隨著二極管泵浦全固態激光器相關技術的不斷發展，它在工業、國防科研、生物醫學工程等領域的應用越來越廣泛，對其輸出功率、可靠性要求也不斷提高。作為二極管泵浦全固態激光器的重要組成部分的電源

，其可靠性、穩定性也就顯得格外重要。二極管泵浦全固態激光器的電源功率較大，輸出為大電流、低電壓，工作脈衝頻率較高（可達1kHz），輸出電流、電dian壓ya的de穩wen定ding性xing要yao求qiu很hen高gao。微wei小xiao的de電dian流liu擾rao動dong將jiang影ying響xiang激ji光guang器qi的de出chu光guang質zhi量liang


，不bu當dang的de保bao護hu可ke能neng引yin起qi巨ju大da的de損sun失shi。針zhen對dui這zhe些xie特te點dian，我wo們men選xuan擇ze功gong能neng強qiang大da的de電dian源yuan管guan理li芯xin片pianMAX1647作為整個係統控製的核心部分，設計出完全滿足要求的大功率激光器電源。

　　

　　

MAX1647是MAXIM公司的新型電源管理芯片
，其內部結構如圖1所示。它包括兩個調整環，即一個電壓調整環與一個電流調整環，實現恒流與恒壓功能及相互之間的自動轉換；並采用INTEL係統管理總線（SMBUS）接口，其中內部有一個6位和一個10位的D/A轉換器分別用於電流和電壓的預置
；另外
，MAX1647提供了最大為4A的電流輸出。

圖1 MAX1647的內部結構

　　

在MAX1647的電壓調整環中

，通過SMBUS總線，經內部10位DAC設置預置電壓
，負載電壓與預置電壓通過GMV誤差放大器進行比較放大後的誤差信號輸出到CCV端口，然後送到一個由二選一電路組成的恒流/恒壓自動轉換電路的一個端子上，其中由CCV端口輸出的誤差信號由內部鉗位電路限製在1/4到3/4參考電壓之間的
；與電壓調整環工作原理相類似，被鉗位的電流誤差信號由CCI端口送到自動轉換電路的另一個端子上；利用PWM控製器，把電壓/電流誤差信號轉換為脈寬調製信號
，用以驅動兩個N溝道MOSFET管
，經同步整流、濾波器濾波後，得到所需的輸出信號。

　　

MAX1647的輸出特性曲線如圖2所示
，當輸出電壓小於預置電壓V0時
，電流調整環發揮作用，輸出是恒流模式；當負載的電壓到達預置電壓 V0以後
，電流調整環停止作用，電壓調整環開始工作，這時輸出為恒壓模式。恒流模式時，CCV端口輸出的電壓誤差信號被鉗位在CCI端口最小電壓值 80mV以(yi)上(shang)
，這(zhe)樣(yang)即(ji)可(ke)防(fang)止(zhi)更(geng)新(xin)預(yu)置(zhi)電(dian)流(liu)值(zhi)時(shi)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)溢(yi)出(chu)，又(you)可(ke)防(fang)止(zhi)從(cong)恒(heng)流(liu)模(mo)式(shi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)恒(heng)壓(ya)模(mo)式(shi)時(shi)
，出(chu)現(xian)過(guo)衝(chong)電(dian)現(xian)象(xiang)。在(zai)恒(heng)壓(ya)模(mo)式(shi)時(shi)，鉗(qian)位(wei)電(dian)路(lu)也(ye)可(ke)起(qi)到(dao)相(xiang)類(lei)似(si)的(de)作(zuo)用(yong)。

　　

整體電路設計框圖如圖3所示。

圖2 整機電路框圖

MAX1647電源管理芯片是整個係統的控製核心部分，它完成恒流、恒壓及相互之間自動轉換的功能。但MAX1647的最大輸出4A
，不足以達到設計要求，因此，把MAX1647的輸出信號經由達林頓管組成的改進型線性主電路，進行電流
、電壓放大。在線性主電路中，由達林頓管
、霍爾電流/電壓傳感器

、MAX1647、及光耦隔離一起構成了電流主調環，保證恒流

、恒壓功能。同時增加了由達林頓管、誤差電壓放大、晶閘管控製模塊
、晶(jing)閘(zha)管(guan)降(jiang)壓(ya)整(zheng)流(liu)構(gou)成(cheng)的(de)電(dian)壓(ya)從(cong)調(tiao)環(huan)，它(ta)把(ba)達(da)林(lin)頓(dun)管(guan)壓(ya)降(jiang)與(yu)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)放(fang)大(da)，以(yi)控(kong)製(zhi)晶(jing)閘(zha)管(guan)觸(chu)發(fa)模(mo)塊(kuai)，使(shi)達(da)林(lin)頓(dun)管(guan)壓(ya)降(jiang)保(bao)持(chi)在(zai)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)附(fu)近(jin)，大(da)大(da)地(di)降(jiang)低(di)了(le)達(da)林(lin)頓(dun)管(guan)上(shang)的(de)功(gong)耗(hao)，使(shi)電(dian)源(yuan)整(zheng)體(ti)輸(shu)出(chu)穩(wen)定(ding)性(xing)、效率等有顯著的提高；利用單片機實現電源與機械傳動部分、水冷係統部分以及計算機軟件控製部分的有機結合；利用高性能的霍爾電流

、電壓傳感器實現對輸出電流、電壓的實時檢測
；液晶顯示模塊實時顯示輸出電壓、電流和有關狀態

；整個電路通過光耦和傳感器實現隔離。

從圖4可見：89C51與MAX1647通信的開始條件是SDA端口為下降沿
，同時SCL端口為高電平
；MAX1647的 WRITE－WORD協議為0b00010010（0b表示二進製）
，或者可表示為0x12（0x表示十六進製）
；READ－WORD協議則可表示為 0b00010011或者0x13。另外

，CMD0～CMD7代表具體的命令，D0～D15表示數據位。幾個常用的WRITE－WORD協議命令：ChargerMode（）命令，命令代碼為0x12，主要用於清零和複位；ChargingVolage（）命令，命令代碼為0x15
，主要用於電壓預置
；ChargingCurrent（）命令，主要用於電流預置
，命令代碼為0x14

，即CMD7～CMD0的數據為00010100，16位二進製數值由D15～D0組成表示Io的電流值
，單位為mA。當端子SEL與AGND短接時

，電流Io的最大預置值為1.023A
；如果讓端子SEL懸空，則 Io的最大預置值為2.047A；當端子SEL與VL短接，則Io的最大預置值為4.095A。MAX1647提供兩個電流源給負載供電：一個來自內部的線性電流源IOUT
，一個是開關電路提供的電流。IOUT提供1mA～31mA的電流（步長為1mA）。例如，當Io最大預置值為4.095A時，數據位 D11～D6對應為6位電流預置DAC的DA5～DA0位；數據位D4～D0對應輸出電流IOUT的I4～I0，表示IOUT線性電流源二進調整數。注意任何時候DAC位被置位，線性電流源被調整至滿幅（31mA）。AlarmWarning（）命令，命令代碼為0x16，主要用於保護設置
；ChargerStatus（）命令，命令代碼為0x13，主要用於返回溫度傳感器以及MAX1647的內部信息，這些信息暫存D15～D0位中。

圖4 89C51與MAX1647應用電路圖

　　

為了滿足SMBUS的通信規則，用單片機P1口的其中兩位分別模擬數據信號SDA和時鍾信號SCL，89C51的P1.1口與 MAX1647的SCL端子連接，P1.0口與MAX1647的SDA端子連接。電路如圖5所示，其中：高頻電感L1用粉末鐵心

，外加粗線線圈繞製而成。利用MAX1647與89C51組成控製電路的核心部分，采用改進型線性結構設計的大功率激光器電源，由於MAX1647具有恒流、恒壓及相互之間自動轉換的功能，一方麵
，克服了完全用單片機控製帶來的響應速度慢、恒流恒壓特性差、可能出現死機的缺陷；另一方麵，又避免了純硬件控製帶來的複雜性
，提高了電源的智能性。在激光打標係統中的應用
，證明了該電源不僅高效、安全
、可靠，而且大大提高了整個係統的智能化程度。