CN205646432U - 一种半导体激光器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体激光器驱动电路，包括运算放大器A1、二极管D1、上拉电阻R1、软启动电容C1、运算放大器A2、二极管D2、环路补偿电容C3、运算放大器A3、NPN三极管Q1、调制电流采样电阻Rs、激光器LD、电阻R2、电容C3、二极管D3、背光管PD、背光电流采样电阻Rf及滤波电容C4。本实用新型将本采用运算放大器构成的硬件闭环电路实现恒功率控制，激光器输出光功率控制精度高，并且输出功率容易调节设定；本实用新型还具有软启动、激光器浪涌吸收以及反压吸收等多项保护措施，能最大限度的保证半导体激光器长时间、高稳定地工作。

Description

一种半导体激光器驱动电路

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种恒功率限流型半导体激光器驱动电路。

背景技术

由于半导体激光器对工作温度十分敏感，并且存在明显的光衰现象，因此在对光输出功率和使用寿命要求不高的应用场合中，普遍采用恒电流驱动方法，然而在要求相对高的应用场合中，往往采用APC（自动光功率控制）电路，通过检测实际光功率偏离设定值的方向和程度，对驱动电流大小进行动态修正，使之工作在恒功率模式，从而稳定光输出功率。

然而，如果环境温度过高，或者散热不良，随着工作时间的加长，激光器的温度不断上升，APC电路为了稳定光输出功率，会不断的提高驱动电流，而现有APC电路通常没有可靠的限流功能，因此激光器极其容易因过流而损坏。

此外，现有APC技术通常采用三极管、稳压管等元件构成简易的功率闭环，其光功率的设定和控制精度低、一致性差，并且缺少软启动、浪涌吸收等措施，影响激光器使用寿命，大幅降低实用价值。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种恒功率限流型半导体激光器驱动电路。

本实用新型采用的技术方案是：一种半导体激光器驱动电路，包括运算放大器A1、二极管D1、上拉电阻R1、软启动电容C1、运算放大器A2、二极管D2、环路补偿电容C3、运算放大器A3、NPN三极管Q1、调制电流采样电阻Rs、激光器LD、电阻R2、电容C3、二极管D3、背光管PD、背光电流采样电阻Rf及滤波电容C4；所述运算放大器A1的同相输入端接基准电压U1，输出端与二极管D1的负极相连，反相输入端与二极管D1的正极相连，作为驱动电压Uo；所述运算放大器A2的同相输入端接基准电压U2，输出端与二极管D2的负极相连，输出端与反相输入端之间并联环路补偿电容C2；所述二极管D2的正极连接至驱动电压Uo，上拉电阻R1连接于电源正极VCC与输出电压Uo之间，软启动电容C1连接于驱动电压Uo与电源地GND之间；所述运算放大器A3的同相输入端接驱动电压Uo、输出端连接至NPN三极管Q1的基极、反相输入端与NPN三极管Q1的发射极相连，并经由调制电流采样电阻Rs接电源地GND；

所述激光管LD的正极连接至电源正极VCC，负极与NPN三极管Q1的集电极相连，电阻R2与电容C3串联后再与激光管LD并联，二极管D3与激光管LD反极性并联；所述背光管PD阴极与电源正极VCC相连，阳极经由背光电流采样电阻Rf接电源地GND，滤波电容C4与背光电流采样电阻Rf并联；所述运算放大器A2的反相输入端连接至背光管PD的阳极P_FB。

进一步地，所述运算放大器A3为与NPN三极管Q1、调制电流采样电阻Rs构成电压/电流转换电路的运算放大器A3。

更进一步地，所述二极管D3为用于吸收反向电压，防止反向电压击穿激光管LD的二极管D3。

更进一步地，所述运算放大器A1为与二极管D1、上拉电阻R1共同构成嵌压电路，用于限制驱动电压Uo的最大值的运算放大器A1。

更进一步地，所述运算放大器A2为与二极管D2构成闭环控制器，用于实现恒功率控制的运算放大器A2。

更进一步地，所述软启动电容C1为用于降低驱动电压Uo上升速度，使激光管LD驱动电流由0缓慢上升至正常工作电流，从而实现软启动功能的软启动电容C1。

更进一步地，所述滤波电容C4为用于滤除反馈电压P_FB中的噪声的滤波电容C4。

更进一步地，所述环路补偿电容C2为用于抵消运算放大器A2反馈环路的时间延迟，提高闭环稳定性的电容C2。

本实用新型的优点：

本实用新型将本采用运算放大器构成的硬件闭环电路实现恒功率控制，激光器输出光功率控制精度高，并且输出功率容易调节设定；在恒功率控制的基础上，增加了激光器最大工作电流设置功能，驱动电路能自动选择工作模式，避免工作电流激增而烧毁激光器；本实用新型还具有软启动、激光器浪涌吸收以及反压吸收等多项保护措施，能最大限度的保证半导体激光器长时间、高稳定地工作。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型实施例的原理图。

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。

参考图1，如图1所示的一种半导体激光器驱动电路，包括运算放大器A1、二极管D1、上拉电阻R1、软启动电容C1、运算放大器A2、二极管D2、环路补偿电容C3、运算放大器A3、NPN三极管Q1、调制电流采样电阻Rs、激光器LD、电阻R2、电容C3、二极管D3、背光管PD、背光电流采样电阻Rf及滤波电容C4；所述运算放大器A1的同相输入端接基准电压U1，输出端与二极管D1的负极相连，反相输入端与二极管D1的正极相连，作为驱动电压Uo；所述运算放大器A2的同相输入端接基准电压U2，输出端与二极管D2的负极相连，输出端与反相输入端之间并联环路补偿电容C2；所述二极管D2的正极连接至驱动电压Uo，上拉电阻R1连接于电源正极VCC与输出电压Uo之间，软启动电容C1连接于驱动电压Uo与电源地GND之间；所述运算放大器A3的同相输入端接驱动电压Uo、输出端连接至NPN三极管Q1的基极、反相输入端与NPN三极管Q1的发射极相连，并经由调制电流采样电阻Rs接电源地GND；

所述激光管LD的正极连接至电源正极VCC，负极与NPN三极管Q1的集电极相连，电阻R2与电容C3串联后再与激光管LD并联，二极管D3与激光管LD反极性并联；所述背光管PD阴极与电源正极VCC相连，阳极经由背光电流采样电阻Rf接电源地GND，滤波电容C4与背光电流采样电阻Rf并联；所述运算放大器A2的反相输入端连接至背光管PD的阳极P_FB。

所述运算放大器A3为与NPN三极管Q1、调制电流采样电阻Rs构成电压/电流转换电路的运算放大器A3。

所述二极管D3为用于吸收反向电压，防止反向电压击穿激光管LD的二极管D3。

所述运算放大器A1为与二极管D1、上拉电阻R1共同构成嵌压电路，用于限制驱动电压Uo的最大值的运算放大器A1。

所述运算放大器A2为与二极管D2构成闭环控制器，用于实现恒功率控制的运算放大器A2。

所述软启动电容C1为用于降低驱动电压Uo上升速度，使激光管LD驱动电流由0缓慢上升至正常工作电流，从而实现软启动功能的软启动电容C1。

所述滤波电容C4为用于滤除反馈电压P_FB中的噪声的滤波电容C4。

所述环路补偿电容C2为用于抵消运算放大器A2反馈环路的时间延迟，提高闭环稳定性的电容C2。

本实用新型的工作原理：

运算放大器A3与NPN三极管Q1、调制电流采样电阻Rs构成电压/电流转换电路，通过调整驱动电压Uo的大小，即可精确的控制激光器LD中流过的调制电流Imod大小；

运算放大器A2用于构成恒功率控制电路，背光管PD检测到的光电流Ipd通过背光电流采样电阻Rf转换成正比于激光器LD输出光功率Popt的电压信号P_FB，运算放大器A2比较基准电压U2与反馈电压P_FB的误差，并根据误差大小调节输出电压，经过二极管D2和上拉电阻R1得到相应大小的驱动电压Uo，进而调节LD调制电流Imod的大小，使激光器LD输出光功率与设定功率相等。光输出功率由以下公式决定：，其中k为背光管PD的光电转换系数，光输出功率正比于基准电压U2，反比于背光电流采样电阻Rf，调节任一参数均可方便的设定光功率。

运算放大器A1与二极管D1、上拉电阻R1共同构成嵌压电路，用于限制驱动电压Uo的最大值，其中，进而限制调制电流Imod的最大值Imod(max),计算公式如下：，调节基准电压U1或者调制电流采样电阻Rs，均可以方便的设定LD最大工作电流；

软启动电容C1用于降低驱动电压Uo上升速度，使启动电压缓慢上升，进而使激光管LD电流缓慢上升，实现软启动功能，减小上电过程中对激光管LD的电流冲击，防止过电流击穿激光管LD；

电阻R2与电容C3构成浪涌电压吸收回路，用于吸收激光管LD两端的浪涌电压，防止过电压击穿激光管LD；

二极管D3用于吸收反向电压，防止反向电压击穿激光管LD；

滤波电容C4用于滤除反馈电压P_FB中的噪声，提高功率控制精度；

环路补偿电容C2用于抵消运算放大器A2反馈环路的时间延迟，提高闭环稳定性，避免产生自激振荡而失控。

本实用新型将本采用运算放大器构成的硬件闭环电路实现恒功率控制，激光器输出光功率控制精度高，并且输出功率容易调节设定；在恒功率控制的基础上，增加了激光器最大工作电流设置功能，驱动电路能自动选择工作模式，避免工作电流激增而烧毁激光器；本实用新型还具有软启动、激光器浪涌吸收以及反压吸收等多项保护措施，能最大限度的保证半导体激光器长时间、高稳定地工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半导体激光器驱动电路，其特征在于，包括运算放大器A1、二极管D1、上拉电阻R1、软启动电容C1、运算放大器A2、二极管D2、环路补偿电容C3、运算放大器A3、NPN三极管Q1、调制电流采样电阻Rs、激光器LD、电阻R2、电容C3、二极管D3、背光管PD、背光电流采样电阻Rf及滤波电容C4；所述运算放大器A1的同相输入端接基准电压U1，输出端与二极管D1的负极相连，反相输入端与二极管D1的正极相连，作为驱动电压Uo；所述运算放大器A2的同相输入端接基准电压U2，输出端与二极管D2的负极相连，输出端与反相输入端之间并联环路补偿电容C2；所述二极管D2的正极连接至驱动电压Uo，上拉电阻R1连接于电源正极VCC与输出电压Uo之间，软启动电容C1连接于驱动电压Uo与电源地GND之间；所述运算放大器A3的同相输入端接驱动电压Uo、输出端连接至NPN三极管Q1的基极、反相输入端与NPN三极管Q1的发射极相连，并经由调制电流采样电阻Rs接电源地GND；

所述激光管LD的正极连接至电源正极VCC，负极与NPN三极管Q1的集电极相连，电阻R2与电容C3串联后再与激光管LD并联，二极管D3与激光管LD反极性并联；所述背光管PD阴极与电源正极VCC相连，阳极经由背光电流采样电阻Rf接电源地GND，滤波电容C4与背光电流采样电阻Rf并联；所述运算放大器A2的反相输入端连接至背光管PD的阳极P_FB。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述运算放大器A3为与NPN三极管Q1、调制电流采样电阻Rs构成电压/电流转换电路的运算放大器A3。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述二极管D3为用于吸收反向电压，防止反向电压击穿激光管LD的二极管D3。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述运算放大器A1为与二极管D1、上拉电阻R1共同构成嵌压电路，用于限制驱动电压Uo的最大值的运算放大器A1。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述运算放大器A2为与二极管D2构成闭环控制器，用于实现恒功率控制的运算放大器A2。

6.根据权利要求1所述的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述软启动电容C1为用于降低驱动电压Uo上升速度，使激光管LD驱动电流由0缓慢上升至正常工作电流，从而实现软启动功能的软启动电容C1。

7.根据权利要求1所述的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述滤波电容C4为用于滤除反馈电压P_FB中的噪声的滤波电容C4。

8.根据权利要求1-7任一所述的半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述环路补偿电容C2为用于抵消运算放大器A2反馈环路的时间延迟，提高闭环稳定性的电容C2。