CN1534840A

CN1534840A - 雷射二极管发光系统及其驱动装置

Info

Publication number: CN1534840A
Application number: CNA031212441A
Authority: CN
Inventors: 孙育弘; 张志豪
Original assignee: Lite On IT Corp
Current assignee: Lite On IT Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-06

Abstract

本发明为一种雷射二极管的驱动装置，以及应用上述驱动装置的雷射二极管发光系统，使雷射二极管在高温下，可得到足够的驱动电流。本发明可以降低驱动电路进入饱合区的机率，其利用多个并联晶体管，以降低晶体管的工作电流，避免进入饱合区，并且本发明可增加在高温环境下，雷射二极管驱动电路的稳定性。

Description

雷射二极管发光系统及其驱动装置

技术领域

本发明有关于一种驱动装置，特别是有关于一种雷射二极管的补偿驱动装置；而运用上述补偿驱动装置的雷射二极管发光系统亦一并揭露。

背景技术

一般雷射二极管在高温环境下会产生衰减的问题，为维持相同的亮度，驱动电路必须提供相对足够的驱动电流，然而，在高温及大电流的清况下，驱动电路内部的晶体管的工作区域很难维持在作用区(Active Region)，当晶体管不在作用区时，驱动电路便无法提供雷射二极管所需的驱动电流。

图1显示习知雷射二极管驱动电路。如图所示，其包括：一雷射二极管模块12，根据本身所发出的亮度，产生一亮度信号MD、一驱动单元11，根据亮度信号MD的位准值产生相对应的驱动信号LDO、一二极管D、以及，一驱动电路15，根据驱动信号LDO的大小，产生雷射二极管模块12所需的驱动电流I_C。

雷射二极管模块12包括：一雷射二极管13、一光侦测器14以及一负载电阻RL。光侦测器14侦测雷射二极管13的亮度，以产生一亮度信号MD。

驱动电路15包括：一pnp双极性晶体管(以下简称：晶体管)Q1，根据驱动信号LDO的大小，决定驱动电流I_C的大小、一限流电阻R，用以产生一射极电压V_E、以及一电容器C，用以滤除噪声。

当温度上升时，雷射二极管13的亮度会衰减，使得光侦测器14所侦测到的亮度信号MD变小，驱动单元11将所接收到的亮度信号MD与一默认值比较，当亮度信号MD小于默认值时，则减小驱动信号LDO，晶体管Q1的所需的驱动电流I_C增加，促使驱动单元11送出驱动电压LDO予晶体管Q1，使晶体管Q1输出较大的集极电流I_C亦即雷射二极管13的驱动电流予雷射二极管13。

图2a显示雷射二极管驱动电流与温度的曲线图。如图所示，当温度上升时，雷射二极管所需要的驱动电流也会增加。

图2b显示集极电流与晶体管的射-集极饱和电压曲线图。如图所示，当温度越来越高时，晶体管的射-集极饱和电压V_EC(sat)也会越来越大。

当驱动信号LDO变小，则晶体管Q1的射极电流I_E及集极电流I_C变大，而射极电压V_E＝V_P-I_ER，若I_E变大则V_E变小，由于I_C变大，使得集极电压V_C也变大，造成射-集极电压V_EC变小。

图3a显示晶体管的示意图。图3b显示晶体管的集极电流与射-集极电压的特性曲线图。A为饱合区(Saturation Region)，B为作用区(Active Region)，C为截止区(Cut-Off Region)；如图所示，温度上升时，当射-集极饱和电压V_EC(sat)大于射-集极电压V_EC时，晶体管Q1会进入饱合区A；一旦进入饱合区A，此时，集极电流I_C无法继续由基极电流I_B控制，亦即无法在温度上升时，给予雷射二极管13足够的驱动电流。

因此，习知技术无法在温度上升时，使晶体管保持在作用区B，持续增加雷射二极管的驱动电流。

发明内容

有鉴于此，本发明主要目的系为降低驱动电路进入饱合区的机率，其利用多个并联晶体管，以降低晶体管的工作电流，避免进入饱合区。

另外，本发明的另一目的为，增加在高温环境下，雷射二极管驱动电路的稳定性。

为达到上述目的，本发明提出一种雷射二极管发光系统，包括：一雷射二极管模块，接收一驱动电流而发光，并输出对应于发光亮度的一亮度信号；一驱动单元，依据亮度信号的位准值而变化驱动信号的位准值；以及，复数个双载子接面晶体管，彼此互相并联，耦接至一电压源，用以提供驱动电流给雷射二极管模块；并联后晶体管的基极均耦接驱动信号，依驱动信号的位准值而改变驱动电流值。

其中，双载子接面晶体管为pnp型式，其集极端用以输出驱动电流予雷射二极管模块，其射极端耦接于电压源；亮度信号与驱动单元的驱动信号呈正比，驱动信号与驱动电流呈反比关系。

当双载子接面晶体管为npn型式，其射极端用以输出驱动电流予雷射二极管模块，其集极端耦接电压源；亮度信号与驱动信号呈反比关系，以及驱动信号与驱动电流呈正比关系。

为达到上述目的，本发明提出另一种雷射二极管驱动装置，输出一驱动电流予一雷射二极管模块使其发光，雷射二极管模块依据其发光亮度而输出对应的一亮度信号，雷射二极管驱动装置包括：复数个双载子接面晶体管，例如pnp晶体管，彼此以并联方式连接，耦接至一电压源，用以提供驱动电流给雷射二极管模块；一驱动单元，依据亮度信号的位准值而变化驱动信号的位准值；其中，并联后的晶体管基极均耦接至驱动信号，使得上述亮度信号与上述驱动电流值成反比关系。

为达到上述目的，本发明提出一种雷射二极管驱动电路，包括：一雷射二极管模块，接收一驱动电流而发光，并输出对应于发光亮度的一亮度信号；一驱动单元，依据亮度信号的位准值而变化一驱动信号的位准值。

以及，复数条电流径，每一条电流径皆由驱动信号控制，而所有电流径的电流总合即为驱动电流；其中，依亮度信号的位准值而改变驱动电流，且每一条电流径的电流皆在一饱和范围之内。

本发明具有以下优点：

一、降低晶体管进入饱合区的机率：利用复数个双载子接面晶体管并联，可使每个双载子接面晶体管的集极电流I_C降低，以避免射-集极电压V_EC小于射-集极饱和电压V_EC(sat)。

二、改变工作点：已进入饱合区的晶体管透过本发明，可改变其原有的工作点，使其重新进入作用区。

附图说明

图1显示习知雷射二极管驱动电路。

图2a显示雷射二极管驱动电流与温度的曲线图。

图2b显示集极电流与晶体管的射-集极饱和电压曲线图。

图3a显示晶体管的示意图。

图3b显示晶体管的集极电流与射-集极电压的特性曲线图。

图4显示本发明的较佳实施例电路图。

图5显示本发明在集极电流与晶体管的射-集极饱和电压曲线图的工作点。

符号说明

11 驱动单元 12 雷射二极管模块

13 雷射二极管 14 光侦测器

Q1、Q2 pnp晶体管 R 限流电阻

C 电容器 RL 负载电阻

D 限流二极管

具体实施方式

图4显示本发明的较佳实施例电路图。为简化起见在此图中与习知技术相同的零件均以相同的符号标示。如图所示，一种雷射二极管发光系统，包括：一雷射二极管模块12，接收一驱动电流I_C而发光，并输出对应于发光亮度的一亮度信号MD；一驱动单元11，依据亮度信号MD的位准值而变化驱动信号LDO的位准值。

以及，复数条电流径，每一条电流径皆由驱动信号LDO控制，而所有电流径的电流总合即为上述驱动电流；其中，依驱动信号LDO的位准值而改变驱动电流的大小。

而复数条电流径可由复数个双载子接面晶体管(pnp型或npn型晶体管；本实施例以两个pnp双载子接面晶体管为例，以下简称：晶体管Q1、Q2)提供，彼此互相并联，耦接至一电压源V_p，用以提供驱动电流I_C给雷射二极管模块12；并联的晶体管Q1、Q2的基极均耦接驱动信号LDO，依驱动信号LDO的位准值而改变驱动电流I_C值。

一限流电阻R，耦接于电压源V_P与晶体管Q1、Q2的射极端之间；一电容器C，耦接于电压源V_P与晶体管Q1、Q2的基极端之间，用以滤除噪声；一限流二极管D，用以限制电流的流向。

其中，雷射二极管模块12包括：一雷射二极管13、一光侦测器14，用以侦测雷射二极管13所发出的亮度以及一负载电阻RL，用以将光侦测器14所侦测到的信号转换为一亮度信号MD。

本发明的工作原理如下所述：

雷射二极管13的驱动电路在高温下工作时，亮度会衰减，故光侦测器14所侦测到的信号会变小，使得亮度信号MD变小；驱动单元11会降低LDO的电压，以增加基极电流I_B，相对增加雷射二极管的驱动电流I_C，此时，由于晶体管Q1、Q2并联，其为相同形式及特性。

所以总基极电流为每个晶体管的基极电流总合(I_B＝I_B1+I_B2)；总集极电流为每个晶体管的集极电流总合(I_C＝I_C1+I_C2)；总射极电流为每个晶体管的射极电流总合(I_E＝I_E1+I_E2)。在相同的偏压下每个晶体管应工作在相同的工作区域，且每一极的电流应相似(I_B1＝I_B2，I_E1＝I_E2，I_C1＝I_C2)。

当基极电流I_B增加时，由于总射极电流I_E＝(1+h_FE)I_B，故总射极电流I_E与总集极电流I_C也会增加，但由于晶体管Q1、Q2并联，提供总射极电流I_E多个电流径，使得总射极电流I_E平均分配至每个晶体管的射极电流(如：I_E1和I_E2)，所以当总射极电流I_E剧列地上升时，每个晶体管的射极电流(I_E1和I_E2)并不会有太大的变化，而总射极电压V_E是将所有晶体管的射极电压(V_EC1和V_EC2)相加，因为每个晶体管的射极电流(I_E1和I_E2)小幅的变动，所以每个晶体管的射极电压V_E也是小幅的变动。

相对的，每个晶体管的集极电流I_C也不会有太大的变动，使得每个晶体管的射-集极电压V_EC不会小于其饱和电压V_EC(sat)，所以每个晶体管均可保持在作用区，只要晶体管能保持在作用区，则雷射二极管13的驱动电流便可得到控制。

由于，晶体管的射-集极饱和电压V_EC(sat)会因温度升高或集极电流I_C增加而变大，故利用本发明可降低晶体管的射-集极饱和电压V_EC(sat)升高的趋势。

另外，当晶体管Q1、Q2为npn型式时(未图标)，其射极端用以输出驱动电流予雷射二极管模块，其集极端耦接电压源，其基极端接收驱动信号；其中，亮度信号与驱动信号呈反比关系，以及驱动信号与驱动电流呈正比关系。

图5显示本发明在集极电流与晶体管的射-集极饱和电压曲线图的工作点。A为饱合区，B为作用区；W₁点为目前晶体管的工作点，可看出晶体管的工作区已进入饱合区A，利用本发明可有效使每个晶体管的集极电流I_C降低，以及晶体管的射-集极电压变大，如此便可将晶体管的工作点往下移，而进入作用区B范围，如W₂点所示。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种雷射二极管发光系统，包括：

一雷射二极管模块，接收一驱动电流而发光，并输出对应于发光亮度的一亮度信号；

一驱动单元，依据上述亮度信号的位准值而变化一驱动信号的位准值；以及

复数个双载子接面晶体管，彼此互相并联，耦接至一电压源，用以提供上述驱动电流给上述雷射二极管模块；上述并联的晶体管的基极均耦接上述驱动信号，依上述驱动信号的位准值而改变上述驱动电流值。

2.如权利要求1所述的雷射二极管发光系统，其特征在于，上述双载子接面晶体管为pnp型式，其集极端用以输出上述驱动电流予上述雷射二极管模块，其射极端耦接于上述电压源；

其中，上述亮度信号与上述驱动信号呈正比关系，上述驱动信号与上述驱动电流呈反比关系。

3.如权利要求1所述的雷射二极管发光系统，其特征在于，上述双载子接面晶体管为npn型式，其射极端用以输出上述驱动电流予上述雷射二极管模块，其集极端耦接上述电压源；

其中，上述亮度信号与上述驱动信号呈反比关系，以及上述驱动信号与上述驱动电流呈正比关系。

4.如权利要求1所述的雷射二极管发光系统，其特征在于，上述雷射二极管模块至少包含：

一雷射二极管，接收上述驱动电流而发光；以及

一光侦测器，侦测上述雷射二极管的亮度，以产生上述亮度信号；

其中，上述亮度信号与上述雷射二极管的亮度呈正比关系。

5.一种雷射二极管驱动装置，输出一驱动电流予一雷射二极管模块使其发光，上述雷射二极管模块依据其发光亮度而输出对应的一亮度信号，上述雷射二极管驱动装置包括：

复数个双载子接面晶体管，彼此以并联方式连接，耦接至一电压源，用以提供上述驱动电流给上述雷射二极管模块；以及

一驱动单元，依据上述亮度信号的位准值而变化一驱动信号的位准值；

其中，上述并联的晶体管的基极均耦接至上述驱动信号，依上述亮度信号与上述驱动电流值成反比关系。

6.如权利要求5所述的雷射二极管驱动装置，其特征在于，上述双载子接面晶体管为pnp型式，其集极端用以输出上述驱动电流予上述雷射二极管模块，其射极端耦接于上述电压源；

7.如权利要求5所述的雷射二极管驱动装置，其特征在于，上述双载子接面晶体管为npn型式，其射极端用以输出上述驱动电流予上述雷射二极管模块，其集极端耦接上述电压源；

其中，上述亮度信号与上述驱动信号成反比关系，上述驱动讯号与上述驱动电流呈正比关系。

8.一种雷射二极管驱动电路，包括：

复数条电流径，每一条电流径皆由上述驱动信号控制，而所有电流径的电流总合即为上述驱动电流；

其中，依上述亮度信号的位准值而改变上述驱动电流，且每一条电流径的电流皆在一饱和范围之内。

9.如权利要求8所述的雷射二极管驱动装置，其特征在于，每一条电流径皆由一pnp晶体管组成，上述pnp晶体管射极耦接至一电压源，基极耦接至上述驱动信号，使得所有集极端输出的电流总合即为上述驱动电流；

其中，上述亮度信号与上述驱动信号呈正比关系。

10.如权利要求8所述的雷射二极管驱动装置，其特征在于，每一条电流径皆由一npn晶体管组成，上述npn晶体管集极耦接至一电压源，基极耦接至上述驱动信号，使得所有射极端输出的电流总合即为上述驱动电流；

其中，上述亮度信号与上述驱动信号成反比关系。