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。     

激光引信可调高频窄脉冲驱动电源设计

针对激光近炸引信周向探测系统中高发射频率和高精度的难点问题,设计了激光引信可调高频窄脉冲驱动电源.通过对激光引信周向探测系统的介绍以及激光驱动电源放电回路建模与理论分析,应用FPGA中PLL锁相环及相移倍频法提高计时时钟频率,实现可调高频脉冲触发信号,并经过高速整形电路与衰减电路控制信号幅值.运用场效应晶体管驱动器加速MOSFET管的导通,在电路中产生瞬时大电流.加工制作PCB板进行实验验证,实验结果表明:脉冲激光发射频率在0~30kHz可调,脉冲上升沿时间为10ns,脉宽20~40ns可调,激光峰值功率达到69.8 W.本设计可为激光近炸引信脉冲驱动电源设计提供参考.     

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。     

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.     

直流供电零电流变换串联谐振激光电源

设计了一款采用串联谐振全桥逆变电路结构的灯泵浦激光电源.在对电源信号发生电路、隔离驱动电路和逆变谐振电路等模块进行分析和设计的基础上,设计了一款重频达5 Hz,最高重频达10 Hz的灯泵激光器驱动电源.该电源不但满足5 Hz灯泵激光器的技术要求,而且具有尺寸小、充电效率高和结构简单等优点.     

HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源研究北大核心CSCD

通过理论计算、数值仿真和实验验证的方法,研究了一台峰值功率数十GW、重复频率5 Hz的重复频率高功率脉冲驱动源,命名为“HEART-50”。该脉冲驱动源由充电电源、初级开关、脉冲形成线、主开关、阻抗变换线,以及假负载构成。首先介绍了HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源整体设计思路;其次,对基于混合液体介质的高功率脉冲形成线和气体介质主开关进行了数值分析,并对其全电路工作能力进行了仿真分析;最后,对研制的HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源进行了实验验证。结果表明,脉冲驱动源能够输出峰值电压520 kV,脉冲宽度约90 ns,脉冲上升沿小于25 ns,重复频率5 Hz的准方波电脉冲,峰值电功率约为25.3 GW,且具有较好的运行稳定性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于雪崩级联电路控制激光照明源的水下激光选通成像

基于雪崩级联原理研发了用于水下激光选通成像的MARX级联电路激光照明源。相对于普通激光驱动器,该MARX级联电路有输出脉冲窄、峰值高、上升沿短、重复频率高、成本低、体积小、质量轻等优点。采用级联电路研发的脉冲激光照明光源在实现ns量级脉冲宽度性能的基础上保持了照光源系统体积的小型化。该脉冲照明源结合激光整形及匀化光学技术进行了水下选通成像验证实验,在10 ns的脉冲宽度下,实现水下7倍衰减长度范围内的选通成像。该文涉及的电路、光学方面的改进对降低激光选通成像系统的体积、成本及实际应用具有重要意义。     

用自积分式罗氏线圈测量纳秒级高压脉冲电流

 介绍了测量纳秒级高压脉冲大电流信号用的自积分式罗氏线圈的优点、用途、基本原理及设计。利用传输理论分析了它的信号响应及干扰。对研制出的罗氏线圈进行了标定。设计的线圈的灵敏度在1.4mV/A，可以采用的上升时间小于2ns，脉宽小于200ns，电流信号10A～40kA。自积分式罗氏线圈广泛用于脉冲功率技术中的快过程大电流测量。     

脉冲功率应用的IGBT快速驱动电路

根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性,研究设计了一种应用于脉冲功率系统的开关驱动电路,实现了IGBT的快速开通。阐述了驱动电路的原理,设计了基于平面变压器的驱动电路,在驱动芯片基础上为栅极提供幅值为60 V脉冲电压,提高开关速度。最后使用Blumlein双线结构对驱动电路的性能进行了实验验证。应用这种驱动方式,提高了集电极电流上升速率。实验结果表明,在1000 V的工作电压下,通过IGBT的脉冲电流达到了470.53 A,脉冲前沿为40 ns,di/dt达到9.41 A/ns,相比数据手册提供的数据,该电流上升速度提高了7.53倍,实现了对IGBT的快速驱动。     

A conceptual design of a high-efficiency rep-rated pulsed power system for KrF laser drivers of inertial fusion energy

A conceptual design of a high efficiency, high repetition-rated (rep-rated) pulsed power system for an electron-beam (e-beam) pumped KrF laser driver for inertial fusion energy (IFE) is presented. The proposed pulsed power circuit incorporates linear induction voltage adders to charge pulse forming lines for the generation of 900 kV, 260 ns e-beamsat several Hz. This rep-rated power system meets the pulsed power requirements of the future IFE drivers that necessitate high amplifier efficiency as well as high laser energy. Received: 3 March 2000 / Published online: 16 June 2000     

小型化电感隔离型Marx发生器的研制

随着脉冲功率技术的发展,纳秒脉冲电场被逐渐应用到等离子体水处理、不可逆电穿孔肿瘤消融等技术中。为了满足纳秒脉冲的应用需求,电源需要输出十几kV高压,拥有纳秒窄脉宽和快速的上升沿,同时尽量减小电源体积,降低成本。该纳秒脉冲电源采用电感隔离型Marx发生器结构,电路可以实现模块化叠加,电感隔离可以减少开关数量,抬升充电电压,以获得更高的电压输出。所设计的驱动电路仅需一路控制信号和一个直流供电模块,经功率放大和磁隔离后可同时控制所有放电管,该驱动电路结构简单、成本低、体积小,耐压水平高。所设计的24级电源样机,在50 kΩ阻性负载上,可输出0～14 kV电压,频率0.5～1 kHz,脉宽500 ns。该电源主电路的长宽高尺寸仅为23 cm×10 cm×12 cm。     

大电流恒功率放电技术在大功率DPL中的应用

针对大功率激光二极管泵浦固体激光器(DPL)对大功率驱动电源的特殊要求,设计了一种大电流恒功率放电及驱动控制电路。将该电路与现有的充电和过流保护电路组成一套完整的激光二极管阵列驱动电源,并应用于基于大功率激光二极管阵列的DPL系统中。该驱动电源可为DPL系统提供频率为20 Hz,脉冲宽度为230 s,200 A以上的驱动电流,这将对多种以DPL为基础的激光武器系统产生重要的实际应用价值。     

强激光脉冲电源系统故障分析和对策

 详细分析了强激光脉冲电源系统可能存在的故障问题, 通过电路模拟给出了故障电流波形。在此基础上提出了电源系统故障保护的方法和对策,这对于电源系统的设计和安全运行具有十分重要的意义。     

Q-switched fiber laser with spectral control for frequency doubling

A-Q switched pulsed ytterbium-doped fiber laser is created and optimized for frequency doubling and tripling. The spectral width of the laser radiation (less than 0.13 nm) is controlled using a Bragg grating. At a pulse repetition rate of 1 kHz, the peak power is greater than 13 kW and the pulse duration is 30 ns.