CN207038921U - 一种半导体激光驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体激光器驱动技术领域，尤其涉及一种半导体激光驱动电路，其不同之处在于：其包括放电模块、控制模块、充电模块和稳压电源模块；所述放电模块包括一个激光二极管和N路并联的放电开关电路；所述 N路放电开关电路包括N个功率场效应晶体管和N个雪崩三极管，所述功率场效应晶体管的漏级分别和各自的雪崩三极管的发射极相连，所述激光二级管的阴极连接所述雪崩三极管的集电极；所述控制模块连接至雪崩三极管的基极；所述充电模块分别连接功率场效应晶体管的源极和激光二极管的阳极；所述稳压电源模块连接至功率场效应晶体管的栅极。本实用新型提高了对半导体激光器的驱动能力，实现多路均流，有效提高放电电流。

Description

一种半导体激光驱动电路

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器驱动技术领域，尤其涉及一种半导体激光驱动电路。

背景技术

近年来，脉冲半导体激光器已在激光测距领域中得到广泛的应用。在短脉冲工作模式下的半导体激光驱动电路，一方面要能快速产生较大的脉冲驱动电流，另一方面，又要对电路中的电流进行均流，以并联结构来增大电路的驱动能力。而目前多数的半导体激光驱动电路，均流效果效果较差，驱动能力一般。

脉冲半导体激光驱动电路的核心为高性能的储能元件和快速响应的大电流脉冲开关。目前，雪崩晶体管都能够为脉冲激光器提供纳秒级上升沿和较大的脉冲峰值电流，而功率场效应晶体管利用其发热特性能自动为电路的均流提供便利，利用二者特性结合的电路同时具备了二者的特点，适合激光驱动能力的提高。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种半导体激光驱动电路，提高对半导体激光器的驱动能力，实现多路均流，有效提高放电电流。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：一种半导体激光驱动电路，其不同之处在于：其包括放电模块、控制模块、充电模块和稳压电源模块；

所述放电模块包括一个激光二极管D_L和N路并联的放电开关电路；所述 N路放电开关电路包括N个作为均流器件的功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N和N个作为大电流开关器件的雪崩三极管D₁、D₂、……D_N，所述N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的漏级分别和各自的雪崩三极管D₁、D₂、……D_N的发射极相连，所述激光二级管D_L的阴极连接N个雪崩三极管的集电极；N为大于或等于2的自然数；

所述控制模块连接至N个雪崩三极管D₁、D₂、……D_N的基极，用于为N路雪崩三级管电路驱动脉冲，控制激光二级管D_L的发光频率；

所述充电模块分别连接N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的源极和激光二极管D_L的阳极，用于使雪崩三极管D₁、D₂、……D_N发生雪崩导通；

所述稳压电源模块连接至N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的栅极，用于提供稳定的开通电压使N个功率场效应晶体管处于常通状态。

按以上技术方案，所述控制模块包括可编程纳秒延时控制脉冲和电阻R₂，所述可编程纳秒延时控制脉冲通过所述电阻R₂连接到N个雪崩三极管D₁、D₂、……D_N基极。

按以上技术方案，所述充电模块包括可调高压电源Vh、电流导通流向二极管D_H、储能电容C₁和接地的限流电阻R₁；所述电流导通流向二极管D_H阳极连接所述可调高压电源Vh，阴极连接所述储能电容C₁，储能电容C₁和所述限流电阻R₁同时连接至N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的源极。

按以上技术方案，所述储能电容C₁一端连接N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的源极，另一端连接所述激光二极管D_L的阳极。

按以上技术方案，所述稳压电源模块包括一个连接至N个场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N栅极的直流稳压电源Von。

按以上技术方案，所述充放电模块正常工作频率为100kHz，驱动脉宽为5ns。

按以上技术方案，所述雪崩三极管型号为PZT2222A，功率场效应晶体管型号为FDD86250。

按以上技术方案，所述储能电容C1取值为50-500pF，所述限流电阻R1取值为100-500Ω。

按以上技术方案，所述直流稳压电源Von的取值为5-15V之间，可调高压电源Vh取值为小于150V。

按以上技术方案，所述雪崩三极管和功率场效应晶体管，提供1.5ns的导通上升沿和峰值为10-40A连续可调的导通电流。

对比现有技术，本实用新型的有益特点为：

(1) 本实用新型克服了单纯使用雪崩三极管带来的激光管驱动高压受到三极管限制的缺点，由于功率场效应晶体管串接后的分压限流作用，使得单个放电开关电路的高压耐压值提高，从而使得整个系统的储能电容电压提高，电容储存的电压增加，这就会使电路放电电流加大，提高激光管驱动能力；

(2) 本实用新型应用于脉冲激光测距系统，还会使得雪崩三极管和功率场效应管串联后的电路得到均流，从而使得整个放电开关电路的放电电阻减小，进而使得放电电流加大，提高激光管的驱动能力，使得激光系统的测距能力得到提高。

附图说明

图1为本实用新型原理电路图；

图2为本实用新型实施例电路图；

其中：1-充电模块、2-放电模块、3-稳压电源模块、4-控制模块。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

请参考图1和图2，本实用新型一种半导体激光驱动电路，其不同之处在于：其包括放电模块2、控制模块4、充电模块1和稳压电源模块3；

所述放电模块2包括一个激光二极管D_L和N路并联的放电开关电路；所述 N路放电开关电路包括N个作为均流器件的功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N和N个作为大电流开关器件的雪崩三极管D₁、D₂、……D_N，所述N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的漏级分别和各自的雪崩三极管D₁、D₂、……D_N的发射极相连，所述激光二级管D_L的阴极连接N个雪崩三极管的集电极；N为大于或等于2的自然数；

所述控制模块4连接至N个雪崩三极管D₁、D₂、……D_N的基极，用于为N路雪崩三级管电路驱动脉冲，控制激光二级管D_L的发光频率；

所述充电模块1分别连接N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的源极和激光二极管D_L的阳极，用于使雪崩三极管D₁、D₂、……D_N发生雪崩导通；

所述稳压电源模块3连接至N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的栅极，用于提供稳定的开通电压使N个功率场效应晶体管处于常通状态。

具体的，所述控制模块4包括可编程纳秒延时控制脉冲和电阻R₂，所述可编程纳秒延时控制脉冲通过所述电阻R₂连接到N个雪崩三极管D₁、D₂、……D_N基极。

具体的，所述充电模块1包括可调高压电源Vh、电流导通流向二极管D_H、储能电容C₁和接地的限流电阻R₁；所述电流导通流向二极管D_H阳极连接所述可调高压电源Vh，阴极连接所述储能电容C₁，储能电容C₁和所述限流电阻R₁同时连接至N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的源极。

具体的，所述储能电容C₁一端连接N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的源极，另一端连接所述激光二极管D_L的阳极。

具体的，所述稳压电源模块3包括一个连接至N个场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N栅极的直流稳压电源Von。

优选的，所述充电模块1和放电模块2正常工作频率为100kHz，驱动脉宽为5ns。

优选的，所述雪崩三极管型号为PZT2222A，功率场效应晶体管型号为FDD86250。

优选的，所述储能电容C1取值为50-500pF，所述限流电阻R1取值为100-500Ω。

优选的，所述直流稳压电源Von的取值为5-15V之间，可调高压电源Vh取值为小于150V。

优选的，所述雪崩三极管和功率场效应晶体管，提供1.5ns的导通上升沿和峰值为10-40A连续可调的导通电流。

图2是两路雪崩三极管串接功率场效应晶体管放电开关电路并联结构的激光二极管驱动电路的结构图，正常工作时充放电回路的工作频率为100kHz，驱动脉宽为5ns，Q₁、Q₂为功率场效应晶体管，型号为FDD86250；D₁、D₂为雪崩三极管，型号为PZT2222A；C₁为储能电容，容值为1UF；D_L为半导体激光二极管；R₁为50Ω限流电阻与储能电容C₁组成充电回路，D_L分别与两条并联的场效应管Q₁、Q₂和雪崩三极管D₁、D₂组成两条放电开关电路。其利用功率场效应晶体管（MOS管）的发热特性（一直处于导通状态的MOS管很容易发热）和正温度特性（导通电阻随着温度升高而增加），控制每个放电开关电路的电流保持相同，实现均流。外界输入的可调高压电源Vh通过二极管D_H给储能电容C₁充电，电容充电之后其两端的高压为每个雪崩三极管提供所需的雪崩击穿电压。两路功率场效应晶体管由于栅极电压始终受到直流稳压电压Von的驱动，其在电路中始终保持导通状态，相当于一个具有明显热特性的内阻较小的电阻。当驱动脉冲信号到来时候，雪崩三极管首先出现雪崩现象，放电开关电路电流迅速增大驱动激光管发光，由于有电流流过，一旦某路的电流过大，导致并联支路不均流，功率场效应管发热导致电阻增大，从而导致此路的电流减小，强迫所有支路均流，从而使得两路放电开关电路真正得到并联，使得放电总电阻减小，提高驱动电流。

设计电路板时，电路板最上方为可激光驱动信号输入整形端子，接下来是激光的充电电路和两路对称的放电开关电路，其主要包含了两个雪崩三极管D₁、D₂和场效应管Q₁、Q₂，电路板左边则是驱动供电电源端子Von，提供直流电源输入作为栅极驱动电压，电路板的下方则是外界可调高压输入端子Vh。在电路板布局中尽量保证充放电开关电路的走线尽量短，且能大面积铺铜，减少回路长度。

本实用新型方案，利用雪崩三极管串接功率场效应管的放电开关回路结构进行两路并联放电比原来的单纯使用雪崩三极管进行放电的驱动电流提升了约30%。如果升高输入高压Vh的值，或者在原有基础上额外加入其它的雪崩三极管串接场效应晶体管的并联放电开关电路，在电路额定值允许的条件下，驱动电流能进一步提升。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体激光驱动电路，其特征在于：其包括放电模块、控制模块、充电模块和稳压电源模块；

所述放电模块包括一个激光二极管D_L和N路并联的放电开关电路；所述 N路放电开关电路包括N个作为均流器件的功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N和N个作为大电流开关器件的雪崩三极管D₁、D₂、……D_N，所述N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的漏级分别和各自的雪崩三极管D₁、D₂、……D_N的发射极相连，所述激光二级管D_L的阴极连接N个雪崩三极管的集电极；N为大于或等于2的自然数；

所述控制模块连接至N个雪崩三极管D₁、D₂、……D_N的基极，用于为N路雪崩三级管电路驱动脉冲，控制激光二级管D_L的发光频率；

所述充电模块分别连接N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的源极和激光二极管D_L的阳极，用于使雪崩三极管D₁、D₂、……D_N发生雪崩导通；

所述稳压电源模块连接至N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的栅极，用于提供稳定的开通电压使N个功率场效应晶体管处于常通状态。

2.根据权利要求1所述的半导体激光驱动电路，其特征在于：所述控制模块包括可编程纳秒延时控制脉冲和电阻R₂，所述可编程纳秒延时控制脉冲通过所述电阻R₂连接到N个雪崩三极管D₁、D₂、……D_N基极。

3.根据权利要求1所述的半导体激光驱动电路，其特征在于：所述充电模块包括可调高压电源Vh、电流导通流向二极管D_H、储能电容C₁和接地的限流电阻R₁；所述电流导通流向二极管D_H阳极连接所述可调高压电源Vh，阴极连接所述储能电容C₁，储能电容C₁和所述限流电阻R₁同时连接至N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的源极。

4.根据权利要求3所述的半导体激光驱动电路，其特征在于：所述储能电容C₁一端连接N个功率场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N的源极，另一端连接所述激光二极管D_L的阳极。

5.根据权利要求3所述的半导体激光驱动电路，其特征在于：所述稳压电源模块包括一个连接至N个场效应晶体管Q₁、Q₂、……Q_N栅极的直流稳压电源Von。

6.根据权利要求1所述的半导体激光驱动电路，其特征在于：所述充电模块和放电模块正常工作频率为100kHz，驱动脉宽为5ns。

7.根据权利要求1所述的半导体激光驱动电路，其特征在于：所述雪崩三极管型号为PZT2222A，功率场效应晶体管型号为FDD86250。

8.根据权利要求3所述的半导体激光驱动电路，其特征在于：所述储能电容C1取值为50-500pF，所述限流电阻R1取值为100-500Ω。

9.根据权利要求5所述的半导体激光驱动电路，其特征在于：所述直流稳压电源Von的取值为5-15V之间，可调高压电源Vh取值为小于150V。

10.根据权利要求1所述的半导体激光驱动电路，其特征在于：所述雪崩三极管和功率场效应晶体管，提供1.5ns的导通上升沿和峰值为10-40A连续可调的导通电流。