CN206595545U - 一种激光器恒流高速开关驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光器恒流高速开关驱动系统，其包括DAC电路、高频开关驱动电路和恒流源控制电路，恒流源控制电路包括运算放大电路、N沟道MOS管和电流采样电阻，高频开关驱动电路包括高速驱动二极管、P沟道MOS管和限幅电阻，DAC电路将设置电流模拟信号输入到运算放大电路，运算放大电路产生相应的控制电压，控制N沟道MOS管的开关，并通过电流采样反馈电路，使得最终通过N沟道MOS管的电流稳定在设置电流上，实现恒定激光二极管工作电流的目的。开关控制信号输入到高速驱动二极管，驱动开关P沟道MOS管，并使激光二极管在恒定电流下能够进行开关切换，通过限幅电阻R4，使激光二极管的开关幅度维持在较小范围，增加开关频率，减小开关状态下的电流过冲，增加激光二极管的使用寿命。

Description

一种激光器恒流高速开关驱动系统

技术领域

本实用新型涉及一种激光器恒流高速开关驱动系统，属于CTP技术领域。

背景技术

CTP设备使用激光二极管对版材进行曝光，根据电脑下传的图像数据驱动多通道的激光二极管，在版材上曝光出需要的图案。一台CTP设备上需要几十上百个激光二极管，需要一个有效的电路，对每一个激光二极管进行恒定电流控制以及高频开关驱动。

现有的激光二极管驱动源，如中国专利公开号为CN102306902B的发明专利，公开了一种激光二极管驱动电源，其技术方案为：一种激光二极管驱动电源，由隔离型CAN通讯模块、嵌入式控制器、三个场效应驱动芯片、P沟道场效应管、两个N沟道场效应管、电流传感器、放大器、扼流线圈和肖特二极管构成。这种激光二极管驱动电源输出脉冲电流直接由OA进行上升，导致激光二极管驱动源的相应速度慢，使用寿命短。综上所述，目前激光二极管恒流驱动电路普遍存在恒流精度低、温漂大，没有关断功能，空闲时功耗大，实施电路复杂、器件多、成本高的缺点。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种激光器恒流高速开关驱动系统，能够满足打印时每一个激光二极管的高速独立驱动。

为了达到目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型涉及的激光器恒流高速开关驱动系统，其特征在于：其包括开关控制输入端、DAC电路、高频开关驱动电路和恒流源控制电路，所述DAC电路与恒流源控制电路连接，开关控制输入端和恒流源控制电路与高频开关驱动电路连接，高频开关驱动电路与激光二极管连接；所述的恒流源控制电路包括运算放大电路OP、N沟道MOS管D1、以及电流采样电阻R1，DAC电路的输出端与运算放大电路OP的正极输入脚连接，运算放大电路OP的输出脚与N沟道MOS管D1的G极连接，N沟道MOS管D1的S极分别与电流采样电阻R1、运算放大电路OP的负极输入脚连接，电流采样电阻R1接地，N沟道MOS管D1的D极与激光二极管的一个输入脚连接；所述的高频开关驱动电路包括高速驱动二极管U1、P沟道MOS管D2和限幅电阻R4，所述的开关控制输入端与高速驱动二极管U1的输入脚连接，高速驱动二极管U1的输出脚与P沟道MOS管D2的G极连接，P沟道MOS管D2的S极与限幅电阻R4的一端连接，限幅电阻R4的另一端连接在N沟道MOS管D1与激光二极管的连线上，激光二极管的另一个输入脚连接外接电源，P沟道MOS管D2的D极连接在外接电源与激光二极管的连线上。

优选地，所述的恒流源控制电路还包括由电阻R3和电容C1组成的滤波电路，电阻R3的两端分别连接运算放大电路OP的输出脚和N沟道MOS管的G极，电容C1的一端连接在电阻R3与N沟道MOS管的连接线路上，另一端接地。滤波电路加强N沟道MOS管门极电压的稳定性，从而加强输出电流稳定性。

优选地，所述的恒流源控制电路还包括积分电路，积分电路包括电阻R2和电容C2，电阻R2两端分别与N沟道MOS管D1的S极、运算放大电路OP的负极输入脚的连线上，电容C2设在运算放大电路的负极输入脚和输出脚之间的连线上。R2和C2构成的积分电路用于运算放大电路的积分补偿，消除失调电压。

优选地，所述的高频开关驱动电路还包括电阻R5和两个电容C3、C4，电阻R5的两端分别与高速驱动二极管U1的输出脚和P沟道MOS管的G极，电容C3的两端分别与P沟道MOS管的S极和D极连接，电容C4的两端分别与激光二极管的两个输入脚连接。电阻R5起到缓冲作用，避免U1输出高电平时电平上升过快导致过冲尖峰的出现；电容也起到缓冲作用，使电压的变化放缓。

优选地，所述的激光二极管与外接电源的连线上还设有磁珠L1和两个电容C5、C6，磁珠L1的两端分别与外接电源和激光二极管连接，电容C5、C6相互并联在磁珠L1与激光二极管的连线上，电容C5、C6均接地。磁珠L1与电容C5、C6组合在一起，用于抑制电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力，避免当前路激光器高频开关时产生的干扰影响VCC电源，从而影响其它通道的工作。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型在较大电流下开关频率高，且通过限幅电阻，限制了激光二极管开关状态下的开关幅度，减小激光二极管在开关状态下的电流过冲，增加激光二极管的使用寿命；本实用新型能够支持较大的恒流控制需求，电流波动小，使激光二极管的光强表现稳定，提升打印质量。

附图说明

图1是本实用新型具激光器恒流高速开关驱动系统的结构示意图；

图2是本实用新型高频开关驱动电路和恒流源控制电路的原理图。

示意图中的标注说明：1开关控制输入端、2DAC电路、3恒流源控制电路、4高频开关驱动电路、5激光二极管。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

结合附图1所示，本实用新型涉及的激光器恒流高速开关驱动系统包括开关控制输入端1、DAC电路2、高频开关驱动电路4和恒流源控制电路3，所述DAC电路与恒流源控制电路连接，将主控制芯片对激光二极管的设置电流由数字信号转换为模拟信号，输出到恒流源控制电路3，开关控制输入端1和恒流源控制电路3与高频开关驱动电路4连接，高频开关驱动电路4与激光二极管5连接。

结合附图2所示，恒流源控制电路包括运算放大电路OP、N沟道MOS管D1、以及由两个电流采样电阻R1，DAC电路的输出端与运算放大电路OP的正极输入脚连接，运算放大电路OP的输出脚与N沟道MOS管D1的G极连接，N沟道MOS管D1的S极与电流采样电阻R1连接，采样电阻R1接地，N沟道MOS管D1的S极与运算放大电路的负极输入脚连接，其连接线上还连接一个电阻R2，运算放大电路的负极输入脚和输出脚之间还连接一个电容C2，R2和C2构成一个积分电路。用于运放电路的积分补偿，消除失调电压，电容C2起到缓冲作用，使运算放大电路两端的电压变化放缓。N沟道MOS管D1的D极与激光二极管的一个输入脚连接。恒流源控制电路还包括由电阻R3和电容C1组成的滤波电路，加强N沟道MOS管门极电压的稳定性，从而加强输出电流稳定性。DAC电路将设置电流模拟信号输入到运算放大电路OP后，运算放大电路OP产生相应的控制电压，控制N沟道MOS管D1的开关，并通过电流采样反馈电路，使得最终通过N沟道MOS管D1的电流稳定在设置电流上，实现恒定激光二极管5工作电流的目的。

结合附图2所示，所述的高频开关驱动电路4包括高速驱动二极管U1、P沟道MOS管D2和限幅电阻R4，所述的开关控制输入端与高速驱动二极管U1的输入脚连接，高速驱动二极管U1的输出脚与P沟道MOS管D2的G极连接，P沟道MOS管D2的S极与限幅电阻R4的一端连接，限幅电阻R4的另一端连接在N沟道MOS管D1与激光二极管的连线上，激光二极管的另一个输入脚连接外接电源，P沟道MOS管D2的D极连接在外接电源与激光二极管的连线上。高频开关驱动电路还包括电阻R5和两个电容C3、C4，电阻R5的连接在高速驱动二极管U1和P沟道MOS管之间，电容C3的两端分别与P沟道MOS管的S极和D极连接，电容C4的两端分别与激光二极管的两个输入脚连接，电阻R5起到缓冲作用，避免U1输出高电平时电平上升过快导致过冲尖峰的出现，电容也起到缓冲作用，使电压的变化放缓。激光二极管5与外接电源的连线上还设有磁珠L1和两个电容C5、C6，磁珠L1的两端分别与外接电源和激光二极管连接，电容C5、C6相互并联在磁珠L1与激光二极管的连线上，电容C5、C6均接地。磁珠L1与电容C5、C6组合在一起，用于抑制电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力，避免当前路激光器高频开关时产生的干扰影响VCC电源，从而影响其它通道的工作。主控制芯片将激光二极管的开关控制信号输入到高频开关驱动电路4，激光二极管的开关控制信号输入到高速驱动二极管，极大的增强了高频驱动能力，从而能够高频驱动开关P沟道MOS管D2，并使激光二极管在恒定电流下能够进行开关切换，并通过限幅电阻R4，使得激光二极管的开关幅度维持在较小范围，可以增加开关频率，减小开关状态下的电流过冲，增加激光二极管的使用寿命，开关频率可达到兆极。

实施例所述的驱动系统的工作过程如下：当CTP设备打印任务开启时，主控制芯片通过DAC电路，将设置电流I的数字信号转换为模拟信号V1，输入到运算放大电路OP的正极输入脚，使运算放大电路OP的正极输入脚电平稳定在V1，运算放大电路OP的输出由低电平切换为高电平，从而打开N沟道MOS管D1，流过N沟道MOS管D1的电流由电流采样电阻R1反馈到运算放大电路OP的负极输入脚，形成了运算放大电路负反馈电路，当电流增大到设置电流I后，运算放大电路OP的负极输入脚电平也达到了V1，通过运算放大电路OP，使得流过N沟道MOS管D1的电流稳定在设置电流I上。

开关控制信号通过高速驱动二极管U1增加了高频驱动能力后，可以高速打开和关闭P沟道MOS管D2，当P沟道MOS管D2打开后处于导通状态时，电流通过P沟道MOS管D2，限幅电阻R4，N沟道MOS管D1后到地。D2导通时的VDS比较小，可以假设为0V，以方便描述，同时，由于电流流过限幅电阻R4，使得激光二极管的两端存在电压差V2，并且V2小于激光二极管阈值电压，使得激光二极管处于关闭状态；当D2处于关闭状态时，电流通过激光二极管，D1到地，此时激光二极管处于打开状态，并且两端存在工作电压差V3，V3大于激光二极管阈值电压。因此，当激光二极管处于高频开关状态时，如果没有R4，则激光二极管两端电压差在0和V3间切换，如果R4存在，则激光二极管两端电压差在V2和V3间高频切换，从而降低了激光二极管的开关电压变化幅度，减小过冲，增加了开关频率，并增加了激光二极管的使用寿命。

以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种激光器恒流高速开关驱动系统，其特征在于：其包括开关控制输入端、DAC电路、高频开关驱动电路和恒流源控制电路，所述DAC电路与恒流源控制电路连接，开关控制输入端和恒流源控制电路与高频开关驱动电路连接，高频开关驱动电路与激光二极管连接；所述的恒流源控制电路包括运算放大电路OP、N沟道MOS管D1、以及电流采样电阻R1，DAC电路的输出端与运算放大电路OP的正极输入脚连接，运算放大电路OP的输出脚与N沟道MOS管D1的G极连接，N沟道MOS管D1的S极分别与电流采样电阻R1、运算放大电路OP的负极输入脚连接，电流采样电阻R1接地，N沟道MOS管D1的D极与激光二极管的一个输入脚连接；所述的高频开关驱动电路包括高速驱动二极管U1、P沟道MOS管D2和限幅电阻R4，所述的开关控制输入端与高速驱动二极管U1的输入脚连接，高速驱动二极管U1的输出脚与P沟道MOS管D2的G极连接，P沟道MOS管D2的S极与限幅电阻R4的一端连接，限幅电阻R4的另一端连接在N沟道MOS管D1与激光二极管的连线上，激光二极管的另一个输入脚连接外接电源，P沟道MOS管D2的D极连接在外接电源与激光二极管的连线上。

2.根据权利要求1所述的激光器恒流高速开关驱动系统，其特征在于：所述的恒流源控制电路还包括由电阻R3和电容C1组成的滤波电路，电阻R3的两端分别连接运算放大电路OP的输出脚和N沟道MOS管的G极，电容C1的一端连接在电阻R3与N沟道MOS管的连接线路上，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的激光器恒流高速开关驱动系统，其特征在于：所述的恒流源控制电路还包括积分电路，积分电路包括电阻R2和电容C2，电阻R2两端分别与N沟道MOS管D1的S极、运算放大电路OP的负极输入脚的连线上，电容C2设在运算放大电路的负极输入脚和输出脚之间的连线上。

4.根据权利要求1所述的激光器恒流高速开关驱动系统，其特征在于：所述的高频开关驱动电路还包括电阻R5和两个电容C3、C4，电阻R5的两端分别与高速驱动二极管U1的输出脚和P沟道MOS管的G极，电容C3的两端分别与P沟道MOS管的S极和D极连接，电容C4的两端分别与激光二极管的两个输入脚连接。

5.根据权利要求1所述的激光器恒流高速开关驱动系统，其特征在于：所述的激光二极管与外接电源的连线上还设有磁珠L1和两个电容C5、C6，磁珠L1的两端分别与外接电源和激光二极管连接，电容C5、C6相互并联在磁珠L1与激光二极管的连线上，电容C5、C6均接地。