CN107425402B - 一种激光器驱动电路及激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种激光器驱动电路及激光器。本发明实施例电路包括温度控制模块、PWM驱动模块和TEC模块，PWM驱动模块与TEC模块的正负极分别连接，PWM驱动模块与温度控制模块连接，温度控制模块用于设定调节的温度，并通过PWM驱动模块和TEC模块调节种子源激光器温度。本发明实施例中通过温度控制模块和PWM驱动模块组合，替代传统的MOPA激光器TEC驱动芯片，降低了TEC驱动价格，有利于种子源激光器技术推广。

Description

一种激光器驱动电路及激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种激光器驱动电路及激光器。
背景技术
MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier)激光器是近几年发展起来的，MOPA激光器需要主控协调的光器件有种子源激光器，一级泵浦激光器，二级泵浦激光器。目前都是直接对三个器件进行驱动。
在MOPA激光器中会使用到种子源激光器，由于种子源激光器需要在恒定的温度下才能稳定波长，目前种子源驱动基本都是使用专业的半导体致冷器(Thermo ElectricCooler，TEC)驱动芯片进行驱动，例如MAX1978，或者是外围PID(proportion-integral-derivative，比例-积分-倒数)控制器加脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)驱动器。但是目前专业TEC驱动芯片价格昂贵，导致激光器成本居高不下，不利于市场推广。
发明内容
本发明实施例提供了一种激光器驱动电路及激光器，解决目前MOPA激光器TEC驱动芯片价格昂贵，市场推广困难的问题。
第一方面，本申请提供一种激光器驱动电路，所述激光器驱动电路包括温度控制模块、PWM驱动模块和TEC模块，所述PWM驱动模块与所述TEC模块的正负极分别连接，所述PWM驱动模块与所述温度控制模块连接，所述温度控制模块用于设定调节的温度，并通过所述PWM驱动模块和TEC模块调节种子源激光器温度。
进一步的，所述温度控制模块包括比例积分模块和运算模块，所述比例积分模块连接所述运算模块，所述运算模块连接所述PWM驱动模块，所述比例积分模块包括第二运放(U1B)以及用于采集种子源激光器温度的负温度系数温敏电阻；
所述第二运放(U1B)用于根据所述负温度系数温敏电阻采集的实际种子源激光器温度和设定温度值之间的差值进行比例积分调节，输出信号到所述运算模块，所述运算模块用于将所述第二运放(U1B)输出的信号通过比例运算以输出合适的信号到所述PWM驱动模块。
进一步的，所述运算模块中包括第一运放(U1A)，所述第一运放(U1A)的同相输入端分别连接第一电阻(R1)的一端和第二电阻(R2)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端连接所述PWN驱动电路，所述第一运放(U1A)的反相输入端连接第五电阻(R5)的一端、第八电阻(R8)的一端和第五电容(C5)的一端，所述第一运放(U1A)的输出端连接第三电阻(R3)的一端、第八电阻(R8)的另一端和第五电容(C5)的另一端，所述第三电阻(R3)的另一端连接所述PWN驱动电路，所述第一运放(U1A)的第一公共端接电源以及第一电容(C1)的一端，所述第一电容(C1)的另一端接地，所述第五电阻(R5)的另一端连接第三电容(C3)的一端、第十一电阻(R11)的一端和第十电阻(R10)的一端，所述第十电阻(R10)的另一端接电源；所述第二电阻(R2)的另一端连接所述比例积分模块；
所述第一运放(U1A)的第二公共端、所述第三电容(C3)的另一端、所述第十一电阻(R11)的另一端接地。
进一步的，所述比例积分模块还包括第二运放(U1B)，所述第二电阻(R2)的另一端连接所述第二运放(U1B)的输出端和第四电容(C4)的一端，所述第二运放(U1B)的同相输入端连接第六电阻(R6)的一端，所述第二运放(U1B)的反相输入端连接第七电阻(R7)的一端和第九电阻(R9)的一端，所述第九电阻(R9)的另一端连接所述第四电容(C4)的另一端，所述第六电阻(R6)的另一端连接第二电容(C2)的一端、第四电阻(R4)的一端和所述负温度系数温敏电阻(NTC)的一端，所述第七电阻(R7)连接第六电容(C6)的一端和可调电阻(RP1)的调整端，所述可调电阻(RP1)的第一固定端连接第十三电阻(R13)的一端，所述可调电阻(RP1)的第二固定端连接第十二电阻(R12)的一端；
所述第四电阻(R4)的另一端，所述第十二电阻(R12)的另一端接电源电压；
所述第二电容(C2)的另一端、所述负温度系数温敏电阻(NTC)的另一端和所述第六电容(C6)的另一端和所述第十三电阻(R13)的另一端接地。
进一步的，所述PWM驱动模块包括：
信号输出模块，用于输出PWM信号；
整流模块，分别与所述信号输出模块、所述TEC模块的正负极连接，用于将所述信号输出模块输出的PWM信号调整成平稳的直流信号来驱动TEC模块；
滤波模块，一端连接电源电压，另一端接地，用于滤波使所述信号输出模块获得稳定的电源。
进一步的，所述信号输出模块包括第三运放(U2)、第十二电容(C12)、第十四电容(C14)、第十六电容(C16)的一端和第十七电容(C17)，
所述第三运放(U2)的第三引脚、第四引脚连接所述比例积分模块，所述第三运放(U2)的第四引脚连接第十二电容(C12)的一端，所述第三运放(U2)的第五引脚、第六引脚分别连接所述第二电容(C12)的另一端，第三运放(U2)的第七引脚连接第十四电容(C14)的一端，所述第十四电容(C14)的另一端连接第三运放(U2)的第六引脚，所述第三运放(U2)的第八引脚连接第十六电容(C16)的一端和第十七电容(C17)的一端。
进一步的，所述整流模块包括第十一电容(C11)、第一电感(L1)、第十三电容(C13)、第二电感(L2)、第七电容(C7)、第十电容(C10)和第十五电容(C15)；
所述第三运放(U2)的第十引脚连接第十三电容(C13)的一端和第二电感(L2)的一端，所述第二电感(L2)的另一端连接第十五电容(C15)的一端和TEC模块，所述第三运放(U2)的第十一引脚连接所述第十三电容(C13)的另一端，所述第三运放(U2)的第十三引脚连接所述第七电容(C7)的一端，所述第三运放(U2)的第十四引脚连接第十一电容(C11)的一端，所述第三运放(U2)的第十五引脚连接所述第十一电容(C11)的另一端和第一电感(L1)的一端，所述第一电感(L1)的另一端连接TEC模块和第十电容(C10)的一端；
所述第三运放(U2)的第一引脚、第二引脚、第八引脚和第十三引脚接电源电压；
所述第三运放(U2)的第五引脚、第六引脚、第七引脚、第九引脚、第十二引脚、第十六引脚、所述第七电容(C7)的一端、所述第二电容(C12)的另一端、所述第十六电容(C16)的另一端、所述第十七电容(C17)的另一端、所述第十五电容(C15)的另一端、所述第十电容(C10)的另一端接地。
进一步的，所述滤波电路包括第八电容(C8)和第九电容(C9)，所述第八电容(C8)和所述第九电容(C9)并联，所述第八电容(C8)和所述第九电容(C9)的一端连接电源电压，另一端接地，所述第八电容(C8)的电容值大于所述第九电容(C9)的电容值。
进一步的，所述第三运放(U2)为D类运放。
第二方面，本发明还提供一种激光器，所述激光器包括如第一方面中任一所述的激光器驱动电路。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例中激光器驱动电路包括温度控制模块、PWM驱动模块和TEC模块，PWM驱动模块与TEC模块的正负极分别连接，PWM驱动模块与温度控制模块连接，温度控制模块用于设定调节的温度，并通过PWM驱动模块和TEC模块调节种子源激光器温度。本发明实施例中激光器驱动电路通过温度控制模块和PWM驱动模块组合，替代传统的MOPA激光器TEC驱动芯片，降低了TEC驱动电路价格，有利于种子源激光器技术推广。
附图说明
图1是本发明实施例中激光器驱动电路的一个实施例示意图；
图2是本发明实施例中激光器驱动电路中温度控制模块的一个实施例示意图；
图3是本发明实施例中激光器驱动电路中温度控制模块的一个实施例电路示意图；
图4是本发明实施例中激光器驱动电路中PWM驱动模块的一个实施例示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1、图2，本发明实施例中激光器驱动电路一个实施例包括包括温度控制模块、PWM驱动模块和TEC模块，所述PWM驱动模块与所述TEC模块的正负极分别连接，所述PWM驱动模块与所述温度控制模块连接，所述温度控制模块用于设定调节的温度，并通过所述PWM驱动模块和TEC模块调节种子源激光器温度。
本发明实施例中激光器驱动电路包括温度控制模块、PWM驱动模块和TEC模块，PWM驱动模块与TEC模块的正负极分别连接，PWM驱动模块与温度控制模块连接，温度控制模块用于设定调节的温度，并通过PWM驱动模块和TEC模块调节种子源激光器温度。本发明实施例中激光器驱动电路通过温度控制模块和PWM驱动模块组合，替代传统的MOPA激光器TEC驱动芯片，降低了TEC驱动电路价格，有利于种子源激光器技术推广。
进一步的，如图2所示，所述温度控制模块包括比例积分模块和运算模块，所述比例积分模块连接所述运算模块，所述运算模块连接所述PWM驱动模块，所述比例积分模块中包括用于采集种子源激光器温度的负温度系数温敏电阻；
所述比例积分模块用于计算实际种子源激光器温度和设定温度值之间的差值，然后用积分进行调节，输出到所述运算模块，所述运算模块用于将所述比例积分模块输出的信号通过比例运算以输出合适的信号到所述PWM驱动模块。
进一步的，如图3所示，所述运算模块中包括第一运放U1A，所述第一运放U1A的同相输入端分别连接第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端连接所述PWN驱动电路，所述第一运放U1A的反相输入端连接第五电阻R5的一端、第八电阻R8的一端和第五电容C5的一端，所述第一运放U1A的输出端连接第三电阻R3的一端、第八电阻R8的另一端和第五电容C5的另一端，所述第三电阻R3的另一端连接所述PWN驱动电路，所述第一运放U1A的第一公共端接电源以及第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端接地，所述第五电阻R5的另一端连接第三电容C3的一端、第十一电阻R11的一端和第十电阻R10的一端，所述第十电阻R10的另一端接电源；所述第二电阻R2的另一端连接所述比例积分模块。
所述第一运放U1A的第二公共端、所述第三电容C3的另一端、所述第十一电阻R11的另一端接地。
进一步的，如图3所示，所述比例积分模块还包括第二运放U1B，所述第二电阻R2的另一端连接所述第二运放U1B的输出端和第四电容C4的一端，所述第二运放U1B的同相输入端连接第六电阻R6的一端，所述第二运放U1B的反相输入端连接第七电阻R7的一端和第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端连接所述第四电容C4的另一端，所述第六电阻R6的另一端连接第二电容C2的一端、第四电阻R4的一端和所述负温度系数温敏电阻NTC的一端，所述第七电阻R7连接第六电容C6的一端和可调电阻RP1的调整端，所述可调电阻RP1的第一固定端连接第十三电阻R13的一端，所述可调电阻RP1的第二固定端连接第十二电阻R12的一端。
所述第四电阻R4的另一端，所述第十二电阻R12的另一端接电源电压。
所述第二电容C2的另一端、所述负温度系数温敏电阻NTC的另一端和所述第六电容C6的另一端和所述第十三电阻R13的另一端接地。
进一步的，如图4所示，所述PWM驱动模块包括：
信号输出模块，用于输出PWM信号；
整流模块，分别与所述信号输出模块、所述TEC模块的正负极连接，用于将所述信号输出模块输出的PWM信号调整成平稳的直流信号来驱动TEC模块。
滤波模块，一端连接电源电压，另一端接地，用于滤波使所述信号输出模块获得稳定的电源。
进一步的，如图4所示，所述信号输出模块包括第三运放U2、第十二电容C12、第十四电容C14、第十六电容C16的一端和第十七电容C17，所述第三运放U2的第三引脚、第四引脚连接所述比例积分模块，所述第三运放U2的第四引脚连接第十二电容C12的一端，所述第三运放U2的第五引脚、第六引脚分别连接所述第二电容C12的另一端，第三运放U2的第七引脚连接第十四电容C14的一端，所述第十四电容C14的另一端连接第三运放U2的第六引脚，所述第三运放U2的第八引脚连接第十六电容C16的一端和第十七电容C17的一端。
进一步的，所述整流模块包括第十一电容C11、第一电感L1、第十三电容C13、第二电感L2、第七电容C7、第十电容C10和第十五电容C15。
所述第三运放U2的第十引脚连接第十三电容C13的一端和第二电感L2的一端，所述第二电感L2的另一端连接第十五电容C15的一端和TEC模块，所述第三运放U2的第十一引脚连接所述第十三电容C13的另一端，所述第三运放U2的第十三引脚连接所述第七电容C7的一端，所述第三运放U2的第十四引脚连接第十一电容C11的一端，所述第三运放U2的第十五引脚连接所述第十一电容C11的另一端和第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端连接TEC模块和第十电容C10的一端。
所述第三运放U2的第一引脚、第二引脚、第八引脚和第十三引脚接电源电压。
所述第三运放U2的第五引脚、第六引脚、第七引脚、第九引脚、第十二引脚、第十六引脚、所述第七电容C7的一端、所述第二电容C12的另一端、所述第十六电容C16的另一端、所述第十七电容C17的另一端、所述第十五电容C15的另一端、所述第十电容C10的另一端接地。
进一步的，如图4所示，所述滤波电路包括第八电容C8和第九电容C9，所述第八电容C8和所述第九电容C9并联，所述第八电容C8和所述第九电容C9的一端连接电源电压，另一端接地，所述第八电容C8的电容值大于所述第九电容C9的电容值。
下面结合原理对本发明实施例中激光器驱动电路进行描述：
本发明实施例中激光器驱动电路有两个模块组成，PWM驱动模块和温度控制模块，本发明实施例中通过采集种子源自带的10K负温度系数温敏电阻(10KNTC)来得知种子源激光器的温度。本发明实施例中通过调节10K的3224W封装的高精度可调电阻RP1来设定需要调节的温度，进而驱动种子源自带的半导体制冷器(TEC)。
在温度控电路模块中芯片U1B为通用低价的运放LMC6482，U1B和外部器件组成了比例积分模块。通过该电路得到实际种子源激光器温度和设定温度值之间的差值，然后用积分缓慢的调节。通过U1A芯片将U1B输出的信号通过加法，减法，比例运算给PWM驱动模块提供合适的信号。
在PWM驱动模块中芯片PAM8320为通用的音频D类运放，该运放输出的286KHZ的频率信号以及输出接口的桥式电路也整合符合PWM驱动器的特点，在信号“+IN”为不同值时，OUTN和OUTP就会输出不同占空比的频率信号，在通过LC电路将PWM信号调整成平稳的直流信号来驱动TEC模块。
本发明还提供一种激光器，所述激光器包括如上述任一所述的激光器驱动电路。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光器驱动电路，其特征在于，所述激光器驱动电路包括温度控制模块、PWM驱动模块和TEC模块，所述PWM驱动模块与所述TEC模块的正负极分别连接，所述PWM驱动模块与所述温度控制模块连接，所述温度控制模块用于设定调节的温度，并通过所述PWM驱动模块和TEC模块调节种子源激光器温度；
其中，所述温度控制模块包括比例积分模块和运算模块，所述比例积分模块连接所述运算模块，所述运算模块连接所述PWM驱动模块，所述比例积分模块包括第二运放（U1B）以及用于采集种子源激光器温度的负温度系数温敏电阻；
所述第二运放（U1B）用于根据所述负温度系数温敏电阻采集的实际种子源激光器温度和设定温度值之间的差值进行比例积分调节，输出信号到所述运算模块，所述运算模块用于将所述第二运放（U1B）输出的信号通过比例运算以输出合适的信号到所述PWM驱动模块；
所述PWM驱动模块包括：信号输出模块和整流模块，所述信号输出模块，用于输出PWM信号；所述整流模块，分别与所述信号输出模块、所述TEC模块的正负极连接，用于将所述信号输出模块输出的PWM信号调整成平稳的直流信号来驱动TEC模块。
2.根据权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述运算模块中包括第一运放（U1A），所述第一运放（U1A）的同相输入端分别连接第一电阻（R1）的一端和第二电阻（R2）的一端，所述第一电阻（R1）的另一端连接所述PWM驱动模块，所述第一运放（U1A）的反相输入端连接第五电阻（R5）的一端、第八电阻（R8）的一端和第五电容（C5）的一端，所述第一运放（U1A）的输出端连接第三电阻（R3）的一端、第八电阻（R8）的另一端和第五电容（C5）的另一端，所述第三电阻（R3）的另一端连接所述PWM驱动模块，所述第一运放（U1A）的第一公共端接电源以及第一电容（C1）的一端，所述第一电容（C1）的另一端接地，所述第五电阻（R5）的另一端连接第三电容（C3）的一端、第十一电阻（R11）的一端和第十电阻（R10）的一端，所述第十电阻（R10）的另一端接电源；所述第二电阻（R2）的另一端连接所述比例积分模块；
所述第一运放（U1A）的第二公共端、所述第三电容（C3）的另一端、所述第十一电阻（R11）的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述第二电阻（R2）的另一端连接所述第二运放（U1B）的输出端和第四电容（C4）的一端，所述第二运放（U1B）的同相输入端连接第六电阻（R6）的一端，所述第二运放（U1B）的反相输入端连接第七电阻（R7）的一端和第九电阻（R9）的一端，所述第九电阻（R9）的另一端连接所述第四电容（C4）的另一端，所述第六电阻（R6）的另一端连接第二电容（C2）的一端、第四电阻（R4）的一端和所述负温度系数温敏电阻（NTC）的一端，所述第七电阻（R7）连接第六电容（C6）的一端和可调电阻（RP1）的调整端，所述可调电阻（RP1）的第一固定端连接第十三电阻（R13）的一端，所述可调电阻（RP1）的第二固定端连接第十二电阻（R12）的一端；
所述第四电阻（R4）的另一端，所述第十二电阻（R12）的另一端接电源电压；
所述第二电容（C2）的另一端、所述负温度系数温敏电阻（NTC）的另一端和所述第六电容（C6）的另一端和所述第十三电阻（R13）的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述第二运放（U1B）为运放LMC6482。
5.根据权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述PWM驱动模块还包括：滤波模块；
所述滤波模块，一端连接电源电压，另一端接地，用于滤波使所述信号输出模块获得稳定的电源。
6.根据权利要求5所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述信号输出模块包括第三运放（U2）、第十二电容（C12）、第十四电容（C14）、第十六电容（C16）的一端和第十七电容（C17），所述第三运放（U2）的第三引脚、第四引脚连接所述比例积分模块，所述第三运放（U2）的第四引脚连接第十二电容（C12）的一端，所述第三运放（U2）的第五引脚、第六引脚分别连接所述第十二电容（C12）的另一端，第三运放（U2）的第七引脚连接第十四电容（C14）的一端，所述第十四电容（C14）的另一端连接第三运放（U2）的第六引脚，所述第三运放（U2）的第八引脚连接第十六电容（C16）的一端和第十七电容（C17）的一端。
7.根据权利要求6所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述整流模块包括第十一电容（C11）、第一电感（L1）、第十三电容（C13）、第二电感（L2）、第七电容（C7）、第十电容（C10）和第十五电容（C15）；
所述第三运放（U2）的第十引脚连接第十三电容（C13）的一端和第二电感（L2）的一端，所述第二电感（L2）的另一端连接第十五电容（C15）的一端和TEC模块，所述第三运放（U2）的第十一引脚连接所述第十三电容（C13）的另一端，所述第三运放（U2）的第十三引脚连接所述第七电容（C7）的一端，所述第三运放（U2）的第十四引脚连接第十一电容（C11）的一端，所述第三运放（U2）的第十五引脚连接所述第十一电容（C11）的另一端和第一电感（L1）的一端，所述第一电感（L1）的另一端连接TEC模块和第十电容（C10）的一端；
所述第三运放（U2）的第一引脚、第二引脚、第八引脚和第十三引脚接电源电压；
所述第三运放（U2）的第五引脚、第六引脚、第七引脚、第九引脚、第十二引脚、第十六引脚、所述第七电容（C7）的一端、所述第十二电容（C12）的另一端、所述第十六电容（C16）的另一端、所述第十七电容（C17）的另一端、所述第十五电容（C15）的另一端、所述第十电容（C10）的另一端接地。
8.根据权利要求7所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述滤波模块包括第八电容（C8）和第九电容（C9），所述第八电容（C8）和所述第九电容（C9）并联，所述第八电容（C8）和所述第九电容（C9）的一端连接电源电压，另一端接地，所述第八电容（C8）的电容值大于所述第九电容（C9）的电容值。
9.根据权利要求6至7中任一所述的激光器驱动电路，其特征在于，
所述第三运放（U2）为D类运放。
10.一种激光器，其特征在于，所述激光器包括如权利要求1至9中任一所述的激光器驱动电路。
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