CN213990633U - 光耦隔离pwm调制电路及固体激光器ld泵浦的电流控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光耦隔离PWM调制电路，包括控制芯片、带使能端的第一三态缓冲器芯片、带使能端的第二三态缓冲器芯片、第一光耦芯片、第二光耦芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；其中，所述控制芯片、带使能端的第一三态缓冲器芯片、带使能端的第二三态缓冲器芯片、第一光耦芯片、第二光耦芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻电连接。本实用新型还公开了一种固体激光器LD泵浦的电流控制装置。本申请能够解决如何调节LD泵浦固体激光器的电流大小的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及固体激光器的电流控制领域。更具体地说，本实用新型涉及光耦隔离PWM调制电路及固体激光器LD泵浦的电流控制装置。
背景技术
需要声明的是，本文于此处涉及的技术内容，是为提高对于本申请的理解而作出的，并不代表这些内容必然地能够被视为现有技术。
随着高效率、高功率的LD(激光二极管)以及其阵列突破性发展，LD泵浦的固体激光器的应用越来越广泛。LD泵浦的固体激光器具有高效率、高稳定型、窄线宽、较长的使用寿命及小型化等优点，已经在激光打标，激光切割、激光医学、飞行打标、光谱分析等很多领域取得了广泛的应用。
但是，目前LD泵浦固体激光器的应用中还存在诸多缺陷，如下所述：
首先，LD泵浦固体激光器对电流冲击很敏感，较强的峰值电流很容易把 LD泵浦给损坏，所以在连接LD泵浦固体激光器的电路中必须有严密的保护电路，避免LD泵浦固体激光器受破坏。
其次，LD泵浦固体激光器发射的光束质量对电流纹波很敏感，电流的纹波越小，激光光束质量越好，所以要求连接LD泵浦固体激光器的电路中的电压纹波比较小，来保证LD泵浦固体激光器的激光腔体出光口的光束质量。
实用新型内容
基于背景中所提出的在先技术缺陷，本实用新型提出了一个目的，即，至少解决上述在先技术缺陷导致的问题，并提供至少后面将说明的优点。
本申请提出的另一个实用新型目的是：解决如何调节LD泵浦固体激光器的电流大小的问题，以及如何降低电流纹波的问题，避免LD泵浦固体激光器受电流影响而遭损害。
更进一点讲，本实用新型通过以下诸方面的技术方案实现：
<第一方面>第一方面提供了一种光耦隔离PWM调制电路，用于控制固体激光器LD泵浦的电流大小；其中，所述光耦为MOSFET驱动光耦，所述光耦用于放大PWM信号，并根据放大后的PWM信号控制MOSFET的开关来实现对所述固体激光器LD泵浦的电流大小的控制；所述光耦隔离PWM调制电路100包括：
控制芯片，用于发出PWM调制信号；和
带使能端的第一三态缓冲器芯片，第一三态缓冲器芯片的输入端与控制芯片输出端的第一引脚连接；和
带使能端的第二三态缓冲器芯片，第二三态缓冲器芯片的输入端与控制芯片输出端的第二引脚连接；和
第一光耦芯片，第一光耦芯片输入端的第一引脚与第一三态缓冲器芯片的输出端连接；和
第二光耦芯片，第二光耦芯片输入端的第一引脚与第二三态缓冲器芯片的输出端连接；和
第一电阻，第一电阻的一端与第一三态缓冲器芯片的输出端连接，第一电阻R1的另一端接地；和
第二电阻，第二电阻的一端与第一光耦芯片输入端的第二引脚连接，第二电阻的另一端接地；和
第三电阻，第三电阻的一端与第二光耦芯片输出端的第一引脚连接，第三电阻的另一端与一供电电压源连接；和
第四电阻，第四电阻的一端与第二光耦芯片输出端的第二引脚连接，另一端接地。
<第二方面>
第二方面提供了一种固体激光器LD泵浦的电流控制装置，包括第一方面所述的光耦隔离PWM调制电路。
在一些技术方案中，所述电流控制装置还包括：功率模块充电电路、功率模块放电电路和过流保护自锁电路；其中，光耦隔离PWM调制电路与过流保护自锁电路连接，功率模块充电电路、功率模块放电电路分别与固体激光器LD泵浦连接。
在一些技术方案中，所述电流控制装置还包括电流采集放大电路。
在一些技术方案中，所述功率模块充电电路用于实施对固体激光器LD泵浦的电流上升控制和电流恒流控制；所述功率模块充电电路包括：第一场效应管、电感、电容、第五电阻、第七电阻、第十电阻；
所述功率模块放电电路用于实施对固体激光器LD泵浦电流下降控制；所述功率模块放电电路包括：第二场效应管、第六电阻、第八电阻，第九电阻；
其中，第一场效应管的栅极通过第五电阻与第一光耦芯片的输出端相连，第一场效应管的源极接供电电源的正极，第一场效应管的漏极与电感一端连接，电感的另外一端分别与电容的正极、第二场效应管的源极、固体激光器 LD泵浦的正极连接，第七电阻的两端分别与第一场效应管的栅极和源极连接，第十电阻的一端与固体激光器LD泵浦的负极连接，另外一端接地，
第二场效应管的栅极通过第六电阻与第二光耦芯片的输出端相连，第二场效应管的源极分别与电感一端、电容的正极和固体激光器LD泵浦的正极连接，第二场效应管的漏极分别与第八电阻、第九电阻的一端相连，第九电阻的另外一端接地，第八电阻的另外一端与第二场效应管的栅极连接。
在一些技术方案中，所述过流保护自锁电路包括运放芯片、第一二极管、第二二极管、第十一电阻；其中，
运放芯片的同相输入端与第一二极管的负极相连，运放芯片的反相输入端用于与一基准电压源REF+相连，
第一二极管的正极与第十一电阻的一端相连，
第十一电阻的另外一端分别与运放芯片的输出端和第二二极管的D2的正极相连，
第二二极管的负极分别与第二三态缓存器芯片使能端的引脚、第三三态缓存器芯片使能端的引脚和控制芯片的第三引脚相连。
本申请至少具备以下有益效果：
在本申请的一些实施例的光耦隔离PWM调制电路中：控制芯片IC1发出 PWM调制信号后，带使能端的第一三态缓冲器芯片IC2与带使能端的第二三态缓冲器芯片IC3对前述PWM调制信号的电压进行转换，驱动第一光耦芯片 IC4、第二光耦芯片IC5运行，进而实现对于光耦的驱动。在驱动所述光耦后，所述光耦放大PWM调制信号，并根据放大后的PWM调制信号控制MOSFET的开关，来实现对固体激光器LD泵浦电流大小的控制。更详细的原理如下：在过流报警到来时，第一三态缓冲器芯片IC2与第二三态缓冲器芯片IC3的使能端关闭；在使能端关闭时，第一三态缓冲器芯片IC2与第二三态缓冲器芯片 IC3输出的三态逻辑信号是高阻信号，此时通过下拉第一电阻R1和上拉第三电阻R3，即可有效控制光耦的逻辑输出，进而能够控制对于固体激光器LD 的充放电工作(具体是：使与固体激光器LD连接的功率模块充电电路处于关闭状态，功率模块放电电路处于打开状态)，保护固体激光器LD泵浦。
在本申请的一些实施例的电流控制装置中：1、采用在固体激光器LD泵浦的两端串联电感L1和并联电容C4，通过电感L1和电容C4的能量存储和释放，可以有效的降低PWM调制信号在固体激光器LD泵浦两端的纹波，从能保证激光光束质量；利用高精度的功率电阻R10采集电流信号，通过电流采集放大电路500，送给IC1的模拟数字转换通道，通过PID来调节PWM调制信号的输出，从而控制固体激光器LD泵浦的电流。2、在功率模块充电电路 200打开时，功率模块放电电路300是关闭的，只有在功率模块充电电路200 关闭时，功率模块放电电路300才打开；在功率模块放电电路300打开时，通过第九电阻R9，可以有效缓慢放掉加在固体激光器LD泵浦端电感L1和电容C4的电压，有效保护了固体激光器LD泵浦。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本申请的固体激光器LD泵浦的电流控制装置在一些实施例中的原理框图；
图2为本申请的固体激光器LD泵浦的电流控制装置在一些实施例中的电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，本申请实施例中的术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或器件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。再者，术语“包括”和“设置有”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
除以上所述外，仍需要强调的是，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
<第一方面>
如图1-2所示，第一方面提供了一种光耦隔离PWM调制电路100，用于控制固体激光器LD泵浦的电流大小；其中，所述光耦为MOSFET驱动光耦，所述光耦用于放大PWM信号，并根据放大后的PWM信号控制MOSFET的开关来实现对所述LD泵浦电流大小的控制；所述光耦隔离PWM调制电路100包括：
控制芯片IC1，用于发出PWM调制信号；和
带使能端的第一三态缓冲器芯片IC2，第一三态缓冲器芯片IC2的输入端与控制芯片IC1输出端的第一引脚PWM1连接；和
带使能端的第二三态缓冲器芯片IC3，第二三态缓冲器芯片IC3的输入端与控制芯片IC1输出端的第二引脚PWM2连接；和
第一光耦芯片IC4，第一光耦芯片IC4输入端的第一引脚与第一三态缓冲器芯片IC2的输出端连接；和
第二光耦芯片IC5，第二光耦芯片IC5输入端的第一引脚与第二三态缓冲器芯片IC3的输出端连接；和
第一电阻R1，第一电阻R1的一端与第一三态缓冲器芯片IC2的输出端连接，第一电阻R1的另一端接地；和
第二电阻R2，第二电阻R2的一端与第一光耦芯片IC4输入端的第二引脚连接，第二电阻R2的另一端接地；和
第三电阻R3，第三电阻R3的一端与第二光耦芯片IC5输出端的第一引脚连接，第三电阻R3的另一端连接VCC1；和
第四电阻R4，第四电阻R4的一端与第二光耦芯片IC5输出端的第二引脚连接，另一端接地。
在本申请中，控制芯片IC1发出PWM调制信号后，带使能端的第一三态缓冲器芯片IC2与带使能端的第二三态缓冲器芯片IC3对前述PWM调制信号的电压进行转换，驱动第一光耦芯片IC4、第二光耦芯片IC5运行，进而实现对于光耦的驱动。在驱动所述光耦后，所述光耦放大PWM调制信号，并根据放大后的PWM调制信号控制MOSFET的开关，来实现对固体激光器LD泵浦电流大小的控制。更详细的原理如下：
在过流报警到来时，第一三态缓冲器芯片IC2与第二三态缓冲器芯片IC3 的使能端关闭；在使能端关闭时，第一三态缓冲器芯片IC2与第二三态缓冲器芯片IC3输出的三态逻辑信号是高阻信号，此时通过下拉第一电阻R1和上拉第三电阻R3，即可有效控制光耦的逻辑输出，进而能够控制对于固体激光器LD的充放电工作(具体是：使与固体激光器LD连接的功率模块充电电路处于关闭状态，功率模块放电电路处于打开状态)，保护固体激光器LD泵浦。
在一些实施方式中，所述光耦为高速的MOSFET驱动光耦，用于快速驱动 MOSFET。
<第二方面>
第二方面提供了一种固体激光器LD泵浦的电流控制装置，包括：第一方面所述的光耦隔离PWM调制电路100。
在一些实施方式中，所述电流控制装置还包括：功率模块充电电路200、功率模块放电电路300和过流保护自锁电路400；其中，光耦隔离PWM调制电路100与过流保护自锁电路400连接，功率模块充电电路200、功率模块放电电路300分别与固体激光器LD泵浦连接。在本方案中，功率模块充电电路200、功率模块放电电路300和过流保护自锁电路400均可以通过现有技术实现。
在一些实施方式中，所述电流控制装置还包括电流采集放大电路500；光耦隔离PWM调制电路100与电流采集放大电路500连接，电流采集放大电路500可以利用霍尔采集电流，或者采样电阻实现。
在一些实施方式中，所述功率模块充电电路200用于实施对固体激光器 LD泵浦的电流上升控制和电流恒流控制；所述功率模块充电电路200包括：第一场效应管Q1、电感L1、电容C4、第五电阻R5、第七电阻R7、第十电阻 R10；
所述功率模块放电电路300用于实施对固体激光器LD泵浦电流下降控制；所述功率模块放电电路300包括：第二场效应管Q2、第六电阻R6、第八电阻R8，第九电阻R9；
其中，第一场效应管Q1的栅极通过第五电阻R5与第一光耦芯片IC4的输出端相连，第一场效应管Q1的源极接供电电源的正极，第一场效应管Q1 的漏极与电感L1一端连接，电感L1的另外一端分别与电容C4的正极、第二场效应管Q2的源极、固体激光器LD泵浦的正极LD+连接，
第七电阻R7的两端分别与第一场效应管Q1的栅极和源极连接，第十电阻R10的一端与固体激光器LD泵浦的负极LD-连接，另外一端接地，
第二场效应管Q2的栅极通过第六电阻R6与第二光耦芯片IC5的输出端相连，第二场效应管Q2的源极分别与电感L1一端、电容C4的正极和固体激光器LD泵浦的正极LD+连接，第二场效应管Q2的漏极分别与第八电阻R8、第九电阻R9一端相连，
第九电阻R9的另外一端接地，第八电阻R8的另外一端与第二场效应管 Q2的栅极连接。
与现有技术相比，第二方面的电流控制装置能够取得的技术效果包括：
1、采用在固体激光器LD泵浦的两端串联电感L1和并联电容C4，通过电感L1和电容C4的能量存储和释放，可以有效的降低PWM调制信号在固体激光器LD泵浦两端的纹波，从能保证激光光束质量；利用高精度的功率电阻 R10采集电流信号，通过电流采集放大电路500，送给IC1的模拟数字转换通道，通过PID来调节PWM调制信号的输出，从而控制固体激光器LD泵浦的电流。
2、在功率模块充电电路200打开时，功率模块放电电路300是关闭的，只有在功率模块充电电路200关闭时，功率模块放电电路300才打开；在功率模块放电电路300打开时，通过第九电阻R9，可以有效缓慢放掉加在固体激光器LD泵浦端电感L1和电容C4的电压，有效保护了固体激光器LD泵浦。
在一些实施方式中，所述过流保护自锁电路400包括运放芯片IC8B、第一二极管D1、第二二极管D2、第十一电阻R15；其中，
运放芯片IC8B的同相输入端分别与电流采集放大电路500的输出端AD 和第一二极管D1的负极相连，运放芯片IC8B的反相输入端用于与一基准电压源REF+相连，
第一二极管D1的正极与第十一电阻R15的一端相连，
第十一电阻R15的另外一端分别与运放芯片IC8B的输出端和第二二极管的D2的正极相连，
第二二极管D2的负极分别与第二三态缓存器芯片IC2使能端的引脚3、第三三态缓存器芯片IC3使能端的引脚3和控制芯片IC1的第三引脚IO相连。
在上述实施方式中，利用二极管的正向导通特性，通过第一二极管D1和第二二极管D2锁存高电平，当过流电压信号到来时，可以锁存过流的电压信号，过流电压信号分别给控制芯片IC1的第三引脚IO端进行处理，以及第一三态缓冲器芯片IC2与第二三态缓冲器芯片IC3的使能端，进行保护固体激光器LD泵浦。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.光耦隔离PWM调制电路，其特征在于，用于控制固体激光器LD泵浦的电流大小；其中，所述光耦为MOSFET驱动光耦，所述光耦用于放大PWM信号，并根据放大后的PWM信号控制MOSFET的开关来实现对所述固体激光器LD泵浦的电流大小的控制；所述光耦隔离PWM调制电路包括：
控制芯片，用于发出PWM调制信号；和
带使能端的第一三态缓冲器芯片，第一三态缓冲器芯片的输入端与控制芯片输出端的第一引脚连接；和
带使能端的第二三态缓冲器芯片，第二三态缓冲器芯片的输入端与控制芯片输出端的第二引脚连接；和
第一光耦芯片，第一光耦芯片输入端的第一引脚与第一三态缓冲器芯片的输出端连接；和
第二光耦芯片，第二光耦芯片输入端的第一引脚与第二三态缓冲器芯片的输出端连接；和
第一电阻，第一电阻的一端与第一三态缓冲器芯片的输出端连接，第一电阻R1的另一端接地；和
第二电阻，第二电阻的一端与第一光耦芯片输入端的第二引脚连接，第二电阻的另一端接地；和
第三电阻，第三电阻的一端与第二光耦芯片输出端的第一引脚连接，第三电阻的另一端与一供电电压源连接；和
第四电阻，第四电阻的一端与第二光耦芯片输出端的第二引脚连接，另一端接地。
2.固体激光器LD泵浦的电流控制装置，其特征在于，包括权利要求1所述的光耦隔离PWM调制电路。
3.根据权利要求2所述的电流控制装置，其特征在于，所述电流控制装置还包括：功率模块充电电路、功率模块放电电路和过流保护自锁电路；其中，光耦隔离PWM调制电路与过流保护自锁电路连接，功率模块充电电路、功率模块放电电路分别与固体激光器LD泵浦连接。
4.根据权利要求3所述的电流控制装置，其特征在于，所述电流控制装置还包括电流采集放大电路。
5.根据权利要求3所述的电流控制装置，其特征在于，所述功率模块充电电路用于实施对固体激光器LD泵浦的电流上升控制和电流恒流控制；所述功率模块充电电路包括：第一场效应管、电感、电容、第五电阻、第七电阻、第十电阻；
所述功率模块放电电路用于实施对固体激光器LD泵浦电流下降控制；所述功率模块放电电路包括：第二场效应管、第六电阻、第八电阻，第九电阻；
其中，第一场效应管的栅极通过第五电阻与第一光耦芯片的输出端相连，第一场效应管的源极接供电电源的正极，第一场效应管的漏极与电感一端连接，电感的另外一端分别与电容的正极、第二场效应管的源极、固体激光器LD泵浦的正极连接，第七电阻的两端分别与第一场效应管的栅极和源极连接，第十电阻的一端与固体激光器LD泵浦的负极连接，另外一端接地，
第二场效应管的栅极通过第六电阻与第二光耦芯片的输出端相连，第二场效应管的源极分别与电感一端、电容的正极和固体激光器LD泵浦的正极连接，第二场效应管的漏极分别与第八电阻、第九电阻的一端相连，第九电阻的另外一端接地，第八电阻的另外一端与第二场效应管的栅极连接。
6.根据权利要求5所述的电流控制装置，其特征在于，所述过流保护自锁电路包括运放芯片、第一二极管、第二二极管、第十一电阻；其中，
运放芯片的同相输入端与第一二极管的负极相连，运放芯片的反相输入端用于与一基准电压源REF+相连，
第一二极管的正极与第十一电阻的一端相连，
第十一电阻的另外一端分别与运放芯片的输出端和第二二极管的D2的正极相连，
第二二极管的负极分别与第二三态缓存器芯片使能端的引脚、第三三态缓存器芯片使能端的引脚和控制芯片的第三引脚相连。
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| CN113411080A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-09-17 | 深圳市微源半导体股份有限公司 | 数字控制信号生成电路及电子设备 |
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2020
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| CN113411080A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-09-17 | 深圳市微源半导体股份有限公司 | 数字控制信号生成电路及电子设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |