CN116231429A - 一种高速激光编码驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速激光编码驱动电路，包括信号反相调制电路和恒流驱动电路，所述信号反相调制电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接，所述恒流驱动电路包括压控开关支路和激光器直驱支路，所述压控开关支路的控制端为恒流驱动电路的控制端，所述压控开关支路的输入输出端分别与激光器直驱支路的输入输出端一一对应连接，所述激光器直驱支路的输入端用于连接电源VCC1且其输出端用于接地，本电路能够驱动高频和大电流的激光器。
Description
技术领域
本发明涉及激光电子技术领域，尤其涉及到一种激光器的驱动电路。
背景技术
目前激光驱动电路主要由运放与晶体管搭建恒流源来完成驱动，给运放同相输入端输入脉冲信号就可以实现脉冲激光发射，驱动电路给出的信号越接近矩形波则发射的脉冲激光越好。当激光脉要求达到微秒甚至纳秒时，对整个驱动电路的要求会很高。原始的恒流驱动电路受限于运放本身带宽增益和负载能力，以及晶体管本身的频率和通道电流，很难高频驱动需要一定电流的激光器。
图1所示目前激光驱动电路，脉冲信号进入运放U1同相输入端，运放U1输出端通过电阻R1与晶体管Q1的基极或者栅极连接，再由发射极或源极通过电阻R3与运放U1反相输入端连接构成反馈。利用运放输入端电位相同使用R2对该点电位采样，形成激光器所需驱动电流。随着脉冲信号频率提高，运放输出信号受限于运放本身增益带宽参数，信号与矩形波相距甚远，致使无法驱动激光器正常工作。后级的晶体管以双极型晶体管为例，根据Hfe参数以及R1电阻可知最终驱动电流与运放输出电流成正相关，当所需驱动电流超出运放输出能力时，电路无法正常工作。晶体管本身也有着特征频率和寄生输入电容以及电流上限，当所需频率或驱动电流超出时电路无法输出足够质量的驱动信号从而激光器致使不能正常工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:传统激光驱动电路受限于运放本身带宽增益和负载能力，以及晶体管本身的频率和通道电流，很难高频驱动需要一定电流的激光器。
为了解决上述问题，本发明提供了一种高速激光编码驱动电路，包括信号反相调制电路和恒流驱动电路，所述信号反相调制电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接，所述恒流驱动电路包括压控开关支路和激光器直驱支路，所述压控开关支路的控制端为恒流驱动电路的控制端，所述压控开关支路的输入输出端分别与激光器直驱支路的输入输出端一一对应连接，所述激光器直驱支路的输入端用于连接电源VCC1且其输出端用于接地。信号反相调制电路不采用功放，输出的是控制电压，控制信号不易变形且可调范围宽，激光器直驱支路可为激光器直接供电，激光器连接在激光器直驱支路中，当压控开关支路导通时，通过并联的方式，对激光器直驱支路两端的电压进行降压，甚至降压至零，让激光器无法驱动工作，从而达到激光编码驱动的作用，由于激光器所需功率是由电源直接供应的，工作时大电流不经过压控开关支路，受压控开关的影响较小，能够驱动高频和大电流的激光器。
进一步的，在所述恒流驱动电路中，所述压控开关支路和激光器直驱支路内部均串联限流电阻。限流电阻对各支路进行限流保护，以免烧坏器件。
进一步的，在所述恒流驱动电路中，所述压控开关支路和激光器直驱支路的输入端共同串联一个限流电阻R8后用于接电源VCC1。一方面，节省限流电阻，节省成本，一方面可以对激光器直驱支路两端的电压进行降压至零，更好的关断激光器直驱支路，无法驱动激光器。
进一步的，所述信号反相调制电路包括N沟道绝缘栅型场效应管Q8和电阻R11，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q8的栅极用于输入MCU的控制信号，所述电阻R11一端用于连接电源VCC2，所述电阻R11另一端与N沟道绝缘栅型场效应管Q8的漏极连接，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q8的漏极作为信号反相调制电路的输出端，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q8的源极接地。
进一步的，在所述恒流驱动电路中，所述压控开关支路包括N沟道绝缘栅型场效应管Q7和电阻R9，所述激光器直驱支路包括结型场效应管Q6，所述限流电阻R8的一端用于连接电源VCC1，所述电阻R8的另一端与N沟道绝缘栅型场效应管Q7的漏极连接，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的栅极与电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端与N沟道绝缘栅型场效应管Q7的源极连接，所述结型场效应管Q6的栅极与结型场效应管Q6源极相连，所述结型场效应管Q6源极与N沟道绝缘栅型场效应管Q7的源极连接，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的源极接地，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的栅极作为恒流驱动电路的控制端，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的漏极和结型场效应管Q6漏极用于连接激光器。
进一步的，还包括信号加速电路，所述信号反相调制电路的输出端与信号加速电路的输入端连接，所述信号加速电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接。对信号进行过滤，保证信号的加速输入至恒流驱动电路中。
进一步的，所述信号加速电路包括电容C2和电阻R10，所述电容C2与电阻R10并联，所述电阻R10的一端作为信号加速电路的输入端与所述信号反相调制电路的输出端连接，所述电阻R10的另一端作为信号加速电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接。
本发明的有益效果是:信号反相调制电路不采用功放，输出的是控制电压，控制信号不易变形且可调范围宽，激光器直驱支路可为激光器直接供电，当压控开关支路导通时，通过并联的方式，对激光器直驱支路两端的电压进行降压，甚至降压至零，让激光器无法驱动工作，本电路能够驱动高频和大电流的激光器。
附图说明
图1为传统激光器驱动电路的电路图；
图2为本发明的一种高速激光编码驱动电路的电路图。
以上附图用于解释和说明本发明的具体实施方案。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的方案进行具体说明，需要说明的是，在实施例中的“连接”均为电连接或者电路连接，而为了实现特定的某一个功能而组成的电路，一般称为功能电路单元，这些功能电路单元一般都是常用的电路模块，本发明中的功能电路单元采用常规的电路模块即可实现其功能，如对功能模块内部进行了改进，本发明中，所提到的支路为分支电路，本发明也会做出具体详细的描述。
为了解决传统激光驱动电路受限于运放本身带宽增益和负载能力，以及晶体管本身的频率和通道电流，很难高频驱动需要一定电流的激光器。
本发明提供了一种高速激光编码驱动电路，包括信号反相调制电路和恒流驱动电路，所述信号反相调制电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接，所述恒流驱动电路包括压控开关支路和激光器直驱支路，所述压控开关支路的控制端为恒流驱动电路的控制端，所述压控开关支路的输入输出端分别与激光器直驱支路的输入输出端一一对应连接，所述激光器直驱支路的输入端用于连接电源VCC1且其输出端用于接地，激光器连接在激光器直驱支路中。
当MCU的控制信号为低电平时，信号反相调制电路将低平控制信号转换为高平控制信号，输入至压控开关支路中，这时，压控开关支路导通，对激光器直驱支路进行降压，通过激光器直驱电路的电流变小，达不到激光器所需的驱动电流，激光器关闭，当MCU的控制信号为高电平时，信号反相调制电路将高平控制信号转换为低平控制信号，输入至压控开关支路中，这时，压控开关支路断开，电源直接给激光器直驱支路供电，通过激光器直驱电路的电流变大，达到激光器所需的驱动电流，激光器工作。
本发明中，信号反相调制电路不采用功放，输出的是控制电压，控制信号不易变形且可调范围宽，这样就克服了传统激光驱动电路受限于功放本身宽带增益和负债能力的限制。由于激光器所需功率是由电源直接供应的，工作时大电流不经过压控开关支路，同时压控开关的开关频率高和通道电流更大，因此电路受压控开关的影响较小，能够驱动高频和大电流的激光器。
为了限流电阻对各支路进行限流保护，以免烧坏器件，一种具体方案为：在所述恒流驱动电路中，所述压控开关支路和激光器直驱支路内部均串联限流电阻，通过串联限流电阻可保护器件，如果限流电阻选择不合理，也会导致无法调节激光器直驱电路的驱动功率，从而影响激光器的关断和工作。
为此，本发明更优的具体实施方式是，在所述恒流驱动电路中，所述压控开关支路和激光器直驱支路的输入端共同串联一个限流电阻R8后用于接电源VCC1。此方案一方面，共用限流电阻，节省成本，另一方面可以对激光器直驱支路两端的电压进行降压至零，更好的关断激光器直驱支路，无法驱动激光器。
具体的，所述信号反相调制电路包括N沟道绝缘栅型场效应管Q8和电阻R11，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q8的栅极用于输入MCU的控制信号，所述电阻R11一端用于连接电源VCC2，所述电阻R11另一端与N沟道绝缘栅型场效应管Q8的漏极连接，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q8的漏极作为信号反相调制电路的输出端，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q8的源极接地。MCU的控制信号为低电平，那么N沟道绝缘栅型场效应管Q8关断，输入至恒流驱动电路中的控制电压为高电平控制信号，反之，MCU的控制信号为高电平，那么N沟道绝缘栅型场效应管Q8导通，输入至恒流驱动电路中的控制电压为低电平控制信号。
具体的，在所述恒流驱动电路中，所述压控开关支路包括N沟道绝缘栅型场效应管Q7和电阻R9，所述激光器直驱支路包括结型场效应管Q6，所述限流电阻R8的一端用于连接电源VCC1，所述电阻R8的另一端与N沟道绝缘栅型场效应管Q7的漏极连接，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的栅极与电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端与N沟道绝缘栅型场效应管Q7的源极连接，所述结型场效应管Q6的栅极与结型场效应管Q6源极相连，所述结型场效应管Q6源极与N沟道绝缘栅型场效应管Q7的源极连接，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的源极接地，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的栅极作为恒流驱动电路的控制端，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的漏极连接激光器正极，结型场效应管Q6漏极激光器连接激光器的负极。当N沟道绝缘栅型场效应管Q7断开时，电源VCC1通过限流电阻R8给激光器供电，结型场效应管Q6为耗尽型场效应管，当栅极与源极之间电压为零时，其漏极和源极之间的沟道就形成了，所以只需在漏极和源极加上电压,就有电流流通，结型场效应管Q6工作在恒流区，可限制激光器正向电流，根据选择不同规格的耗尽型场效应管，可限制不同的激光器正向电流，反之，N沟道绝缘栅型场效应管Q7关闭时，激光驱动支路中的电压瞬间降低为零，激光器无法工作。由于激光器所需功率是由电源直接供应的，工作时大电流不经过N沟道绝缘栅型场效应管Q7，同时N沟道绝缘栅型场效应管Q7的开关频率高和通道电流更大，因此本发明激光驱动电路受N沟道绝缘栅型场效应管Q7的影响较小，能够驱动高频和大电流的激光器。
在上述实施例的基础上，本发明还包括信号加速电路，所述信号反相调制电路的输出端与信号加速电路的输入端连接，所述信号加速电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接。对信号进行过滤，保证信号的加速输入至恒流驱动电路中。
具体的，所述信号加速电路包括电容C2和电阻R10，所述电容C2与电阻R10并联，所述电阻R10的一端作为信号加速电路的输入端与所述信号反相调制电路的输出端连接，所述电阻R10的另一端作为信号加速电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接。所述电阻R10、电阻R9和电阻R11也组成了一个调压电路，可对控制信号的大小进行调节。
相对于传统激光驱动电路，本发明的有益效果是；信号反相调制电路不采用功放，输出的是控制电压，控制信号不易变形且可调范围宽，这样就克服了传统激光驱动电路受限于功放本身宽带增益和负债能力的限制。由于激光器所需功率是由电源直接供应的，工作时大电流不经过压控开关支路，同时压控开关的开关频率高和通道电流更大，因此电路受压控开关的影响较小，能够驱动高频和大电流的激光器。
以上对发明所提供的一种高速激光编码驱动电路进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。
Claims (7)
1.一种高速激光编码驱动电路，其特征在于，包括信号反相调制电路和恒流驱动电路，所述信号反相调制电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接，所述恒流驱动电路包括压控开关支路和激光器直驱支路，所述压控开关支路的控制端为恒流驱动电路的控制端，所述压控开关支路的输入输出端分别与激光器直驱支路的输入输出端一一对应连接，所述激光器直驱支路的输入端用于连接电源VCC1且其输出端用于接地。
2.如权利要求1所述的一种高速激光编码驱动电路，其特征在于，在所述恒流驱动电路中，所述压控开关支路和激光器直驱支路内部均串联限流电阻。
3.如权利要求1所述的一种高速激光编码驱动电路，其特征在于，在所述恒流驱动电路中，所述压控开关支路和激光器直驱支路的输入端共同串联一个限流电阻R8后用于接电源VCC1。
4.如权利要求3所述的一种高速激光编码驱动电路，其特征在于，所述信号反相调制电路包括N沟道绝缘栅型场效应管Q8和电阻R11，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q8的栅极用于输入MCU的控制信号，所述电阻R11一端用于连接电源VCC2，所述电阻R11另一端与N沟道绝缘栅型场效应管Q8的漏极连接，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q8的漏极作为信号反相调制电路的输出端，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q8的源极接地。
5.如权利要求3所述的一种高速激光编码驱动电路，其特征在于，在所述恒流驱动电路中，所述压控开关支路包括N沟道绝缘栅型场效应管Q7和电阻R9，所述激光器直驱支路包括结型场效应管Q6，所述限流电阻R8的一端用于连接电源VCC1，所述电阻R8的另一端与N沟道绝缘栅型场效应管Q7的漏极连接，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的栅极与电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端与N沟道绝缘栅型场效应管Q7的源极连接，所述结型场效应管Q6的栅极与结型场效应管Q6源极相连，所述结型场效应管Q6源极与N沟道绝缘栅型场效应管Q7的源极连接，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的源极接地，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的栅极作为恒流驱动电路的控制端，所述N沟道绝缘栅型场效应管Q7的漏极和结型场效应管Q6漏极用于连接激光器。
6.如权利要求1-5任意一项所述的一种高速激光编码驱动电路，其特征在于，还包括信号加速电路，所述信号反相调制电路的输出端与信号加速电路的输入端连接，所述信号加速电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接。
7.如权利要求6所述的一种高速激光编码驱动电路，其特征在于，所述信号加速电路包括电容C2和电阻R10，所述电容C2与电阻R10并联，所述电阻R10的一端作为信号加速电路的输入端与所述信号反相调制电路的输出端连接，所述电阻R10的另一端作为信号加速电路的输出端与恒流驱动电路的控制端连接。
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