Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Adib,Hossein Farzanehfard
احسان ادیب (استاد مشاور) حسین فرزانه فرد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hossein Khalilian
حسین خلیلیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Design and Implementation of Continuous Wave Fiber Laser Power Supply with Adjustable Current and Voltage
With the pervasive use of high-power lasers in industrial applications, the need to achieve technologies related to this precision and powerful tool is felt more than ever. Providing high quality electrical power for laser diodes with optimal efficiency is one of the basic essentials of a fiber laser system. The quality of light emitted from semiconductor parts such as light emitting diodes (LED) or Laser diodes (LD) is fully proportional to the quality of its power supply. The subject of this dissertation is the research, design and implementation of power supply for industrial lasers in two k W output electrical power, and for the 3kW laser, a power supply with 10kW output electrical power is required. In this dissertation , after examining the voltage and current levels of some commercial laser diodes samples for fiber laser cavity pumping, the load arrangement is designed and the required power supply characteristics are determined. The 10kW modular power supply is provided with ten full-bridge converters (in two ways: hard-switching full-bridge and soft switching series resonant converter). For the lower power demand, a phase-shifted soft switching converter with 2 kW output power is designed and implemented. In these power supplies, it is possible to adjust the output voltage and current level. To improve the important factors mentioned in international standards for power supplies, such as power factor correction and reduction of electromagnetic interference, a review of articles on these topics are presented. A new single switch soft switching power factor correction converter with 89% maximum efficiency and 0.98 power factor is presented and implemented. For feeding parallel strings of laser diodes, another converter is presented which uses coupled inductors at the output stage of the soft switching series resonant power factor correction converter. This converter is also implemented and the results indicate that maximum efficiency of 93% and power factor of 0.99 is achieved. Key Words Fiber Laser Power supply, LED Driver, Laser Diode Driver, Power Factor Correction, Series Resonant Converter, Phase Shift Converter
با فراگیر شدن استفاده از لیزرهای پرتوان در کاربردهای صنعتی، لزوم دستیابی به فناوری‌های مرتبط با این ابزار دقیق و قدرتمند، بیش از پیش احساس می شود. بی شک در هر سیستم الکتریکی، تأمین تغذیه مناسب از نیازهای اولیه و اساسی است. کیفیت نور ساطع شده از قطعات نیمه هادی مثل دایودهای نورافشان یا دایودهای لیزری کاملاً با کیفیت تأمین توان آن متناسب است. تأمین توان با کیفیت و با راندمان مطلوب برای دایودهای لیزری از ملزومات اساسی یک سامانه لیزر فیبری است. موضوع این رساله ‌ی پژوهش محور، طراحی و ساخت منبع تغذیه برای تأمین توان الکتریکی لیزرهای صنعتی در دو کلاس با حداکثر توان نوری 600 وات و سه کیلووات می‌باشد. با تکنولوژی احصاء شده تاکنون، راندمان تبدیل توان الکتریکی به لیزرفیبری در بهترین حالت درحدود 30 درصد می‌باشد و بنابراین برای لیزر 600 وات، به یک منبع تغذیه با توان خروجی دو کیلووات، و برای لیزر سه کیلووات به منبع تغذیه‌ای با توان خروجی بیش از ده کیلووات نیاز می‌باشد. در این رساله، پس از بررسی سطح ولتاژ و جریان‌نامی چند نمونه از دایودهای دمنده‌ی کاواک لیزر فیبری، آرایش مداری آنها طراحی شده و مشخصه های منبع تغذیه مورد نیاز تعیین شده‌است. منبع تغذیه ده کیلووات به‌صورت ماژولار، با ده عدد مبدل تمام‌پل(به دو روش مبدل تمام‌پل کلید زنی سخت و مبدل تمام‌پل رزونانس سری با کلیدزنی نرم) ارائه شده‌است. برای نیاز کم توان‌تر نیز با استفاده از مبدل تمام‌پل شیفت‌فاز یک ماژول منبع تغذیه کلیدزنی نرم با توان خروجی دوکیلووات و تلفات کمتر طراحی و پیاده‌سازی شده‌است. در این منابع تغذیه امکان تنظیم بیشینه ولتاژ و جریان خروجی تعبیه شده است. برای بهبود فاکتورهای مهم در استاندارد برای تأمین توان، از قبیل اصلاح ضریب توان و کاهش تداخلات الکترومغناطیسی، مروری بر پژوهش‌های مربوط به این مباحث ارائه شده و با پیاده‌سازی یک ایده‌ی جدید، مبدل اصلاح ضریب توان تک طبقه کلیدزنی شده نرم با حداکثر راندمان 89% و ضریب توان 98/0 ارائه شده‌است. ایده دیگری برای تغذیه رشته های موازی از دایودهای لیزری با استفاده از یک سلف تزویج شده در خروجی مبدل اصلاح ضریب توان تک طبقه کلیدزنی شده نرم رزونانس سری ارائه شده و با پیاده سازی آن، یک منبع تغذیه با حداکثر راندمان 93% و ضریب توان 99/0 ارائه شده‌است. برای تسهیل مشاهده مقادیر ولتاژ و جریان هر رشته و مقداردهی آنها بوسیله کاربر، یک نمایشگر صنعتی انتخاب و نرم افزار رابط گرافیکی طراحی شده‌است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی