本發(fā)明屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種脈沖電流產(chǎn)生系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

自1962年半導(dǎo)體激光器的發(fā)明以來，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了光電子學(xué)的諸多領(lǐng)域，成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù)。半導(dǎo)體二極管激光器是最實(shí)用最重要的一類激光器。它體積小，壽命長，并可以采用簡單的注入式電流的方式來泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可與之單片集成。半導(dǎo)體激光器由激光二極管和驅(qū)動電源組成，驅(qū)動電源作為半導(dǎo)體激光器的重要組成部分，其性能很大程度上決定了半導(dǎo)體激光器的最終性能：峰值驅(qū)動電流的幅度決定了半導(dǎo)體激光器輸出光脈沖的峰值功率；窄脈寬電流脈沖有利于激勵半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生超短光脈沖。此外，大功率脈沖電流還在醫(yī)療儀器、超聲波技術(shù)以及工業(yè)技術(shù)等多個領(lǐng)域內(nèi)有著重要應(yīng)用。

目前與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是于2013年獲得授權(quán)的發(fā)明專利“大功率半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動電源”，專利號為ZL201210120267.5，該文獻(xiàn)中，給出了一種應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器的脈沖電流源的設(shè)計方案，能在輸出較大脈沖峰值電流的同時保持較短的輸出脈寬和脈沖電流上升時間。

但專利ZL201210120267.5所公開的技術(shù)還存在諸多缺點(diǎn)：首先，其搭建成的脈沖觸發(fā)電路其重復(fù)頻率易受溫度等環(huán)境因素的影響，從而影響驅(qū)動電源的頻率穩(wěn)定性；其次，專利ZL201210120267.5中所使用的高速開關(guān)電路容易受到末級功率場效應(yīng)管的柵極等效電容的影響，使得電路的高頻響應(yīng)差，表現(xiàn)為脈沖的上升時間長，當(dāng)需要輸出特別窄的脈沖電流時，輸出的脈沖電流波形不好；再次，專利ZL201210120267.5的最高輸出電壓有限，當(dāng)負(fù)載阻抗較大時，無法達(dá)到預(yù)定的輸出電流。因此，目前已公開的半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動器技術(shù)還需要進(jìn)一步完善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種大功率半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動器。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案解決：

一種大功率脈沖電流產(chǎn)生系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)有脈沖發(fā)生電路(1)、脈寬調(diào)節(jié)電路(2)和功率輸出電路(6)，其特征在于，結(jié)構(gòu)還有脈沖驅(qū)動電路(3)、能量控制電路(4)和能量儲蓄電路(5)；

所述的脈沖發(fā)生電路1的結(jié)構(gòu)為：電容C1的一端接電阻R1的一端，電阻R1的另一端接運(yùn)放U1A的輸出端，電容C1的另一端接運(yùn)放U1A的同相輸入端，電容C2與電阻R2并聯(lián)后一端連接運(yùn)放U1A的同相輸入端，另一端接模擬地；電阻R3一端接運(yùn)放U1A的反向輸入端，另一端接模擬地，二極管D1與D2反向并聯(lián)再與R4并聯(lián)，三者一端接在運(yùn)放U1A的反相輸入端，另一端接在運(yùn)放U1A的輸出端，運(yùn)放U1A的輸出端接電容C5的一端，電容C5的另一端接電容C3的一端和電阻R6的一端以及芯片TLC555的6腳和2腳，電容C3的另一端接模擬地，電阻R6的另一端連接電阻R5的一端和芯片TLC555的7腳，電阻R5的另一端以及芯片TLC555的4腳和8腳接+12V電源，芯片TLC555的1腳接模擬地，5腳通過電容C4接模擬地，3腳接芯片DM74LS161AM的2腳，芯片DM74LS161AM的3腳～6腳及8腳均接模擬地，7腳、10腳、1腳及16腳均接+12V電源，11腳和14腳分別接與非門U3A的兩個輸入端，9腳接與非門U3A的輸出端，15腳作為脈沖信號輸出端記為端口Port-out1；

所述的脈寬調(diào)節(jié)電路2的結(jié)構(gòu)為：芯片74LS10的13腳接+12V電源，1腳、3腳接一起，作為脈寬調(diào)節(jié)電路2的輸入端，記為端口Port-in，5腳、6腳、9腳、10腳、14腳均接+5V電源，7腳接數(shù)字地，2腳接滑動變阻器W2的滑線端，11、12管腳連接，6腳接滑動變阻器W1的一端，W1的滑線端接滑動變阻器W2的一端，W2另一端接模擬地，芯片74LS10的8腳作為脈寬調(diào)節(jié)電路2的輸出端，記為端口Pulse-LC；

所述的脈沖驅(qū)動電路3的結(jié)構(gòu)為：滑動變阻器W3的一端通過電容C8接地，滑線端接脈寬調(diào)節(jié)電路2的端口Pulse-LC，電容C8未接地的一端接到MOSFET驅(qū)動器IXDD404的2、4引腳，電容C6、電容C7并聯(lián)后一端接模擬地，另一端接MOSFET驅(qū)動器IXDD404的1、6、8引腳及+12V電源，MOSFET驅(qū)動器IXDD404的3腳接模擬地，5腳和7腳相連后連接到二極管D3正極和三極管Q1基極，三極管Q1集電極接地，二極管D3負(fù)極接二極管D4正極，二極管D4負(fù)極與三極管Q1發(fā)射極相連，三極管Q1發(fā)射級接電容C9一端，電容C9另一端接電感L1，電感L1與電感L2連接，電感L2接電阻R7，電阻R7接模擬地，電感L1、電感L2之間引出端口作為輸出端，記為端口Port-out2；

所述的能量控制電路4的結(jié)構(gòu)為：TLC555定時器的1腳接數(shù)字地，2、6腳通過電容C10接數(shù)字地，4、8腳接+5V電源，5管腳通過電容C11接數(shù)字地，2、6腳還通過電阻R18接7腳，7腳通過電阻R9接8腳，3腳作為能量控制電路4的輸出端，記為端口SW-Pulse；

所述的能量儲蓄電路5為：二輸入與非門U3B的一個輸入端接能量控制電路4的端口SW_Pulse和二輸入與非門U3C的一個輸入端，二輸入與非門U3B的另一個輸入端接二輸入與非門U3D的輸出端和N溝道場效應(yīng)管Q2的柵極，二輸入與非門U3B的輸出端接二輸入與非門U3D的一個輸入端，二輸入與非門U3D的另一個輸入端接二輸入與非門U3C的輸出端，二輸入與非門U3C的另一個輸入端接運(yùn)放U4A的輸出端，運(yùn)放U4A的8腳和4腳分別接+5V電源和數(shù)字地，同相輸入端接穩(wěn)壓二極管D6的負(fù)極，還經(jīng)電阻R10接+5V電源，穩(wěn)壓二極管D6的正極接數(shù)字地，運(yùn)放U4A的反相輸入端通過電阻R11接模擬地并通過電阻R12接滑動變阻器W4的一端，滑動變阻器W4的另一端接模擬地，滑線端接N溝道場效應(yīng)管Q2的漏極、肖特基二極管D5的正極并通過電感L3接+12V電源，N溝道場效應(yīng)管Q2的源極接模擬地，肖特基二極管D5的負(fù)極作為能量儲蓄電路5的輸出端記為端口H_Vdc并通過相互并聯(lián)的電容C12、C13、C14、C15和C16接模擬地；

所述的功率輸出電路6的結(jié)構(gòu)為：芯片DE275-201N25A的1、3、4、6管腳接模擬地，2管腳作為功率輸出電路6的輸入端，記為端口Port-in2，接脈沖驅(qū)動電路3的端口Port-out2，5管腳接二孔插針P1的2孔，二孔插針P1的1孔接能量儲蓄電路5的端口H-Vdc。

本發(fā)明一種大功率脈沖電流產(chǎn)生系統(tǒng)中，各元件的優(yōu)選參數(shù)為：電阻R1、電阻R2均為500Ω，電阻R3為1kΩ，電阻R4為1.5kΩ，電阻R5、電阻R6均為10kΩ，電容C1、電容C2均為330nF，電容C3為40pF，電容C4為100μF，電位器W1為10kΩ，電位器W2為50kΩ，電阻R7為10kΩ，電容C6為100nF，電容C7為10uF，電容C8為10pF，電容C9為100pF，二極管D3和二極管D4型號均為1N4148，PNP型三極管Q3型號為S9012，電位器W3為1kΩ，電感L1為40uH、電感L2為10uH，場效應(yīng)管驅(qū)動器芯片型號為IXDD404，電阻R8為5.1kΩ，電阻R9為24kΩ，電容C10為1.2nF，電容C11為10nF，二輸入與非門U3A、二輸入與非門U3B、二輸入與非門U3C、二輸入與非門U3D是型號為CD4011的集成二輸入與非門的4個工作單元，運(yùn)放U4A是型號為TLC2252集成運(yùn)放的1個工作單元，電感L3為560uH，電阻R10為5.1kΩ，電阻R11為3.3kΩ精密電阻，電阻R12為15kΩ精密電阻，N溝道場效應(yīng)管Q2型號為IRF530，電位器W4為100kΩ，二極管D5的型號為SB5200，二極管D6為穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)定電壓為2.5V，電容C12為4.7uF/150V滌綸電容，電容C13為4.7uF/150V滌綸電容，電容C14為100nF/150V滌綸電容，電容C15為10nF/150V滌綸電容，電容C16為4.7nF/150V滌綸電容，場效應(yīng)管U5A型號為DE275-201N25A。

有益效果：

1、本發(fā)明能穩(wěn)定輸出的大幅度窄脈沖，能為半導(dǎo)體激光器提供穩(wěn)定的大功率激勵源。

2、本發(fā)明能在脈寬調(diào)節(jié)電路和功率輸出電路之間增加了脈沖驅(qū)動電路，有效地解決前后級之間相互影響導(dǎo)致的窄脈沖輸出波形不好的問題。

3、本發(fā)明設(shè)計了能量控制及儲能電路，有效提高了電路的輸出電壓。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)。

圖2為脈沖發(fā)生電路1的原理電路。

圖3為脈寬調(diào)節(jié)電路2的原理電路。

圖4為脈沖驅(qū)動電路3的原理電路。

圖5為能量控制電路4的原理電路。

圖6為能量儲蓄電路5的原理電路。

圖7為功率輸出電路6的原理電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明各部分電路的具體結(jié)構(gòu)和工作原理。

實(shí)施例1本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)

本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，脈沖發(fā)生電路1與脈寬調(diào)節(jié)電路電路2相連，脈寬調(diào)節(jié)電路2與脈沖驅(qū)動電路3相連，能量控制電路4與能量儲蓄電路5相連，脈沖驅(qū)動電路3和能量儲蓄電路5均與功率輸出電路6相連。

實(shí)施例2脈沖發(fā)生電路

脈沖發(fā)生電路1的結(jié)構(gòu)如圖2所示：電容C1的一端接電阻R1的一端，電阻R1的另一端接運(yùn)放U1A的輸出端，電容C1的另一端接運(yùn)放U1A的同相輸入端，電容C2與電阻R2并聯(lián)后一端連接運(yùn)放U1A的同相輸入端，另一端接模擬地；電阻R3一端接運(yùn)放U1A的反向輸入端，另一端接模擬地，二極管D1與D2反向并聯(lián)再與R4并聯(lián)，三者一端接在運(yùn)放U1A的反相輸入端，另一端接在運(yùn)放U1A的輸出端，運(yùn)放U1A的輸出端接電容C5的一端，電容C5的另一端接電容C3的一端和電阻R6的一端以及芯片TLC555的6腳和2腳，電容C3的另一端接模擬地，電阻R6的另一端連接電阻R5的一端和芯片TLC555的7腳，電阻R5的另一端以及芯片TLC555的4腳和8腳接+12V電源，芯片TLC555的1腳接模擬地，5腳通過電容C4接模擬地，3腳接芯片DM74LS161AM的2腳，芯片DM74LS161AM的3腳～6腳及8腳均接模擬地，7腳、10腳、1腳及16腳均接+12V電源，11腳和14腳分別接與非門U3A的兩個輸入端，9腳接與非門U3A的輸出端，15腳作為脈沖信號輸出端記為端口Port-out1。

先由運(yùn)放U1A構(gòu)成的文氏振蕩電路產(chǎn)生正弦波信號。再通過555組成的多諧振蕩器變換成矩形波，經(jīng)過74LS161計數(shù)器可以降頻。降頻后的矩形波輸出到下一級的脈寬調(diào)節(jié)電路。

實(shí)施例3脈寬調(diào)節(jié)電路

所述的脈寬調(diào)節(jié)電路2的結(jié)構(gòu)如圖3所示：芯片74LS10的13腳接+12V電源，1腳、3腳接一起，作為脈寬調(diào)節(jié)電路2的輸入端，記為端口Port-in，5腳、6腳、9腳、10腳、14腳均接+5V電源，7腳接數(shù)字地，2腳接滑動變阻器W2的滑線端，11、12管腳連接，6腳接滑動變阻器W1的一端，W1的滑線端接滑動變阻器W2的一端，W2另一端接模擬地，芯片74LS10的8腳作為脈寬調(diào)節(jié)電路2的輸出端，記為端口Pulse-LC。

該電路主要由74S10(三輸入與非門)及其外圍電路連接著滑動變阻器構(gòu)成，通過此電路將脈沖發(fā)生電路1產(chǎn)生的矩形脈沖進(jìn)一步整形，調(diào)節(jié)滑動變阻器W3可控制輸出脈沖的脈寬(其范圍為20ns-500ns)。

實(shí)施例4脈沖驅(qū)動電路

所述的脈沖驅(qū)動電路3的結(jié)構(gòu)如圖4所示：滑動變阻器W3的一端通過電容C8接地，滑線端接脈寬調(diào)節(jié)電路2的端口Pulse-LC，電容C8未接地的一端接到MOSFET驅(qū)動器IXDD404的2、4引腳，電容C6、電容C7并聯(lián)后一端接模擬地，另一端接MOSFET驅(qū)動器IXDD404的1、6、8引腳及+12V電源，MOSFET驅(qū)動器IXDD404的3腳接模擬地，5腳和7腳相連后連接到二極管D3正極和三極管Q1基極，三極管Q1集電極接地，二極管D3負(fù)極接二極管D4正極，二極管D4負(fù)極與三極管Q1發(fā)射極相連，三極管Q1發(fā)射級接電容C9一端，電容C9另一端接電感L1，電感L1與電感L2連接，電感L2接電阻R7，電阻R7接模擬地，電感L1、電感L2之間引出端口作為輸出端，記為端口Port-out2。

該電路實(shí)現(xiàn)前后級之間的阻抗匹配，有效地將前級脈寬調(diào)節(jié)電路的超窄脈沖電壓信號輸出到后級的功率輸出電路6，同時隔離了后級對前級的影響。

實(shí)施例5能量控制電路

所述的能量控制電路4的結(jié)構(gòu)如圖5所示：TLC555定時器的1腳接數(shù)字地，2、6腳通過電容C10接數(shù)字地，4、8腳接+5V電源，5管腳通過電容C11接數(shù)字地，2、6腳還通過電阻R18接7腳，7腳通過電阻R9接8腳，3腳作為能量控制電路4的輸出端，記為端口SW-Pulse。

該電路主要由TLC555定時器及其外圍線路組成。555定時器用來產(chǎn)生頻率為35.73kHZ，占空比為85.1％的方波用于給能量儲蓄電路5提供控制信號。

實(shí)施例6能量儲蓄電路

所述的能量儲蓄電路5的結(jié)構(gòu)如圖6所示：二輸入與非門U3B的一個輸入端接能量控制電路4的端口SW_Pulse和二輸入與非門U3C的一個輸入端，二輸入與非門U3B的另一個輸入端接二輸入與非門U3D的輸出端和N溝道場效應(yīng)管Q2的柵極，二輸入與非門U3B的輸出端接二輸入與非門U3D的一個輸入端，二輸入與非門U3D的另一個輸入端接二輸入與非門U3C的輸出端，二輸入與非門U3C的另一個輸入端接運(yùn)放U4A的輸出端，運(yùn)放U4A的8腳和4腳分別接+5V電源和數(shù)字地，同相輸入端接穩(wěn)壓二極管D6的負(fù)極，還經(jīng)電阻R10接+5V電源，穩(wěn)壓二極管D6的正極接數(shù)字地，運(yùn)放U4A的反相輸入端通過電阻R11接模擬地并通過電阻R12接滑動變阻器W4的一端，滑動變阻器W4的另一端接模擬地，滑線端接N溝道場效應(yīng)管Q2的漏極、肖特基二極管D5的正極并通過電感L3接+12V電源，N溝道場效應(yīng)管Q2的源極接模擬地，肖特基二極管D5的負(fù)極作為能量儲蓄電路5的輸出端記為端口H_Vdc并通過相互并聯(lián)的電容C12、C13、C14、C15和C16接模擬地。

該電路在能量控制電路4的控制下，將普通的直流電壓源的能量和電壓提高到百伏級別(類似于憋壩效應(yīng))，在功率輸出電路6輸出窄脈沖的瞬間，為其提供足夠的能量，以實(shí)現(xiàn)大負(fù)載的條件下仍能輸出設(shè)定電流。

實(shí)施例7功率輸出電路

所述的功率輸出電路6的結(jié)構(gòu)如圖7所示：芯片DE275-201N25A的1、3、4、6管腳接模擬地，2管腳作為功率輸出電路6的輸入端，記為端口Port-in2，接脈沖驅(qū)動電路3的端口Port-out2，5管腳接二孔插針P1的2孔，二孔插針P1的1孔接能量儲蓄電路5的端口H-Vdc。

該電路將前級產(chǎn)生的窄脈沖電壓信號變換為大功率窄脈沖電流信號輸出到負(fù)載。