CN203277961U - 半导体激光器驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体激光器驱动装置，其特征在于，包括：恒温控制模块和功率驱动模块；所述恒温控制模块包括：恒温控制芯片，热敏电阻，差分放大电路，PID控制器，H桥驱动电路和LC滤波电路；所述功率驱动模块包括：光源驱动芯片，激光二极管和数字变阻器。本实用新型通过采用闭环功率控制系统、PID系统及H桥驱动电路，可快速且精确的驱动激光器功率，并能满足激光器内部温度恒定的要求。

Description

半导体激光器驱动装置

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种半导体激光器驱动装置。

背景技术

稳定的激光器在光纤传感系统中作为信号源，要求发出高稳定性、光功率可调的光信号。激光器的性能不仅会影响到光纤传感系统整体的稳定性,同时对测量灵敏度精确度等方面都有一定影响。目前，光纤传感系统多采用半导体激光器，其体积小，功耗少，输出波长可与单模光纤直接连接，十分适合在光纤传感系统中运用。

根据半导体激光器的结构，一般采用电流驱动激光器。激光器电流源应有最低的电子噪声和尽可能高的稳定性。激光器输出噪声的增大及输出波长的加宽，都能明显引起电流的起伏，电流噪声电平随驱动器最大输出能力的增加而逐渐增加。所以，电流源必须同使用的激光器相匹配。还应考虑激光器电流源的温度系数，典型实验室环境温度起伏度数，这些都可引起电源电流的起伏。

通常激光器的电流源以两种方式工作：一种是恒定电流工作方式，另一种是恒定光功率工作方式。在恒定电流工作方式中，通过电学反馈控制回路，直接提供驱动电流电平的有效控制，由此获得最低的电流偏差和最高LD输出的稳定性。当LD的温度也受控制时，会产生最好效果。在恒定光功率工作方式中，通过设置在激光器后出光面的光电二级管监视激光器的光输出功率，激光二极管的输出被反馈给驱动电路，当光输出功率下降时，驱动电流增加，反之亦然，始终保持光输出功率为一个恒定值。影响光强稳定的因素有光源电压或电流的波动、电路元件的老化、外界杂光、环境温度以及光源自身老化等。对于光源光功率的控制，目前普遍采用的方法是通过精密恒流源提供电流，同时用制冷器进行温控，从而稳定光源输出光功率，该方案控制精度低、响应速度慢、灵活性差、长期稳定性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种半导体激光器驱动装置，相比于现有驱动装置提高了响应速度，提升了控制精度以及激光器内部温度的稳定性。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种半导体激光器驱动装置，包括：恒温控制模块和功率驱动模块；

所述恒温控制模块包括：恒温控制芯片，热敏电阻，差分放大电路，比例-积分-微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）控制器，H桥驱动电路和LC滤波电路；

所述热敏电阻设置于所述激光器内，通过激光器引脚与所述恒温控制芯片连接，所述差分放大电路将所述热敏电阻产生的电压与预设的标志电压进行比较后产生偏差电压并将所述偏差电压进行放大，同时通过所述PID控制器调节所述恒温控制模块的相位延迟，所述H桥驱动电路的输出端与激光器中的半导体制冷器连接，以控制所述半导体制冷器调节激光器内的温度，所述LC滤波电路用于滤除H桥驱动电路的开关频率以稳定输出；

所述功率驱动模块包括：光源驱动芯片，激光二极管和数字变阻器，所述激光二极管设置于激光器内部，所述光源驱动芯片IBIAS管脚与所述激光二极管正极连接，所述激光二极管的负极接地，所述光源驱动芯片的IBMON管脚与PSET管脚连接以构成闭环功率控制系统，所述数字变阻器的一端与所述PSET管脚连接，另一端接地，用于对所述光源驱动芯片的输出电流进行调整。

所述热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。

所述差分放大电路由所述恒温控制芯片内部的放大器以及外部的外围电阻组成。

所述H桥驱动电路由MOS场效应管组成。

所述光源驱动芯片的MODE管脚与ALS管脚连接构成单独驱动模式。

本实用新型通过采用闭环功率控制系统、PID系统及H桥驱动电路，可快速且精确的驱动激光器功率，并能满足激光器内部温度恒定的要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的半导体激光器驱动装置中的恒温控制模块的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的半导体激光器驱动装置中的功率驱动模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

图1是本实用新型实施例提供的半导体激光器驱动装置中的恒温控制模块的结构示意图。

所述恒温控制模块包括：恒温控制芯片1，热敏电阻2，差分放大电路3，比例-积分-微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）控制器4，H桥驱动电路5和LC滤波电路6。

在激光器内部设置一热敏电阻2，其可以测量激光器的温度，为了提高温度的准确性和稳定性，热敏电阻2应尽可能地靠近激光器内的半导体制冷器。所述恒温控制模块采用的是负温度系数的热敏电阻，阻值随着温度的升高而变小。在所述恒温控制芯片1外部布置外围电阻，结合芯片内部的放大器构成差分放大电路3，其可将实时电压和预设温度点的电压进行比较之后按比例放大。补偿网络采用硬件PID（比例—积分—微分）4控制，由运放、电阻、电容组成，它的优点是可靠性高。比例调节的作用是按比例反应系统的偏差，一旦系统有偏差，比例调节立即产生作用以减小系统偏差。比例作用大可加快系统调节，但过大的比例系数会到导致系统的不稳定。积分调节的作用是使系统消除稳态误差，提高系统的准确度，但同时也会导致系统的响应变慢。微分调节的作用是反应系统偏差信号的变化率，能预见偏差信号的变化趋势，因此能产生超前的控制作用，改变系统的动态性能。在实际调节过程中应注意折中超调和快速响应的问题，当超调较严重时，应适当减小比例系数、增加积分时间、减小微分时间，响应速度慢时，调节方法与上面相反。所述H桥驱动电路5是由四个功率MOSFET组成的H桥驱动电路。为了提高激光器内半导体制冷器温度的稳定性，流过所述半导体制冷器的纹波电流应尽可能的小，在H桥之后必须加LC滤波电路6滤除PWM的开关频率以达到稳定所述半导体制冷器电压的目的。所述恒温控制芯片1可选用ADN8831。

图2是本实用新型实施例提供的半导体激光器驱动装置中的功率驱动模块的结构示意图。

所述功率驱动模块包括：光源驱动芯片7，激光二极管11和数字变阻器14，所述光源驱动芯片7可选用ADN2830，ADN2830是一种用于对光纤系统中的连续激光器进行控制的平均功率控制器，该芯片减少了分立器件的数量、印制电路板（PCB）面积和系统成本，而不牺牲任何功能。首先所述功率控制模块采用单独控制模式，将ADN2830中的MODE管脚8与ALS管脚9相连接，独立对激光器功率进行控制。其次，将ADN2830中的IBIAS管脚10与激光二极管11的正极进行连接，所述激光二极管11的负极接地，从而通过ADN2830产生的偏至电流对激光器功率的幅值进行控制。然后，将ADN2830的IBMON管脚12与PSET管脚13进行连接，构成闭环功率控制系统，最后所述数字变阻器的一端与所述PSET管脚连接，另一端接地，通过数字变阻器14对输出电流进行调整，从而达到控制输出功率的目的。

本实用新型通过采用闭环功率控制系统、PID系统及H桥驱动电路，可快速且精确的驱动激光器功率，并能满足激光器内部温度恒定的要求。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种半导体激光器驱动装置，其特征在于，包括：恒温控制模块和功率驱动模块；

所述恒温控制模块包括：恒温控制芯片，热敏电阻，差分放大电路，比例-积分-微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）控制器，H桥驱动电路和LC滤波电路；

所述热敏电阻设置于所述激光器内，通过激光器引脚与所述恒温控制芯片连接，所述差分放大电路将所述热敏电阻产生的电压与预设的标志电压进行比较后产生偏差电压并将所述偏差电压进行放大，同时通过所述PID控制器调节所述恒温控制模块的相位延迟，所述H桥驱动电路的输出端与激光器中的半导体制冷器连接，以控制所述半导体制冷器调节激光器内的温度，所述LC滤波电路用于滤除H桥驱动电路的开关频率以稳定输出；

所述功率驱动模块包括：光源驱动芯片，激光二极管和数字变阻器，所述激光二极管设置于激光器内部，所述光源驱动芯片IBIAS管脚与所述激光二极管正极连接，所述激光二极管的负极接地，所述光源驱动芯片的IBMON管脚与PSET管脚连接以构成闭环功率控制系统，所述数字变阻器的一端与所述PSET管脚连接，另一端接地，用于对所述光源驱动芯片的输出电流进行调整。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述差分放大电路由所述恒温控制芯片内部的放大器以及外部的外围电阻组成。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述H桥驱动电路由MOS场效应管组成。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源驱动芯片的MODE管脚与ALS管脚连接构成单独驱动模式。

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