[发明专利]全数字可编程快速大电流脉冲阵列驱动电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器控制与高精度驱动电路领域，特别涉及全数字可编程快速大电流脉冲阵列驱动电路及其控制方法。

背景技术

随着电子技术的发展，人们对脉冲型半导体激光器的需求越来越旺盛，由于此类大功率激光二极管或激光二极管阵列工作在占空比受控的大电流脉冲模式，因此对大电流脉冲驱动电路提出了更加细致与多样化的要求。随着现代工业技术的发展，一些特殊器件检测、工艺过程控制等领域也会需要快速大电流脉冲阵列驱动电路，并对高功率密度的电流脉冲进行数字化的可编程操作提出了迫切需求。

现有技术中的大电流脉冲阵列驱动电路通常会在脉冲幅度、脉冲变化沿和脉冲宽度三者之间难以权衡，通常采取开环电路结构，利用电容或电感的储能特性，来保证脉冲幅度和脉冲变化沿，但就会难以满足毫秒量级的脉冲宽度；或者即便是强行保证了毫秒量级的脉冲宽度，但脉冲幅度又难以保证，一般来讲，在较长脉冲输出时，脉冲幅度会有不同程度的明显跌落。

为了在脉冲幅度、脉冲变化沿和脉冲宽度三者之间实现权衡，现有技术中又采用了具备误差放大的闭环反馈电路结构，该电路结构可以保证较长脉冲的幅度平坦性，但却往往难以满足对微秒量级的脉冲变化沿的需求；即便是满足了脉冲幅度、脉冲变化沿和脉冲宽度的需求，对于脉冲宽度的调节以及复杂脉冲波形的合成都难以满足要求。

发明内容

为了在低成本的前提下，实现脉冲幅度、脉冲变化沿和脉冲宽度三者之间较好的权衡，本发明提供了一种全数字可编程快速大电流脉冲阵列驱动电路及其控制方法，

所述电路包括：至少一个脉冲电流发生电路、至少一个功率扩展转接板电路、一个脉冲电流信号检测电路和至少一组连接器；

所述脉冲电流发生电路的输入端和脉冲电压信号相连；所述脉冲电流发生电路的输出端通过所述连接器和所述功率扩展转接板电路的输入端相连；所述功率扩展转接板电路的输出端接负载；所述功率扩展转接板电路通过正相信号取样端PS和负相信号取样端NS和所述脉冲电流信号检测电路的输入端相连；所述脉冲电流信号检测电路的第一输出端接12V电源、第二输出端接地、第三输出端接地、第四输出端和CVS系统相连。

所述脉冲电流发生电路包括：高速MOSFET驱动电路、2个N沟道MOSFET管、功率管退藕电容、脉冲阻尼电阻器、第一双向TVS、第一差模滤波电容、第二差模滤波电容、第一共模滤波电容、第二共模滤波电容、第三共模滤波电容、第四共模滤波电容和大电流共模滤波电感；

所述高速MOSFET驱动电路分别和高侧所述N沟道MOSFET管的栅极、低侧所述N沟道MOSFET管的栅极相连；高侧所述N沟道MOSFET管的漏极和所述功率管退藕电容的一端相连；所述功率管退藕电容的另一端接等电势；高侧所述N沟道MOSFET管的源极、低侧所述N沟道MOSFET管的漏极分别和所述脉冲阻尼电阻器的一端、所述第一双向TVS的一端、所述第一差模滤波电容的一端、所述第一共模滤波电容的一端相连；低侧所述N沟道MOSFET管的源极、所述脉冲阻尼电阻器的另一端、所述第一双向TVS的另一端、所述第一差模滤波电容的另一端、所述第二共模滤波电容的另一端分别接等电势；所述第一差模滤波电容、所述第二差模滤波电容、所述第一共模滤波电容、所述第二共模滤波电容、所述第三共模滤波电容、所述第四共模滤波电容和所述大电流共模滤波电感组成π型滤波器；所述第一共模滤波电容和所述第二共模滤波电容的中间对接点与机壳相连，并接地；所述第三共模滤波电容和所述第四共模滤波电容的中间对接点与机壳相连，并接地。

所述脉冲电流发生电路为N路，N路所述脉冲电流发生电路将各自的脉冲电流经过功率变换与补偿后，通过所述大电流共模滤波电感，分别由独立的所述连接器传递到激光二极管一侧的所述功率扩展转接板电路，其中，N为正整数。

所述功率扩展转接板电路包括：脉冲阻尼电阻器、第一双向TVS、第二双向TVS、第二差模滤波电容、第三共模滤波电容、第四共模滤波电容、大电流共模滤波电感、补偿电容、补偿电阻、脉冲电流无感取样电阻和脉冲沿补偿电容；

所述第一双向TVS、所述脉冲阻尼电阻器与所述第二差模滤波电容、所述第三共模滤波电容、所述第四共模滤波电容、所述大电流共模滤波电感组成的滤波器相连；所述补偿电容和所述补偿电阻组成的串联支路和所述脉冲阻尼电阻器并联；所述脉冲电流无感取样电阻的一端、所述脉冲沿补偿电容的一端分别和所述补偿电阻的另一端相连、所述无感取样电阻的另一端、所述脉冲沿补偿电容的另一端分别和所述第二双向TVS的另一端相连、所述第二双向TVS的一端和所述补偿电容的另一端相连。