CN205282870U

CN205282870U - 激光器恒流源驱动电路

Info

Publication number: CN205282870U
Application number: CN201520968490.4U
Authority: CN
Inventors: 于本化; 覃玮玮; 董雷
Original assignee: Wuhan Ligong Guangke Co Ltd
Current assignee: Wuhan Ligong Guangke Co Ltd
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2025-11-27

Abstract

本实用新型公开了一种激光器恒流源驱动电路，包括电压比较单元、电压加速调节单元、外部供电单元、目标电流设置单元、激光器驱动单元、电流采样单元和电压反馈计算单元；本实用新型具有对输入信号快速响应功能，且在异常时能对激光器作出相应保护，还能起到温度补偿作用。

Description

激光器恒流源驱动电路

技术领域

本实用新型涉及激光器驱动电路，尤其涉及一种对激光器驱动电流较大，稳定度和精度要求较高的激光器恒流源的驱动电路。

背景技术

激光器是光学领域必不可少的光学器件，实际要求激光器的出光功率高稳定，可调节。激光器的出光稳定性不仅光纤传感系统稳定性有影响，同时对测量精度有一定影响。

激光器一般都是电流驱动器件，其出光功率和其驱动电流的稳定性和精度关系很大，驱动电流有高频或低频干扰，对其输出光功率有很大影响甚至会损坏激光器。

当激光器的驱动电流需要调节时，要求驱动电压与驱动电流是线性关系。能够快速响应，电流值不能有突变而损坏激光器。

传统的激光器恒流源电路调节速度和电流稳定精度不能兼顾，同时受环境温度影响较大。如图1所示，为传统的激光器驱动电路，当调节电压变化时，R4两端的电压发生变化，由于R4本身阻抗的原因，会使电路的反应速度变慢；Q1发射极输出电流计算公式为IC＝β*IB，IB会受环境温度影响微小变化，但由于三极管的放大作用，IC随之变化，从而影响输出电流稳定性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中激光器驱动中电流值的调节容易出现突变而损坏激光器的缺陷，提供一种具有对输入信号快速响应功能的激光器恒流源驱动电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种激光器恒流源驱动电路，包括电压比较单元、电压加速调节单元、外部供电单元、目标电流设置单元、激光器驱动单元、电流采样单元和电压反馈计算单元；其中：

外部供电单元为整个驱动电路供电；

激光器驱动单元，与激光器连接，输出电流给激光器；

电压比较单元与目标电流设置单元、电压反馈计算单元连接，将目标电流设置单元输出的电压值与电压反馈计算单元输出的电压值进行比较，调整激光器的输出电流值；

电压加速调节单元与电压比较单元、激光器驱动单元连接，该电压加速单元加速激光器驱动单元的开启速度；

电压反馈计算单元与目标电流设置单元、电压比较单元连接，将输入电压值与输出电压值转给电压比较单元；

电流采样单元与激光器驱动单元连接，采集流过激光器的电流。

本实用新型所述的激光器恒流源驱动电路中，电压比较单元包括一运算放大器。

本实用新型所述的激光器恒流源驱动电路中，电压加速单元包括第一电容，激光器驱动单元包括两个晶体管，该第一电容通过温度补偿单元将电荷以逆电流形式引入两个晶体管的基极内。

本实用新型所述的激光器恒流源驱动电路中，该电路还包括温度补偿单元，与电压加速单元和激光器驱动单元连接。

本实用新型所述的激光器恒流源驱动电路中，该驱动电路还包括激光器保护单元，对激光器两端进行过电压保护。

本实用新型所述的激光器恒流源驱动电路中，激光器保护单元包括与激光器并联的二极管和第二电容，当电路上电时，该第二电容对激光器两端过电压保护，当激光器的反向瞬时电压大于零时，二极管导通，保护激光器。

本实用新型所述的激光器恒流源驱动电路中，该驱动电路还包括电压跟随单元，与激光器的正极端、电压比较单元的运算放大器的输入正极相连。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型具有对输入信号快速响应功能，当设定电压值变化时，激光器电流值能够快速调节到设定值。

进一步地，本实用新型还设有激光器保护单元，在当驱动电流工作异常对激光器做相应保护功能。本实用新型不但能对系统上电时电压不稳易造成激光器的损坏的做出保护，也能对电压调节时激光器的电流瞬间突变做出抑制。

进一步地，本实用新型通过温度补偿电路起到温度补偿作用，当环境温度变化后，对输出影响最大的是晶体管，但驱动中增加补偿电路后，可大大抑制温度对晶体管的影响，进而抑制环境温度变化对整个驱动电路的影响。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为传统激光器驱动电路；

图2为本实用新型实施例的激光器恒流源驱动电路原理框图；

图3为本实用新型实施例的激光器恒流源驱动电路图；

图4为本实用新型实施例的激光器驱动单元电路和温度补偿单元电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如附图2所示，本实用新型的激光器驱动电路包括电压比较单元101，电压加速调节单元102，温度补偿单元103，电压跟随单元104，激光器保护单元105，外部供电单元106，目标电流设置单元107，激光器驱动单元108，电流采样单元110和电压反馈计算单元111。

外部供电单元106为整个驱动电路供电；激光器驱动单元108与激光器109连接，输出电流给激光器109。

电压比较单元101与目标电流设置单元107、电压反馈计算单元111连接，将目标电流设置单元输出的电压反馈计算单元111输出的电压值进行比较，调整激光器109的输出电流值；此处选用一运算放大器来实现此功能，此运放应具有低的输入偏置电压和电流，但其带宽增益乘积比较大。

电压加速调节单元102与电压比较单元101、激光器驱动单元108连接，该电压加速单元2加速激光器驱动单元108的开启速度。电压加速单元2一边与运放的输出相连接，另一边与激光器的驱动部分连接，电容C2的作用为加速后级激光器驱动单元108开启速度，其原理为将晶体管Q1和Q2基极内的储蓄电荷以逆电流形式引入。当设定电压值变化时，激光器电流值能够快速调节到设定值。本实用新型的一个实施例中，电容C2值为1nF，其封装为0603或更小贴片封装，此电容的材质要求为NPO。

温度补偿单元103的作用补偿激光器驱动单元108对温度的影响。如图4所示，此温度补偿单元103包括两个二极管和两个电阻，其中二极管D4与R5串在一起，再与激光器驱动单元Q1的BE并在一起，由三极管的特性可知，如环境温度升高，Q1的BE两端电压变小，I_B电流值变大，如无补偿电路，则Q1的I_CE的电流也变大，激光器驱动单元的电流值变化。但增加补偿单元3后，温度升高，D4的电压也相应的变小，补偿单元与驱动单元并联在一起，流过二极管D4和R5上的电流值也增大，此增大的作用为减小了流过Q1的BE间的电流，从而减小流过Q1的CE间的电流，达到了稳定激光器输出电流的目的。当环境温度变低时，其原理和以上描述相同，同样D5和R7的作用也与以上描述相同，在此不多赘述。

电压跟随单元104的作用为设置V6的电压值与V7的电压值相同，此运放要求其输入偏置电流和电压较小，它的一端与激光器正端相连，另一端与比较单元1运放输入正极相连。

激光器保护单元105包括与激光器并联的二极管和电容。其作用为当电路上电时，电容C1对激光器两端过电压保护，当激光器的反向瞬时电压大于零时，二极管D2导通，二极管D2起保护作用，但此二极管反向恢复时间要短。激光器保护单元105不但能对系统上电时电压不稳易造成激光器的损坏的做出保护，也能对电压调节时激光器的电流瞬间突变做出抑制。

外部供电单元106为整个驱动电路提供电源V_CC，为减少电源种类，本电流源所有的器件供电电源都为3.3V，本设计选用的是一标准3.3V输出的电源模块，其输出电流大于1A，输出纹波小于50mV。

目标电流设置单元107的作用为设置电流源的输出电流，其组成主要为一输出电压可设置的数模转换器(DAC)，其信号输入端为单片机，接口为一标准I2C总线。本激光器的设计输出电流最大为400mA，R10的阻值为5.1欧姆，模数转换器可输出电压值为2.04V(U＝I*R＝0.4*5.1＝2.04V)，模数转换器的参考电压源值为2.048V，此单元的输出位数达到16位或更高以保证激光器驱动电流精度。

激光器驱动单元108的作用是输出电流给激光器，其主要组成为两个三极管串在一起，两个三极管分别为NPN型和PNP型，如附图所示，Q1的集电极与电源相连，基极与Q2的基极连在一起并与电压加速调节单元102相连，发射极与Q2的发射极相连。Q2的集电极与地连在一起，Q1和Q2的发射集与电流采样单元110连在一起。用此图腾柱输出形式取代传统的三极管输出有两个作用，一是增加输出电流能力，二是提高三极管的反应速度。提高三极管的反应速度主要表现在当电压V4变小时，Q2的发射极吸收电流，但传统的电路无此作用。

激光器109可为宽带光源、DFB激光器窄带光源，也可以为具有电阻、电容和电感特性的负载或三者任意组合。

电流采样单元110与激光器驱动单元108连接，电流采样单元110的作用为采集流过激光器109的电流，本单元由一小阻值电阻构成，其一端与激光器驱动端连接，另一端与激光器109的正极连在一起，串连在激光器驱动电路的回路里。此电阻要求具有低温漂，高精度的特性，本设计选用电阻阻值为5.1欧，功率为0.25W，材料为金属膜。

电压反馈计算单元111与目标电流设置单元107、电压比较单元101连接，电压反馈计算单元111的作用为将输入电压值与输出电压值转给电压比较单元101，本驱动的输出电流计算公式为：

I_{O} = \frac{V_{1} * (\frac{R_{8}}{R_{4}} + \frac{R_{8}}{R_{4}} * \frac{R_{1}}{R_{2}})}{R_{10} * (1 + \frac{R_{8}}{R_{4}}) + R_{L D} * (\frac{R_{8}}{R_{4}} - \frac{R_{1}}{R_{2}})}

由此公式可知输出电流准确性和R1，R2，R4，R8有关，本实用新型中选用排阻为1K，封装为0603的电阻，其精度误差小于0.5％，且温漂小于50ppm。

本实用新型的实施例中，如图4所示，温度补偿单元103中的二极管D4为硅材料制作，反向恢复时间要快，其导通电压约为0.6V。电阻为贴片0603封装，其精度为1％，可选用二极管1N4148，其材料特性与三极管Q1和Q2相同。

激光器保护单元105中，二极管D1为肖特基二极管，漏电流要小于1mA，可选用1N5822，电容C1容值小于10nF，封装为0805封装，此电容的ESR要低，材质为NPO或C0G。电容C1与激光器109对应引脚就近布置，二极管D1正极与激光器109的负极LD-相连，二极管D1负极与激光器109正极LD+相连。

综上，本实用新型的激光器恒流源驱动电路具有环境温度补偿功能，又具有对输入信号快速响应功能，还具有当驱动电流工作异常对激光器做相应保护的功能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种激光器恒流源驱动电路，其特征在于，包括电压比较单元、电压加速调节单元、外部供电单元、目标电流设置单元、激光器驱动单元、电流采样单元和电压反馈计算单元；其中：

外部供电单元为整个驱动电路供电；

激光器驱动单元，与激光器连接，输出电流给激光器；

2.根据权利要求1所述的激光器恒流源驱动电路，其特征在于，电压比较单元包括一运算放大器。

3.根据权利要求1所述的激光器恒流源驱动电路，其特征在于，电压加速单元包括第一电容，激光器驱动单元包括两个晶体管，该第一电容通过温度补偿单元将电荷以逆电流形式引入两个晶体管的基极内。

4.根据权利要求1所述的激光器恒流源驱动电路，其特征在于，该电路还包括温度补偿单元，与电压加速单元和激光器驱动单元连接。

5.根据权利要求1所述的激光器恒流源驱动电路，其特征在于，该驱动电路还包括激光器保护单元，对激光器两端进行过电压保护。

6.根据权利要求5所述的激光器恒流源驱动电路，其特征在于，激光器保护单元包括与激光器并联的二极管和第二电容，当电路上电时，该第二电容对激光器两端过电压保护，当激光器的反向瞬时电压大于零时，二极管导通，保护激光器。

7.根据权利要求2所述的激光器恒流源驱动电路，其特征在于，该驱动电路还包括电压跟随单元，与激光器的正极端、电压比较单元的运算放大器的输入正极相连。