固體激光電源的混合集成設計與應用分析

1、固體激光電源的混合集成設計與應用分析關鍵詞：固體; 激光; 電源; 集成;為了實現固體激光電源的小型化、集成化，要進行固體激光電源的混合集成化設計和應用，并引入表面安裝技術（SMT）,在封裝技術的支撐下將原有的分立電路改造為混合集成電路，從而實現固體激光電源的小型化、集成化應用。1、 固體激光電源概述固體激光電源系統(tǒng)涵蓋有充放電電路、觸發(fā)預燃電路及控制電路等，主要采用脈沖供電的方式，在接入輸入電壓的前提下，氙燈的預燃電路開始工作，其他電路尚未進入到工作狀態(tài)，待氙燈運行穩(wěn)定之后，控制電路接收到信號開始工作，控制整個固體激光電源系統(tǒng)，使充電電路進入工作狀態(tài)，由逆變器對儲能電容器進行充電，當其充至預

2、定值時，則會通過封鎖信號關閉逆變器，再由儲能電容器對負載放電，使YAG產生激光。2、 固體激光電源的混合集成設計與應用分析固體激光電源系統(tǒng)中的充電電路、放電電路、預燃電路和控制電路采用分立設計的方法，為電源的混合集成創(chuàng)造條件，考慮到變壓器、電感等磁性元件的集成工藝相對復雜，為此要在封裝技術的依托和應用下，進行充電電路的功率元件和控制電路中磁性元件以外器件的集成，總體集成方案的思路為：采用既有的元件設計控制驅動電路，而功率電路則采用未封裝的VMOS芯片，并進行VMOS芯片的線路設計和工藝設計，不斷提高集成模塊電路的性能，避免內部結構的寄生參數和電磁干擾等問題。2.1、 內部電路的設計和應用要設計

3、合理有效的內部電路，采用軟開關技術進行模塊內部電路的設計，采用中大功率直流變換領域運用較多的電路拓撲形式，實現模塊的小型化和集成化設計，有效增大系統(tǒng)功率密度，降低開關損耗和噪聲干擾，提高模塊的整體性能。首先要將分立的兩個電路進行混合和集成，采用VMOS作為功率電路部分的開關管，四個VMOS構成全橋模式，在全橋變換器的回路中加上L0-C0網絡，使之成為-型恒流變換器，由四個端點接入驅動信號，驅動功率器件，并由5、6、7、8端點連接諧振電感、變壓器的初級端和次級端。其次，在系統(tǒng)控制電路部分則采用專用PWM控制芯片TL494實現軟開關控制，由電壓比較器LM339和運算放大器LM324組成外圍電路的電

4、壓控制模式電路，成為過流過壓保護電路，實現了模塊的微型化和集成化1。2.2 、模塊結構的設計和應用在封裝技術的支持下，通過適宜的封裝方法進行集成電力電子模塊的設計，實現IPEM的標準化和小型化，在設計過程中要注重機械、電學、熱學的協(xié)同設計，具體封裝技術的選用主要包括以下兩種：1）基板技術。DBC板屬于雙面基板，將控制驅動電路元件分布于兩面，形成功能齊備的集成電力電子模塊。2）互連技術。主要是指金屬柱互連技術，由于金屬柱的載流量大、寄生參數小，可能存在材料的CTE失配現象，導致較大的熱應力生成。為此，要對金屬柱進行預先的特殊處理，考慮到大功率電路的散熱需求和實用性，可以設計和應用絕緣金屬鋁基板，

5、涵蓋有覆銅層、導熱絕緣層和金屬基層，該模塊采用三維立體的疊層形式進行排列，內部結構相對簡單，電氣性能一致，實現集成模塊的輕量化和小型化。2.3、 混合集成電源的熱設計與應用由于模塊內部器件的散熱性對于整體性能有直接的影響，為此要分析功率器件的熱特性，進行混合集成電源的熱設計。混合集成電源模塊最下層基板上的功率器件發(fā)熱量最大，在高電壓、高電流的工作條件下，功率器件VMOS極易出現較大的功耗損失。為此要注重VMOS功率器件的傳熱方式、傳熱材料的改進和優(yōu)化，著重考慮功率芯片和周圍器件的距離，避免過大的熱損耗毀壞開關管；合理設計四個芯片的線路連接方式，要在功率電路和驅動控制電路之間添加屏蔽層，避免功率

6、電路對驅動控制電路產生熱量和電磁干擾。并選擇鋁板較厚、絕緣層較薄、導熱率較高的基板，有效控制功率芯片工作時的溫度。2.4 、混合集成電源模塊的電磁分析由于混合集成電源模塊中存在功率回路中寄生電感的雜散能量，為此，要合理設計集成模塊的主功率回路布局和互連母線，有效抑制功率開關器件的電壓尖峰和振蕩，降低互連母線的寄生電感，優(yōu)化開關器件的瞬態(tài)特性，減少功率回路的電磁的目的2。2.5、 混合集成模塊的內部電路測試要對混合集成模塊的內部電路和外圍電路進行波形仿真測試，發(fā)現充電電路的恒流源特性，開關管的驅動波形主要是產生驅動開關管的驅動信號，本文選用的是全橋輸出模式，兩路驅動脈沖相差180°。3 、小結綜上所述，固體激光電源在電力電子集成技術的發(fā)展和支持下，將原有的分立電路進行混合集成，在軟開關技術、SMT技術的支持下，設計固體激光電源的信號源電路、充電電路、控制電路和放電電路，并在封裝互連技術的依托下設計混合集成電源模塊，實現模塊頂層PCB和底層鋁基板之間的電氣連接，實現固體激光電源的小