CN102064467A - 连续可调节小功率半导体激光器驱动源装置 - Google Patents

连续可调节小功率半导体激光器驱动源装置 Download PDF

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Abstract

一种连续可调节小功率半导体激光器驱动源装置，电源具电流缓变保护功能，电源开启时可使输出电流缓慢上升到激光二极管工作电流，避免了因电源突然开启产生过大的正电流梯度而损坏半导体激光器。电源关闭或外部突然停电时，仍可持续对激光二极管供电，使电流缓慢下降到零，避免了因电源突然掉电产生过大的负电流梯度而损坏激光二极管。另外电源还具有反向保护和最大、最小工作电流限流功能。本发明装置可以向小功率半导体激光器提供连续可调、稳定、可靠、抗干扰能力强的恒定的驱动电流。可根据需要在10mA～100mA之间连续调节输出电流，在10mA～100mA输出范围内电流纹波峰峰值不大于0.5％。

Description

连续可调节小功率半导体激光器驱动源装置
技术领域
本发明涉及一种小功率半导体激光器驱动电源，具体是一种用于测试和测量的小功率半导体激光器驱动的恒流源。
背景技术
半导体激光器是一种电致发光器件，输出光功率低于10mW的小功率半导体激光器在测试、测量、光通讯和光谱分析等领域应用越来越广泛。当稳定的电流输入半导体激光器时，它会发出一定波长的激光。半导体激光器输出光会因驱动电源输入电流不稳定而导致其输出波长不稳定，尤其是当电源突然开启或突然关闭时，因电流突变使得半导体激光器承受很大的正向或反向电流梯度，而造成半导体激光器的损坏。通常半导体激光器不稳定甚至损坏的原因主要来自电源驱动系统，所以半导体激光器要求输入的电流稳定、可靠、抗干扰能力强、还要求当电源突然开启或突然关闭时，能避免半导体激光器因驱动电流突变而损坏。另外用于测试、测量的半导体激光光源对输出波长、线宽等也具有明确的要求，而半导体激光器输出波长、线宽等与驱动电流的大小、驱动电流的稳定性和工作温度等有着直接关系，因此具有驱动电流连续可调特性的高稳定驱动源一直是人们急需解决的关键技术。现有的半导体激光器驱动源，部分解决了系统的抗干扰问题，但对因驱动电流突变而造成的半导体激光器损坏，并没有很好的解决方案。对于限流保护、反向保护以及输出电流连续稳定可调节等的解决方案也还一直处于研究中。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于小功率半导体激光器的恒流驱动源装置，为小功率半导体激光器提供连续可调、稳定、可靠、抗干扰能力强的恒定驱动电流。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种连续可调节小功率半导体激光器驱动源装置，特点在于其构成包括：
一台直流供电电压源的正极接线性稳压模块的输入端，该直流供电电压的负极接地，所述的线性稳压模块的正极输出端与接地端共同作为本驱动源装置的线性稳压供电电源；
所述的线性稳压模块的正极与充电电阻和充电电容组成充放电回路，再加上调整管组成供电延时电路；充电电阻的一端与所述的线性稳压模块的正极输出端和调整管的集电极相连，充电电阻的另一端接所述的调整管的基极和充电电容的正极，充电电容的负极端接地，调整管的发射级作为具有延时特性的供电电源的正极端；
依次连接的第二电阻、可调电位器和第三电阻组成驱动源驱动电流调节采样回路和最大、最小电流限流保护回路，所述的第二电阻的另一端接所述的调整管的发射级，所述的第三电阻的另一端接地，驱动源驱动电流的采样电压经可调电位器的滑动端输入电流放大与稳流电路的控制端；
所述的电流放大与稳流电路的正极性输出端与半导体激光器的反向端、保护二极管正向端和保护电容的一端连成节点，所述的半导体激光器正向端、保护二极管反向端和保护电容的另一端与所述的调整管的发射级、第二电阻的一端共节点，所述的电流放大与稳流电路的另一端接地。
所述的电流放大与稳流电路的构成是：可调电位器的滑动端经限流电阻与运算放大器正极性输入端和第三电容的一端共节点，该第三电容的另一端接地，所述的运算放大器的负极性输入端与第四电容和第五电阻的一端相连，该第四电容和第五电阻的另一端与所述的运算放大器的输出端和第六电阻的节点相连，该第六电阻的另一端连接功率放大管的基极和滤波电容的正极形成的节点相连，该滤波电容另一端接地，所述的功率放大管的集电极为电流放大与稳流电路正极性输出端，该正极性输出端连接所述的半导体激光器反向端、保护二极管正向端和保护保护电容的一端，向所述的半导体激光器注入稳定的恒定的驱动电流，所述的功率放大管的发射极经第七电阻接地，该功率放大管的发射极还与所述的运算放大器的负级性输入端相连。
与现有相关技术相比，本发明特点和技术效果如下：
1、可以连续向小功率半导体激光器的输出稳定、可靠、抗干扰能力强的恒定电流。线性稳压供电电源与充电电阻和充电电容组成充放电回路，再加上调整管组成供电延时电路，可以使线性稳压供电电源突然开启时的输出电流缓慢上升，突然关闭时输出电流缓慢下降，避免半导体激光器因电流突变而损坏。
2、另外由第六电阻、第七电阻、滤波电容和功率放大管组成的电路具有二次滤波功能，可以减少驱动源稳定工作过程中电磁干扰提高输出电流抗干扰性能。第二电阻、第三电阻和可调节电位器组成驱动源驱动电流调节采样回路和最大、最小电流限流保护回路，一方面可以通过连续调节电位器的滑动端的位置来实现采样信号的连续调节变化，从而可使本驱动源输出电流连续可调。另一方面，可以通过改变第二电阻和第三电阻的阻值来实现所述的限制电位器上分配的电压最大、最小值，从而限制了采样信号的最大、最小电压值，达到了驱动源输出电流最大、最小限流的保护功能。
3、实验表明，本发明连续可调节小功率半导体激光器驱动装置可根据需要在10mA～100mA之间连续调节输出电流，在10mA～100mA输出范围内电流纹波峰峰值不大于0.5％。
附图说明
图1为本发明连续可调节小功率半导体激光器驱动装置电路示意图
图2是本发明中电流放大及稳流电路示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明连续可调节小功率半导体激光器驱动装置电路示意图，由图可见，本发明连续可调节小功率半导体激光器驱动装置的构成包括：一台直流供电电压源VCC1的正极1接线性稳压模块U1的输入端，该直流供电电压源VCC1的负极接地2，所述的线性稳压模块U1的正极输出端与接地端共同作为本驱动源装置的线性稳压供电电源；
所述的线性稳压模块U1的正极3与充电电阻R1和充电电容C1组成充放电回路，再加上调整管Q1组成供电延时电路；充电电阻R1的一端与所述的线性稳压模块U1的正极输出端和调整管Q1的集电极相连，充电电阻R1的另一端接所述的调整管Q1的基极和充电电容C1的正极，充电电容C1的负极端接地，调整管Q1的发射级作为具有延时特性的供电电源VCC3的正极端；
依次连接的第二电阻R2、可调电位器VR和第三电阻R3组成驱动源驱动电流调节采样回路和最大、最小电流限流保护回路，所述的第二电阻R2的另一端接所述的调整管Q1的发射级，所述的第三电阻R3的另一端接地，驱动源驱动电流的采样电压经可调电位器VR的滑动端VR-2输入电流放大与稳流电路U2的控制端；
所述的电流放大与稳流电路U2的正极性输出端与半导体激光器LD的反向端、保护二极管D1正向端和保护电容C2的一端连成节点，所述的半导体激光器LD正向端、保护二极管D1反向端和保护电容C2的另一端与所述的调整管Q1的发射级、第二电阻R2的一端共节点，所述的电流放大与稳流电路U2的另一端接地。
所述的电流放大及稳流输出电路U2内部电路连接如图2所示。所述的电流放大与稳流电路U2的构成是：可调电位器VR的滑动端VR-2经限流电阻R4与运算放大器U2A正极性输入端和第三电容C3的一端共节点，该第三电容C3的另一端接地，所述的运算放大器U2A的负极性输入端与第四电容C4和第五电阻R5的一端相连，该第四电容C4和第五电阻R5的另一端与所述的运算放大器U2A的输出端和第六电阻R6的节点相连，该第六电阻R6的另一端连接功率放大管Q2的基极和滤波电容C5的正极形成的节点相连，该滤波电容C5的另一端接地，所述的功率放大管Q2的集电极为电流放大与稳流电路U2正极性输出端，该正极性输出端连接所述的半导体激光器LD反向端、保护二极管D1正向端和保护保护电容C2的一端，向所述的半导体激光器LD注入稳定的恒定的驱动电流，所述的功率放大管Q2的发射极经第七电阻R7接地，该功率放大管Q2的发射极还与所述的运算放大器U2A的负级性输入端相连。
所述的直流供电电压源VCC1输出的电压经过线性稳压模块U1二次稳压使得供电电源电压纹波进一步减小。线性稳压模块输出端3与接地端2共同组成整个驱动源装置的低纹波线性稳压供电电源VCC2。线性稳压供电电源VCC2与充电电阻R1和充电电容C1组成充放电回路，再加上调整管Q1组成供电延时电路。
所述的滤波电容C5起到开启电源电流缓升缓和关闭电源电流缓降作用，同时稳定功率放大管Q2基极信号，滤除高频干扰。功率放大管Q2发射极作为电流放大及稳流输出电路U2的输出端连接负载LD负极性端。功率放大管Q2集电极连接反馈电阻第七电阻R7一端，电阻第七电阻R7另一端接地。同时第七电阻R7连接功率放大管Q2集电极一端还连接运算放大器U2A负极性输入端2，形成大闭环负反馈起到稳流作用，实现功率放大管Q2发射级的恒流输出。
实验表明：本发明连续可调节小功率半导体激光器驱动装置具有电流缓变保护功能，电源开启时可使输出电流缓慢上升到激光二极管正常工作电流，避免了因电源突然开启产生过大的正电流梯度而损坏半导体激光器。电源关闭或外部突然停电时，仍可持续对半导体激光器供电，使电流缓慢下降到零，避免了因电源突然掉电产生过大的负电流梯度而损坏激光二极管。另外该装置还具有反向保护和最大、最小工作电流限流功能。输出电流稳定、连续可调，可根据需要在10mA～100mA之间连续调节输出电流，在10mA～100mA输出范围内电流纹波峰峰值不大于0.5％。

Claims (2)

1.一种连续可调节小功率半导体激光器驱动源装置，特征在于其构成包括：
一台直流供电电压源(VCC1)的正极接线性稳压模块(U1)的输入端，该直流供电电压(VCC1)的负极接地，所述的线性稳压模块(U1)的正极输出端与接地端共同作为本驱动源装置的线性稳压供电电源；
所述的线性稳压模块(U1)的正极与充电电阻(R1)和充电电容(C1)组成充放电回路，再加上调整管(Q1)组成供电延时电路；充电电阻(R1)的一端与所述的线性稳压模块(U1)的正极输出端和调整管(Q1)的集电极相连，充电电阻(R1)的另一端接所述的调整管(Q1)的基极和充电电容(C1)的正极，充电电容(C1)的负极端接地，调整管(Q1)的发射级作为具有延时特性的供电电源的正极端；
依次连接的第二电阻(R2)、可调电位器(VR)和第三电阻(R3)组成驱动源驱动电流调节采样回路和最大、最小电流限流保护回路，所述的第二电阻(R2)的另一端接所述的调整管(Q1)的发射级，所述的第三电阻(R3)的另一端接地，驱动源驱动电流的采样电压经可调电位器(VR)的滑动端(VR-2)输入电流放大与稳流电路(U2)的控制端；
所述的电流放大与稳流电路(U2)的正极性输出端与半导体激光器(LD)的反向端、保护二极管(D1)正向端和保护电容(C2)的一端连成节点，所述的半导体激光器(LD)正向端、保护二极管(D1)反向端和保护电容(C2)的另一端与所述的调整管(Q1)的发射级、第二电阻(R2)的一端共节点，所述的电流放大与稳流电路(U2)的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的连续可调节小功率半导体激光器驱动源装置，其特征在于所述的电流放大与稳流电路(U2)的构成是：可调电位器(VR)的滑动端(VR-2)经限流电阻(R4)与运算放大器(U2A)正极性输入端和第三电容(C3)的一端共节点，该第三电容(C3)的另一端接地，所述的运算放大器(U2A)的负极性输入端与第四电容(C4)和第五电阻(R5)的一端相连，该第四电容(C4)和第五电阻(R5)的另一端与所述的运算放大器(U2A)的输出端和第六电阻(R6)的节点相连，该第六电阻(R6)的另一端连接功率放大管(Q2)的基极和滤波电容(C5)的正极形成的节点相连，该滤波电容(C5)另一端接地，所述的功率放大管(Q2)的集电极为电流放大与稳流电路(U2)正极性输出端，该正极性输出端连接所述的半导体激光器(LD)反向端、保护二极管(D1)正向端和保护保护电容(C2)的一端，向所述的半导体激光器(LD)注入稳定的恒定的驱动电流，所述的功率放大管(Q2)的发射极经第七电阻(R7)接地，该功率放大管(Q2)的发射极还与所述的运算放大器(U2A)的负级性输入端相连。
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