电流模块交错并联的光纤激光器电源研制

        自从1960年世界第一台激光器被发明以来，激光器就开始被广泛应用于各领域，然而其庞大的体积并不适合刑侦现场等户外移动工作。激光器二极管(LD)的出现和发展，极大地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。现在英国SPI公司和美国IPC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1．5 V左右50 A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(L-D)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0.4～0.8 V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(SR MOSFET)代替，其15 A输出电流下正向压降只有0.1 V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，使得电源内部产生很大的热应力，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，以4路位相相差90°的波形来实现4路SR-buck的交错并联，此交错技术可以有效的实现输入和输出波形的纹波，降低输入和输出滤波电容值，减小电源的尺寸。电流输出母线上引入电流反馈环路，以实现负载不变条件下对于输出电流值的调控。

        图3是基于图2的基本原理而设计的实际电路的原理图，采用凌力尔特(LT)公司的SR-buck拓扑的电流控制模块LTM4601作为并联单元，其优点是可以简单的实现可编程软启动，最大输出电压值设定和输出电流值的补偿控制。采用LT的差分放大芯片LT1620构建电流反馈回路，特有的外部控制输入端。采用LT的振荡产生芯片LTC6902实现频率编程和占空比50％的4相交错输出波形输出。