CN114243436B - 光纤激光器线性恒流驱动源 - Google Patents

光纤激光器线性恒流驱动源 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种光纤激光器线性恒流驱动源，其包括：泵浦源负载；均流单元，包括多个并联的高压功率器件。所述均流单元连接所述泵浦源负载以形成线性恒流驱动源的主功率回路，并用于将所述线性恒流驱动源的整体损耗均匀分布到所述高压功率器件中。本发明采用均流技术以在驱动源中形成均流单元，同时在均流单元中并联多个高压功率器件，进而使得线性恒流驱动源的输入电压和负载电流增加后，均流单元可以将线性恒流驱动源的整体损耗均匀分配到各个高压功率器件中，从而降低单个功率器件的发热功率，提高器件的可靠性，极大的提高了线性恒流驱动源的带负载能力，同时提高了光纤激光器的功率密度，进而可进一步提升光纤激光器的小型化程度。

Description

光纤激光器线性恒流驱动源
技术领域
本发明涉及激光器电子电路技术领域，尤其涉及一种光纤激光器线性恒流驱动源。
背景技术
光纤激光器是以掺杂稀土离子的光纤作为增益介质，或者利用光纤自身的非线性效应，将光纤作为激光谐振腔工作的一类激光器，其在激光通信、扫描成像、激光测距、生物医疗等领域得到了广泛应用。
目前，线性恒流驱动源具有响应速度快、重复频率高、电流大、成本低、结构简单等优势，其在光纤激光器的泵浦源驱动电路中有广泛应用。但是，现有的线性恒流驱动源的输入电压一般不高于75V，负载电流小于20A，由于其主功率回路通常采取单个功率器件，而功率器件的耐受力有限，导致无法进一步增加线性恒流驱动源的输入电压和负载电流，不利于光纤激光器的小型化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种光纤激光器线性恒流驱动源，解决了现有技术中无法增加光纤激光器线性恒流驱动源的输出功率的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种光纤激光器线性恒流驱动源，其包括：泵浦源负载；均流单元，包括多个并联的高压功率器件，所述均流单元连接所述泵浦源负载以形成线性恒流驱动源的主功率回路，并用于将所述线性恒流驱动源的整体损耗均匀分布到所述高压功率器件中。
优选地，在所述的光纤激光器线性恒流驱动源中，每个并联的所述高压功率器件均连接有对应的放大器，每个所述高压功率器件均为MOS管；其中，所述MOS管的栅极与所述放大器的输出端连接，源极与所述放大器的反相输入端连接，漏极与所述泵浦源负载连接；所述放大器的同相输入端接入参考电流Iset。
更优选地，在所述的光纤激光器线性恒流驱动源中，所述泵浦源负载为发光二极管LD；其中，所述发光二极管的正极连接输入信号电压Vin，负极连接每个所述MOS管的漏极。
更优选地，在所述的光纤激光器线性恒流驱动源中，所述发光二极管LD上设置有电阻Rc和二极管D2；其中，所述电阻Rc的一端分别连接所述二极管D2的负极、所述发光二极管LD的正极、另一端分别连接所述二极管D2的正极、所述发光二极管LD的负极。
优选地，在所述的光纤激光器线性恒流驱动源中，所述线性恒流驱动源，还包括：防反接单元；其中，所述防反接单元的一端通过接入输入信号电压Vin以与所述泵浦源负载连接，另一端接地以与所述均流单元连接。
更优选地，在所述的光纤激光器线性恒流驱动源中，所述防反接单元，包括：电容C1和二极管D1；其中，所述二极管D1的负极连接输入信号电压Vin，正极接地；所述电容C1并联在所述二极管D1的正负极两端。
优选地，在所述的光纤激光器线性恒流驱动源中，所述线性恒流驱动源，还包括：电流采样单元和过流保护单元；其中，所述电流采样单元得一端连接开路电压Voc的输入端，另一端接地以连接所述均流单元；所述过流保护单元的一端接入开路电压Voc，另一端接地以连接所述均流单元。
更优选地，在所述的光纤激光器线性恒流驱动源中，所述电流采样单元，包括：电阻Rs1、电阻R2、电阻R3以及放大器U3；其中，所述电阻Rs1的一端连接所述均流单元，另一端接地；所述电阻R2的一端连接所述放大器U3的反相输入端，另一端接地；所述电阻R3的一端接入开路电压Voc，另一端通过所述电阻R2接地；所述放大器U3的同相输入端连接所述均流单元，输出端接入开路电压Voc。
更优选地，在所述的光纤激光器线性恒流驱动源中，所述过流保护单元，包括：电阻R4、电阻R5和所述放大器U3；其中，所述电阻R4的一端接入电源电压Vcc，另一端连接所述放大器U3的反相输入端并通过所述电阻R5接地。
优选地，在所述的光纤激光器线性恒流驱动源中，所述高压功率器件的额定电压高于200V，所述线性恒流驱动源的输入电压高于150V。
与现有技术相比，本发明所述的光纤激光器线性恒流驱动源采用均流技术以在驱动源中形成均流单元，同时在均流单元中设置多个并联的高压功率器件，进而使得线性恒流驱动源的输入电压和负载电流增加后，均流单元可以将线性恒流驱动源的整体损耗均匀分配到各个高压功率器件中，从而降低单个功率器件的发热功率，提高器件的可靠性，极大的提高了线性恒流驱动源的带负载能力，同时提高了光纤激光器的功率密度，进而可进一步提升光纤激光器的小型化程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源的示意图；
图2为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源的电路图；
图3为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源中泵浦源负载的电路图；
图4为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源中防反接单元的电路图；
图5为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源中电流采样单元的电路图；
图6为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源中过流保护单元的电路图。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
另外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源的示意图。如图1所示，本发明提供了一种光纤激光器线性恒流驱动源，其包括：泵浦源负载1；均流单元2，包括多个并联的高压功率器件，所述均流单元2连接所述泵浦源负载1以形成线性恒流驱动源的主功率回路，并用于将所述线性恒流驱动源的整体损耗均匀分布到所述高压功率器件中。
其中，所述均流单元2设置有所述均流单元2的实际电流的监测点，通过在该监测可获取所述均流单元2中的实际电流，然后将该实际电流与所述高压功率器件的给定电流进行比较，进而对所述高压功率器件的输出电流进行控制，以使其达到预期值，进而实现将所述线性恒流驱动源的整体损耗均匀分布到所述高压功率器件中，从而降低单个功率器件的发热功率，提高器件的可靠性，极大的提高了线性恒流驱动源的带负载能力。
需要说明的是，所述均流单元2中并联的高压功率器件至少为两个及两个以上，其数量可根据实际应用进行选择，本实施例中不做具体限定。
在具体实施过程中，每个并联的高压功率器件均连接有对应的放大器，每个高压功率器件均为MOS管；其中，MOS管的栅极与对应放大器的输出端连接，源极与对应放大器的反相输入端连接，漏极与泵浦源负载1连接；每个MOS管对应放大器的同相输入端均接入参考电流Iset。
其中，MOS管作为光纤激光器线性恒流驱动源中的大功率器件，即高压功率器件，MOS管为在集成电路中绝缘性场效应管，MOS的英文全称为金属-氧化物-半导体，其描述了集成电路中的结构，具体为：在一定结构的半导体器件上，加上二氧化硅和金属以形成栅极。MOS管的Source和Drain是可以对调的，都是在P型Backgate中形成的N型区。
另外，MOS管的工作原理，以N沟道的MOS管为例，其利用VGS来控制感应电荷的电荷量，并改变由感应电荷形成的导电沟道的状况，进而达到控制漏极电流的目的。
需要说明的是，本发明中的MOS管既可以为P沟道的MOS管，也可以为N沟道的MOS管，MOS管的类型可根据实际应用进行选择，本实施例中不做具体限定。
在一具体实施例中，如图2所示，图2为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源的电路图。从图2中可以看出，所述均流单元2中并联有两个高压功率器件，MOS管Q1连接有对应放大器U1，MOS管Q2连接有对应放大器U2；其中，放大器U1的输出端与MOS管Q1的栅极连接，放大器U2的输出端与MOS管Q2的栅极连接，放大器U1的同相输入端、放大器U2的同相输入端均接入参考电流Iset，放大器U1的反相输入端、MOS管Q1的源极均通过电阻Rs1接地，放大器U2的反相输入端、MOS管Q2的源极均通过电阻Rs2接地，MOS管Q1的漏极、MOS管Q2的漏极均连接所述泵浦源负载1。
同样，当均流单元2中并联有2个以上的高压功率器件，其连接方式可参考上述图2进行连接，在此不做具体说明。
其中，两个高压功率器件中的MOS管均选用N沟道的MOS管，所述均流单元2中的实际电流的监测点位于VS1，该监测点均与两个高压功率器件中的放大器的反相输入端以及MOS管的源极连接，以对所述高压功率器件的输出电流进行控制，以使其达到预期值，进而实现将所述线性恒流驱动源的整体损耗均匀分布到所述高压功率器件中，从而降低单个功率器件的发热功率，提高器件的可靠性。
在一具体实施例中，所述泵浦源负载1为发光二极管LD；其中，所述发光二极管的正极连接输入信号电压Vin，负极连接每个所述MOS管的漏极。其中，发光二极管LD为泵浦源的负载。
在另一具体实施例中，如图3所示，图3为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源中泵浦源负载1的电路图。从图3中可以看出，发光二极管LD上设置有电阻Rc和二极管D2；其中，所述电阻Rc的一端分别连接所述二极管D2的负极、所述发光二极管LD的正极、另一端分别连接所述二极管D2的正极、所述发光二极管LD的负极。
具体的，在所述泵浦源负载1的发光二极管LD的正负极两端分别并联电阻Rc和二极管D2，使得所述泵浦源负载1具备对泵浦源残余电流进行泄放的功能，当泵浦源关断瞬间，所述泵浦源负载1中的电阻Rc和二极管D2可为泵浦管关断瞬间提供电流泄放回路，进一步提高了泵浦源的关断时间，从而提高了恒流驱动源的响应速度，提高了泵浦源工作状态的可靠性。
在一具体实施例中，所述的光纤激光器线性恒流驱动源还包括防反接单元，其中，所述防反接单元的一端通过接入输入信号电压Vin以与所述泵浦源负载1连接，另一端接地以与所述均流单元2连接。其中，所述防反接单元可以防止用户在线性恒流驱动源的输入端的正负极接反的情况下，防止恒流驱动源收到损坏，进而对恒流驱动源有较好的保护作用。
具体的，本发明实施例中所述防反接单元由具有单向导通特性的大电流开关器件组成，在输入电压反向，即用户将输入电压正负极接反的情况下，可以阻断电流的流通，保护主功率回路器件的安全性。
在另一具体实施例中，如图4所示，图4为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源中防反接单元的电路图。从图4中可以看出，所述防反接单元包括：电容C1和二极管D1；其中，所述二极管D1的正负极连接输入信号电压Vin，同时正极接地；所述电容C1并联在所述二极管D1的正负极两端。
在一具体实施例中，所述线性恒流驱动源还包括：电流采样单元和过流保护单元；其中，所述电流采样单元的一端连接开路电压Voc的输入端，另一端接地以连接所述均流单元2；所述过流保护单元的一端接入开路电压Voc，另一端接地以连接所述均流单元2。
其中，所述电流采样单元与所述均流单元2中的实际电流的监测点位于VS1相连接以对主功率回路中的电流进行采样，从而实现对所述均流单元2中的实际电流进行监控；同样的，所述过流保护单元与所述均流单元2中的实际电流的监测点位于VS1相连接，可对所述电流采样单元监测到的实际电流进行判断，以得到线性恒流驱动源的主功率回路中泵浦源的电流是否超标，进而确保泵浦源负载1的安全性。
具体的，本发明实施例中所述电流采样单元由集成运算放大器和外围电阻电容组成，能够对线性恒流驱动源的主功率的来回电流进行采样和放大，进而为线性恒流驱动源提供实时电流监控。
另外，本发明实施例中所述过流保护单元由辅助电源、比较器和外围电阻电容组成，所述过流保护单元可以通过调节参考电压，进而调节线性恒流驱动源的过流保护点，从而确保线性恒流驱动源的可靠运行。
在另一具体实施例中，如图5所示，图5为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源中电流采样单元的电路图。从图5中可以看出，所述电流采样单元包括：电阻Rs1、电阻R2、电阻R3以及放大器U3；其中，所述电阻Rs1的一端连接所述均流单元2，另一端接地；所述电阻R2的一端连接所述放大器U3的反相输入端，另一端接地；所述电阻R3的一端接入开路电压Voc，另一端通过所述电阻R2接地；所述放大器U3的同相输入端连接所述均流单元2，输出端接入开路电压Voc。
在另一具体实施例中，如图6所示，图6为本发明实施例提供的光纤激光器线性恒流驱动源中过流保护单元的电路图。从图6中可以看出，所述过流保护单元，包括：电阻R4、电阻R5和所述放大器U3；其中，所述电阻R4的一端接入电源电压Vcc，另一端连接所述放大器U3的反相输入端并通过所述电阻R5接地。
在一具体实施例中，所述高压功率器件的额定电压高于200V，所述线性恒流驱动源的输入电压高于150V。其中，当所述高压功率器件的额定电压高于200V，可保证光纤激光器线性恒流驱动源中的负载电流最大值45A以上，通过选用额定电压高于200V的高压功率器件，可极大的提高线性恒流驱动源的带负载能力，从而提高光纤激光器的功率密度，并进一步提升光纤激光器的小型化程度。
本发明实施例提供的所述的光纤激光器线性恒流驱动源通过选用额定电压高于200V高功率器件，使得线性恒流驱动源的输入电压高于150V时，可将线性恒流驱动源的整体损耗均匀分配到各个高压功率器件中，从而降低单个功率器件的发热功率，显著降低了功率器件上面的损耗，提高了器件的可靠性，极大的提高了线性恒流驱动源的带负载能力，同时提高了光纤激光器的功率密度，进而可进一步提升光纤激光器的小型化程度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种光纤激光器线性恒流驱动源，其特征在于，包括：
泵浦源负载；
均流单元，包括多个并联的高压功率器件，所述均流单元连接所述泵浦源负载以形成线性恒流驱动源的主功率回路，并用于将所述线性恒流驱动源的整体损耗均匀分布到所述高压功率器件中；每个并联的所述高压功率器件均连接有对应的放大器，每个所述高压功率器件均为MOS管；所述MOS管的栅极与所述放大器的输出端连接，源极与所述放大器的反相输入端连接，漏极与所述泵浦源负载连接；所述放大器的同相输入端接入参考电流Iset；
电流采样单元，所述电流采样单元包括：电阻Rs1、电阻R2、电阻R3以及放大器U3；所述电阻Rs1的一端连接所述均流单元，另一端接地；所述电阻R2的一端连接所述放大器U3的反相输入端，另一端接地；所述电阻R3的一端接入开路电压Voc，另一端通过所述电阻R2接地；所述放大器U3的同相输入端连接所述均流单元，输出端接入开路电压Voc；所述放大器U3在所述电流采样单元中作为集成运算放大器以实现对所述线性恒流驱动源进行实时电流监控；
过流保护单元；所述过流保护单元包括：电阻R4、电阻R5和所述放大器U3；所述电阻R4的一端接入电源电压Vcc，另一端连接所述放大器U3的反相输入端并通过所述电阻R5接地；所述放大器U3在所述过流保护单元中作为比较器以实现过流保护。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器线性恒流驱动源，其特征在于，所述泵浦源负载为发光二极管LD；
其中，所述发光二极管LD的正极连接输入信号电压Vin，负极连接每个所述MOS管的漏极。
3.根据权利要求2所述的光纤激光器线性恒流驱动源，其特征在于，所述发光二极管LD上设置有电阻Rc和二极管D2；
其中，所述电阻Rc的一端分别连接所述二极管D2的负极、所述发光二极管LD的正极、另一端分别连接所述二极管D2的正极、所述发光二极管LD的负极。
4.根据权利要求1所述的光纤激光器线性恒流驱动源，其特征在于，所述线性恒流驱动源，还包括：防反接单元；
其中，所述防反接单元的一端通过接入输入信号电压Vin以与所述泵浦源负载连接，另一端接地以与所述均流单元连接。
5.根据权利要求4所述的光纤激光器线性恒流驱动源，其特征在于，所述防反接单元，包括：电容C1和二极管D1；
其中，所述二极管D1的负极连接输入信号电压Vin，正极接地；所述电容C1并联在所述二极管D1的正负极两端。
6.根据权利要求1所述的光纤激光器线性恒流驱动源，其特征在于，所述高压功率器件的额定电压高于200V，所述线性恒流驱动源的输入电压高于150V。
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