脉冲型阵列量子级联激光器驱动电源

摘要

设计并研制了一种高精度的可调节阵列量子级联(QC:Quantum Cascale)激光器驱动电源,以用于中红外多气体检测系统.该系统运用时分复用的思想,利用并联加串联的方式,同时驱动多个QC激光器.在硬件方面,以DSP F28335为主处理器,采用压控恒流源的原理,通过大功率半导体器件,实现脉冲频率(1～10 kHz,步进0.5 kHz)、占空比(0.5％ ～40％,步进0.5％)、电流幅值(0～4A,步进0.1A)连续可调的脉冲恒流源.在控制方案上,采用模拟PI(Proportion Integral)控制算法,通过两级模拟PI环节的双重反馈方式,提高了驱动电流的准确性和稳定性.同时,该系统还设计了电源滤波慢启动电路、过流保护电路、过压保护电路、静电防护电路等,防止QC激光器被瞬间大电流损坏,以确保激光器的正常工作.经实验测试,当设定脉冲电流幅值为2.0A,脉冲频率为5 kHz,脉冲宽度为2μs时,输出脉冲电流幅值稳定度优于1.7×10-3 A,脉冲宽度稳定度优于2.4 ×10 2μs,脉冲上升时间小于11.9 ns,脉冲下降时间小于9.6 ns.在同时驱动多个QC激光器长时间测试过程中,驱动电流稳定,QC激光器发光稳定,测试指标达到要求.