CN111082695A - 一种空间纳秒级脉冲供电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间纳秒级脉冲供电电路，该结构包括：驱动电路和级联调制电路，所述驱动电路与所述级联调制电路电连接，所述级联调制电路的输出端用于与调Q开关载荷电连接，所述级联调制电路内设有多个开关管，所述开关管均工作在在雪崩区。本发明的目的在于提供一种空间纳秒级脉冲供电电路，用于空间强电磁辐射干扰环境，以控制空间半导体激光器调Q开关从而解决高品质出光问题。

Description

一种空间纳秒级脉冲供电电路
技术领域
本发明涉及空间脉冲型激光器供电领域，特别涉及一种空间纳秒级脉冲供电电路。
背景技术
半导体激光器(Laser Device,LD)凭借着其优异的特点，在军事、医疗、工业生产、光纤通讯等高尖端技术领域发挥着举足轻重的作用，是目前应用最为广泛的光学器件之一。半导体激光器能够输出能量和功率较大的激光，同时具有物理机械强度大，覆盖波段长，性能稳定且可使用时间长等优点，在航天领域有着广泛应用，如空间激光通讯、激光蚀刻、激光测距、激光制导技术等。但是半导体激光器的脉冲输出是一系列尖峰振荡，激光器在阈值附近工作，呈现弛豫振荡特性，因此应用调Q技术实现空间纳秒级脉冲电源能量输出，高峰值功率和更窄脉宽的目的。
在地面用半导体激光器调Q技术已经有大量的研究，而空间半导体激光器运行环境特殊，对器件设计有较高的要求。因此，本发明旨在提供一种适用空间半导体激光器应用的空间纳秒级脉冲供电电路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间纳秒级脉冲供电电路，用于空间强电磁辐射干扰环境，以控制空间半导体激光器调Q开关从而解决高品质出光问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种空间纳秒级脉冲供电电路，该结构包括：驱动电路和级联调制电路，所述驱动电路与所述级联调制电路电连接，所述级联调制电路的输出端用于与调Q开关载荷电连接，所述级联调制电路内设有多个开关管，所述开关管均工作在在雪崩区。
可选的，所述级联调制电路还包括n个第一充电电阻、n个第一电容和n个级联开关单元，所述N个级联开关单元依次连接，第1个所述级联开关单元设有第一端和第二端，第2个至第n个所述级联开关单元设有第一端、第二端和第三端；
所述第1个级联开关单元的第一端与第1个所述第一充电电阻的一端电连接，所述第1个第一充电电阻的另一端用于接入供电电源，第1个所述第一电容的一端与所述第1个级联开关单元的第一端电连接，所述第1个第一电容的另一端与第2个所述级联开关单元的第一端电连接，所述第1个级联开关单元的第二端接地；
第k个所述级联开关单元的第二端与第k个所述第一充电电阻的一端电连接，所述第k个第一充电电阻的另一端用于接供电电源，所述第k个级联开关单元的第二端通过第k个第一电容与第k+1个级联开关单元的第一端电连接，所述第k个级联开关单元的第三端接地；
第n个所述级联开关单元的第二端与第n个所述第一充电电阻的一端电连接，所述第n个第一充电电阻的另一端用于接入供电电源，所述第n个级联开关单元的第二端与第n个所述第一电容的一端电连接，所述第n个第一电容的另一端用于通过调Q开关载荷接地；
其中，n为大于或等于1的整数，k为大于或等于2且小于或等于n-1的整数。
可选的，所述第1个级联开关单元包括所述第1个开关管，所述第1个开关管的两端分别为所述第1个级联开关单元的第一端和第二端。
可选的，所述第2个至第n个所述级联开关单元包括第2个至第n个开关管和第1个至第n-1个第二充电电阻；
所述第k个开关管的一端为所述第k个级联开关单元的第二端，所述第k个开关管的另一端与所述第k-1个第二充电电阻的一端电连接且为所述第k个级联开关单元的第一端，所述第k-1个第二充电电阻的另一端为所述第k个级联开关单元的第三端；
所述第n个开关管的一端为所述第n个级联开关单元的第二端，所述第n个开关管的另一端与所述第n-1个第二充电电阻的一端电连接且为所述第n个级联开关单元的第一端，所述第n-1个第二充电电阻的另一端为所述第n个级联开关单元的第三端。
可选的，所述驱动电路包括隔离变压器，所述隔离变压器的原方用于接入下位机脉冲信号，所述隔离变压器副方分别与所述n个开关管电连接，所述隔离变压器用于驱动电路与级联调制电路的磁隔离。
可选的，所述驱动电路包括隔离变压器和第二电容，所述隔离变压器的原方用于接入下位机脉冲信号，所述隔离变压器副方的一端通过所述第二电容分别与所述n个开关管电连接，所述隔离变压器副方的另一端接地。
可选的，所述开关管为空间三极管，所述空间三极管用于空间环境。
根据本发明提供的具体实施例，本发明具有以下技术效果：
1)本发明提供的一种空间纳秒级脉冲供电电路，用于空间强电磁辐射干扰环境，通过多级级联的脉冲调制电路实现的纳秒级脉冲供电，具体应用于高、低轨航天器平台应用的激光器调Q开关供电电源；
2)通过增加级联调制电路可实现输出电压提高；
3)为适应空间环境、激光器工作等强电磁干扰，触发信号使用空间可用的磁隔离驱动电路与级联调制电路隔离；
4)级联调制电路采用工作在雪崩区的空间可用三极管，将多只雪崩三极管串联成级联电路，可以有效提高其输出脉冲幅值，以期在提供较低电源电压的情况下在大负载上获得前沿时间较短，幅值较高的输出脉冲。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明提供的空间纳秒级脉冲供电电路的原理框图。
图2是本发明提供的空间纳秒级脉冲供电电路的原理图。
图3是本发明提供的空间纳秒级脉冲供电电路的放电等效电路图。
图4是本发明提供的空间纳秒级脉冲供电电路的放电等效电路简化图。
其中，图中附图标记对应为：
1-第1个第一充电电阻，2-第2个第一电容，3-第1个级联开关单元，4-第二电容，5-隔离变压器，6-第1个开关管，7-第1个第二充电电阻，8-调Q开关载荷。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的在于提供一种空间纳秒级脉冲供电电路，用于空间强电磁辐射干扰环境，以控制空间半导体激光器调Q开关从而解决高品质出光问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中，参阅图1至图4，一种空间纳秒级脉冲供电电路，包括驱动电路和级联调制电路，驱动电路与级联调制电路电连接，级联调制电路的输出端用于与调Q开关载荷8电连接，级联调制电路内设有n个开关管，开关管均工作在在雪崩区。三极管工作于雪崩状态时的开关速度很快(前沿仅为几纳秒)，但单管的输出脉冲幅值有限，导致其应用受到限制。将多只雪崩三极管串联成级联电路，可以有效提高其输出脉冲幅值。以期在提供较低电源电压的情况下在大负载上获得前沿时间较短，幅值较高的输出脉冲。
级联调制电路还包括n个第一充电电阻、n个第一电容和n个级联开关单元，N个级联开关单元依次连接，第1个级联开关单元设有第一端和第二端，第2个至第n个级联开关单元设有第一端、第二端和第三端，第1个级联开关单元3的第一端与第1个第一充电电阻1的一端电连接，第1个第一充电电阻1的另一端用于接入供电电源，第1个第一电容的一端与第1个级联开关单元3的第一端电连接，第1个第一电容的另一端与第2个级联开关单元的第一端电连接，第1个级联开关单元3的第二端接地，第k个级联开关单元的第二端与第k个第一充电电阻的一端电连接，第k个第一充电电阻的另一端用于接供电电源，第k个级联开关单元的第二端通过第k个第一电容与第k+1个级联开关单元的第一端电连接，第k个级联开关单元的第三端接地，第n个级联开关单元的第二端与第n个第一充电电阻的一端电连接，第n个第一充电电阻的另一端用于接入供电电源，第n个级联开关单元的第二端与第n个第一电容的一端电连接，第n个第一电容的另一端用于通过调Q开关载荷8接地；其中，n为大于或等于1的整数，k为大于或等于2且小于或等于n-1的整数。
第1个级联开关单元3包括第1个开关管6，第1个开关管6的两端分别为第1个级联开关单元3的第一端和第二端。
第2个至第n个级联开关单元包括第2个至第n个开关管和第1个至第n-1个第二充电电阻，第k个开关管的一端为第k个级联开关单元的第二端，第k个开关管的另一端与第k-1个第二充电电阻的一端电连接且为第k个级联开关单元的第一端，第k-1个第二充电电阻的另一端为第k个级联开关单元的第三端，第n个开关管的一端为第n个级联开关单元的第二端，第n个开关管的另一端与第n-1个第二充电电阻的一端电连接且为第n个级联开关单元的第一端，第n-1个第二充电电阻的另一端为第n个级联开关单元的第三端。
驱动电路包括隔离变压器5，隔离变压器5的原方用于接入下位机脉冲信号，隔离变压器5副方分别与n个开关管电连接，隔离变压器5用于驱动电路与级联调制电路的磁隔离。
驱动电路包括隔离变压器5和第二电容4，隔离变压器5的原方用于接入下位机脉冲信号，隔离变压器5副方的一端通过第二电容4分别与n个开关管电连接，隔离变压器5副方的另一端接地。
进一步地，开关管为用于空间环境的空间三极管。
如图3和图4所示，本发明提供的电路的工作过程如下：
未触发时，各级储能电容并联充电；触发信号到来后，各级储能电容通过三极管串联对负载RL放电，在RL两端产生快前沿、高幅值的负脉冲。本发明中调Q开关负载上产生的电压幅值-nVCC会随着级数n的增加而增大，但实际输出会小于理论值。这是因为实际上电源的利用率会随着电路级数的增多而降低，即各级储能电容串联放电的叠加效果越来越差。
本发明提供的一种空间纳秒级脉冲供电电路，用于空间强电磁辐射干扰环境，通过多级级联的脉冲调制电路实现的纳秒级脉冲供电，具体应用于高、低轨航天器平台应用的激光器调Q开关供电电源；通过增加级联调制电路可实现输出电压提高；为适应空间环境、激光器工作等强电磁干扰，触发信号使用空间可用的磁隔离驱动电路与级联调制电路隔离；级联调制电路采用工作在雪崩区的空间可用三极管，将多只雪崩三极管串联成级联电路，可以有效提高其输出脉冲幅值，以期在提供较低电源电压的情况下在大负载上获得前沿时间较短，幅值较高的输出脉冲。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种空间纳秒级脉冲供电电路，其特征在于，包括驱动电路和级联调制电路，所述驱动电路与所述级联调制电路电连接，所述级联调制电路的输出端用于与调Q开关载荷(8)电连接，所述级联调制电路内设有多个开关管，所述开关管均工作在在雪崩区。
2.根据权利要求1所述的一种空间纳秒级脉冲供电电路，其特征在于，所述级联调制电路还包括n个第一充电电阻、n个第一电容和n个级联开关单元，所述N个级联开关单元依次连接，第1个所述级联开关单元设有第一端和第二端，第2个至第n个所述级联开关单元设有第一端、第二端和第三端，
所述第1个级联开关单元(3)的第一端与第1个所述第一充电电阻(1)的一端电连接，所述第1个第一充电电阻(1)的另一端用于接入供电电源，第1个所述第一电容的一端与所述第1个级联开关单元(3)的第一端电连接，所述第1个第一电容的另一端与第2个所述级联开关单元的第一端电连接，所述第1个级联开关单元(3)的第二端接地，
第k个所述级联开关单元的第二端与第k个所述第一充电电阻的一端电连接，所述第k个第一充电电阻的另一端用于接供电电源，所述第k个级联开关单元的第二端通过第k个第一电容与第k+1个级联开关单元的第一端电连接，所述第k个级联开关单元的第三端接地，
第n个所述级联开关单元的第二端与第n个所述第一充电电阻的一端电连接，所述第n个第一充电电阻的另一端用于接入供电电源，所述第n个级联开关单元的第二端与第n个所述第一电容的一端电连接，所述第n个第一电容的另一端用于通过调Q开关载荷(8)接地；
其中，n为大于或等于1的整数，k为大于或等于2且小于或等于n-1的整数。
3.根据权利要求2所述的一种空间纳秒级脉冲供电电路，其特征在于，所述第1个级联开关单元(3)包括所述第1个开关管(6)，所述第1个开关管(6)的两端分别为所述第1个级联开关单元(3)的第一端和第二端。
4.根据权利要求2所述的一种空间纳秒级脉冲供电电路，其特征在于，所述第2个至第n个所述级联开关单元包括第2个至第n个开关管和第1个至第n-1个第二充电电阻，
所述第k个开关管的一端为所述第k个级联开关单元的第二端，所述第k个开关管的另一端与所述第k-1个第二充电电阻的一端电连接且为所述第k个级联开关单元的第一端，所述第k-1个第二充电电阻的另一端为所述第k个级联开关单元的第三端，
所述第n个开关管的一端为所述第n个级联开关单元的第二端，所述第n个开关管的另一端与所述第n-1个第二充电电阻的一端电连接且为所述第n个级联开关单元的第一端，所述第n-1个第二充电电阻的另一端为所述第n个级联开关单元的第三端。
5.根据权利要求3或4所述的一种空间纳秒级脉冲供电电路，其特征在于，所述驱动电路包括隔离变压器(5)，所述隔离变压器(5)的原方用于接入下位机脉冲信号，所述隔离变压器(5)副方分别与所述n个开关管电连接，所述隔离变压器(5)用于驱动电路与级联调制电路的磁隔离。
6.根据权利要求3或4所述的一种空间纳秒级脉冲供电电路，其特征在于，所述驱动电路包括隔离变压器(5)和第二电容(4)，所述隔离变压器(5)的原方用于接入下位机脉冲信号，所述隔离变压器(5)副方的一端通过所述第二电容(4)分别与所述n个开关管电连接，所述隔离变压器(5)副方的另一端接地。
7.根据权利要求1所述的一种空间纳秒级脉冲供电电路，其特征在于，所述开关管为空间三极管，所述空间三极管用于空间环境。
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