激光引信高速窄脉冲互补驱动电源设计

针对激光近炸引信探测系统对激光脉冲前沿速率、激光脉宽和功率的需求,通过RLC放电回路理论分析,采用双晶体三极管互补驱动高速金属氧化物半导体场效应晶体管作为高速开关,应用微处理器C8051FXXX产生脉冲触发信号,设计出激光近炸引信高速窄脉冲大功率驱动电源.通过PSPICE软件分析与实验验证,结果表明该电源脉冲前沿上升时间约为4ns,脉宽10ns左右,激光峰值电流可以达50A.该研究有效提高了系统探测距离与抗云雾烟尘干扰的能力.     

脉冲激光引信用PFM和PWM式LD驱动电路的研究

 在激光引信的通讯系统中，针对引信用脉冲式半导体激光器驱动电路的脉冲宽度、频率、功率可调的需要，根据LD驱动电路的工作原理，建立了LD驱动电路的一般模型。然后用电子多频振荡器提供驱动信号，用双MOS驱动器来驱动半导体激光器，通过大量的实验、仿真、分析、比较，设计出了方便可调的大功率LD的驱动电路，该电路的脉冲频率和脉冲宽度可方便调整。并且该驱动电路的频率调节范围大（10Hz~20kHz）；脉冲宽度可以从几ns到几百ns进行调节，大大提高了激光引信通讯系统的性能与可靠性。     

基于半桥结构的双极性脉冲电源的研究

为了满足脉冲电场消融的应用需求,解决单极性脉冲电场分布不均匀的问题,研制了一台基于半桥结构的主电路、具有纳秒级前沿的高重复频率双极性亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源由FPGA提供控制信号,经过驱动芯片放大控制信号后,利用光耦隔离驱动多个SiC MOSFET。驱动电路所需元器件较少,信号控制时序简单,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高了电路的抗电磁干扰能力,使电源能稳定运行。通过电阻负载实验,对比分析了不同栅极电阻对驱动电压的影响,驱动电压上升沿时间越短对应的双极性高压脉冲前沿越快。实验结果表明：所设计的高频双极性脉冲电源在100Ω纯阻性负载上能够稳定产生重复频率双极性纳秒脉冲,输出电压0～±4 kV可调,脉宽0.2～1.0μs可调,正负脉冲相间延时0～1 ms可调,上升沿和下降沿60～150 ns之间。该双极性脉冲电源电路设计结构紧凑,能满足应用的参数需求。     

脉冲激光引信电源抗干扰技术研究

 针对激光近炸引信不断向中小口径方向发展，体积不断缩小，引信的内部干扰特别是电源方面的干扰变得愈来愈严重这一情况，在参考大量文献的基础上，根据脉冲激光引信电源的模型和实际电路，分析了脉冲激光引信电源干扰原因，通过不断试验和总结，设计了一种方便实用的多重滤波器，解决了因体积小而引起的激光引信内部电源干扰问题，并且得到了满意的效果。     

激光引信驱动电路器件选择和布局分析

激光引信用脉冲半导体激光器驱动电路要求驱动电流大、脉冲窄,减小回路等效电感是设计的关键。选择电磁对称性器件、器件的对称分布、多个器件并联使用可以有效降低电路回路的等效电感。实验结果表明,驱动电路脉冲电流前沿可达1.9ns,幅度50A,脉宽7ns,频率5kHz。该研究为快速大电流设计电路提供了参考。     

基于磁隔离驱动的亚微秒高压脉冲电源

为满足不可逆电穿孔对高压纳秒脉冲电源的需求,并且突破电源模块耐压的限制,提出了一款以正极性Marx为主电路、具有ns级前沿的高重复频率的亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源使用光纤传输信号,经过驱动芯片放大信号后,利用磁芯变压器传递驱动信号给MOSFET。磁芯变压器给电路提供了磁隔离,使驱动电路不会受高压输出的影响,提高了电路的耐压水平。驱动电路设计简单,所需元器件较少,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高电路的抗电磁干扰能力,保障电路稳定运行。此电源由16级电路构成,实验表明:在10 kΩ纯阻性负载上,当输入电压为630 V时,即可得到10 kV的高压输出。其最小脉宽为300 ns,频率1 Hz～10 kHz可调。该脉冲电源结构紧凑,能够做到输出电压、脉宽、频率可调。研究了磁芯材料和匝数对驱动脉宽的影响。结果表明:匝比的增加会影响信号脉宽,在一定的条件下,单匝电感量的差异和磁芯材料的不同对信号脉宽的影响较小。     

全固态高重频高压脉冲电源

设计了一款全固态高重频高压脉冲电源,主电路采用以IGBT为主开关的半桥式固态Marx电路,驱动电路采用磁芯隔离带负压偏置的同步驱动方案,并由FPGA提供充放电控制信号和故障诊断、保护。该方案既可实现对多级电容的低阻抗的快速并联充电控制,又可实现截尾功能以加快脉冲后沿获得方波脉冲,且可实现百μs以上的宽脉冲输出,可用来产生高压脉冲电场。此外,该电源还可在突发模式下输出脉冲个数和频率均可调的多个高频脉冲系列。实验表明,该输出电压幅值可高达40 kV,输出峰值电流可达100 A,重频可达30 kHz,上升沿和下降沿均低于100 ns,突发模式下重频可高达200 kHz。所设计的脉冲电源输出参数连续可调,且体积小巧。     

大电流窄脉宽LD脉冲驱动电源研究

基于三维激光成像雷达成像性能的需求,设计了一款应用于其发射系统的半导体激光器脉冲驱动电源。在对驱动电路模型理论分析的基础上,选取了RF高速功率开关,并运用PSPICE工具对驱动电路进行了仿真分析,设计出了一款峰值电流可达30A,上升沿小于2ns,脉宽小于6ns,重复频率15kHz的LD脉冲驱动电源。该设计满足激光成像雷达发射系统的技术指标要求。     

脉冲变压器驱动SiC MOSFET型Marx同步特性

为实现全固态Marx发生器中多个SiC MOSFET开关的同步驱动,设计了一种基于脉冲变压器的驱动控制电路。多路驱动信号的同步性会影响到Marx发生器的输出波形参数,因此要求驱动信号具有快脉冲前沿、低抖动特点。根据SiC MOSFET驱动原理及要求,分析了SiC MOSFET驱动电路脉冲前沿的影响因素,分析计算其相关参数,进行仿真模拟验证。设计了共初级穿芯10级串联的脉冲变压器,初次级的匝数分别为1匝和9匝,次级经正负脉冲信号调理电路后驱动10级Marx电路。实测结果表明利用脉冲变压器原边漏感与谐振电容构成的谐振电路在断续模式下,驱动功率越大,脉冲前沿越快且同步性越好。该同步驱动电路的脉冲前沿为112 ns,脉宽1~10μs可调,频率10~25 kHz可调,满足固态Marx发生器参数调整需求。     

激光周向探测小型化发射技术

针对小口径弹药用脉冲激光周向探测系统的小体积和轻质量的设计难点,在全面分析脉冲激光周向探测系统的基础上,提出了采用激光发射系统解体分离技术和光学系统扁平化技术实现脉冲激光周向探测系统小型化的解决方案.将传统、较大尺寸、一体化结构的激光发射系统的激光器与激光器驱动电源进行结构分离,达到轴向尺寸压缩的目的,并利用灌封技术进行抗过载处理;选择平凸球面单透镜光学元件代替非球面透镜,经过理论计算和光学系统仿真,设计出扁平化激光准直系统,有效压缩轴向尺寸.针对结构小型化带来的空间电磁干扰问题,基于磁场屏蔽机理,采用特殊结构屏蔽体,有效抑制了电磁干扰.加工制作了原理样机并进行了目标探测试验.实验结果表明:样机能有效探测近程目标,且脉冲激光周向探测系统的有效尺寸显著减小,验证了小型化技术的可行性和实用性.     

频率占空比易调的模拟脉冲激光驱动技术研究

激光模拟检测技术在激光设备的检修保障中有着广泛的应用,其中激光设备接收系统接收由激光信号模拟器发出的特定波长的激光脉冲并观测接收系统的反应结果,是评价激光设备接收性能的一种有效手段。在对LED发光机理分析的基础上,提出了一种运用LED模拟某1.06 制导激光脉冲信号的方法,并创造性设计了频率占空比易调的LED激光信号模拟器驱动电路。经过实验验证,该驱动电路具有良好的频率占空比任意可调性能和较高的推广应用价值。     

高重复频率脉冲激光能量测量（英文）

设计了一种用于高重复频率脉冲激光能量测量的峰值保持电路。电路由电荷积分器、2阶低通滤波器、时间延迟触发器和峰值保持器组成,通过将光电流脉冲转换成电压脉冲,电压脉冲的峰值与对应电流脉冲所包含的能量成正比。实验测量结果表明：该电路可以测量脉宽〈10 ns,重复频率≥2 kHz的重频窄脉冲激光的脉冲能量,且工作稳定,其线性动态范围≥140倍。该电路可应用于光电阵列探测系统中,能实现较高的空间分辨力。     

超微粒金刚石砂轮电解修整电源的研制

在轨迹成型法加工光学零件技术中 ,为了实现超精密磨削 ,采用了在线电解修整砂轮技术。为此研制了高频脉冲电源 ,研制的高频脉冲电源用于电解修整金属结合剂金刚石砂轮。高频电源由主电路、接口电路和控制电路组成。主电路是提供工作电流的通路 ,控制电路采用了单片机控制技术 ,接口电路实现A/D转换及驱动电压放大级。经调试电源电压在 0～ 90V ,脉冲频率在 4～ 5 0 0Hz范围内可调 ,平均电流可达 15A。该电源的技术指标 ,均达到设计要求。     

脉冲激光器大电流窄脉冲驱动设计

介绍了利用金属氧化物场效应管产生大电流窄脉冲来驱动激光二极管的原理,推导出驱动金属氧化物场效应管峰值驱动电流的计算公式和开通时间的估算公式,通过仿真总结出影响驱动电源脉冲电流的脉宽、幅度和振荡的主要因素,理论和仿真结果表明,器件的寄生电感、电路走线电感和负载寄生电感对电流影响较大。实验结果显示,在供电高压为200 V时,金属氧化物场效应管开通时间为2 ns;激光二极管驱动电流上升时间小于10 ns,脉宽为15~100 ns,幅度为0~50 A连续可调,频率为0~50 kHz。     

大电流纳秒级脉宽激光二极管驱动电路的设计

脉冲激光雷达探测的性能直接与激光束的质量和能量有关,而激光驱动电路则直接决定了脉冲激光的功率和脉冲宽度。基于半导体激光雷达探测系统的要求,设计出应用于激光雷达发射系统的大电流纳秒级脉冲半导体激光二极管的驱动电路。介绍了电路的系统结构和驱动级电路的模型及其理论分析,推导其电流数学模型计算公式,并对关键器件的选择进行了总结;运用SPICE仿真程序对驱动电路进行了仿真。制作了印刷电路板,得到峰值电流25A,脉宽15ns的脉冲电流,满足设计要求。     

基于Marx的任意极性方波脉冲电源设计北大核心CSCD

设计了一种基于Marx电路的方波脉冲电源,该电源采用磁环隔离驱动方案与全桥Marx电路相结合,实现了正极性、负极性和双极性高压方波脉冲的输出,解决了常规脉冲电源只能输出特定极性脉冲的限制。对电路的运行模式经行了理论分析,并搭建了16级实验样机。实验结果表明:在空载条件下,实现了频率1 kHz,幅值10 kV的正极性、负极性及双极性高压方波脉冲输出。其最小脉宽1μs,极性可调。该脉冲电源结构紧凑,可以实现输出电压、脉宽、脉冲极性可调。最后使用该方波脉冲电源驱动平行板介质阻挡放电反应器。结果表明:该方波脉冲电源可以作为介质阻挡放电驱动源。     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号.基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大,且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化;脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回波信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号,基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大.且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化:脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回渡信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.     

高精度组合脉冲激光时序控制系统设计

在激光等离子体机理的研究中,为实现灵活的界面配置和多路脉冲激光器高精度的时序延时,设计了一种基于微控制器STM32和FPGA的多路时序延时控制系统。重点介绍了基于FPGA的多路ns级时序信号和基于ucGUI的触摸屏界面的设计。另外,采用高速光电隔离技术和高速FET开关电路技术,对驱动电路进行了设计,缩短了输出脉冲上升沿的时间,提高了系统延时精度、驱动能力和抗干扰性能。测试结果表明,该设计每路延时可调,调节范围为5 ns~10 ms,最小可调步进为5 ns,延时误差小于1 ns。     

基于频移反馈腔的全光纤射频调制脉冲激光研究

射频调制的脉冲激光是激光雷达探测领域内的一项重要研究内容.根据声光斩波器的强度和频率调制特性,设计了基于频移反馈腔的全光纤射频调制脉冲激光.理论上,建立了基于频移反馈腔的激光外差相干理论模型,并进行了数值仿真.根据理论模型,实验上严格控制频移反馈腔的长度和声光斩波器触发信号的周期,在100 MHz的射频信号驱动下,产生了脉冲宽度110 ns、重复频率约20 kHz的具有最高700 MHz射频调制的脉冲激光(脉内调制激光);同时微调斩波周期可以实现脉冲前沿或后沿的多样性射频调制.通过改变反馈腔内光纤放大器的输出功率实现了射频调制深度的连续可调,最高达到了0.67.