高稳定性高精度半导体激光器驱动
电源的设计
The Design of Supply Power Applied in High Stability and Precision Diode Laser
摘要
半导体激光器（Laser Device，LD）以其小型高效结构简单、价格便宜等优点，在光信息存贮、光通讯等方面得到越来越广泛的应用，半导体激光器是目前应用最为广泛的光学器件之一。激光器的输出特性与其驱动电源的性能密切相关，温度、电流的起伏会影响半导体激光器的光输出功率的稳定。设计一种高精度高稳定性的半导体驱动电源具有一定的应用价值。
结合驱动电源的要求，研究设计了一种采用恒流源和温控技术的小功率高稳定半导体驱动电源。驱动电源以恒流源驱动芯片HY6340为核心，结合半导体致冷器、温度控制芯片、数字温度传感器、过流过压保护电路对半导体激光器进行可设定温度的恒温控制。通过控制流过半导体制冷器电流的方向和大小，就可以对LD进行加热或者制冷，从而可以设定LD的工作温度并使其保持恒温，从而达到控制其精度的目的。通过选用以恒流驱动芯片HY6340为核心的驱动电路，以及以HY5650为核心的温控电路，实现驱动电源的稳定性控制。通过选用函数发生器MAX038从而使得占空比可调，实现了驱动电源的精度控制。
文中还分析了主电路和控制电路的工作原理，给出了测试结果，与传统电路相比，电源具有结构简单、性能优异、使用元件少、价格低廉等特点。
关键词：半导体激光器驱动电源温度控制
Abstract
Semiconductor laser is gradually widely used for its many advantages such as simple structure, cheap price and so on. It’s widely used in the storage of the optical information and optical communication. Semiconductor laser has been one of the optical components most in use now，however its output characteristic goes hand in hand with the performance of the drive power. The ups and downs of the temperature and current will affect the stabilization of output power of the semiconductor laser. So the design of supply power applied in high stability and precision diode laser has some application value.
Considering about the requirement of the drive power，a new low power supply with the function of constant-current and temperature control technology for semiconductor laser is designed．Using the control chip HY6340 of constant-current as nuclear part，with subminiature controller for thermoelectric coolers，thermoelectric cooler，digital temperature sensor，over-current and over-temperature protection circuit can make it working on the constant temperature which we want．Through the control of the current flow direction and size of the semiconductor refrigeration device, we can undertake heating or cooling the LD, thus we can set the temperature of LD and make it remains on constant temperature, so as to achieve the purpose of controlling its accuracy.By choosing a constant current driver which uses IC HY6340 as the core driver, as well as the temperature-control circuit which uses HY5650 as the core, we can control the stability of the driving power. MAX038 function generator makes the duty cycle adjustable to achieve the precision control of drive power.
The operation principle and control principle of the power is also analyzed in this paper．Experimented results show that the power supply has excellent performance. Compared with the traditional products，the drive power has many characteristics such as simple structure, good performance, few components, low price and so on.
Keywords：semiconductor laser driving power supply temperature control
目录
摘要 ................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................ II 绪论 . (1)
1 半导体激光器驱动电源的设计要求 (4)
1.1 半导体激光器的发展及应用 (4)
1.2 半导体激光器电源系统的概述 (5)
1.3 半导体激光器电源系统的要求 (5)
2 半导体激光器输出特性的研究 (7)
2.1 半导体激光器的P-I特性 (7)
2.2 半导体激光器的输出功率的影响因素 (8)
2.2.1 工作电流对输出功率的影响 (8)
2.2.2 温度对输出功率的影响 (9)
3 半导体激光器驱动电源的硬件设计 (10)
3.1 驱动电源的设计思路 (10)
3.2 高精度高稳定半导体激光器驱动电源的设计 (10)
3.2.1 高精度驱动电源的设计 (10)
3.2.2 高稳定驱动电源的设计 (14)
3.3 半导体激光器驱动电源保护电路的设计 (15)
4 半导体激光器驱动电路的调试 (19)
4.1 元器件的测试与筛选 (19)
4.2 半导体激光器驱动电路的调试 (19)
结论 (22)
致谢 (23)
参考文献 (24)
绪论
（1）课题的研究现状
半导体激光器作为光电子系统的核心器件，在民用及国防上的作用日益重要。半导体激光器具有许多其它激光器无法比拟的优点，因此广泛应用于光纤通信、制导、精密测量、医疗及信息存取等领域。由于半导体激光器应用范围广泛，相应的其驱动技术也显得越来越重要。目前，提高激光器性能的途径主要有研究新的半导体技术来提高激光器器件本身的性能指标，或者提高激光器驱动电源的特性。目前，在激光器及其驱动的研究方面国内外进行了大量的研究工作，但国内水平相对于世界先进科技水平还有所不及。因此设计一种新型的高稳定性高精度半导体激光器驱动器显得尤其重要。
激光电源的控制系统是整个电源系统的心脏，它的性能的好坏，功能强弱直接影响着激光电源的性能。就目前而言，完成电源控制的电路在结构上主要分成三类：一类是模拟控制系统，其基本设计思想是：采用分立元件或中小规模集成电路构成的模拟调节器来调节电源的输出电流、电压、功率等，存在着电路结构复杂，参数的确定需改动外接阻容参数，现场调试较为麻烦等问题；二是部分数字化控制系统，它以单片机为控制核心，因为其功能和速度的限制，只能完成控制方程计算，而不能完成大计算量和要求实时控制的任务；三是所采用的DSP控制系统，这是电源技术的一个发展方向，它使得硬件电路大大简化，又可采用一些比较先进的控制方案来提高控制精度，同时也提高了整个系统工作的可靠性。
（2）课题研究的背景及意义
近年来，高稳定并连续可调的高精度半导体激光器在军事和民用领域的应用越来越广泛，而与其配套使用的驱动电源尚未形成产品，因此，品质优良的高稳定性高精度半导体激光器驱动电源应具备稳定可靠、确保激光器安全工作、抗干扰能力强，保证激光器的正常使用寿命等功能。
半导体激光器在通信、信息、医疗和精密加工与测量等领域有着广泛的应用。大功率的半导体激光器的工作电流可达几十安以上，结电压在1V以上。对此类半导
体激光器的驱动电源应是恒流源，应具有很高的电流稳定度（至少应小于10-3），半导体激光器的电源须具有特殊的抗电冲击措施和保护电路，电源中无高压。由此可见，半导体激光器对驱动电源有很高的要求，瞬态的电流或电压尖峰等许多因素都很容易损坏激光器，电流、温度的起伏都会引起光功率的变化，影响输出的准确、稳定[1,2]。
半导体激光器LD（Laser Device）以其小型高效、结构简单和价格便宜等优点，在光信息存贮和光通讯等方面得到越来越广泛的应用。激光器的运行质量，与其驱动电源的性能密切相关，温度和电流的起伏会引起光功率的变化，影响输出的稳定。最初的半导体激光器采用直流线性电源和RC充电电路，这种电源效率不高，体积和重量较大[3,4]。为减小电源的体积和重量并提高电源性能，具有低功耗、高速度、高可靠性等优点的开关电源技术[5]，被广泛应用到激光电源中。利用专用的驱动芯片和微处理器控制技术，能有效地提高激光电源的性价比，简化激光电源的硬件结构，增强整机的自动化程度，为整机功能的扩展提供有利的条件。随着半导体激光器与电子技术的发展，有关LD驱动电源性能的研究越来越受到人们的重视，专用电源驱动芯片不断出现，数字化控制技术逐步得到应用，性能优异的驱动电源为半导体激光器技术的发展提供了必要条件。
以往报道的LD驱动电源，由于采用分离元件不仅电路结构复杂，而且为了得到小的噪声和纹波输出，在输出端采用电容滤波，受电容充放电时间段的限制，大多只能连续输出，少部分即使经调制后能脉冲输出，其最大重复频率一般也只有几kHz[6]，而且往往输出脉冲波形单一、重复频率和占空比不能灵活调整，限制了其在激光测量等一些场合的应用[7,8]。国外虽然已有可实现连续和多种脉冲双模式输出的产品，但大部分驱动电源只是针对通信波段的LD设计，通用性差，而且其价格非常昂贵。
（3）论文的主要内容
本文的第一章主要介绍了半导体激光器驱动电源的设计基础，简要介绍了一些半导体激光器的基础知识以此来加深对半导体激光器驱动电源设计的理解。第二章主要介绍了半导体激光器的特性以此来更好的满足半导体激光器驱动电源的设计要求。第三章主要介绍了驱动电源的硬件设计，最主要的是介绍了用于稳定性调节的
恒流电路的设计，此电路主要是应用的恒流驱动芯片HY6340，精简了恒流电路的设计结构，同时介绍了用于精度调节的控制电路的设计，从而保证了驱动电源的稳定性与精度，这其中主要应用到函数发生器MAX038，并给予了着重的介绍。
经过整个设计过程，较好地实现了对半导体激光器驱动电源的稳定性和精度的调节和控制。但由于电路的不稳定性和设计本身的不完善，结果仍存在着一定的问题，有待进一步的改善，以获得广泛的应用性和很好的实用价值。
1 半导体激光器驱动电源的设计要求
1.1 半导体激光器的发展及应用
激光是二十世纪人类科学历史上最伟大的发明之一，它的发明深化了人们对于光的认识，扩展了光为人类服务的天地，形成了对于传统光的技术革命，标志着人类掌握和利用光进入了一个崭新的时代。1958年美国科学家汤斯（C.Townes）和肖洛克（A.Schalow）发表了首篇描述光频产生激光作用的论文，1960年梅曼（T.Maiman）在他们的建议下发明了人类历史上第一台红宝石激光器。此后激光科学和技术的发展一日千里，激光功率不断提高，激光强度高达，激光器件也得到了巨大的发展。激光不仅对传统科学和技术的发展产生了巨大的影响，还且还开创了许多新兴领域。目前，激光在科学研究、工农业生产、信息科学、国防安全、娱乐文化和环境保护等领域的应用日益深入。现在全球范围内的激光产业已经形成，一些导致重大变革的重要应用项目正在试验或完善中，如激光分离同位素、激光受控核聚变等。
半导体激光器以其转化效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制以及与其他半导体器件集成的能力强等特点而成为信息技术的关键，其发展速度之快、应用范围之广、波长覆盖范围之宽都是其他任何类型激光器所不能比拟的。它的出现使得光纤通讯成为现实并得以迅速发展，使得以光盘为主体的信息存储技术和光复印技术不断更新换代。随着它的输出功率、相干性不断提高、新材料和新结构的不断涌现，半导体激光器的应用已不再局限于信息领域，它也在材料加工、精密测量等方面一展宏图，显示出巨大潜力，正在占领过去由气体和固体激光器所占据的一些市场。半导体激光器作为相干光泵浦源将使固体激光器发生革命性变革，获得新的生命力。半导体激光器的一些独特优点使之非常适合于军事上的一些应用，如测距、致盲、通讯、制导等是光电对抗中的有生力量。正是由于半导体激光器从紫外到近红外的一个极为宽广的范围内有着不同波长的激光输出，有着易维护、易操作、可靠性高等特点，所以很适合于在生物和医学方面的应用。
1.2 半导体激光器电源系统的概述
半导体激光器依靠注入的非平衡载流子（电子、空穴）辐射复合，以光子形式放出复合所产生的能量来发射激光。大功率半导体激光器在DPSSL中应用，或者作为直接光源应用，非平衡载流子都是由驱动电源注入的。与小功率半导体激光器情况不同的是，大功率半导体激光器要求驱动电源提供较大的稳定电流，工作要求非常稳定可靠。驱动电源已经成为大功率半导体激光器在各个领域应用的核心技术。
大功率半导体激光器工作方式有以下三种：
（1）直流驱动下的连续工作方式。
（2）在脉冲状态下工作，具有低占空比的脉冲工作方式。
（3）在脉冲状态下工作，具有高占空比的脉冲工作方式，又称为准连续（QCW）工作方式。
在国内，大功率半导体激光器驱动电源的研制主要集中在前两种即连续工作方式和低占空比脉冲工作方式上。前者由于连续激光器功率限制，电流一般不超过50A，后者主要在激光通信领域中应用。
1.3 半导体激光器电源系统的要求
半导体激光器是依靠载流子直接注入而工作的，注入电流的稳定性对激光器的输出有直接的、明显的影响。因此，半导体激光器要求电源是恒流源，应当具有很高的电流稳定度（至少应该小于）和很小的纹波系数，否则激光器的工作状态就会受到影响。另外半导体激光器作为一种结型器件，对于电冲击的承受能力很差（尤其是大功率激光器），大功率半导体激光器的工作电流可达几十安以上，实际上稳流电源的输出除了与设定电压有关外，还受到输出电压、负载电压、环境温度和噪声电压的影响，所以只有尽可能消除上述因素的影响，才能提高输出电流的稳定性。
在正常条件下使用的半导体激光器有很长的使用寿命，然而半导体激光器也是很“娇”的，在不适当的工作或存放条件下，会造成性能的急剧恶化乃至失效。
半导体激光器的突然失效可由PN结被击穿或者用作谐振腔面的解理面遭受破坏而造成，根据击穿或者破坏的程度表现为输出功率减小或者没有输出。半导体激光器的核心是一个PN结二极管，具有和普通电子学中的二极管相似的二极管特性。
一旦PN结被击穿，自然无法产生非平衡载流子和辐射复合。超过破坏阈值的光功率可以使得解理面局部或者全面损伤，会导致激光输出功率的下降或者变成发光二极管，甚至失效。
据资料显示，半导体激光器突然失效，有一半以上的几率是由于浪涌击穿。浪涌是一种突发性的瞬态电脉冲，使半导体激光器瞬时承受过电压而使得PN结击穿，在瞬态电压下正向过电流所产生的光功率可以使解理面损伤，即使在数纳秒的时间内超过半导体激光器最大允许电流，也会使其破坏或者受损。半导体激光器损伤的程度或者半导体激光器承受浪涌冲击的能力取决于激光器本身的材料参数（如介电常数）和器件结构（特别是结面积）。
半导体激光器（LD）是一种固体光源，由于其具有单色性好，体积小重量轻，价格低廉，功耗小等一系列优点，已被广泛采用LD是理想的电子-光子直接转换器件，有很高的量子效率，微小的电流和温度变化都将导致其输出光功率的很大变化。因此，LD的驱动电流要求非常高，必须是低噪声、稳定度高的恒流源，一般的电源很难满足要求[1,2]。此外，瞬态的电流或电压尖峰脉冲，以及过流、过压都会损坏半导体激光器。
2 半导体激光器输出特性的研究
2.1 半导体激光器的P-I特性
半导体激光二极管的结构如图2-1所示。从原理上来讲，在工作物质一定的情况下，半导体激光器输出的激光频率应当与谐振腔长度和激励源的强度有关，换句话说，半导体激光器的输出频率取决于PN结的温度和注入电流的大小。
图2-1 半导体激光器结构图
另外，由于半导体PN结相当脆弱，稍有电流冲击就会造成损害。所以在具体使用半导体激光器时，对其供电电路和调制电路的要求相当严格。半导体激光器的发光特性如图2-2所示。从图中可以看出，在一定温度下，当驱动电流低于阈值电流时，激光器输出光功率P近似为零，半导体激光器只能发荧光，驱动电流高于阈值时输出激光，并且光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加并呈线性关系。在实际应用中必须对激光二极管提出两个要求，一是较低的门限电流；二是稳定的P-I曲线。用异质结来代替同质结就可以将门限电流降低两个数量级，而对于稳定性问题目前只有通过外加恒温和光反馈等来加以改善。对一般的半导体激光器来说，激光二极管是正向结法，光电二极管是反向结法。受光后转换的光电流在电阻上以电压形式反映出射光功率的大小，添加控制电路就可以达到控制发光率的目的。
图2-2 LD的发光特性图
2.2 半导体激光器的输出功率的影响因素
图2-3 所示是一种典型的小功率半导体激光器在不同温度下的激光输出功率P 与正向驱动电流I的关系曲线。为了便于看清楚，图中底部的近似直线部分有意抬高了一些。
图2-3 LD的温度-驱动电流-光功率特性曲线图
2.2.1 工作电流对输出功率的影响
从图2-3中可以看出：某一温度下，当驱动电流I小于阈值电流I th时，激光器输出光功率P近似为零，激光器输出端仅能看见微弱的暗红色；而当驱动电流大于阈值电流I th时，激光器输出光功率P随着驱动电流I的增加近似呈线性上升关系。如果驱动电流是脉冲电流，则输出的激光也一定是脉冲光。这一特性，为输出激光
的直接电脉冲调制提供了可能。
2.2.2 温度对输出功率的影响
从图2-3中还可以看出：随着温度的升高，阈值电流I th 也升高，激光器的特性曲线随温度升高向前平移，激光输出功率下降，以至于可能不能满足仪器设备正常工作的要求；随着温度的下降，阈值电流也下降，激光器的特性曲线随温度的下降向后平移，激光输出功率上升，最终可能因驱动电流过大而烧毁激光器。阈值电流与温度的关系基本上呈指数关系，可近似用以下公式[9]表示:
)/exp()(0T T k T I th += （2-1）
式中：I th （T ）是温度T 时的阈值电流，I th0是温度T 0时的阈值电流，k 是与激光器有关的常数，T 0是激光器室内调试时的温度，一般在20～25℃之间取值，T 是激光器工作温度。
这个特性给采用半导体激光器作为光源的仪器设备在宽温度范围时的应用带来了很大的麻烦。
3 半导体激光器驱动电源的硬件设计
3.1驱动电源的设计思路
图3-1中所示为电源的原理框图，整个电路主要包括保护电路、调制电路、恒流电路、温控电路和数码显示电路五个部分。保护电路能够为LD 的安全可靠运行提供保障；调制电路用来使恒流电路输出不同频率和波形的电路；恒流电路的作用是将调制信号的恒压信号转换成恒流输出；温控电路用来调节LD 的工作温度；调整控制环节起到对各个环节的参数进行设置调整以及对各种反馈信号做出相应处理的作用；数码显示电路用于对LD的各项工作参数的实时监控和指示。
图3-1 电源工作原理框图
3.2高精度高稳定半导体激光器驱动电源的设计
3.2.1 高精度驱动电源的设计
常用产生调制波形信号的方法主要有三种，一是常用单片机加数模（A/D）转换芯片直接产生，这种方法的优点是硬件简单，可以产生复杂的波形，但受单片机的工作频率限制，波形频率较低；二是利用分立元件构建信号发生电路，优点是利用通用器件造价低，但电路复杂稳定性较差且调节困难；三是利用专业的函数发生芯片，如ICL8038、MAX038等，这些芯片一般只需要很少的外围元件就能在很宽频率范围内实现方波、三角波、正弦波等常用调制信号，而MAX038较ICL8038有更高的频率调节范围，并且MAX038可以实现几乎相互独立的占空比调节和频率调节，
故选用MAX038作为调制电路的主要部件。
在设计的调制电路中，通过改变MAX038的COSC引脚外接电容和流入芯片IIN 引脚的充放电电流的大小，可以实现输出信号频率在0.5Hz~6MHz连续变化；改变芯片DADJ引脚的电压可以控制占空比在12%~87%范围内变化；而通过控制芯片内部集成的一个三选一多路开关的两根地址线A0和A1的高低电平，可以选择输出正弦波、方波或者三角波。三种波形经过缓冲器放大后，由OUT脚输出对称于地电位的2V（p-p）信号。为实现调制信号输出电压脉冲幅度和直流偏置的独立可调，在输出端加了两级输出运放A1和A2见图3-2，考虑到带宽要求A1和A2均选用高速运放MAX4214，其采用反向端输入时的放大倍数为1。
图3-2 调制输出端电路图
半导体激光器驱动电源的精度主要是靠调制输出端电路来进行调节,这其中MAX038可以实现几乎相互独立的占空比调节和频率调节，选用MAX038作为调制电路的主要部件。下面对MAX038进行简要的介绍。
用MAX038输出的各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。函数信号发生器可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC
产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了上述芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。其内部电路框图如图3-3所示。
图3-3 MAX038的内部电路框图
MAX038的性能特点：
（1）能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波信号。
（2）频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V（P－P）。
（3）占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是10％～90％。
（4）波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比调节时非线性度低于2％。
（5）采用±5V双电源供电，允许有5％变化范围，电源电流为80mA，典型功耗400mW，工作温度范围为0～70℃。
（6）内设2.5V电压基准，可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值，实现频率微调和占空比调节。
下面简要介绍下采用MAX038设计的能够输出三种波形的实际电源电路。
采用MAX038设计的能够输出三种波形的实际电源电路中的整个电路由信号产生级、电压放大级、功率输出级和电源四部分组成。信号产生级的核心器件为
MAX038，它的输出波形有三种，由波形设定端A0（3），A1（4）控制，其编码如表3-1所示。其中x表示任意状态。1为高电平，0为低电平。MAX038的输出频率f0由I in，FADJ端电压和主振荡器COSC的外接电容器CF三者共同确定。当U FADJ=0V 时，输出频率f0=I in/C F，I in=U in/R in=2.5/R in。当U FADJ≠0V时，输出频率f0=f（1－
0.2915U FADJ）。由波段开关SA2选择不同的C F值，将整个输出信号分为4个频段：第1频段是10Hz～1kHz；第2频段是100Hz～10kHz；第3频段是1kHz～100kHz；第4频段是10kHz～1MHz。
表3-1 A0、A1的编码表
输入码编码输出
A0 A1 波形
X 1 正弦波
0 0 方波
1 0 三角波
每频段频率的调节由电位器R P1和R P2完成。R P1为粗调电位器，改变R P1数值，使振荡电容器CF的充电电流I in改变，从而使频率改变。R P2为细调电位器，它通过改变U FADJ的数值，使输出频率变化，它的变化范围较小，起微调作用。为简化电路，各种波形的占空比固定为50％，这已能满足多数场合的使用要求。为此将MAX038的脚7DADJ端接地。MAX038的各种输出波形的幅度均为2V（P－P），为了得到更大的输出幅度，加有一级电压放大级，由运放OPA604担任。OPA604是FET输入高保真运放IC，性能十分优越，低噪声10nV/Hz，低失真率，1kHz时，仅为0.0003％，高转换率25V/μs，功率带宽为20MHz，电路中OPA604的闭环电压增益
GV=100k/10k=10，输出电压的幅度增至20V（P－P），有效值为7V左右。如将OPA604
换成AD747视频运放IC，函数信号发生器能够输出更高的频率。功率输出级由BUF634担任，这是一种高速缓冲器IC，具有2000V/μs的转换速率，输出电流达250mA，其电压增益为1，但负载能力很强，在电路中起功率扩展的作用。输出信号的幅度由电位器R P3调节，为了更精确地调节输出信号幅度，在电位器后加有衰耗电路，由波段开关SA3将输出分为×1，×0.1，×0.01三档。
图3-4 MAX038的实际应用电源电路示例图
图3-4电源电路比较简单，电源变压器的容量为8W，初级接220V交流，次级绕组为15V×2，经桥式全波整流后，再由两只三端集成稳压器LM7812和LM7912变成稳定的±12V直流电压。HL1是用发光二极管制成的指示灯，无论正负哪一路出现故障，HL1均将熄灭。±12V的电压再经两只三端集成稳压器LM78L05和LM79L05进一步稳压后，变成±5V的直流电压供给MAX038。
3.2.2 高稳定驱动电源的设计
LD是依靠载流子直接注入而工作的，驱动电流的稳定性对LD的输出有直接/明显的影响，所以要求LD电流源应有最低的电子噪声和尽可能高的稳定性。选择电流源集成芯片HY6340，其主要性能参数如下：
（1）输出额定电流1.5A；
（2）具有过流和过温保护功能；
（3）最大调制带宽为1MHz；
（4）可提供恒流或恒功率两种工作模式。
图3-5 恒流电路图
该芯片采用9~14V负电压供电见图3-5，芯片供电电压VEE的稳定性对输出恒流信号的质量起着十分重要的作用，采用了多重滤波技术，将VEE的纹波控制在1mv 左右[10]。D6和R7组成反馈回路可以使LD 工作在恒光功率模式下；PIN7为使能端，悬空或接地芯片正常工作，接VEE芯片不输出，可以通过PIN7外接调制源对芯片进行调制，查阅资料可以发现，PIN7的3dB调制带宽在100kHz左右。PIN21为电流调整端，在连续模式下，调节PIN21到VEE得电压可以使电源输出电流从0到1.5A 连续变化。
将调制电路中A2见图3-2的输出端和地分别和电源芯片的PIN21和VEE链接，通过调节RW3可以为PIN21提供幅度的调制信号，使电流源芯片输出相应的电流脉冲，而调节RW4可以改变电源芯片输出的电流脉冲的直流偏置；当调节RW3到地时，调制信号从A2输出的电压脉冲幅度为0，电源工作在连续模式下，输出电流大小完全有RW4控制。
3.3 半导体激光器驱动电源保护电路的设计
半导体激光器驱动电源的保护电路主要是用以HY5650为核心的过温保护电路来实现对半导激光器驱动电源的保护，下面首先对HY5650芯片进行简要的介绍。
HY5650是一种超小型热电比例温度控制冷却器（简称TEC）。此装置适用“加热或冷却”在前控制面板和数字读数不是必需的固定温度的应用。HY5650采用了热敏电阻桥来精确测量和规范TEC附带设备的温度。有了适当的散热设备的电源将提供高达2安培的电流给TEC并且会提供5至12伏的电压。HY5650的基本参数如表3-2所示：
表3-2 HY5650的基本参数
HY5650的内部工作原理图如图3-6：
图3-6 HY5650的内部工作原理图
关于外形 现在LED日光灯电源,做灯的厂家普遍要求放在灯管内,如放T8灯管内.很少一部分外置.不知道为什么都要这样.其实内置电源又难做,性能也不好.但不知为什么还有这么多人这样要求.可能都是随风倒吧.外置电源应该说是更科学,更方便才对.但我也不得不随风倒,客户要什么,我就做什么.但做内置电源,有相当难度哦.因为外置的电源,形状基本没有要求,想做多大做多大,想做成什么形状也没关系.内置电源,只能做成两种,一种是用的最多的,就是说放在灯板下面,上面放灯板。 下面是电源,这样就要求电源做的很薄,不然装不进.而且这样只能把元件倒下,电源上的线路也只有加长.我认为这样不是个好办法.不过大家普遍喜欢这样搞.我就搞.还有就是用的少一些,放两端的,即放在灯管两头,这样好做些,成本也低些.我也有做过,基本就是这两种内置形状了。 关于此种电源的要求和电路结构的问题 我的看法是,因为电源要内置在灯里,而发热是LED光衰最大的杀手,所以发热一定要小,就是效率一定得高.当然得有高效率的电源.对于T8一米二长的那种灯,最好是不要用一支电源,而是用二支,两端各一只,将热量分散.从而不使热量集中在一个地方.电源的效率主要取决于电路的结构和所用的器件.先说电路结构,有些人还说要隔离电源,我想绝对是没必要的,因为这种东西本来就是置于灯体内部,人根本摸不到.没必要隔离,因为隔离电源的效率比不隔离效率要低,第二是,最好输出要高电压小电流,这样的电源才能把效率做高.现在普遍用到的是,BUCK电路,即降压式电路.最好是把输出电压做到一百伏以上,电流定在100MA 上那样,如驱动一百二十只,最好是三串,每串四十只,电压就是一百三十伏,电流60MA.这种电源用的很多,本人只是认为有一点不好,如果开关管失控通咱,LED会玩完.现在LED这么贵.我比较看好升压式电路,此种电路的好处,我反复的说过,一是效率较降压式的高些,二是电源坏了,LED灯不会坏.这样能确保万无一失,如果烧坏一个电源,只是损失几块钱,烧一个LED日光灯,就会赔掉上百元的成本.所以我一直首推还是升压式的电源.还有就是,升压式电路,很容易把PF值作高,降压式的就麻烦一些.我绝对升压式电路用于LED日光灯的好处还是有压倒性的强于降压式的.只是有一年缺点,就是在220V市电输入情况下,负载范围比较窄,一般只能适用于100至140个一串或两串LED,对于少于此数的,或是夹在中间的,却用起来不方便.不过现在做LED日光灯的,一般60CM长那种都是用100至140,一米二的那种,一般就是用二百到二百六那样,使用起来还是可以的.所以现在LED日光灯一般使用的是不隔离降压电路,还有不隔离升压电路,此种电路用于LED日光灯,应该可以算是本人首创。 关于高PFLED日光灯电源,大电流的LED日光灯电源的看法: 个人认为这些做法有很多时候实在是舍本逐末而已.现在先请问一下LED相对于传统灯具的优势在哪,第一,节能,第二长寿,然后是不怕开关,对吧.但是现在使用的高PF的方法,均是使用无源填谷PF电路,由原来的驱动方式,即48串,6并改为,24串12并,这样的话,在220V榭鱿?效率会降下五个百分点左右,于是LED日光灯电源,发热量更高了,灯珠也会受到一点影响。 还有一个问题,就是,24串12并的做法,会让LED日光灯灯珠的布线变的很难受,不好布线了.我看,最好的方式还是48串一串方式好,主要是效率高,发热小,而且布线容易,不复杂。 更有甚者,现在还有人提出什么24并,12串,这种方式只适合用于隔离电源,不隔离电源根本不适用.更有些不懂电源常识的人觉得自己非隔离电源做到恒流600MA输出就好牛比了,其实他都没有自己仔细的放在灯管里试过,象这种不热爆了才怪。所以说,现在搞什么低压大
LED驱动电源PCB设计规范 在任何电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，其设计方法决定了电磁干扰和电源稳定，我们来具体的分析一下这些环节：一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数->输入原理网表->设计参数设置->手工布局->手工布线->验证设计->复查->CAM输出。二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil.。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。三、元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。 四、布线开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线都可以起到天线的作用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题（甚至再次辐射出干扰信号）。 五、检查布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。电源线和地线的宽度是否合适，在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。注意：有些错误可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。 六、复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置，还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。
备用电源自动投入装置设计及应用的注意事项 备用电源自动投入装置设计及应用的注重事项 摘要：备用电源自动投入（以下简称备自投）装置在电网中的使用，是保证电网安全、稳定、可靠运行的有力技术手段。备自投装置的逻辑是否完善和接线是否正确，直接影响着备自投装置动作的可靠性。本文从备自投的基本原则展开来讨论备自投装置的一些注重事项，希望能对装置的设计和应用起到必定的指引作用。 要害字：备自投；应用；设计 电力系统很多重要场合对供电可靠性要求很高，采纳备用电源自动投入装置是提高供电可靠性的重要方法之一。所谓备用电源自动投入装置，就是当工作电源因故障被断开后，能自动将备用电源迅速投入工作的装置。 1.基本备自投方式： 1)变压器备自投 2)分段断路器备自投 3)桥断路器备自投 4)进线断路器备自投 对更复杂的备自投方式，都可以看成是上述典型方式的组合。 2.备自投的逻辑分析 备自投逻辑尽管很复杂，但仍有规律可循。一般说来，备自投的逻辑分为以下4个逻辑进程： 1）备自投充电。当工作电源运行在正常供电状态、备用电源工作在热备用状态(明备用)，或两者均在正常供电状态(暗备用)时，备自投装置按照所采集的电压、电流及开关位置暗号来判定一次设备是否处于这一状态，经过10s～15s延时后，完成充电过程。 2）备自投放电。当备自投退出运行；工作断路器由人为操作跳开；备用断路器不在备用状态；断路器拒跳、拒合；备用对象故障等不认可备自投动作的情况下，将备自投放电，使其行为终止。 3）备自投充电后，满足其启动条件，经或不经延时执行其跳闸逻辑(可能断路器已跳开)，跳闸对象可能有多个。 4）备自投执行完跳闸逻辑后，满足其合闸条件，经或不经延时执行其合闸逻辑，合闸对象也可能有多个。 3.备自投的设计和应用的事项 1）母线有电压、无电压的判定 母线有电压：指接入的三个相(线)电压至少有一个大于检有电压定值，三个有电压条件相或可以防止TV一相或两相断线时备自投误动。 母线无电压：指接入的三个相(线)电压均小于检无电压定值，即用逻辑与门来判定母线无电压，可以幸免工作电源TV一相或两相断线时备自投的误动。 2）当工作母线上的电压低于检无电压定值，并且持续时间大于给按时间定值时，备自投装置方可起动。 备自投延时是为了躲母线电压短暂下降，故备自投延时应大于最长的外部故障切除时间。因母线的进线断路器跳开而引起的母线失压，且进线无重合闸功能时，可不经过延时直接跳开断路器，以加速合备用电源。如主变差动庇护或本体庇护动作全跳主变时，可加速低压侧分段备自投和变压器备自投动作。备自投的时间定值应与相关的庇护及重合闸的时间定值相配合。 3）备用电源的电压应工作于正常范围，或备用设备应处于正常的预备状态，备自投装
高压ECT 中激光供能电源的设计 段雄英， 吕 斌， 邱红辉 （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａ） ＤｅｓｉｇｎｏｆＯｐｔｉｃａｌＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙｆｏｒＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥＣＴ （大连理工大学电气工程与应用电子技术系，辽宁大连１１６０２４） ＤＵＡＮＸｉｏｎｇ－ｙｉｎｇ，ＬＵＢｉｎ，ＱＩＵＨｏｎｇ－ｈｕｉ 文章编号：１００１－１６０９（２００６）０６－０４２８－０４ 摘要：激光供能作为一种新的供能方式逐步为高压电子式电流互感器设计所采用。设计了一种用于高压电子式电流互感器的激光供能方案，提出了一种激光供能与异步串行通信复用的功率激光器驱动方法，具体给出了激光器的驱动电路、保护电路和自动恒温控制方案，并在此基础上提出了 ＭＣＵ控制系统的模型。最后对高压侧的高效率光能－电能转 换电路进行了设计。 关键词：电子式电流互感器；激光供能；激光器驱动； 恒温控制 中图分类号：ＴＭ８３ 文献标识码：Ａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｓａｄｏｐｔｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｓａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｓｃｈｅｍｅｏｆｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｎＥＣＴ，ｐｒｏｐｏｓｅｓａｄｒｉｖｅｍｅｔｈｏｄｃｏｍｂｉｎｅｄｂｙｌａｓｅｒｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆＬＤａｒｅｇｉｖｅｎ，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆＭＣＵｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｓｅｔｕｐ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｐｔｉｃａｌ－ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔａｔｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｓｉｄｅｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ（ＥＣＴ）； ｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ｌａｓｅｒｄｒｉｖｅｎ；ｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ０ 引言 目前，高压电子式电流互感器（ＥＣＴ）主要采用两 种供能方式：一种是母线供能，利用电磁感应原理，通过铁磁式互感器从高压母线上感应交流电压，然后经过整流、滤波、稳压后为高压侧信号采集系统供电，这种方式中电源与信号采集系统同在高压侧，不存在绝 缘问题。但是另一方面，这种供电方式存在死区，当母线电流特别小的时候无法提供足够的电能；并且母线电流变化范围大（几安到数千安），以１０ｋＶ电压等级额定电流为４００Ａ为例，母线稳态电流可以在５％～１２０％额定电流范围内变化，在短路故障情况下，母线暂态电流可达到额定电流的１０倍甚至更高。在如此大的电流变化范围内，很难保持电源的稳定［１－２］。另外一种是低压侧激光供能，它的特点是电源结构简单，工作可靠性高，电源不受电网电流大小的影响，而且不存在死区。但是激光器（ＬＤ）的发光波长和输出功率都随温度变化而变化，影响供电系统的稳定性，因此要设计温度控制电路使激光器工作在稳定的温度以输出恒定光功率［３］。 本文针对提高激光供能的可靠性提出了一种实用方案，以ＭＣＵ为核心实现对功率激光器的载波驱动和温度控制，完成了高压侧光能－电能的高效率转换电路的设计，并进行了相关实验。 １ 系统结构 激光供能系统的原理见图１，它由低压侧和高压侧两部分组成：低压侧为激光器及其驱动、保护和温控电路，高压侧电路由光电池和ＤＣ－ＤＣ变换器组成。在低压侧，利用激光器将电能转换成光能，然后 收稿日期：２００６－０３－２５；修回日期：２００６－０５－１６ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４４７００６）。 作者简介：段雄英（１９７４－），女，副教授，主要从事智能化电器方面的研究。 图１系统结构图 ＤＣ－ＤＣ光电池功率光纤ＬＤ驱动与载波 载波 低电压侧 信号处理 温控保护光电变换 信号光纤高电压侧 电光变换 数据采集 !!!!!" !" !!!!!" !" 技术讨论
氦氖激光器及电源的选购 外腔式氦氖激光器内腔式氦氖激光器氦氖激光器生产厂家 倍压整流电路激光电源变压器电路激光电源开关电路激光电源 激光器的横向模式激光器的纵模间隔氦氖激光器的型号命名 氦氖激光器 从原理上讲氦氖激光器主要由放电管(既充有工作物质氦气与氖气的玻璃管及电极)、输出镜及全反镜(既光学谐振腔)、电源(既激励装置)三部部分组成,但在实际中把它们做成激光器(放电管、输出镜及全反镜)与电源两部分。氦氖激光器按放电管与输出镜、全反镜连接方式的不同可分为外腔式氦氖激光器、内腔式氦氖激光器及半外腔式氦氖激光器（因使用很少故不作介绍）三种。氦氖激光电源从电路上分通常可分为倍压整流电路激光电源、变压器电路激光电源和开关电路激光电源三种。 当激光器工作时，输出镜及全反镜互相平行且与调直的放电管垂直，并保持不变时激光器输出功率最大且稳定，当输出镜及全反镜互相平行且与调直的放电管垂直的状态发生变化，激光器输出功率会产生波动，输出功率会下降，严重时不出光。 1、外腔式氦氖激光器 外腔式氦氖激光器的放电管与输出镜及全反镜非一体。放电管两端被磨成一特殊角度（布鲁斯特角）,用两块石英玻璃密封, 两块石英玻璃称为布氏窗。布氏窗(角）使输出激光成线偏振光。 放电管及输出镜、全反镜被安装于放电管的直度及输出镜与全反镜的平行度都可以调节的机壳内，机壳的上下盖有散热孔内。 输出镜、全反镜的平行度调节装是很重要的。输出镜、全反镜的调节螺丝可分为有粗细调（螺距大与小）与无粗细调两种结构,且有外置与内置之分。 无粗细调的输出镜、全反镜调节螺丝螺距通常是0.5mm，调节时调节螺丝稍动一点输出功率起伏就很大，且不可锁定。 有粗细调的输出镜、全反镜调节螺丝粗调螺距是0.75mm，主要是不出光时调光用，且可锁定不动，细调螺距是0.05mm，调节时调节螺丝转动输出功率起伏不会很大。 输出镜、全反镜的调节螺丝置于激光器外部，优点是调节方便，但在人多手杂的实验室，特别是对学生开放的实验及在搬动时不小心碰到调节螺丝、在运输中由于振动调节螺丝与包装箱相碰都容易造成输出镜、全反镜平行度偏差而不出光（特别对螺距是0.5mm 的、不可锁定的调节螺丝）。调节螺丝置于激光器内部，可避免这些事情产生，要调节输出镜、全反镜螺丝可通过调节孔可用螺丝刀调节（一般不用调节）。 外腔式氦氖激光器布氏窗与输出镜、全反镜之间的密封也是很重的，如密封性不好，会造成在使用过程中输出功率不断下降。由于静电作用，放电管极易吸灰，灰尘、潮气会污染布氏窗、输出镜、全反镜。布氏窗与输出镜、全反镜之间的密封，有用无弹性的圆筒状部件（如涤纶薄膜卷成的圆筒等）套在布氏窗与输出镜、全反镜之间的，有用乳胶指套套在布氏窗与输出镜、全反镜之间的，有用模具成型耐老化的硅胶套紧扣在布氏窗与输出镜、全反镜之间的。无弹性的圆成筒状部件密封差，而乳胶指套大半年就老化了，模具成型耐老化的硅胶密封最好。 外腔式氦氖激光器优点是单模输出激光功率大（放电管2米长的氦氖激光器单模输出功率近百毫瓦）、激光线偏震输出。缺点是结构复杂，成本高。价格高。 2、内腔式氦氖激光器
LED灯具驱动电源的设计经验总结 ?浏览： 634 ?| ?更新： 2012-05-09 14:01 ?| ?标签：灯具 5 简介 目前led照明驱动电源的五大市场需求趋势可归结为：高效率、高可靠性、对调光与非调光广泛的应用兼容性、体积越来越小、无光耦。LED灯具要普及，不但需要大幅度降低成本，更需要解决能效和可靠性的难题，如何解决这些难题，PowerIntegrations市场营销副总裁DougBailey分享了高效高可靠LED灯具设计的五点忠告。 步骤/方法 1.不要使用双极型功率器件 由于双极型功率器件比MOSFET便宜，一般是2美分左右一个，所以一些设计师为了降低LED驱动成本而使用双极型功率器件，这样会严重影响电路的可靠性，因为随着LED驱动电路板温度的提升，双极型器件的有效工作范围会迅速缩小，这样会导致器件在温度上升时故障从而影响LED灯具的可靠性，正确的做法是要选用MOSFET 器件，MOSFET器件的使用寿命要远远长于双极型器件。 2.MOSFET的耐压不要低于700V 耐压600V的MOSFET比较便宜，很多认为LED灯具的输入电压一般是220V,所以耐压600V足够了，但是很多时候电路电压会到340V,在有浪涌的时候，600V的MOSFE T很容易被击穿，从而影响了LED灯具的寿命，实际上选用600VMOSFET可能节省了一些成本但是付出的却是整个电路板的代价，所以，“不要选用600V耐压的MOSFE T,最好选用耐压超过700V的MOSFET.”他强调。 3.尽量不要使用电解电容 LED驱动电路中到底要不要使用电解电容？目前有支持者也有反对者，支持者认为如果可以将电路板温度控制好，依次达成延长电解电容寿命的目的，例如选用105
一种冗余热备份电源的设计 摘要：在设计某高可靠性计算机系统时，要求其配套电源采取冗余设计。一般来说，可以采取的方案有容量冗余、冗余冷备份方式、并联均流的N＋1备份方式、冗余热备份方式。本文论述了冗余热备份电源的工作原理和设计方案。 关键词：正激变换器；冗余热备份；或门二极管 0、引言 在设计某高可靠性计算机系统时，要求其配套电源采取冗余设计。一般来说，可以采取的方案有容量冗余、冗余冷备份方式、并联均流的N＋1备份方式、冗余热备份方式。 容量冗余是指电源的最大负载能力大于实际负载，也就是“大马拉小车”，其缺点是不利于提高电源的效率，而且对提高电源的可靠性意义不大。 冗余冷备份方式是指电源由两个或多个功能相同的单元模块组成，电源启动后由其中一个单元模块向设备供电，当工作单元发生故障时，备份单元立刻启动向设备供电。这种方式的缺点是备份单元的启动到输出电压的建立需要一定的时间，容易造成输出电压出现较大的豁口，这样会对被供电的设备产生影响。 并联均流的N＋1备份方式是指电源由多个功能相同的单元组成，所有单元的输出功率之和大于系统要求的功率，各单元的输出通过或门二极管并联在一起，有时输出采取均流控制电路，目前采用较多的就是这种方式。N＋1备份方式由于是多个单元同时向设备供电，单个单元故障（失效）一般不会对输出电压产生影响，但是，如果输出线发生故障容易波及到所有单元。 冗余热备份方式是指电源由多个功能相同的单元组成，电源启动时所有单元同时工作，由其中预先设定的单元向设备供电，备份单元处于空载状态，当向设备供电的单元出现故障时，备份单元立刻向设备供电，维持了输出电压的稳定。这种方式的优点是工作单元故障后，备份单元输出响应速度快，可以保证输出电压只在一个很小的范围内波动。 本文详细论述了采取冗余热备份方式的电源设计方案。 1、工作原理 冗余热备份结构的主电路由两个功能相同且同时处于工作状态的单元组成，由切换电路控制其中一路向设备供电，另一路空载。当向设备供电的单元发生故障时，切换电路立即动作，使另一个单元向设备供电，同时切断故障单元的输出。 主电路拓扑采用正激变换器，由输入滤波电路、功率变换电路、控制电路、输出滤波电路、监测切换电路组成。电源框图如图1所示。DC 28V输入经过滤波后提供给功率变换电路，控制电路通过实时检测来控制功率变换电路，以实现输出隔离稳定的5V电压，同时对输出电压进行过压、过流保护。
半导体激光管驱动电源设计与实现 赵慧元苏秉华孙鲁 北京理工大学珠海学院 摘要 本文介绍了半导体激光器DC-DC驱动电源分析、建模及实现。该装置采用了同步DC/DC 模式效率高，在20A工作时效率达到85%以上。mosfet工作频率200Khz，输出电流20A时纹波1000mA。采用了电流负反馈，能维持通过激光器电流恒定，针对半导体激光器工作特性,设计了了过电压、过电流保护电路。保证激光器安全，稳定工作。 关键词: 半导体激光器，同步DC/DC，PWM 中图分类号：TM46 文献标识码：A The driver of laser semiconductor Zhao huiyuan1，Su lu2，Su yu3 (1，2，3 Zhuhai School of Beijing Institute of Technology) Abstract： The paper intrucudeced a driver for laser diode. The driver current for is up to 20A．it used synchronous DC/DC technique.the dirver has high efficiency,in 20A its efficiency is high up to 88％. then modulation frequency is 200khz, ripple is 1000mA when in 20A output. Also the overcurrent and voltage protection circuit for laser diode is designed. Key words：laser diode，synchronous DC/DC，PWM 引言 半导体激光管(LD)和普通二极管采用 了不同工艺，但电压和电流特性基本相同。在工作点时，小电压变化会导致激光管电流较大变化。此外电流纹波过大也会使得激光器输出不稳定。二极管激光器对它的驱动电源有十分严格的要求：输出的直流电流要高、电流稳定及低波纹系数、高功率因数等。随着激光器的输出功率不断加大。需要高性能大电流的稳流电源来驱动。为了保证半导体激光器正常工作。需要对其驱动电源进行合理的设计。随着高频，低开关阻抗的mosfet的技术的发展，采用MOSFET为核心的开关电源出现，开关电源在输出大电流时，纹波过大的问题得到了解决。 由于大电流激光二极管价格昂贵，而且很容易受到过电压，过电流损伤[1]，所以高功率仅仅有大电流开关模块还不能满足 高功率二极管激光器的要求，还需要相应的保护电路。要保证电压、电流不要过冲。因此，需要提出一整套切实可行的技术措施，来满足高功率二极管激光器的需要。 1、系统构成 装置输入电压为24伏，输出最大电流为20A，根据串联激光管的数量输出电压不同。如采用交流供电，前端应该采用AC-DC做相应的变换。该装置主要部分为同步DC-DC变换器，其原理图如图一所示。
汽车电源设计的六项基本原则 大多数汽车电源架构需要遵循六项基本原则: 1.输入电压VIN范围:12V电池电压的瞬变范围决定了电源转换IC的输入电压范围。 典型的汽车电池电压范围为9V至16V,发动机关闭时,汽车电池的标称电压为12V;发动机工作时,电池电压在14.4V左右。但是,不同条件下,瞬态电压也可能达到±100V。ISO7637-1行业标准定义了汽车电池的电压波动范围。图1和图2所示波形即为ISO7637标准给出的部分波形,图中显示了高压汽车电源转换器需要满足的临界条件。 除了ISO7637-1,还有一些针对燃气发动机定义的电池工作范围和环境。大多数新的规范是由不同的OEM厂商提出的,不一定遵循行业标准。但是,任何新标准都要求系统具有过压和欠压保护。 2.散热考虑:散热需要根据DC-DC转换器的最低效率进行设计。 空气流通较差甚至没有空气流通的应用场合,如果环境温度较高(>30°C),外壳存在热源(>1W),设备会迅速发热(>85°C)。例如,大多数音频放大器需要安装在散热片上,并需要提供良好的空气流通条件以耗散热量。另外,PCB材料和一定的覆铜区域有助于提高热传导效率,从而达到最佳的散热条件。如果不使用散热片,封装上的裸焊盘的散热能力限制在2W 至3W(85°C)。随着环境温度升高,散热能力会明显降低。 将电池电压转换成低压(例如:3.3V)输出时,线性稳压器将损耗75%的输入功率,效率极低。为了提供1W的输出功率,将会有3W的功率作为热量消耗掉。受环境温度和管壳/结热阻的限制,将会明显降低1W最大输出功率。对于大多数高压DC-DC转换器,输出电流在150mA 至200mA范围时,LDO能够提供较高的性价比。
3.1.1 智能车电源设计要点 电源是整个系统稳定工作的前提，因此必须有一个合理的电源设计，对于小车来说电源设计应注意两点： 1. 与一般的稳压电源不同，小车的电池电压一般在6-8V 左右，还要考虑在电池损耗的情况下电压的降低，因此常用的78 系列稳压芯片不再能够满足要求，因此必须采用低压差的稳压芯片，在本文中以较为常见的LM2940-5.0 为例。 2.单片机必须与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造成干扰，影响单片机的稳定运行。现在各种新型的电源芯片层出不穷，各位读者可以根据自己的需求自行选择电源芯片，对于本设计应该主要注意稳压压差和最大输出电流两个指标能否满足设计要求。 3.3.1.2 低压差稳压芯片LM2940 简介 LM2940 系列是输出电压固定的低压差三端端稳压器；输出电压有5V、8V、10V 多种；最大输出电流1A；输出电流1A 时，最小输入输出电压差小于0.8V；最大输入电压26V；工作温度-40～+125℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。同时LM2940 价格适中而且较容易购买，非常适合在本设计中使用。 LM2940-5.0 封装和实物图如图3.1 所示。 图3.1 LM2940 封装和实物图 从封装可以看出LM2940-5.0 与78 系列完全相同，实际应用中电路也大同小异。图3.2 为参考电路图。
图 3.2 LM2940 参考电路图 如图3.2 所示，采用两路供电，这样可以使用其中一路单独为单片机，指示灯等供电。另外一路提供L298N、光电管、舵机的工作电压，L298N 的驱动电压由电池不经任何处理直接给出。舵机可以用6V 供电，也可以直接用5V 供电。 3pi小车电源电路设计 The power management subsystem built into the 3pi is shown in this block diagram: The voltage of 4 x AAA cells can vary between 3.5 –5.5 V (and even to 6 V if alkalines are used). This means it’s not possible simply to regulate the voltage up or
10kV配电房备用电源自投装置设计分析 【摘要】分析我国10kV配电房在常规备用电源自投装置方面的设计，进行方案优化处理，在此基础上推进互为备用电源这种自投装置。 【关键词】10kV配电房；备用电源；自投装置 10kV配电房在备用电源自投装置上，应该根据常规方案进行设计。一般所使用的都是工作路线，再备用路线的形式，但在使用的时候会存在很多不便。对常规的设计方案进行分析，针对10kV的配电房两路电源，进一步提出设计规划方案。根据电源自投装置所需要的相关条件以及环境，进行具体且全面的整合，拟定一个合理的方案设计。 1 10kV配电房备用电源自投装置，常规设计方案概要 （1）10kV配电房在备用电源自投装置上，常规设计方案所使用的都是一备一用方式，也就是工作电源消失及备用电源的自动投入的自动方式，而当工作电源恢复正常后，备用电源就会退出，也就不可能再实现工作电源自动投入，只能进行人工切换。使用的时候，会带来很多不便，不能够充分的发挥这两个电源互为备用的优点。 （2）在以往常规的设计方案中，两电源在线路断路器1DL和2DL彼此之间没有互相闭锁设计，致使现场操作事故增多。例如：某个单位配电房，就有因为错误、失误操作，致使三相短路接地，参见图1所示： 2 两电源线路都是互为备用自投装置方案 （1）关于两电源互为备用自投装置可以参考图2所示，其中图2中a是10kV 配电房电源那一部分的主接线图，而图2中b、c是1DL和2DL柜的操作回路图。在接I和Ⅱ电源线路侧上两只小型的变压器提供具体的电源操作，为1YH 和2YH，并且要经过图2之中的b和c两者之间的中间继电器，为1ZJ和2ZJ，实现其两个电源之间能够自动的进行切换。 （2）对于1DL和2DL在合闸回路上应该是相互闭锁的。根据下面图2中b 与c能够看出，把1DL或者是2DL在常闭触点上穿入2DL或者是1DL的这种合闸回路，为203、207或者是103和107之间，就实现了两个断路器在合闸回路上相互闭锁。其中1DL或者2DL被合上以后，2DL或者1DL就不可能再合闸，避免了前面所说的误操作。 （3）对备用电源自投装置动作过程要有基本的掌握。在两电源线路互为备用的前提下，把I电源投入到了II的电源。利用1DL的开关把1DL在合上以后，把BK的开关置放于“投入”这一位置，其中BK1-3和5-7的触点进行作业接通，备用自投装置在突入工作。当1DL的动合触点进行闭合作业的时候，动断触点
通信与信息工程学院激光器件与应用课程设计 班级：电子科学与技术 姓名： 学号：1207060221 指导教师： 设计时间：2016.1.4-2016.1.15 成绩： 评 通信与信息工程学院 二〇一六年
氦氖激光器电源设计 1实验目的 1)熟悉激光器的基本原理和组成； 2)掌握氦氖激光器工作原理； 3)掌握气体激光器对电源的要求； 4)学会气体激光器电源的设计和制作方法； 5)完成3mW氦氖激光器放电电源的制作与调试。 2实验仪器设备 He-Ne激光器、万用表、线路板、1N4007型二极管、0.022μF瓷片容器10uF电解电容、1MΩ电阻、44KΩ10W碳膜电阻。 3 氦氖激光器的工作原理 3.1 氦氖激光器的基本组成 1)放电管 放电管由放电毛细管和贮气管构成，其中毛细管处于增益介质工作区，是决定激光器输出性能的关键组成部分，之所以采用毛细管结构是由氖原子的能级结构决定的。贮气管与毛细管相连，且毛细管的一端有隔板，这是为了保证放电管的工作物质总量，使毛细管内的气体得到不断的更新，减缓了放电时毛细管内的杂质气体的增加和氦氖气压比的变化速率，延长了器件寿命。普通的氦氖激光器放电管一般用GG17硬质玻璃制成，而高稳定性器件常采用热胀洗漱更小的适应玻璃制成。 2)电极 电极有阳极和阴极，阴极多采用冷阴极方式，冷阴极材料多采用阴极溅射效应小，电子发射率高的铝和铝合金制成。为了进一步增加电子发射截面和降低溅射效应，阴极常制成圆筒状，并有尽可能大的尺寸；阳极一般用钨针制成。一般氦氖激光器多采用直流放电激励，处于正常辉光放电区域，属于高电压、低电流自持放电，起辉电压约为8kV/m，放电电流在几毫安到几百毫安范围内，作为增益区域的毛细管几乎整体处在正柱区中。 3)光学谐振腔
整车电负荷设计规范 编制_______________ 校对_______________ 审核—批准 北汽福田汽车股份有限公司 汽车工程研究院 电子电器中心
、发动机、发电机基本状态 X X发动机匹配额定电流时发电机特性曲线（见下图一、根据具体的发动机匹配的发电机的特性曲线）： 图一（发电机特性曲线）
编号 BJ X X X系列车型整车电负荷设计规范一—J_e_-——— ------------- 共3 页第2页 二、发电机的功率确定 按以下两个方面确定发电机的功率： 1、发电机对应发动机怠速输出电流最低限度应超过永久及长期耗电器的耗电电流的1.1~1.3 倍。考虑倍乘因子后，即使短途行驶、发动机空转也可保证蓄电池充分充电； 2、发电机额定电流应大于永久及长期耗电器、短期耗电器耗电电流之和。 三、整车电气设备功率与发电机的功率平衡计算 1、按用电器耗电功率加权计算（参考Robert Bosch公司的倍数规则）
2、按爬长坡极限工况下用电器耗电功率计算（整车最大连续用电组合） 结论：（按用电器耗电功率加权计算，确认发电机的功率是否满足要求。）具体实例见下页:
实例 : 轴叙（xlOOOrpj } 4G64二加PDA :送泪谑桝 编号 共3页 第1页 发动机型号 4G64 发电机皮带轮外径 62 发动机曲轴皮带轮外径 149 发电机皮带轮传动速比 2.4 发动机怠速（rpm ） 750 ± 30 发电机对应怠速（rpm ） 1800 发动机最大扭矩点（rpm ） 2400~2800 发电机对应最大扭矩点（rpm ） 5760 发电机初始临界转速（rpm ） 1300 蓄电池容量（A.h ） 65 畜电池补充充电电流（A ） 6.5 蓄电池标称电荷量的10% 发电机输出电压（V ） 13.5 折合充电功率88W BJ6486系列轻型客车整车电负荷设计规范 、发动机、发电机基本状态 4G64发动机配额定电流120A 发电机特性:
:LED驱动设计知识 驱动设计知识 LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。 根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点： 1.高可靠性 特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。 2.高效率 LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装LED驱动电源在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。 3.高功率因素 功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。 4.驱动方式 现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED 运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。 5.浪涌保护 LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。 6.保护功能 电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。 7.防护方面 灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。 8.驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。
变电站备用电源自动投入装置--课程设计
1.概述 1.1概念 为保证供电的可靠性，电力系统经常采用两个或两个以上的电源进行供电，并考虑相互之间采取适当的备用方式。当工作电源失去电压时，备用电源由自动装置立即投入，从而保证供电的连续性，这种自动装置称为备用电源自动投入装置，简称AAT。备用电源自动投入是保证电力系统连续可靠供电的重要措施。 备用电源自动投入装置遵循的基本原则如下： ①当工作母线上的电压低于检无压定值，并且持续时间大于时间定值时，备自投装置方可起动。备自投的时间定值应与相关的保护及重合闸的时间定值相配合。 ②备用电源的电压应工作于正常范围，或备用设备应处于正常的准备状态，备自投装置方可动作，否则应予以闭锁。 ③必须在断开工作电源的断路器之后，备自投装置方可动作。 工作电源消失后，不管其进线断路器是否已被断开，备自投装置在起动延时到了以后总是先跳该断路器，确认该断路器在跳位后，方能合备用电源的断路器。按照上述逻辑动作，可以避免工作电源在别处被断开，备自投动作后合于故障或备用电源倒送电的情况发生。 ④人工切除工作电源时，备自投装置不应动作。 装置引入进线断路器的手跳信号作为闭锁量，一旦采到手跳信号，立即使备自投放电，实现闭锁。
（a）明备用 (b) 暗备用之一
(c) 暗备用之二 图1-1 几种备用方式的简单接线图1.2.1 明备用的控制 有一个工作电源和一个备用电源的接线，即为明备用的配置，如图1-1（a）所示。图中。TI为工作变压器，T2为备用变压器。正常工作时。QF1、QF2处于合闸位置，工作母线Ⅲ上的负荷由工作电源通过T1供给；此时QF3合上（也可断开）、QF4断开，T2处于别用状态。当工作母线Ⅲ因某种愿意失电时，在QF2断开后，QF4合上（QF3断开时，要与QF4同时合上），恢复对工作母线Ⅲ的供电。 1
模式分析 一．氦-氖(He-Ne)激光器简介 氦氖激光器（或He-Ne激光器）由光学谐振腔(输出镜与全反镜）、工作物质(密封在玻璃管里的氦气、氖气）、激励系统（激光电源）构成。二电极通过毛细管放电激励激光工作物质，在氖原子的一对能级间造成集居数反转，产生受激辐射。由于谐振腔的作用，使受激辐射在腔内来回反射，多次通过激活介质而不断加强。如果单程增益大于单程损耗，即满足激光振荡的阈值条件时，则有稳定的激光输出。内腔式激光器的腔镜封装在激光管两端。 二．氦-氖(He-Ne)激光器的工作原理 氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高，基态原子跃迁到高能级的激发态。这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰，氦原子的能量传递给氖原子，并从基态跃迁到激发的能级状态，而氦原子回到了基态上。因为放电管上所加的电压，电流连续不断供给，原子不断地发生碰撞。这就产生了激光必须具备的基本条件。在发生受激辐射时，分别发出波长3.39μm，632.8nm，1.53μm三种激光，而这三种激光中除632.8nm为可见光中的红外光外，另二种是红外区的辐射光。因反射镜的反射率不同，只输出一种较长的光波632.8nm的激光。 三．He-Ne激光器结构及谐振腔 He－Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成。放电管是氦一氖激光器的心脏，它是产生激光的地方。放电管通常由毛细管和贮气室构成。放电管中充入一定比例的氦（He）、氖（Ne）气体，当电极加上高电压后，毛细管中的气体开始放电使氖原子受激，产生粒子数反转。贮气室与毛细管相连，这里不发生气体放电，它的作用是补偿因慢漏气及管内元件放气或吸附气体造成He,Ne气体比例及总气压发生的变化，延长器件的寿命。放电管一般是用GG17玻璃制成。输出功率和波长要求稳定性好的器件可用热胀系数小的石英玻璃制作。He－Ne激光管的阳极一般用钨棒制成，阴极多用电子发射率高和溅射率小的铝及其合金制成。为了增加电子发射面积和减小阴极溅射，一般都把阴极做成圆筒状，然后用钨棒引到管外。He－Ne激光器由于增益低，谐振腔一般用平凹腔，平面镜为输出端，透过率约1%～2％，凹面镜为全反射镜。He－Ne激光管的结构形式是多种多样的，按谐振腔与放电管的放置方式不同可分内腔式、外腔式和半内腔式。 四．氦-氖(He-Ne)激光器的速率方程
仅供参考[整理] 安全管理文书 开关电源类产品设计的安全规范 日期：__________________ 单位：__________________ 第1 页共14 页
开关电源类产品设计的安全规范 1.范围 1.1本规范规定了0公司户内使用、额定电压≤600V的开关电源类产品的设计安全要求，它包括参考标准资料、标志说明、一般要求和试验一般条件、电气技术参数规格、材料和结构、电气试验、机械试验、环境可靠性试验、包装、存放、出货和附录项内容。 1.2它主要以信息技术设备，包括电气事务设备及与之相关设备的安全标准为基础编写。 2.主要参考资料 2.1IEC60950-1999：信息技术设备的安全。 2.2IEC61000-4（所有系列）：电磁兼容--试验和测量技术。 2.3IEC61000-3-2-1998：电磁兼容第3部分：限值第2章低压电气及电子设备发出的谐波 电流限值（设备每相输入电流≤16A）。 2.4IEC61000-3-3-1998：电磁兼容第3部分：限值第3章标称电流≦16A的低压电气及电子设备的供电系统中电压波动和变化的限值。 2.5IEC60384-14-1993：电子设备用固定电容器第14部分：分规范拟制电源电磁干扰用固定电容器。 2.6CISPR22-1998：信息技术设备的无线电干扰特性的限值和测量方法。 2.7CISPR24-1997：信息技术设备的无线电抗干扰特性的限值和测量方法。 2.8IEC60695-10-2：1995：着火危险试验第10部分：减少着火对电子技术产品而引起的不正常发热效应的指南和试验方法第2部分： 第 2 页共 14 页
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