[논문]2.5kW급 레이져 다이오드 구동 드라이버 개발

안준선; 박동현; 한유일; 한경석

2.5kW급 레이져 다이오드 구동 드라이버 개발
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안준선 (오산대학교 전기과) , 박동현 ((주)에이텍에이) , 한유일 ((주)에이텍에이) , 한경석 (한양대학교 전자시스템공학과)

In this paper, development of laser diode driver with 2.5kW rating is presented. The driver is configured with interleaved PFC converter, high frequency full bridge DC-DC converter, two laser diode drivers and ${\mu}$-processor based controller. The system has two laser diode drivers for providing high current and low current. High current driver delivers normal output power of diode; low current driver is for providing critical current of diode for long lifetime. Computer simulation and experiment was performed for verification, as the results, developed driver performs well.

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문제 정의

하지만, LD의 수명 측면을 고찰하면, 마땅히 LD의 임계전류에 대한 고려가 필요하나 이를 고려한 경우는 극히 드문 것이 또한 현실이다. 따라서 본 논문에서는 LD의 장수명 구동을 위한 임계전류를 고려한 LD용 드라이버의 개발에 대하여 논하고자 한다.[1],[2]
본 논문에서는 레이져 다이오드 구동을 위한 2.5㎾급 LLC DC DC 컨버터의 개발에 대하여 논하였다. 일반적으로 레이져 다이오드의 구동에는 펄스형 전원이 흔히 쓰이고 있다.
본 연구에서는 2.5㎾급 고속 고출력 펄스 전원장치를 개발하기 위한 interleaved PFC converter, 고주파 풀브리지 DC DC 컨버터 및 레이져 다이오드 드라이버의 개발에 관하여 논 하였다. 특히 본 연구에서는 LD의 수명에 큰 영향을 미치는 임계전류의 공급을 위한 드라이버를 추가로 구성하여 LD의 장수명 확보를 위해 노력하였다.
5㎾급 고속 고출력 펄스 전원장치를 개발하기 위한 interleaved PFC converter, 고주파 풀브리지 DC DC 컨버터 및 레이져 다이오드 드라이버의 개발에 관하여 논 하였다. 특히 본 연구에서는 LD의 수명에 큰 영향을 미치는 임계전류의 공급을 위한 드라이버를 추가로 구성하여 LD의 장수명 확보를 위해 노력하였다. 향후 임계전류 공급에 따른 LD 수명의 연장에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

제안 방법

그림 3에는 실험 세팅과 실험 결과 파형을 도시하였다. LD 실험의 여건 상 저출력 부하 실험은 LD 없이 전자부하를 이용하여 성능을 검증 하였다. 그 결과 설계 시방을 만족하고 있음을 알 수 있다.
그림에서 보는 바와 같이 본 시스템은 고주파 고출력의 파워 생성부, 이를 제어하는 마이크로 프로세서 제어부 및 레이져 다이오드 드라이버부로 구성된다. 특히 레이져 다이오드 드라이버는 정 출력 전류를 감당하는 드라이버와 임계전류를 감당하는 드라이버의 두 부분으로 구성되어 레이져 다이오드의 수명에 매우 큰 영향을 미치는 임계전류를 사용 조건에 따라 최적으로 조절하여 사용할 수 있도록 하였다.

대상 데이터

5㎾급 LD 드라이버의 구성도를 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 본 시스템은 고주파 고출력의 파워 생성부, 이를 제어하는 마이크로 프로세서 제어부 및 레이져 다이오드 드라이버부로 구성된다. 특히 레이져 다이오드 드라이버는 정 출력 전류를 감당하는 드라이버와 임계전류를 감당하는 드라이버의 두 부분으로 구성되어 레이져 다이오드의 수명에 매우 큰 영향을 미치는 임계전류를 사용 조건에 따라 최적으로 조절하여 사용할 수 있도록 하였다.

성능/효과

5㎾급 LD 드라이버의 출력단 시뮬레이션 결과를 도시하였다. 적절한 공진상수의 선정과 그 결과의 검증을 위해 수행한 PSIM을 이용한 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과 출력 파형이 설계 시방을 충족하고 있음을 알 수 있다.

후속연구

특히 본 연구에서는 LD의 수명에 큰 영향을 미치는 임계전류의 공급을 위한 드라이버를 추가로 구성하여 LD의 장수명 확보를 위해 노력하였다. 향후 임계전류 공급에 따른 LD 수명의 연장에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

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