CN110459955A - 一种高大功率高重频的半导体激光器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高大功率高重频的半导体激光器驱动电路，包括一个充电电路，与所述充电电路连接的放电电路，所述放电电路包括多个可同时放电或单独放电的放电回路，所述放电回包括多个并联设置的子模块，多个所述子模块并联后的输入端共同与一个接在所述充电电路的输出端与子模块之间的激光器模块连接，从而形成多个所述放电回路；所述充电电路的输出端与多个并联设置的子模块的输入端相连接而形成所述充电回路。本发明使用了至少一个储能电容和多个MOS管开关，包括一个充电回路和多个放电回路，多个放电回路可以单独放电也可以同时放电，得以实现提高激光峰值功率和激光发射重频。

Description

一种高大功率高重频的半导体激光器驱动电路

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，特别是涉及一种高大功率高重频的半导体激光器驱动电路。

背景技术

半导体激光器因其体积小、可靠性高、寿命长等优点，已经成为激光测距系统、激光雷达系统不可替代的核心部分。半导体激光器驱动电路的设计直接影响着系统的性能指标，激光峰值功率越高，激光系统的有效探测距离就越远，激光发射重频越高，激光雷达系统可以获取更密的点云数据，提高系统的分辨率。

发明内容

本发明的目的是为进一步的提高激光峰值功率和激光发射重频，而提供一种高大功率高重频的半导体激光器驱动电路。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种高大功率高重频的半导体激光器驱动电路，包括：

一个充电电路，与所述充电电路连接的放电电路，所述放电电路包括多个可同时放电或单独放电的放电回路，所述放电回包括多个并联设置的子模块，多个所述子模块并联后的输入端共同与一个接在所述充电电路的输出端与子模块之间的激光器模块连接，从而形成多个所述放电回路；所述充电电路的输出端与多个并联设置的子模块的输入端相连接而形成所述充电回路。

其中，所述子模块包括电阻Rn、电容Cn、MOS管Mn，电阻Rn的另一端与电容Cn一端相连，电容Cn的另一端与MOS管Mn的漏极相连，MOS管Mn的栅极与MOS管驱动芯片的输出端相连，MOS管Mn的源极与GND相连。

其中，所述激光器模块包括激光器D3、防止放电回路反向电流过大烧坏激光器D3的二级管D2以及MOS管M2，激光器D3的阳极与至少一个子模块的电阻Rn的一端相连，阴极与MOS管M2的漏极相连，MOS管M2的栅极与第二MOS管驱动芯片的输出端相连，MOS管M2的源极与GND相连，二极管D2的阳极与激光器D3的阴极相连，二极管D2的阴极与激光器D3的阳极相连，第二MOS管驱动芯片用于在驱动信号signal_2的控制下快速开断MOS管M2。

其中，所述充电电路包括电源V1、电感L1、二极管D1以及MOS管M1；电感L1的一端与电源V1相连，另一端与MOS管M1的漏极以及二极管D1的阳极相连，MOS管M1的栅极与第一MOS管驱动芯片的输出端相连，源端与GND相连，所述第一MOS管驱动芯片用于在驱动信号signal_1的控制下快速开断MOS管M1。

其中，所述的二极管D1的阴极与子模块的电阻Rn的一端相连。

本发明使用了储能电容和多个MOS管开关，包括一个充电回路和多个放电回路，多个放电回路可以单独放电也可以同时放电，得以实现提高激光峰值功率和激光发射重频。

附图说明

图1为本发明的半导体激光器驱动电路的结构图。

图2为本发明的半导体激光器驱动电路的其中一种具体结构图。

图3为本发明的半导体激光器驱动电路的一驱动时序图。

图4为本发明的半导体激光器驱动电路的另一驱动时序图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明的半导体激光器驱动电路的结构图。如图1所示，本发明的高大功率高重频的半导体激光器驱动电路，包括：

一个充电电路，与所述充电电路连接的放电电路，所述放电电路包括多个可同时放电或单独放电的放电回路，所述放电回包括多个并联设置的子模块，多个所述子模块并联后的输入端共同与一个接在所述充电电路的输出端与子模块之间的激光器模块连接，从而形成多个所述放电回路；所述充电电路的输出端与多个并联设置的子模块的输入端相连接而形成所述充电回路。

图1虚框内的每一列结构为一个所述的子模块，一个子模块由电阻、电容、MOS管开关、MOS管驱动芯片组成，MOS管驱动芯片的作用是在驱动信号的控制下快速开断MOS管，下文中再提及的子模块均指代此子模块，不再说明。

至少一个子模块构成了虚框内的电路结构，子模块的数量可以任意。

其中，各个子模块里的电阻标号为R3,R4,R5……Rn，电容标号为C3,C4,C5……Cn，MOS管标号为M3,M4,M5……Mn，驱动信号的标号为signal_3,signal_4,signal_5……signal_n，MOS管驱动芯片标号为MOS管驱动芯片3，MOS管驱动芯片4，MOS管驱动芯片5……MOS管驱动芯片n。

充电回路：

由电源V1、GND、电感L1、二极管D1以及至少一个子模块里的电阻、电容、MOS管组成。电感的一端与电源V1相连，另一端与M1的漏极以及二极管D1的阳极相连，M1的栅极与MOS管驱动芯片1的输出端相连，源端与GND相连。

MOS管驱动芯片1的作用是在驱动信号signal_1的控制下快速开断MOS管M1。M1的作用是控制充电回路。二极管D1的阴极与至少一个子模块的电阻相连，子模块内部的连接关系为电阻的另一端与电容一段相连，电容的另一端与MOS管的漏极相连，MOS管的栅极与MOS管驱动芯片1的输出端相连，MOS管的源极与GND相连。

充电操作：

充电回路由电源

V1,GND,L1,D1,R3,C3,M3,R4,C4,M4,R5,C5,M5,R6,C6,M6,R7,C7,M7组成。

初始时刻t＝0,控制信号signal_1＝0,signal_2＝0,signal_3＝1,signal_4＝1,signal_5＝1,signal_6＝1,signal_7＝1，此时M1,M2处于关断状态，M3,M4,M5,M6,M7处于开启状态。

t＝T4时刻，signal_1拉高，M1开启，电感开始储能。

t＝T4+T1时刻，signal_1拉低，M1关断，电感中的电流开始通过充电回路给电容C3,C4,C5,C6,C7充电，在T5时间内充电即可完成。

t＝T4+T1+T5时刻，signal_3,signal_4,signal_5,signal_6,signal_7拉低，M3,M4,M5,M6,M7关断。

t＝T4+T1+T5+T2时刻，signal_2拉高，M2开启。

放电回路：

由激光器D3、二极管D2、MOS管M2以及至少一个子模块里的电阻、电容、MOS管组成。激光器D3的阳极与至少一个子模块的电阻相连，阴极与M2的漏极相连，M2的栅极与MOS管驱动芯片2的输出端相连，M2的源极与GND相连，二极管D2的阳极与D3的阴极相连，二极管D2的阴极与D3的阳极相连。MOS管驱动芯片2的作用是在驱动信号signal_2的控制下快速开断M2。二极管D2的作用是防止放电回路反向电流过大烧坏激光器D3。

如图2所示，包含5个子模块的半导体激光器驱动电路的结构图，且供电电压为+5V。图3是图2中5个放电回路单独放电的驱动时序图，图4是图2中5个放电回路同时放电的驱动时序图。

图3中T1＝4us,T2＝5ns,T3＝20ns,T4＝10ns,T5＝300ns。

放电操作：

下面进行放电操作。放电方式可以有两种，方式一：5个放电回路单独放电，方式二：5个放电回路同时放电。

方式一：如图3所示，t＝T4+T1+T5+T2+T3+T4时刻，signal_3拉高，时长为T3，由M3,C3,R3,D3,D2,M2组成的放电回路开始放电，产生脉冲宽度为5ns、峰值电流为120A的脉冲电流，驱动D3发光。T＝T4+T1+T5+T2+T3+T4+T3+T4时刻，signal_4拉高，时长为T3，由M4,C4,R4,D3,D2,M2组成的放电回路开始放电,产生脉冲宽度为5ns、峰值电流为120A的脉冲电流，驱动D3发光。之后如图3时序所示，由M5,C5,R5,D3,D2,M2组成的放电回路，由M6,C6,R6,D3,D2,M2组成的放电回路，由M7,C7,R7,D3,D2,M2组成的放电回路依次按照时序进行放电，分别产生脉冲宽度为5ns、峰值电流为120A的脉冲电流，驱动D3发光。

本发明中，整个充电和放电的周期为T＝4.495us，其中，T＝T4+T1+T5+T2+T3+T4+T3+T4+T3+T4+T3+T4+T3+T4+T3+T4＝4.495us。

如图3所示。在4.495us时间内激光发射5次，平均发射时间为4.495us/5＝0.9us，此平均发射频率为1/0.9us＝1.1M,此平均发射频率定义为平均重频。

方式二：如图4所示，t＝T4+T1+T5+T2+T3+T4时刻,signal_3,signal_4,signal_5,signal_6,signal_7同时拉高，时长为T3，由M3,C3,R3,D3,D2,M2组成的放电回路，由M4,C4,R4,D3,D2,M2组成的放电回路，由M5,C5,R5,D3,D2,M2组成的放电回路，由M6,C6,R6,D3,D2,M2组成的放电回路，由M7,C7,R7,D3,D2,M2组成的放电回路同时开始放电，产生脉冲宽度大于5ns，峰值电流大于120A的脉冲电流，驱动D3发光。方式二的优点是提高了峰值电流，但是平均重频仅为方式二的五分之一。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高大功率高重频的半导体激光器驱动电路，其特征在于，包括:

一个充电电路，与所述充电电路连接的放电电路，所述放电电路包括多个可同时放电或单独放电的放电回路，所述放电回包括多个并联设置的子模块，多个所述子模块并联后的输入端共同与一个接在所述充电电路的输出端与子模块之间的激光器模块连接，从而形成多个所述放电回路；所述充电电路的输出端与多个并联设置的子模块的输入端相连接而形成所述充电回路。

2.根据权利要求2所述高大功率高重频的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述子模块包括电阻Rn、电容Cn、MOS管Mn，电阻Rn的另一端与电容Cn一端相连，电容Cn的另一端与MOS管Mn的漏极相连，MOS管Mn的栅极与MOS管驱动芯片的输出端相连，MOS管Mn的源极与GND相连。

3.根据权利要求1所述高大功率高重频的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述激光器模块包括激光器D3、防止放电回路反向电流过大烧坏激光器D3的二级管D2以及MOS管M2，激光器D3的阳极与至少一个子模块的电阻Rn的一端相连，阴极与MOS管M2的漏极相连，MOS管M2的栅极与第二MOS管驱动芯片的输出端相连，MOS管M2的源极与GND相连，二极管D2的阳极与激光器D3的阴极相连，二极管D2的阴极与激光器D3的阳极相连，第二MOS管驱动芯片用于在驱动信号signal_2的控制下快速开断MOS管M2。

4.根据权利要求3所述高大功率高重频的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述充电电路包括电源V1、电感L1、二极管D1以及MOS管M1；电感L1的一端与电源V1相连，另一端与MOS管M1的漏极以及二极管D1的阳极相连，MOS管M1的栅极与第一MOS管驱动芯片的输出端相连，源端与GND相连，所述第一MOS管驱动芯片用于在驱动信号signal_1的控制下快速开断MOS管M1。

5.根据权利要求4所述高大功率高重频的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述的二极管D1的阴极与子模块的电阻Rn的一端相连。