一种实现功率信息双传输的半导体激光器驱动电源的研究

摘要

近年来，无人机在执行监视、侦察和攻击等任务中表现出了灵活性、高效性和持续性的特点，已然成为了军事力量的倍增器。为了适应未来战争的需求，进一步提高无人机的作战效能，高空长航时的无人机是未来主要的发展方向之一。利用太阳能给无人机充电是目前最常见的一种手段，但由于太阳光的间断性，长航时的飞行发展受限。因而考虑通过非接触电能传输技术对无人机进行远程、非接触充电，从而实现无人机的长航时飞行，激光由于其自身的优势成为了较好的选择。其中半导体激光器由于其结构简单，易通过控制输出电流来控制输出功率等特点成为最佳选择。
　　本文基于激光远程能量传输系统，提出了利用半导体激光器不同的驱动方式实现功率和信息的同时传输。首先介绍了激光远程能量传输的研究背景，具体包括系统的框架，半导体激光器的原理和驱动电源研究现状，接着推导了半导体激光器的等效模型，其次介绍了实现功率信息双传输的实现方法，即在激光器恒流驱动的基础上叠加脉冲电流以确保驱动电源在功率载体上携带指令信号，具体采用恒流变换器和双向变换器并联。接着分别介绍了恒流变换器和双向变换器的参数设计和实验波形，主要详细介绍了如何采用双向变换器实现通讯功能，即以通讯指令作为电感电流基准，使得双向变换器的电感电流能根据指令信号变化而变化。最后搭建了一台原理样机，并进行了实验验证。实验结果验证了本文所提出的恒流变换器和双向变换器并联以实现功率信息双传输的可行性。

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注释表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2 激光远程能量传输系统

1.3 激光器的选择

1.4半导体激光器驱动电源的研究现状

1.5本文的研究内容及意义

第二章 半导体激光器等效模型的建立

2.1 引言

2.2 半导体激光器的速率方程

2.3 半导体激光器等效模型的推导

2.4 Lookuptable仿真模型的建立

2.5本章小结

第三章 半导体激光器的驱动电源

3.1 引言

3.2 半导体激光器的驱动方式

3.3 功率和信号的同时传输

3.4 并联结构的提出

3.5 恒流变换器拓扑的选择

3.6 恒流变换器的控制电路

3.7双向变换器的主电路和控制电路

3.8本章小结

第四章 参数设计与实验验证

4.1 恒流变换器的参数设计

4.2 双向变换器的参数设计

4.3 实验验证

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文主要工作

5.2工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的论文及参与完成的科研项目