电流模块交错并联的光纤激光器电源研制

        1.1 模块LTM4601简介

        LTM460l属于LT的μModule电源模块系列，其输入电压范围是4．5～20 V，输出电压在0．6～5 V可调，具有输出过压保护，电流折返保护，电流模式控制，强制停机，外部频率同步，可编程软启动等功能，适用于多模块间的并联均流工作，并采用散热和接触性能良好的小体积LGA封装。图4是电源模块LTM4601的内部原理框图，公式(1)是输出限压Vout与电阻值Rset以及并联模块个数N之间的关系,本文设定输出限压为2．5 V，则计算得到电阻Rset的取值大约是5 kΩ。

        2 波形交错技术

        波形交错技术可以在不增加开关频率的条件下降低输入和输出的电流纹波，具有纹波互消和相间分流的优点，因此以低开关频率实现高频输出电压纹波；同时波形交错技术可以降低输入电容的等效串联电阻(ESR)，MOSFET开关的低损耗与低开关频率相关，因此波形交错技术提高了并联SR-buck的转换效率。

         N个buck交错并联，同步信号的位相差P满足公式(2)时理论上输出纹波最小。所以MATLAB Simlink仿真4路SR-buck交错并联时，各同步时钟信号相差90°，如图5所示，4路同步信号频率相同，且占空比50%。

        图6和7是4路交错并联SR—buck的电感电流及其合成波形。图5中4路电流波形相错90°，电流波形波动的峰峰值大约是3.8～6.2 V，图6中的电流合成波形的峰峰值仅为19.937 5～19.937 8 A，由此可见波形交错技术在理论上是极大的降低了SR-buck的电感电流纹波，导致输出滤波电容值和ESR的降低。

        3 样机实验

        3.1 样机设计

        开关电源的印制电路板(PCB)设计需要考虑的PCB和器件的抗电磁干扰和散热。图8是4路LTM4601并联的激光电源PCB的布版图。如此紧凑和小型化的PCB设计是为了能够将电源与激光器密封在同一小型封装内，可以很好地保护脆弱的激光器免受外界环境的影响，防止激光器的损伤，提升激光输出的稳定性；同时激光器与激光电源固定而短的连线，提升了激光电源的输出动态响应，降低了电流浪涌产生的可能。激光电源具有大电流输入和输出的特征，因此PCB版图设计中采用大面积裸露的铜层作为输入或输出大电流路径，保证电流通道低阻抗，同时扩展电源的散热，从而保证电源能够长时间连续大电流稳定工作。电源样机如图9所示。