CN108780981B - 半导体发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体发光装置，当将多个发光元件串联连接且并联连接时，能够获得所期望的光输出，并且能够抑制电流控制元件的发热，且延长发光元件的寿命。发光元件群，设有多列串联连接的多个发光元件，是将多列的多个发光元件的一端共连至电源而构成；多个电流控制元件，与所述多列对应而设，连接于各列的所述多个发光元件的另一端，对流经所述多个发光元件的电流进行控制；正向电压监控电路，对各列的每一列监控所述多个发光元件的合计正向电压；以及控制电路，基于由所述正向电压监控电路所检测的各列的每一列的所述多个发光元件的合计正向电压来控制所述电流控制元件，以使所述多列的所述多个发光元件的合计正向电压的偏差成为阈值以下。

Description

半导体发光装置
技术领域
本发明涉及一种具有将串联连接的多个发光元件并联连接而成的发光元件模块(module)的半导体发光装置，尤其涉及对用于控制发光元件的电流的晶体管(transistor)的发热进行抑制的技术。
背景技术
专利文献1所记载的半导体激光装置中，将多列串联连接的多个激光二极管(laser diode)进一步并联连接，并将多列的多个激光二极管的阳极(anode)共连，将多列的多个激光二极管的阴极(cathode)共连，构成多个并联条(line)。由此，能够通过一个电流控制元件来对各激光二极管供给电流。因此，能够以简便的结构来实现半导体激光装置。
然而，各并联条的多个激光二极管的电位差虽相同，但各激光二极管的正向电压存在个体差异。因此，流经各并联条的多个激光二极管的电流不同，因此电流会集中在任一并联条。其结果，电流集中的激光二极管的寿命变短。
而且，专利文献2所记载的半导体激光装置是设置多列串联连接的多个激光二极管(条)，将多列条的一端共连，在多列条的另一端连接电流控制元件，通过各电流控制元件来控制各条的电流。此时，若将各条的激光二极管数设定为相同，则因各条的激光二极管的正向电压差而电流控制元件的发热变大。
而且，作为以往的公知文献，已知有专利文献3、专利文献4。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-123833号公报
专利文献2：日本专利特开2005-129877号公报
专利文献3：日本专利特开平11-87818号公报
专利文献4：日本专利特开平6-275895号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在专利文献2中存在下述问题，即：若为了吸收各条的正向电压差而变更激光二极管数，则激光二极管的总输出将发生变化。
本发明提供一种半导体发光装置，当将多个发光元件串联连接且并联连接时，能够获得所期望的光输出，并且能够抑制电流控制元件的发热，且延长发光元件的寿命。
解决问题的技术手段
为了解决所述问题，本发明的半导体发光装置包括：发光元件群，设有多列串联连接的多个发光元件，是将多列的多个发光元件的一端共连至电源而构成；多个电流控制元件，与所述多列对应而设，连接于各列的所述多个发光元件的另一端，对流经所述多个发光元件的电流进行控制；正向电压监控电路，对各列的每一列监控所述多个发光元件的合计正向电压；以及控制电路，基于由所述正向电压监控电路所检测的各列的每一列的所述多个发光元件的合计正向电压来控制所述电流控制元件，以使所述多列的所述多个发光元件的合计正向电压的偏差成为阈值以下。
发明的效果
根据本发明，控制电路基于由正向电压监控电路所检测的各列的每一列的多个发光元件的合计正向电压来控制电流控制元件，以使多列的多个发光元件的合计正向电压的偏差成为阈值以下，因此能够获得所期望的光输出，并且能够抑制电流控制元件的发热，且延长发光元件的寿命。
附图说明
图1是本发明的实施例1的半导体发光装置的电路结构图。
图2是本发明的实施例2的半导体发光装置的电路结构图。
图3是本发明的实施例3的半导体发光装置的电路结构图。
图4是本发明的实施例4的半导体发光装置的电路结构图。
具体实施方式
实施例1
以下，一边参照附图，一边详细说明本发明的实施方式的半导体发光装置。
图1是本发明的实施例1的半导体发光装置的电路结构图。半导体发光装置如图1所示，包括激光二极管群1、多个电流控制元件Q1～电流控制元件Qm、正向电压监控电路11及激光二极管(laser diode，LD)电流量控制电路12。激光二极管群1对应于本发明的发光元件群，包含多个发光元件。本实施例中，使用激光二极管(LD)来作为发光元件，但也能够使用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)来作为发光元件。
激光二极管群1是设有m列(LD11～LD1n、LD21～LD2n…LDm1～LDmn)串联连接的n个激光二极管而构成，m列的n个激光二极管LD11～LD1n、LD21～LD2n、…LDm1～LDmn的阳极共连至电源Vcc。
多个电流控制元件Q1～电流控制元件Qm包含金属氧化物半导体场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，是与m列的n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n、激光二极管LD21～激光二极管LD2n、…激光二极管LDm1～激光二极管LDmn对应而设，连接于各列的n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n、激光二极管LD21～激光二极管LD2n…激光二极管LDm1～激光二极管LDmn的阴极，对流经各列的n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n、激光二极管LD21～激光二极管LD2n…激光二极管LDm1～激光二极管LDmn的电流进行控制。
正向电压监控电路11对n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的合计正向电压、n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的合计正向电压、…、n个激光二极管LDm1～激光二极管LDmn的合计正向电压进行监控。此处，所谓正向电压，是指激光二极管LD的阳极-阴极间的电压。
LD电流量控制电路12对应于本发明的控制电路，基于由正向电压监控电路11所检测的n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的合计正向电压、n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的合计正向电压、…、n个激光二极管LDm1～激光二极管LDmn的合计正向电压，来控制电流控制元件Q1～电流控制元件Qm，以使n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的合计正向电压、n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的合计正向电压、…、n个激光二极管LDm1～激光二极管LDmn的合计正向电压的偏差成为阈值以下。即，LD电流量控制电路12控制电流控制元件Q1～电流控制元件Qm，以减少合计正向电压大的列的n个激光二极管的电流，增加合计正向电压小的列的n个激光二极管电流。
接下来，一边参照图1，一边详细说明这样构成的实施例1的半导体发光装置的动作。此处，将m列的m设为例如3来进行说明。另外，m并不限定于3。
首先，正向电压监控电路11对n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的合计正向电压Vd1、n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的合计正向电压Vd2、n个激光二极管LD31～激光二极管LD3n的合计正向电压Vd3进行监控。此处，例如假设为Vd1＞Vd2＞Vd3。
接下来，LD电流量控制电路12基于由正向电压监控电路11所检测的n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的合计正向电压Vd1、n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的合计正向电压Vd2、n个激光二极管LD31～激光二极管LD3n的合计正向电压Vd3来控制电流控制元件Q1～电流控制元件Q3，以使三个合计正向电压Vd1、合计正向电压Vd2、合计正向电压Vd3的偏差成为阈值以下。
本例中，由于合计正向电压Vd1为最大的电压，因此LD电流量控制电路12使对电流控制元件Q1的栅极(gate)施加的电压减少，从而使流经n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的电流减少。因此，n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的合计正向电压Vd1减少而合计正向电压Vd1接近合计正向电压Vd2。
并且，LD电流量控制电路12调整流经n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的电流，以使合计正向电压Vd1与合计正向电压Vd2的偏差(差值电压)成为阈值以下。
接下来，由于合计正向电压Vd3为最小的电压，因此LD电流量控制电路12使对电流控制元件Q3的栅极施加的电压增加，从而使流经n个激光二极管LD31～激光二极管LD3n的电流增加。因此，n个激光二极管LD31～激光二极管LD3n的合计正向电压Vd3增加而合计正向电压Vd3接近合计正向电压Vd2。
并且，LD电流量控制电路12调整流经n个激光二极管LD31～激光二极管LD3n的电流，以使合计正向电压Vd3与合计正向电压Vd2的偏差成为阈值以下。
由此，三个合计正向电压Vd1、合计正向电压Vd2、合计正向电压Vd3的偏差成为阈值以下，能够获得所期望的光输出，并且，能够减小对电流控制元件Q1～电流控制元件Q3的漏极-源极间施加的电压差。由此，能够抑制电流控制元件Q1～电流控制元件Q3的发热偏差，并且，通过设置阈值，能够防止过度的电流集中，从而能够延长激光二极管LD11～激光二极管LD1n…激光二极管LD31～激光二极管LD3n的寿命。
而且，还能够抑制因激光二极管的材料差异或批次(lot)差异引起的正向电压的偏差。进而，正向电压大的激光二极管的光转换效率差，因此通过使流经正向电压小的激光二极管的电流增加，能够提高光转换效率。
实施例2
图2是本发明的实施例2的半导体发光装置的电路结构图。图2所示的实施例2的半导体发光装置在图1所示的结构中还具备对激光二极管群1的光输出进行监控的光输出监控电路13。
LD电流量控制电路12a控制n个激光二极管的电流，以使来自光输出监控电路13的激光二极管群1的光输出成为规定输出，并且控制电流控制元件Q1～电流控制元件Qm，以使流经m列的n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n、激光二极管LD21～激光二极管LD2n…激光二极管LDm1～激光二极管LDmn的合计电流成为最小。
接下来，对这样构成的实施例2的半导体发光装置的动作进行说明。此处，将m列的m设为例如3来进行说明。另外，m并不限定于3。
首先，光输出监控电路13对激光二极管群1的光输出进行监控。LD电流量控制电路12a输入来自光输出监控电路13的、激光二极管群1的光输出。
LD电流量控制电路12a基于来自正向电压监控电路11的各列的多个激光二极管的合计正向电压和流经多个激光二极管的电流，来运算各列的多个激光二极管的功率。
n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的功率是对合计正向电压Vd1与激光二极管电流进行运算而求出。n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的功率是对合计正向电压Vd2与激光二极管电流进行运算而求出。n个激光二极管LD31～激光二极管LD3n的功率是对合计正向电压Vd3与激光二极管电流进行运算而求出。
LD电流量控制电路12a控制激光二极管电流，以使来自光输出监控电路13的、激光二极管群1的光输出成为规定输出。激光二极管群1的光输出等于n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的功率、n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的功率与n个激光二极管LD31～激光二极管LD3n的功率的合计功率。因此，LD电流量控制电路12a控制电流控制元件Q1～电流控制元件Q3，以使3列的n个激光二极管的合计光输出成为规定输出。
接下来，LD电流量控制电路12a在将光输出保持为规定输出的状态下，控制电流控制元件Q1～电流控制元件Q3，以使流经n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n、激光二极管LD21～激光二极管LD2n，激光二极管LD31～激光二极管LD3n的合计电流成为最小。
即，根据实施例2的半导体发光装置，通过监控光输出，能够在将光输出保持为规定输出的状态下，控制成为实现最高光转换效率的电流分配。
实施例3
图3是本发明的实施例3的半导体发光装置的电路结构图。图3所示的实施例3的半导体发光装置是在图1所示的实施例1的半导体发光装置的结构中，还具备中央处理器(Central Processing Unit，CPU)14、直流/直流(Direct Current/Direct Current，DC/DC)转换器(converter)15、电阻R1～电阻Rn、放大器16。
电阻R1～电阻Rn连接于电流控制元件Q1～电流控制元件Qn的源极(source)。放大器16将与流经电阻R1的电流相应的电压放大并输出至LD电流量控制电路12b。
CPU 14对应于本发明的控制电路，基于由正向电压监控电路11所检测的n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的合计正向电压、n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的合计正向电压、…、n个激光二极管LDm1～激光二极管LDmn的合计正向电压，生成用于使各个电流控制元件Q1～电流控制元件Qm的发热成为规定值以下的电压下降信号，并将电压下降信号输出至DC/DC转换器15。
将n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的合计正向电压设为例如10V、n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的合计正向电压设为例如20V、n个激光二极管LD31～激光二极管LD3n的合计正向电压设为例如15V。
DC/DC转换器15输出初始电压。初始电压必须对合计正向电压最高的第2条(n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n)进行驱动。因此，将初始电压设定为21V(因为FET以1V的电位差便可充分动作)。
随后，进行实施例1的控制，使各条的正向电压差减少。其结果，条1(n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n)的正向电压差成为13V，条2的正向电压差成为17V，条3(n个激光二极管LD31～激光二极管LD3n)的正向电压差仍为5V(将阈值设定为2V)。
于是，施加至FET的电压为21-17V，从而为4V。由于FET以1V便可动作，因此能够使DC/DC转换器的输出下降至18V为止。其结果，能够抑制对各条的FET施加的电压，从而能够降低整个装置的功耗。
另外，CPU 14将由正向电压监控电路11所检测的n个激光二极管LD11～激光二极管LD1n的合计正向电压、n个激光二极管LD21～激光二极管LD2n的合计正向电压、…、n个激光二极管LDm1～激光二极管LDmn的合计正向电压输出至LD电流量控制电路12b。
LD电流量控制电路12b的动作与图1所示的LD电流量控制电路12的动作相同，因此，此处省略其动作的说明。
实施例4
图4是本发明的实施例4的半导体发光装置的电路结构图。图4所示的实施例4的半导体发光装置的特征在于，其是将图2所示的实施例2的半导体发光装置的结构与图3所示的实施例3的半导体发光装置的结构予以组合而构成。
根据这样构成的实施例4的半导体发光装置，进行实施例2的半导体发光装置的动作与实施例3的半导体发光装置的动作。因而，能够获得实施例2的半导体发光装置的效果与实施例3的半导体发光装置的效果。
产业上的可利用性
本发明能够适用于激光加工装置等。

Claims (2)

1.一种半导体发光装置，包括：
发光元件群，设有多列串联连接的多个发光元件，是将多列的所述多个发光元件的一端共连至电源而构成；
多个电流控制元件，与所述多列串联连接的多个发光元件对应而设，连接于各列的所述多个发光元件的另一端，对流经所述多个发光元件的电流进行控制；
正向电压监控电路，对各列的每一列监控所述多个发光元件的合计正向电压；
控制电路，基于由所述正向电压监控电路所检测的各列的每一列的所述多个发光元件的合计正向电压输出控制信号至所述多个电流控制元件的各个来进行控制，以使所述多列的所述多个发光元件的合计正向电压的偏差成为阈值以下；以及
光输出监控电路，监控所述发光元件群的光输出，
所述控制电路控制所述电流，以使来自所述光输出监控电路的、所述发光元件群的光输出成为规定输出，并且控制所述多个电流控制元件，以使流经所述多列的所述多个发光元件的合计电流成为最小。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中
所述控制电路基于各列的每一列的所述多个发光元件的合计正向电压来使对所述多列的所述多个发光元件的一端施加的所述电源的电压下降，以使所述多个电流控制元件的发热成为规定值以下。
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