[发明专利]一种激光器驱动电源及其实现功率信号复合传输的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器驱动电源及其实现功率信号复合传输的方法，属于无线激光电能传输和功率变换技术领域。

背景技术

随着电气设备日益普及，以接触导电为主的传统供电模式存在着移动性差，不安全可靠等问题。尤其是在用电设备和供电系统存在相对移动的系统中，为满足物理接触需要较多的附加设备，给用电设备的应用带来不便。而无线激光电能传输具有传输距离远、定向性好的优点，适合于对无人机、坦克、车辆等快速移动目标进行非接触充电。

如图1所示为激光电能传输系统的通用结构，其中激光电源是重要部件，其输出电流的质量直接影响到半导体激光器的输出特性和使用寿命。因此为了满足半导体激光器对输入电流的严格要求，目前半导体激光器驱动电源的后级多采用线性电路作为调节单元对输出电流的质量进行控制。然而在能量传输这样的大功率场合下，线性电路的损耗大、效率低，限制了系统功率等级的提高。

激光电能传输系统在为移动目标充电时，需实时获得目标的速度、位置和光伏板上光斑强度等信息，因此系统在传递功率的同时也在进行信息的交换。目前激光电能传输系统多采用传统的无线电通信方式，这种传统方式不仅易受干扰，还要多增加一批设备，提高了系统的复杂程度，降低了系统的灵活性，从而限制了该电能传输系统在某些领域的应用，例如在战场上为无人机无线充电。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种高效率、高动态特性的激光器驱动电源及其实现功率信号复合传输方法，能驱动半导体激光器同时进行电能传输和通信传输。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种激光器驱动电源，包括慢速变换器、快速变换器、半导体激光器、第一平均电流控制单元、第二平均电流控制单元和电压调节器；慢速变换器的第一输出端与快速变换器的第一输出端共同连接半导体激光器的正极，慢速变换器的第二输出端与快速变换器的第二输出端共同连接半导体激光器的负极，半导体激光器的负极接地；第一平均电流控制单元控制慢速变换器的电流，第二平均电流控制单元和电压调节器分别控制快速变换器的电流和高压侧储能电容电压；其中，慢速变换器输出平直电流，快速变换器输出正负脉冲电流，半导体激光器接收到平直电流与正负脉冲电流叠加得到的合成电流。

进一步的，所述慢速变换器采用Buck电路，包括电源、第一开关管、第二开关管、第一电感、第三电阻和滤波电容，电源的正极接第一开关管的一端，第一开关管的另一端分别连接第一电感的一端和第二开关管的一端，第一电感的另一端连接半导体激光器的正极，第二开关管的另一端分别连接第一电源的负极和第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接半导体激光器的负极，滤波电容并联于半导体激光器的两端；

所述快速变换器采用Buck-Boost电路，包括第一、二、四电阻、储能电容、第三、四开关管和第二电感，第一、二电阻串联后与储能电容并联，储能电容的一端连接第三开关管的一端，第三开关管的另一端分别连接第四开关管的一端和第二电感的一端，第二电感的另一端连接半导体激光器的正极，第四开关管的另一端分别连接储能电容的另一端和第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接半导体激光器的负极。

进一步的，所述第一平均电流控制单元包括依次连接的第一电流调节器、第一PWM控制器和第一反相器，第一电流调节器包括第五、六电阻、第一电容、第一运算放大器和慢速变换器电流基准电源，第一PWM控制器包括第二运算放大器和第一锯齿波电源；所述第三电阻的一端连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端分别连接第六电阻的一端和第一运算放大器的负极输入端，第六电阻的另一端连接第一电容的一端，第一电容的另一端分别连接第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的正极输入端，第一运算放大器的正极输入端连接慢速变换器电流基准电源后接地，第二运算放大器的负极输入端连接第一锯齿波电源后接地，第二运算放大器的输出端分别连接所述第一开关管的另一端和第一反相器的一端，第一反相器的另一端连接所述第二开关管的另一端。