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          【我的畢設作品】大功率光纖激光電源設計
          閱讀: 2640 |  回復: 5 樓層直達

          2019/07/20 11:08:13
          1
          斷欲韶
          電源幣:19 | 積分:4 主題帖:3 | 回復帖:1
          LV1
          士兵

          QQ截圖20160321155901 內容精選】管理員精心選擇的優質內容 快來討論吧


                以野外環境作為應用背景,針對光纖激光器的供電需求,對大功率光纖激光電源系統進行設計與實現。從光纖激光器中的泵浦源結構以及工作特性角度對光纖激光器的供電需求進行分析,并建立了柴油發電機組的數學模型,利用Simulink仿真得到光纖激光器加入系統時柴油發電機組輸出電能的變化情況;對高能光纖激光電源系統的總體結構進行設計,并對其中的恒流源模塊、主控制模塊等主要模塊進行分析與設計。分析并提出了并聯功率補償策略;對光纖激光驅動電源的軟硬件進行設計與實現,通過實驗測試激光驅動電源的性能,并驗證其可行性;最后對功率補償裝置中的儲能元件進行選型,并設計其放電電路拓撲。搭建了高能光纖激光電源系統的Simulink仿真模型,驗證高能光纖激光電源系統的可行性。

                單模光纖激光器的穩定輸出功率很難達到1000W以上,所以目前1000W光纖激光器是業界中使用最為廣泛的單模光纖激光器,如果想要得到更高功率的激光輸出,則需要通過激光合束技術將多個1000W單模光纖激光器的激光輸出進行整合。本課題中,使用41000W光纖激光器通過合束的方法得到4000W激光輸出,其中使用的1000W光纖激光器的泵浦源陣列結構示意圖如圖2.1所示。

          圖2.1 光纖激光器泵浦源結構示意圖

          圖2.1中,整體1000W光纖激光器由5路泵浦源陣列并聯組成,每一路泵浦源陣列,又由5個泵浦源串聯組成,每一路泵浦源陣列輸出功率為400W~500W,之后每個泵浦源輸出的泵浦光再經過光學諧振腔,最終輸出激光功率達到1000W。

          4000W光纖激光器供電需求如表2.1所示。

          表2.1 4000W光纖激光器供電需求

          指標名稱

          范圍

          單路泵浦源陣列輸入電流范圍

          DC10A~13A

          單路泵浦源陣列輸入電壓范圍

          DC40V~45V

          電流噪聲峰峰值

          50mA

          控制模式

          外部信號控制

          恒流源模塊數量

          20

          恒流源模塊

          恒流源模塊應選用線性恒流源來減小輸出電流的噪聲。恒流源電路是由差分放大電路,前置驅動電路,以及恒流輸出電路組成。采用三極管分壓的形式控制恒流輸出。

          通過對幾種影響因素的分析,得出以下結論:在直接影響因素中,運算放大器自身參數帶來的誤差對激光器恒流源穩定度的影響無法通過負反饋減小,可以使用失調電流、失調電壓以及溫度漂移系數等參數小的運算放大器以減小其本身誤差對恒流源帶來的影響。基準電壓Vref的變化直接影響恒流源輸出精度。因此需要設計穩定性良好的基準電壓Vref。負載等效電阻RL、三極管QZ1以及采樣電阻RT1對輸出電流穩定度的影響皆與電路的放大倍數有關,電路的放大倍數越大其影響越小,但如果放大倍數太大,電路容易產生振蕩,所以設計時也須結合具體指標綜合考慮。另外由于電路的輸出電流大,MOS管的功耗就越大,MOS管的選型以及散熱就顯得至關重要。同時,在實際設計電路時要選擇熱阻合適的器件,采取相散熱措施,盡可能提高恒流源輸出電流的穩定性。

          功率補償

                由于柴油發動機組的輸出電壓變化相較于有功負載的變化是滯后的,為此在引入電壓閉環反饋的同時,增加基于直流側有功電流I的前饋,作為滯后 矯正,共同調節有功補償電流IC

          圖3.8 功率補償子系統原理框圖

          由圖3.8可知,當?u0時,柴油發動機輸出電壓下降,有功負載增加,直流側有功電流I增加,此時IC0輸出補償電流,補償激光器所需能量。?u=0時,即柴油機輸出電壓穩定,則要求補償器退出系統。

          上位機監控界面(部分)

          實驗平臺

          電流噪聲峰峰值  0.9mA

          樣機

          功率補償

          補償前后轉速對比

          補償前后輸出功率對比

          補償后負載端電壓

          標簽 經歷分享

          電源網-天邊在2019-07-26打賞該貼 +10 電源幣 打賞理由:一個牛掰的畢業設計!有前途……加油!

          2019/07/21 17:43:13
          2
          川理學子[版主]
          電源幣:39 | 積分:6 主題帖:5 | 回復帖:43
          LV5
          營長
          前排頂帖,嘿嘿嘿!搶占沙發
          2019/07/22 10:40:48
          3
          電源網-璐璐
          電源幣:1091 | 積分:72 主題帖:255 | 回復帖:1495
          LV10
          司令

          優秀優秀

          2019/07/23 09:51:51
          4
          ilylyp4303
          電源幣:23 | 積分:0 主題帖:6 | 回復帖:34
          LV3
          排長
          上電干貨撒,讓我們學學!你這個畢設牛掰!不明覺厲。
          2019/08/15 13:12:38
          6
          奮斗的青春
          電源幣:382 | 積分:3 主題帖:84 | 回復帖:641
          LV9
          軍長
          恒流電源的線性度怎么樣?恒流精度能到多少了?
          2019/08/15 13:11:59
          5
          奮斗的青春
          電源幣:382 | 積分:3 主題帖:84 | 回復帖:641
          LV9
          軍長
          看著東西不錯,全部自己設計的嗎?還是部分功能實現了?
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