CN1588774A - 低功率半导体激光器驱动电源 - Google Patents

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Abstract

一种低功率半导体激光器驱动电源，它由输入降噪整流滤波电路U1、脉冲宽度调制器U2、高精度基准电压电路U3和电流放大及稳流输出电路U4四部分组成，该电源可以向低功率半导体激光器泵浦源激光二极管(LD)连续输出稳定、可靠、抗干扰能力强的电流。当电源开启时，可使输出电流缓慢地上升到激光二极管工作电流，避免了因电源突然开启产生过大的正电流梯度而损坏激光二极管。当电源关闭或外部突然停电时，仍可持续对激光二极管供电，使电流缓慢下降到零，避免了因电源突然掉电产生过大的负电流梯度而损坏激光二极管。且可以方便的实现外信号控制。输出电流稳定可调，可根据需要在0～2A之间连续调节，其纹波小于2％。

Description

低功率半导体激光器驱动电源
技术领域
本发明涉及半导体激光器驱动电源，特别是一种低功率半导体激光器驱动电源，它是一种用于低功率半导体激光器泵浦激光二极管的恒流源。
背景技术
半导体激光器是一种电致发光器件，输出光功率低于300mW的低功率半导体激光器在景观工程和光通讯等领域中有着广泛的应用。当稳定的电流输入半导体激光器泵浦激光二极管时，它会发出一定波长的激光。输出的激光会因驱动电源输入电流不稳定而导致其输出波长不稳定，尤其是当电源突然开启或突然关闭时，因电流突变使得半导体激光器泵浦激光二极管上承受很大的正向或反向电流冲击，甚至造成半导体激光器的损坏。通常半导体激光器不稳定甚至损坏的原因主要来自电源驱动系统，所以半导体激光器要求输入的电流稳定、可靠、抗干扰能力强、连续可调，还要求当电源突然开启或突然关闭时，能避免半导体激光器因驱动电流突变而损坏。现有的半导体激光器，部分解决了系统的干扰问题，但对因驱动电流突变而造成的半导体激光器损坏，还没有很好的解决方案。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于低功率半导体激光器的驱动电源。该驱动电源可向低功率半导体激光器提供稳定、可靠、抗干扰强的电流，当电源突然开启或突然关闭时，可使输入激光器的驱动电流缓慢上升或缓慢下降，避免因电流突变而产生过大的电流冲击而导致激光器损坏，并且可方便的实现外信号控制。输出电流连续可调，可根据需要调节使输出电流为0～2A之间的任意值，电流纹波小于2％。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低功率半导体激光器驱动电源，其特征在于它由输入降噪整流滤波电路U1、脉冲宽度调制器U2、高精度基准电压电路U3和电流放大及稳流输出电路U4四部分组成，其连接关系如下：输入降噪整流滤波电路U1的正极输出端连接隔离变压器TF初级的一端，该隔离变压器TF初级的另一端连接高速开关型晶体管BJT集电极，高速开关型晶体管BJT发射级连接降噪整流滤波电路U1另一端，隔离变压器TF次级的一端连接整流管D的正级，整流管D的负级连接电感L和滤波电容C1正极的节点，电感L的另一端连接滤波电容C2的正极端，电感L与电容C2正极的节点连接可变电阻VR的一端，隔离变压器TF的次级的另一端连接滤波电容C1、C2负级和第一可变电阻VR的另一端，第一可变电阻VR的滑动端连接电流放大与稳流输出电路U4的正极输入端，电流放大与稳流输出电路U4的负级输入端连接隔离变压器TF、电容C1、C2的负级和第一可变电阻VR相连的节点，电流放大与稳流输出电路U4的输出端分别连接激光二极管LD的两端，脉冲宽度调制器U2两输入端分别连接第一可变电阻VR的两端，高精度基准电压电路U3的输出端连接脉冲宽度调制器U2参考电压输入端，U2输出端连接高速开关型晶体管BJT基极。
所述的电流放大与稳流电路U4的构成是：第二可变电阻VR1一端连接U4正极性输入端，第二可变电阻VR1的另一端连接U4负极性输入端，第二可变电阻VR1滑动端连接放大器A2的正极性输入端，放大器A2正极性输入端连接电容C3一端，电容C3另一端连接U4负级性输入端，第三可变电阻VR2一端连接U4正极性输入端，第三可变电阻VR2的另一端连接U4负极性输入端，第三可变电阻VR2滑动端连接比较器A1正极性输入端，放大器A2负级性输入端和输出端之间跨接电阻R2和电容C4，输出端经电阻R4连接电流放大管T基极，放大管T基极还连接比较器A1的输出端和电容C5的正极，电容C5负极连接U4负级性输入端，放大管T的发射级经电阻R5连接U4负级性输入端，放大管T的发射级还连接放大器A2的负级性输入端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接比较器A1的负级性输入端，放大管T的集电极连接激光二极管LD的负级，激光二极管LD正极连接U4正极性输入端，而且该激光二极管LD两端并联电容C6和二极管D3，且二极管D3的极性和激光二极管LD的极性相反，开关管M的漏级连接激光二极管LD的正极，开关管M的衬垫和源级相连并连接放大管T的发射级，在开关管M的栅极和源级之间跨接电阻R3和二极管D2，二极管D2负级接开关管M的栅极，正极接开关管M的源级，电阻R3两端引出外控制性信号的输入端。
本发明与现有相关技术相比的优点在于：可以连续向采用激光二极管泵浦的低功率半导体激光器输出稳定、可靠、抗干扰能力强的电流，由电阻R4、R5、电容C5和放大管T组成的电路可以使电源突然开启时输出电流缓慢上升，电源突然关闭时输出电流缓慢下降，避免激光二极管LD因电流突变而损坏。由开关管M、电阻R3和二极管D2组成的电路可以方便的实现外信号对激光器的控制。
附图说明
图1为本发明低功率半导体激光器驱动电源电路结构示意图
图2为本发明电流放大及稳流输出电路示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明低功率半导体激光器驱动电源电路结构示意图，由图可见，本发明低功率半导体激光器驱动电源由四部分组成，即输入降噪整流滤波电路U1；脉冲宽度调制器U2；高精度基准电压电路U3；电流放大及稳流输出电路U4。输入降噪整流滤波电路U1正极性输出端连接隔离变压器TF初级的一端，隔离变压器TF初级另一端连接高速开关型晶体管BJT集电极，该高速开关型晶体管BJT的发射级连接U1另一端。隔离变压器TF次级的一端连接整流管D的正级，整流管D的负级连接电感L和滤波电容C1正极的节点，电感L的另一端连接滤波电容C2的正极端。电感L与电容C2正极的节点连接第一可变电阻VR一端。隔离变压器TF次级的另一端连接滤波电容C1、C2负级和第一可变电阻VR另一端，第一可变电阻VR的滑动端连接电流放大与稳流输出电路U4的正极输入端，电流放大与稳流输出电路U4负级输入端连接TF、C1、C2负级和VR相连的节点。电流放大与稳流输出电路U4输出端分别连接激光二极管LD两端。脉冲宽度调制器(PWM)U2两输入端分别连接第一可变电阻VR两端，高精度基准电压电路U3输出端连接脉冲宽度调制器U2参考电压输入端，脉冲宽度调制器U2输出端连接高速开关型晶体管BJT基极。脉冲宽度调制器U2根据第一可变电阻VR两端电压的微小波动并比较基准电压调节输出脉冲宽度，进而控制BJT的导通和截至时间，从而稳定TF次级、D、C1、C2和L组成的二次整流滤波电路的输出电压。
电流放大及稳流输出电路U4内部电路连接如图2所示。电流放大与稳流电路U4中，稳压管D1负级连接U4正级性输入端，D1正级连接U4负级性输入端。第二可变电阻VR1一端连接U4正极性输入端，第二可变电阻VR1的另一端连接U4负极性输入端，第二可变电阻VR1的滑动端连接放大器A2正极性输入端和电容C3的节点，电容C3另一端连接U4负级性输入端。调节第二可变电阻VR1滑动端可以连续改变输入电压大小。第三可变电阻VR2一端连接U4正极性输入端，第三可变电阻VR2另一端连接U4负极性输入端，第三可变电阻VR2滑动端连接比较器A1正极性输入端，调节第三可变电阻VR2滑动端使比较器A1正极性输入端电压为+1V作为A1的参考电压。放大器A2负级性输入端和输出端之间跨接电阻R2和电容C4，输出端经电阻R4连接电流放大管T的基极。放大管T基极还连接比较器A1的输出端和100uF电解电容C5正极，电容C5负极连接U4负级性输入端。放大管T发射级经0.5Ω/2W的电阻R5连接U4负级性输入端。由R4、C5、R5和放大管T组成的电路，可以在电源突然开启时，放大器A2经R4对电容C5缓慢充电，使放大管T基极电压缓慢升高，从而使放大管T的集电极输出电流也缓慢增加，而不会产生过大的电流冲击，在电源突然关闭时，电容C5经T和电阻R5缓慢放电，使T基极电压缓慢降低，进而使放大管T的集电极输出电流缓慢减小，也不会产生过大的电流冲击。从而使电源开启或关闭时，激光二极管LD不会因过大的电流梯度而损坏。放大管T的发射级还连接放大器A2的负级性输入端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接比较器A1的负级性输入端。放大管T的集电极连接激光二极管LD的负级，激光二极管LD正极连接U4正极性输出端。激光二极管LD两端并联电容C6和二极管D3，且二极管D3的极性和激光二极管LD的极性相反。放大管T发射级连接放大器A2的负级性输入端，形成电流负反馈从而稳定T集电极输出电流。比较器A1的输出端与T基极相连，其输出为放大管T提供合适的静态工作电压。当放大管T集电极输出过流时，与放大管的T发射极相连的电阻R5两端电压升高，使比较器A1负级性输入端电压超高正极性端的参考电压，比较器A1输出低电平，使放大管T截断，避免了激光二极管LD因过流而损坏。
场效应开关管M的漏级连接激光二极管LD的正极，该开关管M的衬垫和源级相连并连接放大管T的发射级。在开关管M的栅极和源级之间跨接电阻R3和二极管D2，二极管D2负级接M的栅极，正极接M的源级，电阻R3引出外控制信号的输入端。根据外控制信号加在开关管M栅极电平的高低，可以方便的控制该开关管M的导通和截至，进而控制流过LD电流，控制LD的工作，最终控制激光器的输出。
经实验证明，本发明低功率半导体激光器的驱动电源可向低功率半导体激光器提供稳定、可靠、抗干扰强的电流，当电源突然开启或突然关闭时，使输入激光器的驱动电流缓慢上升或缓慢下降，可避免因电流突变产生过大的电流冲击而导致激光器损坏，并且可方便的实现外信号控制，输出电流连续可调，可根据需要在0～2A之间调节输出电流，电流纹波小于2％。

Claims (2)

1、一种低功率半导体激光器驱动电源，其特征在于它由输入降噪整流滤波电路U1、脉冲宽度调制器U2、高精度基准电压电路U3和电流放大及稳流输出电路U4四部分组成，其连接关系如下：输入降噪整流滤波电路U1的正极输出端连接隔离变压器TF初级的一端，该隔离变压器TF初级的另一端连接高速开关型晶体管BJT集电极，高速开关型晶体管BJT发射级连接降噪整流滤波电路U1另一端，隔离变压器TF次级的一端连接整流管D的正级，整流管D的负级连接电感L和滤波电容C1正极的节点，电感L的另一端连接滤波电容C2的正极端，电感L与电容C2正极的节点连接可变电阻VR的一端，隔离变压器TF的次级的另一端连接滤波电容C1、C2负级和第一可变电阻VR的另一端，第一可变电阻VR的滑动端连接电流放大与稳流输出电路U4的正极输入端，电流放大与稳流输出电路U4的负级输入端连接隔离变压器TF、电容C1、C2的负级和第一可变电阻VR相连的节点，电流放大与稳流输出电路U4的输出端分别连接激光二极管LD的两端，脉冲宽度调制器U2两输入端分别连接第一可变电阻VR的两端，高精度基准电压电路U3的输出端连接脉冲宽度调制器U2参考电压输入端，U2输出端连接高速开关型晶体管BJT基极。
2、根据权利要求1低功率半导体激光器驱动电源，其特征在于所述的电流放大与稳流电路U4的构成是：第二可变电阻VR1一端连接U4正极性输入端，第二可变电阻VR1的另一端连接U4负极性输入端，第二可变电阻VR1滑动端连接放大器A2的正极性输入端，放大器A2正极性输入端连接电容C3一端，电容C3另一端连接U4负级性输入端，第三可变电阻VR2一端连接U4正极性输入端，第三可变电阻VR2的另一端连接U4负极性输入端，第三可变电阻VR2滑动端连接比较器A1正极性输入端，放大器A2负级性输入端和输出端之间跨接电阻R2和电容C4，输出端经电阻R4连接电流放大管T基极，放大管T基极还连接比较器A1的输出端和电容C5的正极，电容C5负极连接U4负级性输入端，放大管T的发射级经电阻R5连接U4负级性输入端，放大管T的发射级还连接放大器A2的负级性输入端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接比较器A1的负级性输入端，放大管T的集电极连接激光二极管LD的负级，激光二极管LD正极连接U4正极性输入端，而且该激光二极管LD两端并联电容C6和二极管D3，且二极管D3的极性和激光二极管LD的极性相反，开关管M的漏级连接激光二极管LD的正极，开关管M的衬垫和源级相连并连接放大管T的发射级，在开关管M的栅极和源级之间跨接电阻R3和二极管D2，二极管D2负级接开关管M的栅极，正极接开关管M的源级，电阻R3两端引出外控制性信号的输入端。
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