馈以实现输出电流值的控制。基于大电流印刷电路板（PCB）设计得到电源样机，其试验结果与设计目标基本相符。实验得到最大输出电流达到40A，电源转换效率在80%以上，并验证电源系统的电压保护和过电流保护以及强制停机等功能。

　　21世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。

1962年世界上第一个GaAs半导体激光器问世以来，已有四十余年的历史。激光器二极管（LD）的出现和发展，极大的缩小了激光器的体积，提高了电能输入到激光输出功率的转换效率；同时以二极管激光管列阵作为泵浦源的大功率激光器，半导体列阵泵浦固体激光器（DPSSL）和LD列阵泵浦光纤激光器也相继问世，其基本的电气特征是低压大电流。

　　1988年，美国麻省宝丽来公司的EliasSnitzer和HongPo等人最早提出了双包层光纤激光器的构想。随着上世纪末光纤通信的飞速发展和大功率半导体激光器制造工艺的进一步成熟，进入21世纪后，光纤激光器以其独特的优势得到了迅猛发展。商品化的光纤激光器产品已突破一万瓦，光纤激光器的应用范围已扩展到工业加工、国防军事、医疗卫生、科学研究等领域。作为一种新型的激光器，光纤激光器也逐渐展现其潜力，成为激光器应用领域的主流激光器之一。现在英国SPI公司和美国IPG公司已经有能力生产和销售高功率的光纤激光器，其体积和重量已经基本满足便携或手持的要求。

　　低压大电流电压调节模块（VRM）能够实现低压大电流输出，VRM或其并联方式能够实现1.5V左右50A及更高的电流输出，并具有满足效率高和动态响应速度快等特点。

　　VRM或其并联主要是以微处理器作为目标负载进行设计，因此VRM并不适合直接用于驱动大功率激光二极管（LD）及其列阵的半导体激光器或以其作为泵浦源的激光器。半导体激光器驱动电源电路还要满足输出电流恒定、纹波小和严密的保护的要求。半导体激光器电源虽然在体积、重量、可靠性和安全性有所发展，但是仍然不适合便携式或手持式激光器系统的使用要求。

　　本文介绍一种便携式LD列阵泵浦光纤激光器的驱动电源的设计方案，恒流电源模块并联以实现大电流的恒流输出，采用波形交错技术同步并联模块以降低输入和输出纹波，因此减少输入和输出电容值，并且电流输出母线引入电流反馈以实现激光器输出光功率大小的控制。

　　1系统方案

　　半导体激光器的工作特性是低压大电流，因此采用降压（buck）拓扑。二极管工作时会产生0.4--0.8V的正向压降，是大电流输出的主要转换器损耗；以正向压降很小的同步整流功率场效应管（SRMOSFET）代替，其15A输出电流下正向压降只有0.1V甚至更低，这样至少减少了75%的电源功率损耗。其工作拓扑结构如图1所示。

　　单路SR-buck的输出电流值过大，转换器损耗的绝对值就很大，使得电源内部长生很大的热应力，因此会导致电源的效率急剧下降，并会降低电源连续正常工作时间。多路SR-buck并联可以分散热应力，实现高效率的大电流输出。图2是并联电源系统方案框图。

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