0 引言
二极管泵浦固体激光器（DPL）作为表演工具，在城市美化、广告和舞台表演上应用越来越多。在DPL 系统中，电源是一个重要组成部分，它直接影响着DPL的工作稳定性和寿命。电源由两部分构成：二极管激光器（LD）驱动和LD 及倍频晶体的温度控制。由于表演系统使用环境恶劣且是商业用途，对电源的基本要求是可靠性高、寿命长。
LD 是恒流驱动，在脉冲或直流状态下工作。因此，电路结构设计为电流放大器形式，并采用MOSFET 为核心的功率输出电路。驱动电源直流供电采用以UC3842 为核心的电流调制式开关电源。温度控制电路用NTC 元件作为温度传感器，比例调节半导体致冷器( TEC) 的电流或电压，简单有效地实现精确温度控制。同时，为了DPL 在高频短脉冲调制与直流工作下，激光亮度有一致的视觉效果，设计了外控
输入识别处理电路，自动增加高频脉冲调制时的LD驱动电流幅值。加上电源自身与负载的保护措施，整个电源可靠、紧凑、高效，达到了预期目的。
1 系统构成
本文所设计的DPL 电源系统由直流电源、恒流形成电路、温度控制单元、外控信号识别处理电路、保护电路组成。其原理框图如图1 所示。
图1 表演用DPL电源系统框图
1.1 直流电源
LD 的驱动需要低噪声的稳定供电，针对DPL驱动电源的特点，笔者设计了基于PWM 控制芯片UC3842 的反激式开关电源作为整个驱动电源直流稳压供电。UC3842 是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片,与电压控制型脉宽调制开关稳压电源相比具有以下特点：
（1）管脚数量少，外围电路简单，价格低廉；
（2）电压调整率很好，可达0.01%；
（3）负载调整率明显改善；
（4）频响特性好，稳定幅度大；
（5）具有过流限制、过压保护和欠压锁定功能。
对于电流型控制芯片，用它设计的开关电源反应更快，适合于负载大电流脉冲工作。但开关电纹波大，影响LD寿命。必须对开关电源的高、低频纹波、控制环节引起的纹波、共模噪声进行不同方式的抑制，使纹波大大低于普通开关电源，确保达到无害LD的程度。可靠性和电磁兼容在设计中也始终被考虑，确保研制的是一款适合LD工作的高品质开关电源。另外，考虑到是小功率供电，应用范围又较窄，顾及成本，电源中没有加入PFC 电路。
电源的基本指标：输入为AC 85~260V，输出为DC5V/10A，满载时纹波峰峰值小于30mV。
1.2 LD驱动
二极管激光器(LD) 的工作方式有三种:直流驱动下的连续(CW) 工作方式;在脉冲状态下工作,具有低占空比的脉冲方式; 在脉冲状态下工作,具有高占空比的脉冲工作方式,又称为准连续(QCW)工作方式。这些工作方式都要求恒流驱动。
1.2.1 恒流形成
恒流形成电路的作用是在直流电平下，输出是恒定的电流。而在脉冲电平下，输出是恒流脉冲，输出大小由电位器调节。LD 驱动电流要求非常稳定，输出电路是一种高稳定、高可靠、高输出质量的稳流形成电路，以大功率的MOSFET 为核心构成。因为MOSFET在线性工作时电流稳定性最好。如图2所示，在MOSFET 线型工作区间，实现对激光器的恒流供电，在必要的反馈控制下，输出电流的稳定度可达到非常高。调节栅极电压，可使电流在0~3.3 A 之间可调，满足因LD 个体之间的差异而调节电流的要求。为防止电流在快速上升或下降时不致出现尖峰电流，对驱动进行了缓冲处理。MOSFET应选择低内阻，即低压功率管，否则，电流供应不出，且发热严重。
图2 MOSFET 输出特性曲线
1.2.2 外控信号识别处理
在短脉冲驱动下的DPL 输出的激光，视觉上没有直流或长脉冲时亮，增加短脉冲输出电流的幅度可以提高或改善亮度。这要求在直流和短脉冲工作时，电路能自动实现电流幅度的加减。输入信号经过一个单稳态的多谐振荡器处理就能达到目的，有效地解决这个问题。
1.3 安全保护
与普通电源不同，DPL 电源保护是对电源和负载两个方面。对负载必须保证LD能在各种类型的浪涌冲击情况下安全工作，包括LD电源的任意开启和关闭。因为，仅3ns宽度的瞬态电压或电流尖峰，都能引起激光二极管内部小平面的瞬时过热，造成损伤。
因此，电源电路中设计了一系列的负载保护电路。比如慢启动、电源电压检测、电源浪涌电流抑制、快速吸收负载上电压及电流尖峰、输出端开路或短路保护、功率MOSFET过流保护等多种安全措施。这些保护在启动电源工作时在线检测以确定电路的工作状态，当检测到电路处于非正常工作状态时关断功率MOSFET输出，如工作正常，再打开功率输出，提供激光二极管工作所需电流。