本發(fā)明涉及一種無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加方法和裝置，屬于半導(dǎo)體激光器驅(qū)動源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器具有體積小、功率密度大、效率高和壽命長等優(yōu)勢，近年來隨著半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)制造成本的下降，使得激光應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展迅速，例如通信、測距、雷達、武器、打標和醫(yī)療等的應(yīng)用越來越廣泛。由于其二極管的電氣特性，通常采用恒流控制方式，尤其是脈沖恒流的控制方式，恒流控制方式能夠提供較大的峰值功率和消耗較小的平均功率，具有良好的應(yīng)用前景。在一些特殊應(yīng)用中，如科研、打標和醫(yī)療中，多脈沖疊加可實現(xiàn)特定的加工工藝。

但是，驅(qū)動電流是半導(dǎo)體激光器的敏感因素，其穩(wěn)定性直接影響激光器的光譜質(zhì)量和輸出功率。所以，穩(wěn)定的電流平頂及快速的電流上升下降沿才能保證良好的光譜質(zhì)量和高效的功率輸出。然而，快速的上升沿可能導(dǎo)致的超調(diào)可能會導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器的損壞，造成嚴重的經(jīng)濟損失。較慢的上升沿雖然不會引起超調(diào)，但是嚴重限制了輸出有效脈寬和重復(fù)頻率的提升，限制了有效的光功率輸出，不具有良好的應(yīng)用價值。

因此，如何設(shè)計出一款能夠為半導(dǎo)體激光器提供高可靠性的驅(qū)動電流，實現(xiàn)寬范圍的脈寬和頻率調(diào)制，在具有快速電流上升沿和下降沿的同時，保證無電流脈沖超調(diào)，成為擺在領(lǐng)域內(nèi)眾多電源廠家面前的一個艱巨的任務(wù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加方法和裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中單次產(chǎn)生電流脈沖而導(dǎo)致電流脈沖超調(diào)量較大的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加方法，包括以下方案：

方法方案一：包括以下步驟：

步驟1，控制產(chǎn)生基礎(chǔ)脈沖；

步驟2，按時序控制產(chǎn)生至少一個疊加脈沖，將所述疊加脈沖依次累加在所述基礎(chǔ)脈沖上。

方法方案二：在方法方案一的基礎(chǔ)上，所述的疊加脈沖中至少有一次疊加上去的疊加脈沖流經(jīng)與驅(qū)動負載特性相匹配的假負載進行調(diào)流。

方法方案三：在方法方案二的基礎(chǔ)上，所述假負載為電阻、電感、電容和二極管中的任意一種或其組合。

本發(fā)明還提供了一種無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加裝置，包括以下方案：

裝置方案一：包括并聯(lián)連接的一個基礎(chǔ)脈沖輸出回路和至少一個疊加脈沖輸出回路；在所述基礎(chǔ)脈沖輸出回路導(dǎo)通后，所述疊加脈沖輸出回路按時序依次導(dǎo)通。

裝置方案二：在裝置方案一的基礎(chǔ)上，所述疊加脈沖輸出回路中至少其中一個疊加脈沖輸出回路的兩輸出端連接有與驅(qū)動負載特性相匹配的假負載支路，該疊加脈沖輸出回路的兩輸出端通過選通開關(guān)電路在所述基礎(chǔ)脈沖輸出回路的兩輸出端與所述假負載支路之間切換連接。

裝置方案三：在裝置方案二的基礎(chǔ)上，所述基礎(chǔ)脈沖輸出回路包括按照同向?qū)ǚ较虼?lián)的基礎(chǔ)可調(diào)直流電源、基礎(chǔ)功率開關(guān)器件和基礎(chǔ)電流傳感器；所述疊加脈沖輸出回路包括按照同向?qū)ǚ较虼?lián)的疊加可調(diào)直流電源、疊加功率開關(guān)器件和疊加電流傳感器；所述選通開關(guān)電路包括第一選通功率開關(guān)器件和第二選通功率開關(guān)器件，所述第一選通功率開關(guān)器件串聯(lián)在所述假負載支路中，所述第二選通功率開關(guān)器件的一端與所述假負載支路的一端相連，所述第二選通功率開關(guān)器件的另一端與所述基礎(chǔ)脈沖輸出回路的對應(yīng)輸出端相連。

裝置方案四：在裝置方案二或三的基礎(chǔ)上，所述假負載為電阻、電感、電容和二極管中的任意一種或其組合。

裝置方案五：在裝置方案三的基礎(chǔ)上，所述功率開關(guān)器件為三極管、MOSFET或IGBT。

裝置方案六：在裝置方案三的基礎(chǔ)上，所述基礎(chǔ)可調(diào)直流電源和疊加可調(diào)直流電源為可調(diào)直流電壓源。

本發(fā)明的有益效果是：

無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加方法按時序控制產(chǎn)生多個預(yù)期電流脈沖，并將產(chǎn)生的多個電流脈沖進行累加，將單次輸出獲取預(yù)期電流脈沖轉(zhuǎn)化為多個預(yù)期電流脈沖累加來獲取最終的預(yù)期電流脈沖，有效改善了單次輸出電流脈沖時預(yù)期電流脈沖與實際產(chǎn)生電流脈沖誤差較大的情況，從而滿足所獲取電流脈沖的無超調(diào)要求。

進一步的，通過將疊加脈沖流經(jīng)與驅(qū)動負載特性相匹配的假負載以進行調(diào)流，由于負載特性的匹配以及快速切換過程中電流不能突變，實現(xiàn)單次疊加脈沖無超調(diào)。

無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加裝置包括并聯(lián)連接的一個基礎(chǔ)脈沖輸出回路和至少一個疊加脈沖輸出回路，通過按時序控制各脈沖輸出回路輸出電流脈沖，并將各電流脈沖進行累加，將單次輸出獲取預(yù)期電流脈沖轉(zhuǎn)化為多個電流脈沖累加來獲取預(yù)期電流脈沖，有效改善了單次輸出電流脈沖時預(yù)期電流脈沖與實際產(chǎn)生電流脈沖誤差較大的情況，從而滿足所獲取電流脈沖的無超調(diào)要求。

進一步的，通過在疊加脈沖輸出回路的兩輸出端連接有與驅(qū)動負載特性相匹配的假負載支路，根據(jù)該假負載支路進行調(diào)流，然后通過選通開關(guān)電路將疊加脈沖由假負載支路切換到基礎(chǔ)脈沖輸出回路的兩輸出端，實現(xiàn)單次疊加脈沖無超調(diào)。

附圖說明

圖1是無超調(diào)的快前沿多脈沖疊加裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是兩個脈沖疊加時的主回路原理簡圖；

圖3是兩個脈沖疊加時期望輸出脈沖電流、負載支路電流、MOSFET管的驅(qū)動信號以及電流的時序圖；

圖4是兩個脈沖疊加時的單個周期的程序流程圖；

圖5是兩個脈沖疊加時的基礎(chǔ)脈沖回路的電流控制器原理簡圖；

圖6是兩個脈沖疊加時的疊加脈沖回路的電流控制器原理簡圖；

圖7是兩個脈沖疊加時的單個周期內(nèi)的脈沖波形圖；

圖8是兩個脈沖疊加時的多個周期內(nèi)的脈沖波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的介紹。

無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加方法的實施例：

該方法包括以下步驟：

步驟1，控制產(chǎn)生基礎(chǔ)脈沖；

步驟2，按時序控制產(chǎn)生至少一個疊加脈沖，將疊加脈沖依次累加在基礎(chǔ)脈沖上。

由上述步驟所獲得的所有脈沖的總的疊加脈沖，即為要獲得的電流脈沖。本方法通過按時序控制產(chǎn)生多個預(yù)期電流脈沖，并將產(chǎn)生的多個預(yù)期電流脈沖進行累加，將單次輸出獲取預(yù)期電流脈沖轉(zhuǎn)化為多個預(yù)期電流脈沖累加來獲取最終的電流脈沖，有效改善了單次輸出電流脈沖時預(yù)期的電流脈沖與實際產(chǎn)生的電流脈沖誤差較大的情況，從而實現(xiàn)最終所獲取的電流脈沖無超調(diào)。

其中，為了提高單次疊加脈沖的控制精度，在所產(chǎn)生的疊加脈沖中，至少有一次疊加上去的疊加脈沖流經(jīng)與驅(qū)動負載特性相匹配的假負載進行調(diào)流，使得經(jīng)調(diào)流后得到的疊加脈沖電流為預(yù)期的單次電流脈沖幅值，將該調(diào)流后的流經(jīng)假負載的單次疊加脈沖與前面所產(chǎn)生的所有電流脈沖進行疊加，最終獲得總的疊加脈沖。

本實施例中的驅(qū)動負載為半導(dǎo)體激光器，是一種非線性負載，具有二極管特性，假負載由電阻和二極管串聯(lián)構(gòu)成。當然，當驅(qū)動負載變化時，需要根據(jù)驅(qū)動負載的特性，相應(yīng)地選取與之相匹配的假負載，一般情況下，假負載取為電阻、電感、電容和二極管中的任意一種或其組合。

下面以兩個脈沖疊加為例，基礎(chǔ)脈沖和疊加脈沖的疊加時序的控制過程如下：

T1時刻，控制產(chǎn)生基礎(chǔ)脈沖。

T2時刻，控制產(chǎn)生流經(jīng)假負載的疊加脈沖電流，并對該疊加脈沖電流進行調(diào)流，使得調(diào)流后得到的疊加脈沖為需要疊加在基礎(chǔ)脈沖的電流脈沖。

T3時刻，將疊加脈沖與基礎(chǔ)脈沖進行疊加。

以三個脈沖疊加為例，且最后一次疊加上去的疊加脈沖流經(jīng)與驅(qū)動負載特性相匹配的假負載進行調(diào)流，則基礎(chǔ)脈沖和兩個疊加脈沖的疊加時序的控制過程為：

T11時刻，控制產(chǎn)生基礎(chǔ)脈沖。

T12時刻，控制產(chǎn)生第一個疊加脈沖。

T13時刻，將第一個疊加脈沖與基礎(chǔ)脈沖進行疊加。

T14時刻，控制產(chǎn)生流經(jīng)假負載的第二個疊加脈沖，并對該疊加脈沖進行調(diào)流，使得調(diào)流后得到的疊加脈沖為需要疊加在基礎(chǔ)脈沖和第一個疊加脈沖上的電流脈沖。

T15時刻，將第二個疊加脈沖與第一個疊加脈沖和基礎(chǔ)脈沖進行疊加。

無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加裝置的實施例：

該無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加裝置是實現(xiàn)上述無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加方法的一種具體硬件設(shè)備。

以兩個脈沖疊加為例，無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。總體上，該裝置包含主回路、采樣單元、控制單元和驅(qū)動單元。主回路包含可調(diào)直流電壓源1、可調(diào)直流電壓源2、基礎(chǔ)脈沖輸出回路、疊加脈沖預(yù)恒流回路和疊加脈沖輸出回路，主要用于實現(xiàn)基礎(chǔ)脈沖輸出、經(jīng)過假負載進行調(diào)流的疊加脈沖的產(chǎn)生以及兩脈沖在負載上的疊加。采樣單元包含兩路電流采樣，即基礎(chǔ)脈沖輸出回路的電流采樣1和疊加脈沖輸出回路的電流采樣2，根據(jù)兩路電流采樣實現(xiàn)基礎(chǔ)脈沖和疊加脈沖的PID閉環(huán)恒流調(diào)節(jié)?？刂茊卧瑑陕冯娏鹘o定單元，兩路PID控制，兩路可調(diào)直流電壓源的電壓給定以及脈沖參數(shù)設(shè)置。其中，兩路電流給定單元分別為即基礎(chǔ)脈沖的電流給定和疊加脈沖的電流給定；兩路PID控制包括基礎(chǔ)脈沖輸出回路的基礎(chǔ)脈沖的電流控制和疊加脈沖輸出回路的疊加脈沖的電流控制；脈沖參數(shù)設(shè)置包含基礎(chǔ)脈沖、疊加脈沖、基礎(chǔ)脈沖脈寬、疊加脈沖脈寬和脈沖的重復(fù)頻率等參數(shù)的設(shè)定。驅(qū)動單元包括驅(qū)動單元1、驅(qū)動單元2和驅(qū)動單元3，主要實現(xiàn)控制單元輸出的驅(qū)動信號的功率級放大，增加驅(qū)動能力。

圖2給出了兩個脈沖疊加時無超調(diào)的快前后沿多脈沖疊加裝置的主回路原理簡圖。其中，V1為基礎(chǔ)可調(diào)直流電壓源，用于提供基礎(chǔ)脈沖的平均功率輸出，V2為疊加可調(diào)直流電壓源，用于提供疊加脈沖的平均功率輸出。當然，直流電壓源V1和V2也可替換為電流源。C1和C2為大容量儲能電容，用于輔助相應(yīng)電流脈沖的功率輸出。R1和R2為電阻，R1作為基礎(chǔ)電流傳感器，用于采集基礎(chǔ)脈沖輸出回路的脈沖電流，R2作為疊加電流傳感器，用于采集疊加脈沖輸出回路的脈沖電流。Q1為基礎(chǔ)功率開關(guān)器件，Q2為基疊加功率開關(guān)器件，Q3為第一選通功率開關(guān)器件，Q4為第二選通功率開關(guān)器件。功率開關(guān)器件Q1、Q2、Q3和Q4為MOSFET管，當然也可選為IGBT或者三極管等其他功率開關(guān)器件，D2和D3為隔離二極管，也可變換為開關(guān)狀態(tài)互補的三極管、MOSET或IGBT等功率開關(guān)器件。

本實施例中的驅(qū)動負載為半導(dǎo)體激光器，是一種非線性負載，具有二極管特性，在圖中2中用二極管D1代替，同時由D4和R3構(gòu)成與驅(qū)動負載相匹配的假負載。當然，當驅(qū)動負載變化時，需要根據(jù)驅(qū)動負載的特性，相應(yīng)地選取與之相匹配的假負載，一般情況下，假負載取為電阻、電感、電容和二極管中的任意一種或其組合。

在圖2中，基礎(chǔ)可調(diào)直流電壓源V1、MOSFET管Q1、電阻R1和電容C1構(gòu)成了基礎(chǔ)脈沖輸出回路。疊加可調(diào)直流電壓源V2、MOSFET管Q2、電阻R2和電容C2構(gòu)成了疊加脈沖輸出回路。第一選通功率開關(guān)器件Q3和第二選通功率開關(guān)器件Q4構(gòu)成了選通開關(guān)電路，Q3串聯(lián)在由D4和R3構(gòu)成的假負載支路中，Q4的一端連接在假負載支路的一端即Q3遠離假負載的一端，Q4的另一端連接在基礎(chǔ)脈沖輸出回路的對應(yīng)輸出端即Q1的電流輸入端，基礎(chǔ)脈沖輸出回路的對應(yīng)輸出端的選擇原則是：當Q3和Q4輪流導(dǎo)通時，實現(xiàn)疊加脈沖電流選擇流過基礎(chǔ)脈沖輸出回路的兩輸出端和由D4和R3構(gòu)成的假負載支路。也就是，當Q3導(dǎo)通且Q4斷開時，由疊加脈沖輸出回路輸出的疊加脈沖電流流經(jīng)假負載支路，當Q3斷開且Q4導(dǎo)通時，由疊加脈沖輸出回路輸出的疊加脈沖電流流經(jīng)基礎(chǔ)脈沖輸出回路的兩輸出端即二極管D1所在支路。

上述由Q3和Q4構(gòu)成的選通開關(guān)電路的具體接線方式僅為選通開關(guān)支路的一種具體實施例，就Q3和Q4構(gòu)成的選通開關(guān)電路，在實現(xiàn)假負載支路和二極管D1所在支路切換串聯(lián)在疊加脈沖輸出回路這一目的的情況下，Q3和Q4具體連線方式還有多種變形。另外，選通開關(guān)電路也可選用其他器件，并相應(yīng)設(shè)計具體的連線方式。

當然，在沒有假負載支路的情況下，可將基礎(chǔ)脈沖輸出回路的兩輸出端和疊加脈沖輸出回路的兩輸出端直接并聯(lián)，實現(xiàn)基礎(chǔ)脈沖和疊加脈沖的疊加。

在脈沖電流疊加過程中，Q1工作在線性放大區(qū)，采集電阻R1的電流IS1，對基礎(chǔ)脈沖的電流給定值進行負反饋PID調(diào)節(jié)，控制直流電壓源V1，使得Q1阻抗可調(diào)，電容C1補償基礎(chǔ)脈沖輸出時的電壓降落，實現(xiàn)輸出電流恒定的基礎(chǔ)脈沖，保證輸出基礎(chǔ)脈沖的平頂度。

Q2工作在線性放大區(qū)，采集電阻R2的電流IS2，對疊加脈沖的電流給定值進行負反饋PID調(diào)節(jié)，控制直流電壓源V2，使得Q2阻抗可調(diào)，電容C2補償疊加脈沖輸出時的電壓降落，實現(xiàn)輸出電流恒定的疊加脈沖，保證輸出疊加脈沖的平頂度。

Q3和Q4工作在開關(guān)狀態(tài)，當Q3導(dǎo)通且Q4斷開時，由疊加脈沖輸出回路輸出的疊加脈沖電流流經(jīng)假負載支路，且流過假負載的脈沖電流為需要疊加在基礎(chǔ)脈沖上的脈沖電流值。當疊加脈沖穩(wěn)定后，進入切換準備狀態(tài)。在需要將疊加脈沖疊加在基礎(chǔ)脈沖上時，Q4導(dǎo)通的同時，Q3隨之迅速關(guān)斷，疊加脈沖電流由假負載支路轉(zhuǎn)移到驅(qū)動負載即二極管D1所在支路。由于電路存在寄生電感，該疊加脈沖不會發(fā)生突變，并與基礎(chǔ)脈沖疊加后輸入到驅(qū)動負載。由于假負載已與驅(qū)動負載進行了阻抗匹配，可大大減小將疊加脈沖電流轉(zhuǎn)移到驅(qū)動負載支路時的動態(tài)響應(yīng)，減小了脈沖超調(diào)。

兩個脈沖疊加時，期望輸出電流、無超調(diào)的快前沿多脈沖疊加恒流源中各個MOSFET管的驅(qū)動信號以及電流的時序圖如圖3所示。

t1時刻，下發(fā)基礎(chǔ)脈沖電流給定值IG1，通過PID調(diào)節(jié)使Q1工作在線性放大區(qū)，Q1中有電流流過，基礎(chǔ)脈沖輸出回路輸出基礎(chǔ)脈沖電流。由于基礎(chǔ)脈沖寬度較大，可通過階躍響應(yīng)速度較慢的電壓環(huán)路實現(xiàn)前沿的無超調(diào)，但脈沖前沿上升時間較長。

t2時刻，下發(fā)疊加脈沖電流給定值IG2，打開Q3驅(qū)動，Q3導(dǎo)通，通過PID調(diào)節(jié)使Q2工作在線性放大區(qū)，Q2和Q3中有電流流過，疊加脈沖輸出回路的假負載支路輸出期望的疊加脈沖電流，實現(xiàn)預(yù)恒流并達到穩(wěn)定狀態(tài)。在這個過程中，為了減小Q3導(dǎo)通所需時間，電壓控制環(huán)路的階躍響應(yīng)速度較快，雖然假負載支路的電流超調(diào)量相對較大，但可快速達到預(yù)恒流的穩(wěn)定狀態(tài)。

t3時刻，打開Q4驅(qū)動，Q4導(dǎo)通，關(guān)閉Q3驅(qū)動，Q3截止，Q2繼續(xù)工作在線性放大區(qū)，Q2和Q4中有電流流過。由于疊加脈沖電流不能突變，疊加脈沖輸出回路輸出的疊加脈沖電流由假負載切換到驅(qū)動負載支路，與基礎(chǔ)脈沖電流進行疊加，由于假負載支路電流已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，并且假負載與恒流負載的阻抗相匹配，切換過程中負載效應(yīng)基本不變，從而實現(xiàn)疊加電流的無超調(diào)，同時，疊加脈沖電流支路由MOSFET開關(guān)狀態(tài)快速切換，實現(xiàn)疊加脈沖的快前沿。

t4時刻，關(guān)閉Q4驅(qū)動，Q4截止，基礎(chǔ)脈沖電流給定值歸0，疊加脈沖電流給定值歸0，當前周期脈沖輸出結(jié)束。

兩個脈沖疊加時的單個周期的程序流程圖如圖4所示，運行過程如下：

1)設(shè)置脈沖輸出參數(shù)，包含基礎(chǔ)脈沖、疊加脈沖、基礎(chǔ)脈沖脈寬、疊加脈沖脈寬和脈沖的重復(fù)頻率等參數(shù)的設(shè)定。

2)下發(fā)基礎(chǔ)脈沖電流給定值IG1，逐步升高基礎(chǔ)直流電壓源V1的電壓，直到基礎(chǔ)功率開關(guān)器件Q1兩端的電壓達到其導(dǎo)通閾值電壓，此時可檢測到電阻R1的電流IS1，根據(jù)電流IS1進行PID調(diào)節(jié)，微調(diào)直流電源V1的電壓，控制基礎(chǔ)脈沖輸出回路輸出期望的基礎(chǔ)脈沖電流。其中，PID調(diào)節(jié)的控制過程為：將基礎(chǔ)脈沖電流給定值IG1作為基礎(chǔ)脈沖電流控制的基準值，將基礎(chǔ)脈沖輸出回路的電流采樣單元采得的電阻R1上的電流IS1作為被控對象，通過比較IG1和IS1的大小，得到兩者的誤差值，該誤差值再經(jīng)過比例、積分和微分控制器中的某一種或其組合，最終得到的控制輸出信號驅(qū)動Q1的柵極電平，使Q1工作在線性放大區(qū)，補償基礎(chǔ)直流電壓源V1上的過電壓，從而使基礎(chǔ)脈沖輸出回路輸出期望的基礎(chǔ)脈沖電流，基礎(chǔ)脈沖電流恒定輸出。

在本實施例中，基礎(chǔ)脈沖輸出回路的恒流控制器如圖5所示。采用高速運放AD845AQ作為主控制器運放，運放的輸入電阻為5.1k歐姆，通過試湊法得到控制器的慣性環(huán)節(jié)的積分電容為220pF，微分電容為470pF，可滿足帶特定半導(dǎo)體激光器負載的電流脈沖響應(yīng)速度，并無超調(diào)。IG1和IS1之間的電流誤差值經(jīng)過主控制器AD845AQ進行放大后，輸入到由達林頓管MJE172和MJE182組成的推挽電路，進行功率放大，最終得到控制輸出信號DRV1。采用DRV1驅(qū)動圖2中的基礎(chǔ)功率開關(guān)器件Q1的柵極電平，使Q1工作在線性放大區(qū)，補償基礎(chǔ)可調(diào)直流電壓源V1上的過電壓，從而使基礎(chǔ)脈沖輸出回路輸出期望的基礎(chǔ)脈沖電流。

3)計時至疊加脈沖電流輸出時刻減去假負載上的疊加脈沖疊加預(yù)調(diào)節(jié)的時間，打開Q3驅(qū)動，下發(fā)疊加脈沖電流給定值IG2，逐步升高直流電壓源V2的電壓，直到疊加功率開關(guān)器件Q2兩端的電壓達到其導(dǎo)通閾值電壓，此時可檢測到電阻R2的電流IS2，根據(jù)電流IS2進行PID調(diào)節(jié)，微調(diào)直流電源V2的電壓，控制疊加脈沖輸出回路輸出期望的疊加脈沖電流。其中，PID調(diào)節(jié)的控制過程為：將疊加脈沖電流給定值IG2作為疊加脈沖電流控制的基準值，將疊加脈沖輸出回路的電流采樣單元采得的電阻R2上的電流IS2作為被控對象，通過比較IG2和IS2的大小，得到兩者的誤差值，該誤差值再經(jīng)過比例、積分和微分控制器中的某一種或其組合，最終得到的控制輸出信號驅(qū)動Q2的柵極電平，使Q2工作在線性放大區(qū)，補償疊加直流電壓源V2上的過電壓，從而使疊加脈沖輸出回路輸出流經(jīng)假負載的期望的疊加脈沖電流，在Q4選通開關(guān)導(dǎo)通前，疊加脈沖電流恒定輸出。

在本實施例中，疊加脈沖回路的恒流控制器如圖6所示。采用高速運放AD845AQ作為主控制器運放，運放的輸入電阻為5.1k歐姆，通過試湊法得到控制器的慣性環(huán)節(jié)的積分電容為100pF，微分電容為2200pF，可滿足經(jīng)過負載特性匹配后的假負載的電流脈沖響應(yīng)速度和超調(diào)。IG2和IS2之間的電流誤差值經(jīng)過主控制器AD845AQ進行放大后，輸入到由達林頓管MJE172和MJE182組成的推挽電路，進行功率放大，最終得到控制輸出信號DRV2。采用DRV2驅(qū)動圖2中的疊加功率開關(guān)器件Q2的柵極電平，使Q2工作在線性放大區(qū)，補償疊加可調(diào)直流電壓源V2上的過電壓，從而使疊加脈沖輸出回路輸出期望的疊加脈沖電流。

4)計時至疊加脈沖電流輸出時刻，打開Q4驅(qū)動，關(guān)閉Q3驅(qū)動，由于疊加脈沖電流不能突變，疊加脈沖輸出回路輸出的疊加脈沖電流由假負載支路切換到驅(qū)動負載支路，與基礎(chǔ)脈沖電流進行疊加。由于假負載支路電流已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，并且假負載與恒流負載的特性相匹配，切換過程中負載效應(yīng)基本不變，從而使得疊加脈沖電流疊加至基礎(chǔ)脈沖電流上得到的總的疊加電流無超調(diào)。

5)計時至脈沖結(jié)束時刻，關(guān)閉Q4驅(qū)動，基礎(chǔ)脈沖電流給定值和疊加脈沖電流疊加給定值歸零。

6)到達計時toff時間，當前周期結(jié)束。

上述過程需要數(shù)個至數(shù)十個脈沖輸出周期后，V1和V2電壓達到控制值，即可達到穩(wěn)定狀態(tài)，并可持續(xù)輸出。

本實施例中采用電流霍爾進行電流檢測，重復(fù)頻率400Hz，基礎(chǔ)脈沖脈寬為300us，電流幅值取為10A，疊加脈沖脈寬為10us，電流幅值取為20A。圖7給出了兩個脈沖疊加時的單個周期內(nèi)的脈沖波形圖，圖8給出了兩個脈沖疊加時的多個周期內(nèi)的脈沖波形圖。

當然，上述對電阻進行電流采樣僅為一種具體的采樣實施例，可以根據(jù)實際情況來選取合適的采樣方式，如電阻采樣、電流互感器采樣等。