驱动电路仿真实验与分析

驱动电路的性能主要体现在脉冲的峰值功率(对应峰值电流)和脉宽上，这是在仿真实验中需重点考虑的。根据本章3.4 节的驱动电路，设置仿真电路的参数，将图3-3 中的直流电源取HV=60V，R1=10Ω，R2=30Ω，R3=1Ω，C1=10nF，C2=10nF，L1=1nH，L2=20nH；另外，设定脉冲电压源V1 的初始电压为0V，脉冲电压为30V，脉冲延时为0.1ms，上升时间为10ns，下降时间为10ns，脉冲宽度为0.1ms，脉冲周期为0.1ms，建立仿真电路。在仿真电路正常工作时，用电流探针(电流电压通过1 ∶1 转换)对通过激光器的脉冲电流进行测定，如图3-4 所示的脉冲电流仿真波形图，可观测到输出脉冲宽度为11.282ns，脉冲峰值电流为39.521A。根据激光器的U-I 特性，在限流电阻R1、R2、R3不变的情况下，以仿真电路图3-3 设置的电路参数输出脉冲波形为参照，通过调整C1、C2、L1 3 个电路参数即可仿真得到其他相应的脉冲电流波形图，分别如图3-5 ～图3-7所示。

图3-3　半导体激光器驱动仿真电路(陈威良，2011)

(1)L1=1nH，C1=10nF，C2=10nF

图3-4　脉冲电流波形图I

(2)L1=5nH，C1=10nF，C2=10nF

图3-5　脉冲电流波形图II

(3)L1=1nH，C1=10nF，C2=1nF(www.xing528.com)

图3-6　脉冲电流波形图Ⅲ

(4)L1=1nH，C1=1nF，C2=10nF

图3-7　脉冲电流波形图Ⅳ

图3-5 是仅使电感L1 增大到5nH，电容C1、C2 保持不变时得到的脉冲电流仿真波形图，波形图显示脉冲电流峰值减小，脉冲宽度增大；图3-6 是将C2 从10nF 减小到1nF，L1 和C1 保持不变得到的脉冲电流仿真波形图，波形图显示不但脉冲电流快速减小，同时脉冲宽度也减小；图3-7 是将C1 降低到1nF，L1 和C2 保持不变得到的脉冲电流仿真波形图，波形图显示脉冲电流峰值保持稳定，脉冲宽度没有明显变化。由图3-4 ～图3-7 脉冲电流波形图可以看出，上述电流脉冲的脉宽和电流峰值随着参数设置不同而改变，C1、C2、L1 参数变化对输出脉冲电流的影响详见表3-2。

表3-2　C1、C2、L1 不同参数对输出脉冲的影响

根据表3-2 可以得出，在偏置电压HV 以及脉冲源V1 一定时，当C1、C2 不变，L1越大，则输出脉冲的峰值电流就越小，而且脉宽变大；当C1、L1 不变，C2 越小，则脉冲激光的输出功率越小，脉宽就越窄；当L1、C2 不变，C1 越小，则脉冲的输出功率和脉宽基本保持不变。在实际应用中，采用以上驱动方式设计半导体脉冲激光驱动电路时，可以按照应用需求改变C1、C2、L1 等参数，从而比较方便灵活地调整输出脉冲激光的峰值功率和脉冲宽度。