电容谐振激光驱动计算

电容谐振激光驱动计算

1 boost充电参数

已知电容上的充电电压 Vout = 43.8v,L1与C1、C2谐振,谐振的周期为:

Ts = 2*pi*√LC = 280ns

给电容充电的上升时间为

Tr = Ts / 3 = 93ns。

根据电感的伏秒平衡

Tc * 5v = (Tr * 43.8v) / 2 = ( 93 * 43.8) / 10 = 400ns,

所以给电感L1充电400ns,可以使输出43.8v。

图:电容谐振激光驱动电路

图:充电电压

2 谐振放电回路与光脉宽

假设寄生电感来源有裸die激光器绑线的寄生电感0.4nH左右,PCB走线的寄生电感0.6nH,总的回路电感在1nH,放电电容为2nF, Tw = 2*pi*√LC / 3 =2.9ns。

图:谐振放电电路

3 光功率和充电电压的关系

由谐振的频率 w = 1 / √LC,可知

谐振时的阻抗:RL= L / √LC = √L/C

谐振时的电流:Ipk= (Vin - Vd) / RL

Vin = Ipk * RL + Vd

由下图的120W 37A时,3j的eel管压降Vd=10v,可知Vin = 37 * √1nH / 2nF + 10v = 36v。

图:激光器的PI曲线

4 通过减小放电电容来降低发射脉宽

由Tw = 2*pi*√LC / 3可知减小电容C的大小可以降低发射的脉宽Tw。将放电电容由2nF减小为1nF,寄生电感还是1nH,那么光脉宽就变成了2ns,由Ipk= (Vin - Vd) * √C/L 可知C减小一半,Ipk不变,那么Vin – Vd要变成原来的1.414倍。给电容充电的时间Tr= 2*pi*√LC / 3 , Tr也变为原来的0.707倍。

结论:电容减小,光脉宽减小,电容上电压增大,给电容充电的时间更短。

图:对比不同电容时的Ipk

5 功耗计算

已知Tc=210ns 和 VL = L *(di / dt ) 知充电电感电流 Ipkc = VL * Tc / L = 5 * 0.21 / 1 = 1.05 A,假设电感给电容转移时的边沿Tr=70ns,电感上有电流的时间就是210ns + 70ns = 280ns,充电的脉冲周期10us,计算电感电流的平均值

Iavg = (1.05 / 2) * (0.28 / 10 ) = 0.0147 A

Pin = 0.0147 * 5 = 0.0735W

图:充电时的电感电流

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