CN117374725B - 一种突发模式的激光器驱动控制电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种突发模式的激光器驱动控制电路和方法，包括：电流源，用于输出恒定的电流；信号发生单元，用于向突发调制单元输出高电平或者低电平，以及调整高电平、低电平的占空比；突发调制单元，用于当信号发生单元输出高电平时，将电流源输出的电流输送至激光器，当信号发生单元输出低电平时，将电流源输出的电流输送至均衡负载；均衡负载，用于当激光器处于开路状态时，接受电流源输出的电流；突发调制单元输出低电平时，激光器处于开路状态。本发明在恒流源驱动电路下，也能满足突发模式的负载工作形式。
Description
技术领域
本发明涉及驱动电路技术领域，特别涉及一种突发模式的激光器驱动控制电路和方法。
背景技术
特殊激光器用于大功率特殊用途，需要大电流、高频率、脉宽可调的突发模式驱动方式，以评估特殊激光器的耐冲击性。常规激光器以恒流源驱动电路控制，但恒流源驱动电路不允许负载（即特殊激光器，或简称激光器）开路，因为如果负载开路，则恒流源驱动电路需要提高输出电压来匹配负载的增大，以达到恒流目的，但是特殊激光器的工作模式为突发模式，即PWM脉宽是动态调整的，使得特殊激光器工作在“有”或“没有”的情况下，所以传统的恒流源驱动电路无法满足突发模式的负载工作形式。
发明内容
本发明的目的在于在恒流源驱动电路下，也能满足突发模式的负载工作形式，提供一种突发模式的激光器驱动控制电路和方法。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
一种突发模式的激光器驱动控制电路，与激光器连接，包括：
电流源，用于输出恒定的电流；
信号发生单元，所述信号发生单元的输出端与突发调制单元的输入端连接，用于向突发调制单元输出高电平或者低电平，以及调整高电平、低电平的占空比；
突发调制单元，所述突发调制单元的输入端与电流源的输出端连接，突发调制单元的输出端分别与激光器、均衡负载连接，用于当信号发生单元输出高电平时，将电流源输出的电流输送至激光器，当信号发生单元输出低电平时，将电流源输出的电流输送至均衡负载；
均衡负载，用于当激光器处于开路状态时，接受电流源输出的电流；所述突发调制单元输出低电平时，激光器处于开路状态。
在上述方案中，依然使用恒流源驱动电路，但在电路中加入的均衡负载，当激光器处于开路时，电流源输出的电流会输送至均衡负载，保持激光器在电流注入时，电流源的负载也不为空载，避免电路和激光器产生过冲损伤。
还包括控制单元，所述控制单元的输出端与电流源的输入端连接，用于调整电流源输出的电流的幅度。
在上述方案中，通过控制单元调整电流源输出的电流的幅度，比如可控制电流源恒定输出500mA、200mA或100mA等不同幅度的电流，以适应不同功率的激光器。
还包括控制单元，所述控制单元的输出端与信号发生单元的输入端连接，用于控制信号发生单元输出高电平、低电平的频率，以及调整信号发生单元输出高电平、低电平的占空比。
在上述方案中，通过控制单元调整PWM脉冲信号的频率、占空比，以适应多种类的激光器突发模式驱动控制。
还包括控制单元，所述控制单元的输出端与均衡负载的输入端连接，用于调整负载均衡的功率与激光器的功率匹配。
在上述方案中，可适用于多种类型的激光器突发模式驱动控制，比如更换另一功率的激光器时，可通过控制单元调整均衡负载的功率，使得均衡负载的功率与该激光器的功率匹配，保证电流源能持续输出一个恒定值的电流。
还包括采样单元，所述采样单元包括第一采样单元，所述第一采样单元的输入端连接于突发调制单元与激光器之间，第一采样单元的输出端与控制单元的输入端连接，用于当突发调制单元向激光器输送电流时，采集电流并反馈至控制单元。
在上述方案中，通过第一采样单元实时检测反馈激光器的工作电流，当激光器的工作电流因温度等其他因素发生变化时，电路会自动调整保持电流稳定。
还包括采样单元，所述采样单元包括第二采样单元，所述第二采样单元的输入端连接于突发调制单元与均衡负载之间，第二采样单元的输出端与控制单元的输入端连接，用于当突发调制单元向均衡负载输送电流时，采集电流并反馈至控制单元。
在上述方案中，通过第二采样单元实时检测反馈均衡负载回路的工作电流，当回路的工作电流因温度等其他因素发生变化时，电路会自动调整保持电流稳定。
一种突发模式的激光器驱动控制方法，包括以下步骤：
信号发生单元向突发调制单元输出高电平或低电平，并调整高电平、低电平的占空比；
电流源向突发调制单元输出恒定的电流，当信号发生单元向突发调制单元输出高电平时，突发调制单元向激光器输送电流；当信号发生单元向突发调制单元输出低电平时，突发调制单元向均衡负载输送电流。
所述信号发生单元向突发调制单元输出高电平或低电平，并调整高电平、低电平的占空比的步骤，包括：
控制单元调整信号发生单元输出高电平、低电平的频率f；
控制单元调整信号发生单元输出高电平、低电平的占空比η=T1/(T1+T0)，其中T1为信号发生单元输出高电平的时长，T0为信号发生单元输出低电平的时长。
所述电流源向突发调制单元输出恒定的电流的步骤之前，还包括步骤：控制单元调整电流源输出恒定的电流的幅度。
所述当信号发生单元向突发调制单元输出低电平时，突发调制单元向均衡负载输送电流的步骤，包括：控制单元通过第二采集单元获取突发调制单元向负载均衡输送的电流，并调整负载均衡的功率与激光器的功率匹配。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
（1）本发明在突发调制单元的输出端加入了均衡负载，电流源始终输出恒流源，连接的激光器也是特殊激光器，当激光器处于开路时，电流源输出的电流会输送至均衡负载，保持激光器在电流注入时，电流源的负载也不为空载，避免电路和激光器产生过冲损伤。
（2）本发明使用采样单元将采集的电流反馈给控制单元，将采集的电流反馈至控制单元，由控制单元调整电流源输出的电流参数（电流幅度），实现注入到激光器的信号完整，无过冲等不良现象。
（3）本发明通过控制单元调整电流源输出的电流幅度，实现负载电流可调整。
（4）本发明通过控制单元调整信号发生单元产生PWM信号的频率和占空比，电流源幅度可调，可适用于多种类的激光器突发模式驱动控制。
（5）本发明通过响应速度高于20ns的突发调制单元切换电流源输出的恒流源至激光器或均衡负载，高低电平转换时的耗时可忽略不计，电流源始终保持有载的状态，实现电流源负载的边续性，避免出现空载现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明电路模块框图；
图2为本发明实施例2电流源受控制单元的控制所输出的电流示意图；
图3为本发明实施例2信号发生单元产生占空比可调的PWM信号示意图；
图4为本发明实施例2激光器的电流示意图；
图5为本发明实施例2均衡负载的电流示意图；
图6为本发明实施例2电流源输出的电流示意图；
图7为本发明电路原理图；
图8为本发明实施例3未加入均衡负载时各参数的波形图；
图9为本发明实施例3加入均衡负载时各参数的波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。另外，术语“相连”、“连接”等可以是元件之间直接相连，也可以是经由其他元件的间接相连。
实施例1：
本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，一种突发模式的激光器驱动控制电路，与激光器连接，所述电路包括电流源、信号发生单元、突发调制单元、均衡负载，所述电流源的输出端、信号发生单元的输出端分别与突发调制单元的输入端连接，所述突发调制单元的输出端分别与激光器、均衡负载连接。
其中，所述电流源向突发调制单元输出恒定的电源，如500mA的电流。所述信号发生单元向突发调制单元输出高电平“1”或低电平“0”，当信号发生单元输出高电平“1”时，突发调制单元接通与激光器的连接，断开与均衡负载的连接，并将500mA的电流输送至激光器，此时相当于激光器闭路；当信号发生单元向突发调制单元输出低电平“0”时，突发调制单元断开与激光器的连接，接通与均衡负载的连接，并将500mA的电流输送至均衡负载，此时相当于激光器开路。
可见，本方案依然在恒流源驱动电路的情况下，通过信号发生单元输出的电平控制突发调制单元与激光器接通或断开，实现激光器闭路或开路，加入均衡负载后，即便激光器开路时，电流源也依然持续输出500mA的电流，不会导致电流源出现空载的情况，使得电路能够满足突发模式的激光器工作形式。
更加完善的，请参见图1，所述电路还包括控制单元，所述控制单元的输出端分别与电流源的输入端、信号发生单元的输入端、均衡负载的输入端连接。
控制单元与电流源连接，用于调整电流源输出的恒定电流的幅度，比如控制电流源输出500mA的电流，或者200mA、300mA等，激光器或均衡负载的工作电流也为电流源所输出的电流值，因此电流源输出的电流大小是可调的，只不过在每次调整后是恒定输出的。
控制单元与信号发生单元连接，用于控制信号发生单元输出高电平、低电平的频率f，比如控制信号发生单元产生频率为50MHz的高电平“1”或低电平“0”；并且控制单元通过IIC通信方式调整信号发生单元输出高电平、低电平的占空比η=T1/(T1+T0)，其中T1为信号发生单元输出高电平“1”的时长，T0为信号发生单元输出低电平“0”的时长。
控制单元与均衡负载连接，用于调整负载均衡的功率与激光器的功率匹配。
更加完善的，所述电路还包括采样单元，采样单元包括第一采样单元、第二采样单元。第一采样单元的输入端连接于突发调制单元与激光器之间，第一采样单元的输出端与控制单元的输入端连接，用于当突发调制单元向激光器输送电流时，采集电流并反馈至控制单元。第二采样单元的输入端连接于突发调制单元与均衡负载之间，第二采样单元的输出端与控制单元的输入端连接，用于当突发调制单元向均衡负载输送电流时，采集电流并反馈至控制单元。
本方案在突发调制单元的输出端加入了均衡负载，电流源始终输出恒定的电流，如500mA，连接的激光器也是特殊激光器，当激光器处于开路时，电流源输出的电流会输送至均衡负载，保持激光器在电流注入时，电流源的负载也不为空载。如果没有所述均衡负载，激光器会是“有载”或“空载”两种状态，但电流源是不允许空载的，否则驱动电路产生的PWM信号将产生严重的过冲现象，对整个电路和激光器都会产生比较严重的过冲损伤。
所述采样单元（第一采样单元或第二采样单元）采用峰值保持采样方式将采集的电流反馈给控制单元，由控制单元调整电流源输出的电流参数（电流幅度），实现注入到激光器的信号完整，无过冲等不良现象。
当所述第二采样单元采集到的电流偏小时，减小均衡负载值，从而提升均衡负载电流；当采集到的电流偏大时，增大均衡负载值，从而降低均衡负载电流。为避免调整过程中出现“过调整”和“欠调整”以及“振铃”现象，此处调整需要控制单元利用PID算法来平衡响应度和稳定度的参数，以达到快速稳定控制的目的。
基于上述单元，本方案提出一种具体的电路原理图，请参见图7：
1.信号发生单元
所述信号发生单元为FPGA，包括时钟信号、锁相环倍频电路（PD、LPF、VCO、DIV），其中，PD为鉴相器，LPF为低通滤波器，VCO为压控振荡器，DIV为分频器，均由FPGA内部程序完成配置。所述信号发生单元产生50MHz的方波信号（即PWM脉冲信号），占空比调整范围为5%～50%，通过IIC通信总线与控制单元进行通行，接受控制单元的设置指令，输出需要的PWM脉冲信号到突发调制单元。
2.电流源
所述电流源包括运算放大器U1、运算放大器U4、电阻R2、电阻R3、可变电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电容C2、电容C3、电容C7、电容C8、电容C10、三极管Q1。
所述运算放大器U1的正相输入端分别与电阻R2的第一端、可变电阻R4的第一端连接，电阻R2的第二端接地，可变电阻R4的第二端与电阻R3的第一端连接，外部电源VCC分别与电阻R3的第二端、电阻R5的第一端连接；运算放大器U1的反相输入端分别与电容C2的第一端、电阻R6的第一端、电阻R7的第一端连接，电容C2的第二端、电阻R7的第二端、电阻R5的第二端分别与三极管Q1的发射极连接；运算放大器U1的输出端、电阻R6的第二端分别与控制单元的I_ADC引脚连接。
所述运算放大器U4的正相输入端分别与电阻R12的第一端、电容C7的第一端连接，电阻R12的第二端与控制单元的I_DAC引脚连接，电容C7的第二端接地；运算放大器U4的反相输入端分别与电阻R10的第一端、电容C10的第一端连接，电阻R10的第二端与电阻R7的第二端连接；运算放大器U4的输出端分别与电容C10的第二端、电阻R13的第一端连接，电阻R13的第二端与三极管Q1的基极连接。三极管Q1的集电极与突发调制单元的输入端连接。
所述电流源中的运算放大器U1等组成电流采集电路，运算放大器U4、三极管Q1等组成恒定电流输出电路。
电流采集的工作原理为：
假定通过电阻R5的电流为I，电阻R5两端的电位为V2、V1，则有I=(V2-V1)/R5，已知R5，只要测出V2、V1即可计算得到电流I。设运算放大器U1的正相输入端电压为Vp，反相输入端电压为Vn，输出端电压为Vo，且有R3+R4=R2，R7=R6，则(V2-Vp)/(R3+R4)=Vp/R2，得出Vp=(1/2)*V2；同理，(V1-Vn)/R7=(Vn-Vo)/R6，得出Vn=(1/2)*(V1+Vo)。由于运算放大器U1的“虚短”原理，会自动调整其正相输入端和反相输入端的电压相等，Vp=Vn，则(1/2)*V2=(1/2)*(V1+Vo)，得出Vo=V2-V1，即为电阻R5两端的压降。控制单元通过I_ADC引脚采集到Vo后，根据I=(V2-V1)/R5则可以获得流过电阻R5的电流I，即电流源输出的电流。其中，电阻R4为可调电阻，用于补偿调整Vp、Vn的失调电压，提高电路的采集准确度。
电流源工作原理：
假定流过三极管Q1的集电极电流为Ic，流过基极电流为Ib，流过发射极的电流为Ie，三极管Q1的发射极电压为Ve，基极电压为Vb，运算放大器U4的正相输入端电压为V4，反相输入端电压为V5，输出端电压为V3。三极管Q1正常工作在放大区，即发射极和基极正向偏置，集电极和基极反向偏置。三极管Q1工作在放大区时，其工作电流有以下关系，Ie=Ib+Ic，由于Ib相对于Ie、Ic来说非常小，所以Ie约等于Ic，有Ie=Ic=βIb，β为三极管Q1的固有放大系数，因此，通过调整Ib的值即可调整Ic的值。电阻R5两端的压降为V21，三极管Q1的发射极和基极的电压为Veb，有Ib=(VCC-V21-Veb-V3)/R13，又因Veb为三极管Q1的发射极和基极偏置电压，工作在放大区时固定，如Veb=0.7V，因此Ib=(VCC-V21-0.7-V3)/R13，当V3和V21变化时，就会改变Ib的值，从而改变Ic的值。
输出电流设置原理：
控制单元通过I_DAC引脚输出模拟电压值到运算放大器U4的正相输入端，即V4，由于运算放大器U4的“虚短”原理，会自动调整其正相输入端和反相输入端的电压相等，V5=V4，电流I通过电阻R10到运算放大器U4的反相输入端，V1=V5，因I=(V2-V1)/R5，即I=(V2-V5)/R5=(V2-V4)/R5，因此通过设置I_DAC引脚输出的电压V4即可调整电流源的设置电流I，I_DAC输出的电压值大，则电流I小，反之亦然。
电流恒定原理：
已知三极管Q1工作在放大区，当I_DAC设置后，Ic输出电流通过突发调制单元提供给负载端（激光器或均衡负载），当负载端因一些因素发生变化而导致Ic减小时，此时电阻R5两端的压降V21减小（V21=Ic*R5），V1增大（V1=VCC-V21），V5增大，由于运算放大器U4的正相输入端V4不变，反相输入端V5增大，因此输出端V3减小，由于Ib=(VCC-V21-0.7-V3)/R13，当V21减小、V3减小，使得Ib增大，Ic同样增大；同理，当负载端因一些因素发生变化而导致Ic增大时，此时电阻R5两端的压降V21增大（V21=Ic*R5），V1减小（V1=VCC-V21），V5减小，V3增大，由于Ib=(VCC-V21-0.7-V3)/R13，当V21增大、V3增大，使得Ib减小，Ic同样减小。可见，电流恒定输出的原理是利用三极管Q1工作在放大区的特性，等同于一个线性可变电阻，利用运算放大器U4的反馈，实时调整Ib的大小，从而实现保持回路的电流稳定。
电流采集电路用于监控I_DAC设置后，回路中实际工作的电流数值由控制单元判定是否异常，如果异常则停止退出，以避免损失后级激光器。
3.突发调制单元
所述突发调制单元包括模拟开关器U2、电容C1、保护器F1，电容C1的第一端与信号发生单元的输出端连接，电容C1的第二端与模拟开关器U2的IN引脚（第6脚）连接，保护器F1的第一端与三极管Q1的集电极连接，保护器F1的第二端与模拟开关器U2的COM引脚（第4脚）连接，模拟开关器U2的NO引脚（第1脚）与激光器连接，模拟开关器U2的NC引脚（第3脚）与均衡负载连接。其中，C1为PWM信号耦合电容，F1为回路电流过载保护器，当电路异常过流时，F1断开，切断电流回路，起到保护作用。
模拟开关器U2为高速模拟开关，第6脚为PWM脉冲信号输入端，第4脚为公共端，第1脚和第3脚为开关切换端。当第6脚为高电平“1”时，第4脚和第1脚接通，此时电流注入激光器；当第6脚为低电平“0”时，第4脚和第3脚接通，此时电流注入均衡负载。因此，注入到激光器的电流时间为PWM脉冲信号高电平“1”的持续时间，注入到均衡负载的电流时间为PWM脉冲信号低电平“0”的持续时间。可以改变PWM脉冲信号的占空比η，即可实现激光器的突发模式驱动供电。
4.均衡负载、第二采样单元
所述均衡负载和第二采样单元包括运算放大器U3、三极管Q2、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C4、电容C5、电容C6、电容C9、电容C11。控制单元的R_DAC引脚与电阻R8的第一端连接，电阻R8的第二端分别电阻R9的第一端、电容C6的第一端连接，电阻R9的第二端分别与电容C4的第一端、运算放大器U3的正相输入端连接，电容C4的第二端接地；运算放大器U3的反相输入端分别与电阻R14的第一端、电容C9的第一端连接，运算放大器U3的输出端分别与电阻R11的第一端、电容C9的第二端连接，电阻R14的第二端分别与电容C6的第二端、电阻R15的第一端连接，电阻R15的第二端分别与电容C11的第一端、控制单元的R_ADC引脚连接，电容C11的第二端接地；电阻R11的第二端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与模拟开关器U2的第3脚连接，三极管Q2的发射极分别与电阻R15的第一端、电阻R16的第一端连接，电阻R16的第二端接地。其中，运算放大器U3、三极管Q2、电阻R16等组成均衡负载，电阻R15、电容C11组成第二采样单元。
均衡负载原理：
电阻R16和三极管Q2构成均衡负载，调整三极管Q2的等效电阻，使得三极管Q2和电阻R16所消耗的功率等同于激光器所消耗的功率，所述电流源的负载端在模拟开关器U2切换时所接入的负载相等，以消除异常过冲电流的产生。假定流过均衡负载的电流为Ir，三极管Q2的集电极电压为V6，发射极电压为V7，基极电流为Ib，运算放大器U3的正相输入端电压为V8，反相输入端电压为V9，输出端电压为V10，三极管Q2的基极与发射极电压为Vbe，三极管Q2工作在放大区有Ir=βIb，则Ir=V7/R16。
均衡负载电流设置原理：
如果负载端需要500mA工作电流时，可计算出V7=0.5*R16，如果电阻R16取5Ω，则此时V7=2.5V。控制单元通过R_DAC引脚输出2.5V电压通过电阻R8、电阻R9、电容C4到运算放大器U3的正相输入端，此时V8=2.5V，由于运算放大器U3的“虚短”原理，会自动调整其正相输入端和反相输入端的电压相等，V8=V9=2.5V。通过调整R_DAC引脚输出的电压，可实现电阻R16两端的电压变化，即可实现均衡负载的电流Ir变化。以上条件需要三极管Q2工作在放大区时才能满足，因此根据不同的负载能力范围，需要选择合适的三极管Q2和电阻R16数值。
均衡负载电流恒定原理：
当R_DAC引脚设置一定电压值后，均衡负载的电流为Ir=V7/R16，如果回路电流因温度等其他因素发生变化，如Ir减小时，则V7减小，V9减小，V10增大，Ib=(V10-Vbe-V7)/R11，Vbe不变，V10增大，V7减小，所以Ib增大，Ir增大；同理，当Ir增大时，则V7增大，V9增大，V10减小，Ib减小，Ir减小。所以，当电流Ir经R_DAC设置后，回路通过运算放大器U3、三极管Q2自动反馈调整，实现保持电流Ir为恒定值。
电阻R15、电容C11构成低通采样电路（即第二采样单元），由控制单元的R_ADC引脚采样检测，因为电阻R16两端的电流实际上是PWM脉冲形式，高电平“1”时间极短，无法精准采样峰值电压，利用RC积分电路原理，采样一段时间内RC的累积直流电压，用于比较激光器回路的电流值。
5.激光器、第一采样单元
所述激光器和第一采样单元包括电阻R1、光器件D1、运算放大器U5、电阻R17、电阻R18、电阻R19、可调电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C14、电容C12。电阻R1的第一端与模拟开关器U2的第1引脚连接，电阻R1的第二端与光器件D1的阳极连接，光器件D1的阴极接地；电阻R18的第一端与电阻R1的第一端连接，电阻R18的第二端与可调电阻R20的第一端连接，可调电阻R20的第二端分别与电阻R17的第一端、运算放大器U5的正相输入端连接，电阻R17的第二端接地；电阻R22的第一端分别与电阻R1的第二端、电容C13的第一端连接，运算放大器U5的反相输入端分别与电容C13的第二端、电阻R22的第二端、电阻R21的第一端连接；运算放大器U5的输出端分别与电阻R21的第二端、电阻R19的第一端连接，电阻R19的第二端分别与电容C12的第一端、控制单元的LD_ADC引脚连接，电容C12的第二端接地。其中，D1为激光器，R1为电流采样电阻；运算放大器U5、电阻R19、电容C12等构成第一采样单元。将激光器接到突发调制单元中，为了实现调整均衡负载的目的，需要实时检测激光器的实际工作电流。
电流采集原理：
假定流过电阻R1的电流为I，电阻两端的电压分别为V11、V12，则I=(V11-V12)/R1，只要测出V11-V12的值即可计算得到电流I。设运算放大器U5的正相输入端电压为V13，反相输入端电压为V14，R18+R20=R17，R22=R21，则(V11-V13)/(R18+R20)=V13/R17，得出V13=(1/2)*V11；同理，(V12-V14)/R22=(V14-V15)/R21，得出V14=(1/2)*(V12+V15)，由于运算放大器U5的“虚短”原理，V13=V14，则(1/2)*V11=(1/2)*(V12+V15)，得出V15=V11-V12，其中V11-V12即为电阻R1两端的压降。控制单元通过LD_ADC引脚采集到V15后，即可获得流过电阻R1的电流I，即激光器的工作电流。其中，R20为可调电阻，用于补偿调整V13、V14的失调电压，提高电路的采集准确度。
电阻R19、电容12构成低通采样电路（即第一采样单元），由控制单元的LD_ADC引脚采样检测，因为电阻R1两端的电流实际上是PWM脉冲形式，高电平“1”时间极短，无法精准采样峰值电压，利用RC积分电路原理，采样一段时间内RC的累积直流电压，用于比较均衡负载回路的电流值。
基于上述电路，本发明还提出一种突发模式的激光器驱动控制方法：包括以下步骤：
步骤1，信号发生单元向突发调制单元输出高电平或低电平，并调整高电平、低电平的占空比。
控制单元调整信号发生单元输出高电平、低电平的频率f。控制单元调整信号发生单元输出高电平、低电平的占空比η=T1/(T1+T0)，其中T1为信号发生单元输出高电平的时长，T0为信号发生单元输出低电平的时长。
步骤2，电流源向突发调制单元输出恒流源，当信号发生单元向突发调制单元输出高电平时，突发调制单元向激光器输送恒流源；当信号发生单元向突发调制单元输出低电平时，突发调制单元向均衡负载输送恒流源。
实施例2：
本实施例在实施例1的技术方案基础上进行实验，请参见图2为电流源受控制单元的控制所输出的恒流源，电流源输出的电流值为500mA。
请参见图3为信号发生单元产生占空比可调的频率为50MHz的PWM信号，调整高电平“1”的时间，即调整占空比为η=T1/(T1+T0)，T1为高电平“1”的时长，T0为低电平“0”的时长。从图3可见（仅展示t1、t2、t3、t4四个时间段），t1时间段为高电平“1”，t2时间段为低电平“0”，t3时间段为高电平“1”，t4时间段为低电平“0”。
请参见图4为激光器的电流示意图，在t1和t3时间段激光器的电流为500mA，在t2和t4时间段激光器的电流为0mA。请参见图5为均衡负载的电流示意图，在t1和t3时间段激光器的电流为0mA，在t2和t4时间段激光器的电流为500mA。请参见图6为电流源输出的电流示意图，在t1~t4时间段都持续输出500mA电流，由于信号发生单元的频率可达50MHz以上，突发调制单元的响应速度高于20ns，因此高低电平转换时的耗时可忽略不计，可见电流源始终保持有载的状态，实现电流源负载的边续性，避免出现空载现象。
实施例3：
本实施例在实施例1和/或2的技术方案基础上进行示波器实验，请参见图8为未加入均衡负载时各参数的波形图，从上往下，第一条波形为PWM脉冲信号，第二条波形为激光器电流，第三条波形为激光器光功率。可见在恒流源驱动电路中若负载仅有激光器时，PWM脉冲信号为高电平“1”时，极易造成激光器的过冲击损坏。
请参见图9为加入均衡负载时各参数的波形图，从上往下，第一条波形为PWM脉冲信号，第二条波形为激光器电流，第三条波形为激光器光功率。可见在恒流源驱动电路中加入均衡负载后，有效解决了此类驱动的弊端，并且PWM脉冲信号可调，电流源幅度可调，可适用于多种类的激光器突发模式驱动控制。
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，可轻易想到变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种突发模式的激光器驱动控制电路，与激光器连接，其特征在于：包括：
电流源，用于输出恒定的电流；
信号发生单元，所述信号发生单元的输出端与突发调制单元的输入端连接，用于向突发调制单元输出高电平或者低电平，以及调整高电平、低电平的占空比；
突发调制单元，所述突发调制单元的输入端与电流源的输出端连接，突发调制单元的输出端分别与激光器、均衡负载连接，用于当信号发生单元输出高电平时，将电流源输出的电流输送至激光器，当信号发生单元输出低电平时，将电流源输出的电流输送至均衡负载；
均衡负载，用于当激光器处于开路状态时，接受电流源输出的电流；所述突发调制单元输出低电平时，激光器处于开路状态；
还包括控制单元，所述控制单元的输出端与电流源的输入端连接，用于调整电流源输出的电流的幅度；
所述电流源包括运算放大器U1、运算放大器U4、电阻R2、电阻R3、可变电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电容C2、电容C3、电容C7、电容C8、电容C10、三极管Q1；
所述运算放大器U1的正相输入端分别与电阻R2的第一端、可变电阻R4的第一端连接，电阻R2的第二端接地，可变电阻R4的第二端与电阻R3的第一端连接，外部电源VCC分别与电阻R3的第二端、电阻R5的第一端连接；运算放大器U1的反相输入端分别与电容C2的第一端、电阻R6的第一端、电阻R7的第一端连接，电容C2的第二端、电阻R7的第二端、电阻R5的第二端分别与三极管Q1的发射极连接；运算放大器U1的输出端、电阻R6的第二端分别与控制单元的I_ADC引脚连接；
所述运算放大器U4的正相输入端分别与电阻R12的第一端、电容C7的第一端连接，电阻R12的第二端与控制单元的I_DAC引脚连接，电容C7的第二端接地；运算放大器U4的反相输入端分别与电阻R10的第一端、电容C10的第一端连接，电阻R10的第二端与电阻R7的第二端连接；运算放大器U4的输出端分别与电容C10的第二端、电阻R13的第一端连接，电阻R13的第二端与三极管Q1的基极连接；三极管Q1的集电极与突发调制单元的输入端连接；
I=(V2-V1)/R5；
Ie=Ic=βIb；
Ib=(VCC-V21-Veb-V3)/R13；
V1=V5=V4；
I=(V2-V5)/R5=(V2-V4)/R5；
其中，R5为电阻R5的阻值，I为流过电阻R5的电流，V2为电阻R5的第一端电压，V1为电阻R5的第二端电压；Ie为流过三极管Q1发射极的电流，Ic为流过三极管Q1集电极的电流，Ib为流过三极管Q1基极的电流，β为三极管Q1的固有放大系数；V21=V2-V1；Veb为三极管Q1的发射极和基极的电压；V3为运算放大器U4的输出端电压，V4为放大器U4的正相输入端电压，V5为放大器U4的反相输入端电压；
通过设置I_DAC引脚输出的电压V4即可调整电流源的设置电流I；
当I_DAC设置后，Ic输出电流通过突发调制单元提供给负载端，所述负载端为激光器或均衡负载，当负载端变化而导致Ic减小时，此时电阻R5两端的压降V21减小，V1增大，V5增大，由于运算放大器U4的正相输入端V4不变，反相输入端V5增大，因此输出端V3减小，由于Ib=(VCC-V21-0.7-V3)/R13，当V21减小、V3减小，使得Ib增大，Ic同样增大；当负载端变化而导致Ic增大时，此时电阻R5两端的压降V21增大，V1减小，V5减小，V3增大，由于Ib=(VCC-V21-0.7-V3)/R13，当V21增大、V3增大，使得Ib减小，Ic同样减小。
2.根据权利要求1所述的一种突发模式的激光器驱动控制电路，其特征在于：所述控制单元的输出端与信号发生单元的输入端连接，用于控制信号发生单元输出高电平、低电平的频率，以及调整信号发生单元输出高电平、低电平的占空比。
3.根据权利要求1所述的一种突发模式的激光器驱动控制电路，其特征在于：所述控制单元的输出端与均衡负载的输入端连接，用于调整负载均衡的功率与激光器的功率匹配。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种突发模式的激光器驱动控制电路，其特征在于：还包括采样单元，所述采样单元包括第一采样单元，所述第一采样单元的输入端连接于突发调制单元与激光器之间，第一采样单元的输出端与控制单元的输入端连接，用于当突发调制单元向激光器输送电流时，采集电流并反馈至控制单元。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种突发模式的激光器驱动控制电路，其特征在于：还包括采样单元，所述采样单元包括第二采样单元，所述第二采样单元的输入端连接于突发调制单元与均衡负载之间，第二采样单元的输出端与控制单元的输入端连接，用于当突发调制单元向均衡负载输送电流时，采集电流并反馈至控制单元。
6.一种突发模式的激光器驱动控制方法，应用于权利要求1-5任一项所述的一种突发模式的激光器驱动控制电路，其特征在于：包括以下步骤：
信号发生单元向突发调制单元输出高电平或低电平，并调整高电平、低电平的占空比；
电流源向突发调制单元输出恒定的电流，当信号发生单元向突发调制单元输出高电平时，突发调制单元向激光器输送电流；当信号发生单元向突发调制单元输出低电平时，突发调制单元向均衡负载输送电流。
7.根据权利要求6所述的一种突发模式的激光器驱动控制方法，其特征在于：所述信号发生单元向突发调制单元输出高电平或低电平，并调整高电平、低电平的占空比的步骤，包括：
控制单元调整信号发生单元输出高电平、低电平的频率f；
控制单元调整信号发生单元输出高电平、低电平的占空比η=T1/(T1+T0)，其中T1为信号发生单元输出高电平的时长，T0为信号发生单元输出低电平的时长。
8.根据权利要求6所述的一种突发模式的激光器驱动控制方法，其特征在于：所述电流源向突发调制单元输出恒定的电流的步骤之前，还包括步骤：控制单元调整电流源输出恒定的电流的幅度。
9.根据权利要求6所述的一种突发模式的激光器驱动控制方法，其特征在于：所述当信号发生单元向突发调制单元输出低电平时，突发调制单元向均衡负载输送电流的步骤，包括：控制单元通过第二采集单元获取突发调制单元向负载均衡输送的电流，并调整负载均衡的功率与激光器的功率匹配。
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