CN201174795Y - 一种激光二极管串联群的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种激光二极管串联群驱动装置的设计，主要实现慢启动及电流放大，光功率采样与放大，模拟开关驱动等功能，整个系统由FPGA进行巡回检测与控制，单个光探测器(PD)接受单个激光二极管(LD)背向激光功率转化成检测电流输出，经过光功率采样及放大处理，变成适合A/D转换器输入的电压，由A/D转换器转换成数字信号，送入FPGA进行运算处理，反馈控制信号经D/A转换器转换后再分别送往激光器电流源中，形成光功率的闭环控制。由于装置中用LD型号一致，其参数差别可以忽略，单个LD的反馈可以控制整个LD串联群的功率。本实用新型结合硬件及软件，实现了单个驱动装置对LD串联群的驱动，保证LD串联群的可靠保护和光功率的稳定、准确输出。

Description

一种激光二极管串联群的驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种激光二极管(LD)的驱动装置，尤指一种激光二极管数量可以控制的串联群驱动装置。

背景技术

随着LD应用的日益开拓，对其功率的要求也越来越大。单个LD获得的连续输出功率非常有限，一般在数瓦的量级，要使LD产生10W以上的连续输出功率，现有的技术是采用锁相列阵结构，它是在同一衬底上单片集成并列的多个激光发射单元(每个单元相当于一个LD)，形成一维或二维阵列激光器。在各辐射单元之间的光场相互耦合，彼此的相位严格锁定，其结果是，输出功率不同于各发射单元发射面积之和所对应的宽发射面的情况，而且这种阵列价格昂贵。目前我国在这方面的制造技术相对落后，因此我们希望用多个小功率的LD串联来获得较大功率的输出，而不是采用在生产制造时即能产生多路输出的激光器列阵。LD串联的输出可以通过光纤耦合器进行耦合，从而得到较大的功率输出，而且我们希望激光二极管的数量可以调节，即不局限于单个的功率输出，可以用于多方面的工作。

现有技术中，中国专利公开号CN1211094，公开日1999.03.17，名称为“激光二极管用电源控制装置”，公开了一种关于激光二极管串联的驱动装置，其驱动电路是一个模拟闭合回路，可以精确控制电流。上述驱动装置的缺点是：仅靠模拟技术实现，不但电路设计复杂，难以维护，而且无法与外部处理器交换数据，不能很好的监控激光管的工作情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够驱动若干个LD串联群的装置，通过对若干个LD串联群的功率耦合来获得较大功率的输出，驱动装置设计比较简单实用，稳定可靠。

本实用新型的目的是这样实现的：它主要包括FPGA系统，LD串联群，慢启动及电流放大电路，光功率采样及放大电路，MOS管驱动，键盘，显示器等，对第一个工作的激光二极管进行功率反馈，反馈信号与键盘输入FPGA的初始信号进行比较，形成闭合回路，达到功率稳定的效果。显示器显示各个LD管的功率，与初始的LD的额定功率进行比较，若其偏差在设定的范围内，各部分继续工作，若某个激光管的功率值不在设定的范围内，说明该激光管出现问题，应通过开关元件MOS管对其进行关闭，输出的光功率通过光纤耦合器进行耦合，从而得到较大的功率输出。

本实用新型的优点是本实用新型设计的驱动装置能稳定、准确、可靠、安全的驱动若干个激光管，设计简单，便于维护，而价格比同功率的锁相列阵结构的大功率激光器要低很多。

附图说明

图1是本实用新型系统原理结构框图；

图2是本实用新型慢启动及电流放大电路原理图；

图3是本实用新型光功率采样及放大电路原理图；

图4是本实用新型MOS管驱动原理图。

具体实施方式

如图1所示，通过键盘(10)存于FPGA(1)中的初始电压经D/A转换器(8)转换后送至慢启动及电流放大电路(3)进行驱动LD串联群(2)，慢启动是为了避免电源在通、断电瞬间在电路中可能产生的浪涌脉冲对激光二极管PN结的冲击而造成损坏，LD的反馈检测功率信号经功率采样及放大电路(4)、A/D转换器(7)转换后送至FPGA(1)，与初始电压进行比较后送给LD串联群(2)，LD串联群(2)中每个LD管的工作状态由MOS管驱动(5)进行控制，而对MOS管(6)的操作由FPGA(1)交给MOS管驱动(5)的信号进行控制，然后把LD的工作情况通过显示器(11)显示出来(由于本实用新型设计中的反馈信号加至第一个LD管上，注意工作时第一个LD管须在工作管之列，即对该管控制的MOS管(6)始终处于高电平)，外围配置E²PROM(9)连接至FPGA(1)。

慢启动及电流放大电路(3)对LD管进行驱动和保护。如图2所示，输入信号Vin接三端可调稳压电源LM317的“Vin”端，电容C1和滑动变阻器R4接至LM317的“Vin”和“ADJ”之间，C1和R4中间接地，滑动变阻器R4主要改变运放器IC1“+”端的输入电压，PNP型三极管Q1集电极接地，电解电容C2跨接在Q1集电极和基极之间，其中C2的“+”端接Q1的基极，Q1的发射极通过电阻R1接LM317的“+Vout”端，稳压管D1的“+”端通过电阻R5接LM317的“ADJ”端，“-”端接至LM317的“+Vout”端，R5跨接在Q1发射极和基极之间，LM317，C1，R1，Q1，R5，D1，R4构成慢启动电路，避免突然上电或断电时给LD管造成冲击。运放器IC1的“+”端接LM317的“+Vout”端，IC1的输出端接NPN型三极管Q2的基极，IC1的“-”端与Q2的发射极相连，Q2的集电极通过电阻R2接电源Vcc，Q2的发射极通过电阻R6接地。运放器IC2的“+”端接Q2的集电极，IC2的“-”端与PNP型复合三极管Q3的发射极相连，IC2的输出端接Q3的基极，Q3的发射极通过电阻R3接电源Vcc，Q3的集电极通过LD串联群(2)后接地，激光二极管LDi(i＝1，2……n)与电容C3i(i＝1，2……n)跨接于N通道增强型MOS管Q4i(i＝1，2……n)的漏极和源极之间，其中LD的正极接MOS管的漏极，光探测器PDi(i＝1，2……n)的负极与LDi的正极相连，PD1的正极接至运放器IC3的“+”端，Q4i(i＝1，2……n)的栅极接ctrli(i＝1，2……n)，ctrli的连接见图4。

功率采样及放大电路(4)是为了把输出光功率送入FPGA系统进行检测和控制。如图3所示，光探测器PD1负极接运放器IC3的“-”端，PD1的正极接IC3的“+”端，电阻R7和电容C4的并联，一段接IC3的“+”端，另一端接地，C_f和R_f并联跨接在IC3的“-”端和IC3的输出端之间，C_f为了降低系统的带宽，减小输出噪声。光探测器PD1，电阻R_f，运放器IC3构成电流放大型变换电路，可表示为Z_in＝R_f/(A+1)，式中A是放大器的开环放大倍数，R_f是反馈电阻，IC3的输出端通过R8输出接至A/D，电容C5的一端在电阻R8和A/D之间，另一端接地，C5为了衰减高频噪声。

MOS管驱动(5)控制串联LD群中的每个LD管的工作状态。如图4所示，主要工作元件为线驱动器74LS244，且74LS244可扩展，74LS244的输入端2，4，6，8，11，13，15，17通过总线接至FPGA(1)，由于74LS244输出端18，16，14，12，9，7，5，3的接法相同，仅介绍一路输出端的连接，74LS244的输出端经电容C6i(i＝1，2……n)与ctrli(i＝1，2……n)相接，电阻R9i(i＝1，2……n)一端接LDi-(i＝1，2……n)，另一端接C6i(i＝1，2……n)。

本实用新型激光二极管串联群驱动装置采用单路反馈，并且所使用的LD管型号一致，参数差别可以忽略，经实验证明，该装置能够同时稳定、准确、安全、可靠地控制若干个激光管串联，利用光纤合束器输出的光功率较大，而价格比同功率的锁相列阵结构的大功率激光器要低很多。

Claims (4)

1、一种激光二极管串联群的驱动装置，它包括FPGA(1)，LD串联群(2)，慢启动及电流放大电路(3)，功率采样及放大电路(4)，MOS管驱动(5)，MOS管(6)，A/D转换器(7)，D/A转换器(8)，以及外围配置E²PROM(9)，键盘(10)，显示器(11)，其特征在于：该驱动装置能够驱动相应数量串联的激光二极管；FPGA(1)分别与外围配置MOS管驱动(5)、A/D转换器(7)、D/A转换器(8)、E²PROM(9)、显示器(11)、键盘(10)相连，慢启动及电流放大电路(3)分别与LD串联群(2)、D/A转换器(8)相连，功率采样及放大电路(4)分别与LD串联群(2)、A/D转换器(7)相连，MOS管(6)分别与LD串联群(2)、MOS管驱动(5)相连。

2、根据权利要求1所述的一种激光二极管串联群的驱动装置，其特征在于，所述的慢启动及电流放大电路(3)中的慢启动电路包括三端可调稳压电源LM317，滑动变阻器R4，通过对R4的调节来控制运放器IC1“+”端的电压来调节激光管工作个数变化时各个工作管的电流。

3、根据权利要求1所述的一种激光二极管串联群的驱动装置，其特征在于，所述的功率采样及放大电路(4)中，光探测器PD，运放器IC3，电阻R_f构成电流放大型集成变换电路，PD和IC3的两个输入端同极性相连。

4、根据权利要求1所述的一种激光二极管串联群的驱动装置，其特征在于，所述的MOS管驱动(5)是FPGA系统通过总线与线驱动器74LS244的输入端相连，且74LS244可扩展。

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