CN112803237A - 一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路，包括：电源、集成同步降压控制器、PWM调压及滤波、恒流控制电路、温度保护模块、软启动频率控制模块、电路采样模块、调制信号模块与使能信号模块；所述电路采样模块与恒流控制电路连接，所述恒流控制电路与集成同步降压控制器连接，所述集成同步降压控制器与PWM调压及滤波连接。该电路在集成同步降压控制器的反馈回路中引入LD电流反馈，控制集成同步降压控制器，实现LD的恒流驱动，该电路具有极高的工作效率，可以在不改变输入电压的情况下适用于宽范围的LD工作电压，该电路具有高集成度，高稳定度，高信号质量，在整个工作电压范围内电流纹波小于1%。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路，属于工业加工技术领域。
背景技术
通过控制场效应管栅极电压实现的半导体激光器恒流源驱动，其供电电压和LD（激光二极管/半导体激光器）工作电压之间的压差会加在场效应管的漏极和源极之间。因此供电电压和LD电压差不能过大，否则会影响电路工作效率，造成场效应管温度过高，降低电路提供电流的能力。而采用分立的PWM调压电路具有电路复杂，优化困难，体积大，噪声大的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路，可以有效解决背景技术中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路，包括：电源、集成同步降压控制器、PWM调压及滤波、恒流控制电路、温度保护模块、软启动频率控制模块、电路采样模块、调制信号模块与使能信号模块；
所述电路采样模块与恒流控制电路连接，所述恒流控制电路与集成同步降压控制器连接，所述集成同步降压控制器与PWM调压及滤波连接；
所述使能信号模块与温度保护模块连接，所述温度保护模块与软启动频率控制模块连接，所述软启动频率控制模块与集成同步降压控制器连接；
所述电源与集成同步降压控制器连接，所述调制信号模块与恒流控制电路连接；
所述集成同步降压控制器采用LM25119芯片，实现宽输出电压范围的高效率，高稳定输出；
所述调制信号模块实现控制电路输出在设置1与设置2之间切换，实现脉冲工作模式。
进一步而言，所述集成同步降压控制器中的U1采用LM25119芯片，外围调压和滤波电路按照输出电压中点优化，FB1连接到U1芯片的9脚，VUVLO连接到U1的28脚。
进一步而言，所述集成同步降压控制器中的U1电路支持12-26V的宽电压输入范围，输出电压可在1-24V（供电电压需高于输出电压2V）间自动调整。
进一步而言，所述集成同步降压控制器中的U3为集成运算放大器芯片LMH6612，负载电流由电阻R10，R12，R72，R73采样，通过U3放大得到电流反馈信号ISENSE。
本发明的技术效果和优点：
该电路在集成同步降压控制器的反馈回路中引入LD电流反馈，控制集成同步降压控制器，实现LD的恒流驱动，该电路具有极高的工作效率，可以在不改变输入电压的情况下适用于宽范围的LD工作电压，该电路具有高集成度，高稳定度，高信号质量，在整个工作电压范围内电流纹波小于1%。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1是本发明的电路图；
图2是本发明中U1的电路图；
图3是本发明中电流设置信号和电流反馈信号进入由U3的电路图；
图4是本发明中U3的电路图；
图5是本发明中U9的电路图；
图6是本发明中输入的使能信号和温度监测信号的电路图；
图7是本发明中U11的电路图。
图中：
U3为集成运算放大器芯片LMH6612；
U9为模拟开关芯片SN74LVC1G3157；
U11为高速、高精度温度传感器芯片LMT87。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-7所示，一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路，包括：电源、集成同步降压控制器、PWM调压及滤波、恒流控制电路、温度保护模块、软启动频率控制模块、电路采样模块、调制信号模块与使能信号模块；电路采样模块与恒流控制电路连接，恒流控制电路与集成同步降压控制器连接，集成同步降压控制器与PWM调压及滤波连接；使能信号模块与温度保护模块连接，温度保护模块与软启动频率控制模块连接，软启动频率控制模块与集成同步降压控制器连接；电源与集成同步降压控制器连接，调制信号模块与恒流控制电路连接；集成同步降压控制器采用LM25119芯片，实现宽输出电压范围的高效率，高稳定输出；调制信号模块实现控制电路输出在设置1与设置2之间切换，实现脉冲工作模式。
如图1所示，集成同步降压控制器使用LM25119芯片，它通过使用仿真电流斜坡可降低脉宽调制电路的噪声灵敏度，从而对极小占空比到大占空比均可进行可靠控制，实现了宽输出电压范围的高效率，高稳定输出。输出电流被采样后送入恒流控制电路中，与用户的输出电流设置进行比较后生成一个反馈电流控制集成同步降压控制器调节输出电压，从而得到用户设置的稳恒电流。
该电路可以工作在连续输出的模式下，输出电流可以通过0-5V的模拟电压（设置1或者设置2）决定。该电路也可以通过用户提供的调制信号控制电流输出在设置1和设置2之间切换，实现脉冲工作模式。
用户提供的使能信号与温度监控信号通过一个两级的反向开关组合，为软启动电路提供启动电压，在使能控制同时实现软启动功能，确保电路从任意状态进入工作状态时，均可以满足用户设置的电流上升曲线，当驱动板上电，驱动使能，或者从过温状态恢复时，均有可能使得驱动板输出电流的突然上升。为了避免该现象，可以设置U1芯片28脚上的电压VUVLO，该电压由图6中的电压VEN分压得到，当VUVLO电压大于1.25V时U1芯片方正常工作，此时进入软启动状态。当从U1芯片7脚上通过一个10uA电流对图2中的电容C15充电，而在该管脚电压低于0.8V时，FB1电压被设置为该管脚电压，从而实现了目标输出电压的逐步上升，即控制了输出电流的逐步上升。通过对电容C15的选取可以实现不同的电流上升曲线。而在图6、图7中将VEN电压与使能电路和温度监控结合起来，使得电路从任意状态进入工作状态时均能保证用户设置的电流上升速率。其中温度监控信号指的是图7中的TEMP_EN。
如图2所示，U1为同步降压控制器芯片LM25119，外围的调压和滤波电路按照输出电压中点优化（此时输出纹波最大），确保了电路在全工作范围内具有良好的噪声性能，电路输出纹波小于1%。FB1连接到U1芯片的9脚，调整输出电压，控制电流稳恒输出。VUVLO连接到U1的28脚，实现电路的使能和软启动。电路支持12-26V的宽电压输入范围，输出电压可在1-24V（供电电压需高于输出电压2V）间自动调整，高效率输出，输出电压全范围可确保提供高达15A的连续电流输出，也可支持最大200HZ的调制频率，外围的调压和滤波电路，其中电压调节功能主要是由图3、4、5中的电路实现的，而目标电压的生成和滤波则是由图2中的芯片U1和它的外围电路实现，其主要包括：场效应管、滤波电感、输入输出电容、自举电容、爬升电阻电容等。当确定输入输出电压后，可以对外围电路的参数进行优化选取，从而获得最佳输出性能。而在对于输出电压可变的情况，当PWM波形占空比为50%时，输出纹波最大，因此我们设定目标输出电压为输出电压范围的一半，设定输入电压为输出电压范围的最大值，优化设计了外围电路参数，保证了在整个工作范围内电路输出的纹波小于1%。
实施例1
如图4所示，U3为集成运算放大器芯片LMH6612，负载电流由电阻R10，R12，R72，R73采样，通过U3放大得到电流反馈信号ISENSE；
如图5所示，U9为模拟开关芯片SN74LVC1G3157，用户提供的电流设置信号S1,S2和调制信号SW经过缓冲电路后的电流设置信号（S1_BUF，S2_BUF）和电流调制信号（SW_BUF）通过U9后得到电流设置信号ISET；
如图3所示，电流设置信号ISET和电流反馈信号ISENSE进入由U3构建的比较器中，生成负载电压调整信号FB_I，并通过电阻R23提供一个调整电流，该电流通过电阻R3到GND从而在R3上产生一个电压Vfb1；而负载电压LD+通过电阻R2,R3分压在电阻R3上产生一个电压Vfb2。R3上电压等于Vfb1+ Vfb2，该点即FB1信号连接到U1的第9脚上，当该电压偏离0.8V电压时，U1调整PWM信号，通过调压和滤波电路改变负载电压，从而使得R3上电压回到0.8V。通过该电路，高效率的提供了负载工作电压并实现了稳恒电流控制。
实施例2
如图7所示，U11为高速、高精度温度传感器芯片LMT87，U10为集成比较器芯片LM2903，Q5为三极管MMBT2222A。U10和电阻R54,R55,R56,R57,R58构成一个滞回比较器，Q5构成一个反向开关。U11监测板上电压，其输出通过电阻R54连接到U10管脚6。当监测点温度大于72度时，TEMP_EN信号为从高电平转为低电平，U1停止工作，禁止输出，此时电路其它部分继续工作，保证电路快速散热；当监测点温度低于27度时TEMP_EN信号从低电平转为高电平，U1使能，提供工作电压；
如图6所示，VUVLO连接到U1的28脚，Q6，Q7为三极管MMBT2222A,构成两个反向开关，当用户输入的使能信号EN和温度监测信号TEMP_EN均为高电平时，VEN为高电平，为软启动电路提供高电压，当EN和TEMP_EN二者之一为低电平时，VEN为低电平从而使得VUVLO为低电平，U1停止工作，禁止输出。电位器VR1和R51决定软启动的时间常数，可通过调整VR1改变电流输出的上升速率。通过所示电路，将用户使能、温度监控和软启动逻辑结合起来，有效的控制恒流源的工作状态，保护电路可靠工作，并且在从任意状态进入正常工作时，均可满足用户设置的电流输出上升速率。
以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路，其特征在于包括：电源、集成同步降压控制器、PWM调压及滤波、恒流控制电路、温度保护模块、软启动频率控制模块、电路采样模块、调制信号模块与使能信号模块；
所述电路采样模块与恒流控制电路连接，所述恒流控制电路与集成同步降压控制器连接，所述集成同步降压控制器与PWM调压及滤波连接；
所述使能信号模块与温度保护模块连接，所述温度保护模块与软启动频率控制模块连接，所述软启动频率控制模块与集成同步降压控制器连接；
所述电源与集成同步降压控制器连接，所述调制信号模块与恒流控制电路连接；
所述集成同步降压控制器采用LM25119芯片，实现宽输出电压范围的高效率，高稳定输出；
所述调制信号模块实现控制电路输出在设置1与设置2之间切换，实现脉冲工作模式。
2.根据权利要求1所述的一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路，其特征在于：所述集成同步降压控制器中的U1采用LM25119芯片，外围调压和滤波电路按照输出电压中点优化，FB1连接到U1芯片的9脚，VUVLO连接到U1的28脚。
3.根据权利要求2所述的一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路，其特征在于：所述集成同步降压控制器中的U1电路支持12-26V的宽电压输入范围，输出电压可在1-24V（供电电压需高于输出电压2V）间自动调整。
4.根据权利要求1所述的一种高效率宽工作电压的半导体激光器恒流驱动电路，其特征在于：所述集成同步降压控制器中的U3为集成运算放大器芯片LMH6612，负载电流由电阻R10，R12，R72，R73采样，通过U3放大得到电流反馈信号ISENSE。
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