CN103986060A - 一种半导体激光器脉冲调制驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体激光器脉冲调制驱动电路，包括隔离输入电路、倒相电路、脉宽限制电路、脉冲信号放大电路、脉冲电流控制电路及激光器接口匹配电路。本发明优点如下：一、通用性强，结构简单，性能可靠。二、脉冲响应迅速，满足纳秒级的响应速度。三、脉冲输出功率大，最大输出脉冲电流可达10安培。四、抗干扰强，实际应用中不受外界干扰，且不影响系统的电磁辐射环境。

Description

一种半导体激光器脉冲调制驱动电路

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种半导体激光器脉冲调制驱动电路。

背景技术

半导体激光器是电流注入型半导体PN结光发射器件，具有体积小、重量轻、直接调制、宽带宽，转换效率高、高可靠和易于集成等特点，被广泛应用。但是，传统半导体激光器脉冲驱动电源电路较为复杂，都局限在特定的激光器应用领域，不具备广泛的通用性，且结构比较庞大，具有太多冗余的功能。随着红外检测领域对激光器系统输出的红外激光脉冲频率越来越宽泛，对系统的整体结构和稳定性要求也就越来越高，现有半导体激光器驱动电路已无法满足发展需要。

发明内容

本发明的目的在于通过一种半导体激光器脉冲调制驱动电路，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种半导体激光器脉冲调制驱动电路，包括隔离输入电路、倒相电路、脉宽限制电路、脉冲信号放大电路、脉冲电流控制电路及激光器接口匹配电路；

所述隔离输入电路用于采用隔离开关实现对外隔离，并将隔离后的脉冲信号输出给倒相电路；

所述倒相电路输入端连接隔离输入电路输出端，用于采用三极管倒相电路对所述脉冲信号倒相；

所述脉宽限制电路输入端连接倒相电路输出端，用于通过电位器调节倒相后脉冲信号的占空比；

所述脉冲信号放大电路输入端连接脉宽限制电路输出端，用于对脉宽限制后的脉冲信号进行放大；

所述脉冲电流控制电路输入端连接脉冲信号放大电路输出端，用于通过电位器控制脉冲电流，将处理后的脉冲电流输出给激光器接口匹配电路。

特别地，所述隔离输入电路包括电阻R1、电阻R2及隔离开关U1；其中，所述电阻R1的一端连接输出地，另一端连接隔离开关U1的阴极，电阻R2的一端连接隔离开关U1的电压输出引脚，另一端连接隔离开关U1的电源引脚。

特别地，所述倒相电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5及三极管Q1；其中，所述三极管Q1的集电极连接电阻R3，基极连接电阻R4的一端、电阻R5的一端，发射极连接接地端和电阻R5的另一端。

特别地，所述脉宽限制电路包括电位器RP1、电阻R6、电容C1及触发器U2；其中，所述电位器RP1的一端连接外接电源及触发器U2的电源引脚、清零引脚，另一端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接触发器U2的电阻引脚、电容C1的一端，电容C1的另一端连接接地端和触发器U2的电容引脚。

特别地，所述脉冲信号放大电路包括运放U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10及电容C2；其中，所述运放U3的同相输入端连接电阻R7、电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地，运放U3的反向输入端连接电阻R9的一端、电阻R10的一端及电容C2的一端，电阻R9、电容C2的另一端连接运放U3的输出端，电阻R10的另一端接地。

特别地，所述脉冲电流控制电路包括电位器RP2、电容C3、电容C4、三极管Q2、三极管Q3、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14及场效应晶体管Q4；其中，所述电容C3与电阻R11并接后，一端连接电位器RP2，另一端连接电阻R12的一端、三极管Q2的基极及三极管Q3的基极，三极管Q2的集电极连接供电电源，电阻R12的另一端与三极管Q3的集电极连接后的结点接地；所述电容C4与电阻R13并接后，一端连接三极管Q2的发射极、三极管Q3的发射极，另一端连接电阻R14的一端和场效应晶体管Q4的栅极，电阻R14的另一端与场效应晶体管Q4的漏极连接后的结点接地。

特别地，所述激光器接口匹配电路包括电阻R15、二极管D1及电容C5；其中，所述电阻R15、二极管D1及电容C5均并接在激光管J1的两端。

本发明提供的半导体激光器脉冲调制驱动电路具有如下优点：一、通用性强，结构简单，性能可靠。二、脉冲响应迅速，满足ns(纳秒)级的响应速度。三、脉冲输出功率大，最大输出脉冲电流可达10安培。四、抗干扰强，实际应用中不受外界干扰，且不影响系统的电磁辐射环境。

附图说明

图1为本发明实施例提供的隔离输入电路结构图；

图2为本发明实施例提供的倒相电路结构图；

图3为本发明实施例提供的脉宽限制电路结构图；

图4为本发明实施例提供的脉冲信号放大电路结构图；

图5为本发明实施例提供的脉冲电流控制电路结构图；

图6为本发明实施例提供的激光器接口匹配电路结构图；

图7为本发明实施例提供的半导体激光器脉冲调制驱动电路主结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

本实施例中半导体激光器脉冲调制驱动电路具体包括隔离输入电路、倒相电路、脉宽限制电路、脉冲信号放大电路、脉冲电流控制电路及激光器接口匹配电路。

所述隔离输入电路用于采用隔离开关实现对外隔离，并将隔离后的脉冲信号输出给倒相电路。

于本实施例，如图1所示，所述隔离输入电路包括电阻R1、电阻R2及隔离开关U1。隔离开关U1为高速隔离开关。其中，所述电阻R1的一端连接输出地，另一端连接隔离开关U1的阴极，电阻R2的一端连接隔离开关U1的电压输出引脚，另一端连接隔离开关U1的电源引脚。图1中PULSE IN为输入端，PWM为输出端，隔离开关U1为高速隔离开关。该电路可以实现对外隔离，对外部控制脉冲响应度高。

所述倒相电路输入端连接隔离输入电路输出端，用于采用三极管倒相电路对所述脉冲信号倒相，保证和输入脉冲一致。

于本实施例，如图2所示，所述倒相电路具体包括电阻R3、电阻R4、电阻R5及三极管Q1。其中，所述三极管Q1的集电极连接电阻R3，基极连接电阻R4的一端、电阻R5的一端，发射极连接接地端和电阻R5的另一端。图2中PWM为输入端，PWM1out为输入端。该倒相电路采用的三极管倒相电路结构简单且反应迅速。

所述脉宽限制电路输入端连接倒相电路输出端，用于通过电位器调节倒相后脉冲信号的占空比，实现从100％到5％的占空比调节，满足系统设计要求。

于本实施例，如图3所示，所述脉宽限制电路包括电位器RP1、电阻R6、电容C1及触发器U2。其中，所述电位器RP1的一端连接外接电源及触发器U2的电源引脚、清零引脚，另一端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接触发器U2的电阻引脚、电容C1的一端，电容C1的另一端连接接地端和触发器U2的电容引脚。图3中触发器U2的型号为SN54LS123J，PWM1inA为输入端，PWM2out为输出端。

所述脉冲信号放大电路输入端连接脉宽限制电路输出端，用于对脉宽限制后的脉冲信号进行放大。

于本实施例，如图4所示，所述脉冲信号放大电路包括运放U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10及电容C2；其中，所述运放U3的同相输入端连接电阻R7、电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地，运放U3的反向输入端连接电阻R9的一端、电阻R10的一端及电容C2的一端，电阻R9、电容C2的另一端连接运放U3的输出端，电阻R10的另一端接地。图4中PWM1inB为输入端，PWM3out为输出端。

所述脉冲电流控制电路输入端连接脉冲信号放大电路输出端，用于通过电位器控制脉冲电流，将处理后的脉冲电流输出给激光器接口匹配电路。

于本实施例，如图5所示，所述脉冲电流控制电路包括电位器RP2、电容C3、电容C4、三极管Q2、三极管Q3、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14及场效应晶体管Q4。其中，所述电容C3与电阻R11并接后，一端连接电位器RP2，另一端连接电阻R12的一端、三极管Q2的基极及三极管Q3的基极，三极管Q2的集电极连接供电电源，电阻R12的另一端与三极管Q3的集电极连接后的结点接地；所述电容C4与电阻R13并接后，一端连接三极管Q2的发射极、三极管Q3的发射极，另一端连接电阻R14的一端和场效应晶体管Q4的栅极，电阻R14的另一端与场效应晶体管Q4的漏极连接后的结点接地。图5中PWM1inC为输入端，PWM4out为输出端。该脉冲电流控制电路能够满足系统要求的脉冲响应速度和脉冲电流大小要求。

由于脉冲式半导体激光器驱动各个电路对电路中的分布式参数，特别电路连接中的电气连线等会造成各种形式的引线电感，从而导致脉冲响应波形的恶化，严重的可以造成脉冲电流无输出，因此在激光器接口电路需要重点设计和调试匹配电路。通过理论计算和实际调试最终完成图6所示的激光器接口匹配电路，该电路结构简单，主要包含一个对激光管的反向保护和RC匹配电路，RC的值需要根据半导体激光器的等效电路和周围电气布线和接线的环境等计算得出。本实施例中激光器接口匹配电路包括电阻R15、二极管D1及电容C5。所述电阻R15、二极管D1及电容C5均并接在激光管J1的两端。图7中PWM1inD为输入端，LD PWR+为输出端。

如图7所示，实际应用中，输出端PWM1out通过电阻R16连接输入端PWM1inA，通过电阻R17连接PWM1inB。输出端PWM1out通过电阻R18连接输入端PWM1inC。输出端PWM3out连接输入端PWM1inC。输出端PWM4out连接输入端PWM1inD。

本发明的技术方案实现了半导体激光器脉冲驱动的小型化设计，能够满足对脉冲激光的指标要求，通过集成化设计融入光学终端，可以实现从0Hz到30MHz范围内脉冲调制要求。本发明优点如下：一、通用性强，结构简单，性能可靠。二、脉冲响应迅速，满足ns(纳秒)级的响应速度。三、脉冲输出功率大，最大输出脉冲电流可达10安培。四、抗干扰强，实际应用中不受外界干扰，且不影响系统的电磁辐射环境。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种半导体激光器脉冲调制驱动电路，其特征在于，包括隔离输入电路、倒相电路、脉宽限制电路、脉冲信号放大电路、脉冲电流控制电路及激光器接口匹配电路；

所述隔离输入电路用于采用隔离开关实现对外隔离，并将隔离后的脉冲信号输出给倒相电路；

所述倒相电路输入端连接隔离输入电路输出端，用于采用三极管倒相电路对所述脉冲信号倒相；

所述脉宽限制电路输入端连接倒相电路输出端，用于通过电位器调节倒相后脉冲信号的占空比；

所述脉冲信号放大电路输入端连接脉宽限制电路输出端，用于对脉宽限制后的脉冲信号进行放大；

所述脉冲电流控制电路输入端连接脉冲信号放大电路输出端，用于通过电位器控制脉冲电流，将处理后的脉冲电流输出给激光器接口匹配电路。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器脉冲调制驱动电路，其特征在于，所述隔离输入电路包括电阻R1、电阻R2及隔离开关U1；其中，所述电阻R1的一端连接输出地，另一端连接隔离开关U1的阴极，电阻R2的一端连接隔离开关U1的电压输出引脚，另一端连接隔离开关U1的电源引脚。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器脉冲调制驱动电路，其特征在于，所述倒相电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5及三极管Q1；其中，所述三极管Q1的集电极连接电阻R3，基极连接电阻R4的一端、电阻R5的一端，发射极连接接地端和电阻R5的另一端。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器脉冲调制驱动电路，其特征在于，所述脉宽限制电路包括电位器RP1、电阻R6、电容C1及触发器U2；其中，所述电位器RP1的一端连接外接电源及触发器U2的电源引脚、清零引脚，另一端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接触发器U2的电阻引脚、电容C1的一端，电容C1的另一端连接接地端和触发器U2的电容引脚。

5.根据权利要求4所述的半导体激光器脉冲调制驱动电路，其特征在于，所述脉冲信号放大电路包括运放U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10及电容C2；其中，所述运放U3的同相输入端连接电阻R7、电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地，运放U3的反向输入端连接电阻R9的一端、电阻R10的一端及电容C2的一端，电阻R9、电容C2的另一端连接运放U3的输出端，电阻R10的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的半导体激光器脉冲调制驱动电路，其特征在于，所述脉冲电流控制电路包括电位器RP2、电容C3、电容C4、三极管Q2、三极管Q3、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14及场效应晶体管Q4；其中，所述电容C3与电阻R11并接后，一端连接电位器RP2，另一端连接电阻R12的一端、三极管Q2的基极及三极管Q3的基极，三极管Q2的集电极连接供电电源，电阻R12的另一端与三极管Q3的集电极连接后的结点接地；所述电容C4与电阻R13并接后，一端连接三极管Q2的发射极、三极管Q3的发射极，另一端连接电阻R14的一端和场效应晶体管Q4的栅极，电阻R14的另一端与场效应晶体管Q4的漏极连接后的结点接地。

7.根据权利要求6所述的半导体激光器脉冲调制驱动电路，其特征在于，所述激光器接口匹配电路包括电阻R15、二极管D1及电容C5；其中，所述电阻R15、二极管D1及电容C5均并接在激光管J1的两端。