基于MAX1647的大功率激光电源的设计
基于MAX1647的大功率激光电源的设计
龙兴明1,周静2
(1重庆师范学院物理系,四川重庆400047）
(2重庆大学电气工程学院,四川重庆400047）
摘要：针对大功率全固态激光电源的特点,利用MAX1647电源管理芯片的恒流、恒压及相互之间自动转换功能,设计了输出为60A/160V的大功率激光器电源。利用单片机89C51对MAX1647进行高效管理,并采用改进型线性拓扑结构,大大提高了激光器电源的效率及稳定性。在激光打标系统中的应用,证明了该电源不仅高效、安全、可靠,而且大大地提高了整个系统的智能化程度。
关键词：激光电源;单片机;恒流;恒压
1引言
随着二极管泵浦全固态激光器相关技术的不断发展,它在工业、国防科研、生物医学工程等领域的应用越来越广泛,对其输出功率、可靠性要求也不断提高。作为二极管泵浦全固态激光器的重要组成部分的电源,其可靠性、稳定性也就显得格外重要。二极管泵浦全固态激光器的电源功率较大,输出为大电流、低电压,工作脉冲频率较高（可达1kHz）,输出电流、电压的稳定性要求很高。微小的电流扰动将影响激光器的出光质量,不当的保护可能引起巨大的损失。针对这些特点,我们选择功能强大的电源管理芯片MAX1647作为整个系统控制的核心部分,设计出完全满足要求的大功率激光器电源。
2MAX1647电源管理芯片介绍
MAX1647是MAXIM公司的新型电源管理芯片,其内部结构如图1所示。它包括两个调整环,即一个电压调整环与一个电流调整环,实现恒流与恒压功能及相互之间的自动转换;并采用INTEL系统管理总线（SMBUS）接口,其中内部有一个6位和一个10位的D/A转换器分别用于电流和电压的预置;另外,MAX1647提供了最大为4A的电流输出。
在MAX1647的电压调整环中,通过SMBUS总线,经内部10位DAC设置预置电压,负载电压与预置电压通过GMV误差放大器进行比较放大后的误差信号输出到CCV端口,然后送到一个由二选一电路组成的恒流/恒压自动转换电路的一个端子上,其中由CCV端口输出的误差信号由内部钳位电路限制在1/4到3/4参考电压之间的;与电压调整环工作原理相类似,被钳位的电流误差信号由CCI端口送到自动转换电路的另一个端子上;利用PWM控制器,把电压/电流误差信号转换为脉宽调制信号,用以驱动两个N沟道MOSFET管,经同步整流、滤波器滤波后,得到所需的输出信号。
MAX1647的输出特性曲线如图2所示,当输出电压小于预置电压V0时,电流调整环发挥作用,输出是恒流模式;当负载的电压到达预置电压V0以后,电流调整环停止作用,电压调整环开始工作,这时输出为恒压模式。恒流模式时,CCV端口输出的电压误差信号被钳位在CCI端口最小电压值80mV以上,这样即可防止更新预置电流值时负载电流溢出,又可防止从恒流模式转换为恒压模式时,出现过冲电现象。在恒压模式时,钳位电路也可起到相类似的作用。
3激光器电源的设计
根据实际需要设计的激光器电源输出为60A/150V,恒流、恒压及相互之间能自动转换。
3.1整体电路设计
整体电路设计框图如图3所示。
