1 引言
    隨著二極管泵浦全固態(tài)激光器相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，它在工業(yè)、國防科研、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，對其輸出功率、可靠性要求也不斷提高。作為二極管泵浦全固態(tài)激光器的重要組成部分的電源，其可靠性、穩(wěn)定性也就顯得格外重要。二極管泵浦全固態(tài)激光器的電源功率較大，輸出為大電流、低電壓，工作脈沖頻率較高（可達(dá)1kHz），輸出電流、電壓的穩(wěn)定性要求很高。微小的電流擾動(dòng)將影響激光器的出光質(zhì)量，不當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)可能引起巨大的損失。針對這些特點(diǎn)，我們選擇功能強(qiáng)大的電源管理芯片MAX1647 作為整個(gè)系統(tǒng)控制的核心部分，設(shè)計(jì)出完全滿足要求的大功率激光器電源。
 

2 MAX1647 電源管理芯片介紹
   MAX1647 是MAXIM 公司的新型電源管理芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。它包括兩個(gè)調(diào)整環(huán)，即一個(gè)電壓調(diào)整環(huán)與一個(gè)電流調(diào)整環(huán)，實(shí)現(xiàn)恒流與恒壓功能及相互之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換；并采用INTEL 系統(tǒng)管理總線（SMBUS）接口，其中內(nèi)部有一個(gè)6 位和一個(gè)10 位的D/A 轉(zhuǎn)換器分別用于電流和電壓的預(yù)置；另外，MAX1647提供了最大為4A 的電流輸出。

    在MAX1647的電壓調(diào)整環(huán)中，通過SMBUS總線，經(jīng)內(nèi)部10位DAC設(shè)置預(yù)置電壓，負(fù)載電壓與預(yù)置電壓通過GMV誤差放大器進(jìn)行比較放大后的誤差信號(hào)輸出到CCV端口，然后送到一個(gè)由二選一電路組成的恒流/恒壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的一個(gè)端子上，其中由CCV端口輸出的誤差信號(hào)由內(nèi)部鉗位電路限制在1/4到3/4參考電壓之間的；與電壓調(diào)整環(huán)工作原理相類似，被鉗位的電流誤差信號(hào)由CCI端口送到自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的另一個(gè)端子上；利用PWM控制器，把電壓/電流誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)N溝道MOSFET管，經(jīng)同步整流、濾波器濾波后，得到所需的輸出信號(hào)。

3 激光器電源的設(shè)計(jì)

    根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的激光器電源輸出為60A/150V，恒流、恒壓及相互之間能自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
3.1整體電路設(shè)計(jì)
整體電路設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

    MAX1647電源管理芯片是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心部分，它完成恒流、恒壓及相互之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能。但MAX1647的最大輸出4A，不足以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此，把MAX1647的輸出信號(hào)經(jīng)由達(dá)林頓管組成的改進(jìn)型線性主電路，進(jìn)行電流、電壓放大。在線性主電路中，由達(dá)林頓管、霍爾電流/電壓傳感器、MAX1647、及光耦隔離一起構(gòu)成了電流主調(diào)環(huán)，保證恒流、恒壓功能。同時(shí)增加了由達(dá)林頓管、誤差電壓放大、晶閘管控制模塊、晶閘管降壓整流構(gòu)成的電壓從調(diào)環(huán)，它把達(dá)林頓管壓降與參考電壓進(jìn)行比較放大，以控制晶閘管觸發(fā)模塊，使達(dá)林頓管壓降保持在參考電壓附近，大大地降低了達(dá)林頓管上的功耗，使電源整體輸出穩(wěn)定性、效率等有顯著的提高；利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電源與機(jī)械傳動(dòng)部分、水冷系統(tǒng)部分以及計(jì)算機(jī)軟件控制部分的有機(jī)結(jié)合；利用高性能的霍爾電流、電壓傳感器實(shí)現(xiàn)對輸出電流、電壓的實(shí)時(shí)檢測；液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示輸出電壓、電流和有關(guān)狀態(tài)；整個(gè)電路通過光耦和傳感器實(shí)現(xiàn)隔離。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    利用該電路結(jié)構(gòu)，開發(fā)9kW半導(dǎo)體激光二極管電源。選用的主要元器件如下：霍爾傳感器選用北京萊姆公司生產(chǎn)的電壓電流傳感器，具有高靈敏度、優(yōu)良的線性度、極快的響應(yīng)速度；晶閘管觸發(fā)模塊采用山東威海生產(chǎn)的內(nèi)部帶光電隔離的SCR－JKSK，它的調(diào)整性能較好，同時(shí)為保證三相平衡，應(yīng)采用每相單獨(dú)調(diào)整；達(dá)林頓管選用東芝公司的MG75G2YL1A，在應(yīng)用時(shí)注意其電流放大倍數(shù)小于20，故應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電路能提供滿足需要的驅(qū)動(dòng)電流。另外，為了判定故障原因，利用液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)顯示電源狀態(tài)。
    采用PM300儀器測試裝置性能指標(biāo)為：輸入3相380V，輸出0～160V，0.5～60A，恒壓、恒流，并且相互之間能實(shí)現(xiàn)無擾自動(dòng)轉(zhuǎn)換，效率為88.5％。
5 結(jié)語
    利用MAX1647與89C51組成控制電路的核心部分，采用改進(jìn)型線性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大功率激光器電源，由于MAX1647具有恒流、恒壓及相互之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能，一方面，克服了完全用單片機(jī)控制帶來的響應(yīng)速度慢、恒流恒壓特性差、可能出現(xiàn)死機(jī)的缺陷；另一方面，又避免了純硬件控制帶來的復(fù)雜性，提高了電源的智能性。在激光打標(biāo)系統(tǒng)中的應(yīng)用，證明了該電源不僅高效、安全、可靠，而且大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的智能化程度。