应用于红外CO气体检测的QCL驱动设计和实验研究

【摘要】应用于煤矿的红外CO检测仪对安全生产有重要意义。红外CO检测仪的核心元件之一是红外光源，在中红外波段，量子级联激光器(QCL)是唯一能室温发射4.65微米的半导体激光器，所以它是红外气体检测的理想光源。目前国内研制的量子级联激光器只能脉冲工作，而且所需驱动脉宽窄、频率高、工作电流较大，对驱动电源的性能要求高。本文目标是研制出高性能的数字化脉冲驱动电源。本工作受到国家科技支撑计划：煤矿用红外CO检测仪(传感器)研发资助。本文研制了可调节脉冲恒流驱动电源，还研制了可调节脉冲恒压驱动电源。研究设计了电路和软件，硬件设计主要包括供电电源电路、DSP主控制器电路、脉冲产生电路、开关调制电路、压控恒流源电路、脉冲整形电路、恒压源电路、模数转换电路、按键阵列和液晶显示电路、串口通信电路、保护电路等；软件设计包括系统初始化程序、中断程序、PWM产生程序、D/A接口程序、LCD显示程序、串口通信程序等。利用ORCADCAPTURE软件进行仿真研究，采用PSPICE软件建立参数模型，仿真研究各个器件参数对负载驱动的影响。同时，研究负载的感抗和容抗对驱动输出的影响，实验证明寄生电感会引起输出过冲现象，小寄生电容会改善由寄生电感引起的过冲现象，过大的寄生电容会引起输出失真。测试可调节脉冲恒流驱动电源性能指标如下：电流输出范围为0~3A，电流精度优于2×10-2A，最大输出电压为20V，脉冲上升时间为20~46ns，脉冲下降时间为20~200ns，输出脉冲幅值(0~3A)、重复频率(1K~10KHz)、脉冲宽度(0.2~10μs)连续数控可调。可调节脉冲恒压驱动电源性能指标如下：电压输出最大幅值为24V，最大输出电流为3A，输出电压稳定度优于2.25×10-2V，脉冲上升时间小于70ns，脉冲下降时间小于90ns，输出脉冲重复频率(1K~10KHz)、脉冲宽度(0.2~4μs)连续数控可调。
【作者】杨送华；
【导师】王一丁；郑传涛；
【作者基本信息】吉林大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】CO气体检测；量子级联激光器；可调节脉冲驱动电源；DSPTMS320F28335；

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