CN216624872U - 一种半导体激光器调光驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种半导体激光器的调光驱动电路，包括输出占空比调节电路、PWM信号发生电路、恒流驱动电路；所述输出占空比调节电路、恒流驱动电路与PWM信号发生电路相连。本实用新型通过上述结构，采用电位器调整调光电路的输出占空比，可实时驱动和控制半导体激光器光源，并线性的调节激光器亮度或功率。相比同类产品，本实用新型电路不仅采用了高效节能的脉宽调制恒流输出的调光驱动模式，而且不需要采用逻辑器件来产生PWM信号，省去了对逻辑器件进行编程等开发投入，电路结构简单，稳定性和低成本优势明显。

Description

一种半导体激光器调光驱动电路

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器领域，尤其是一种用于半导体激光器的调光驱动电路。

背景技术

半导体激光器又称激光二极管(Laser Diode，简称LD)，是用半导体材料作为工作物质的激光器。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。本实用新型针对的是双异质结半导体激光器的调光应用。

随着LD器件的快速发展和生产成本的逐年降低，小微功率LD不仅可以用于光学实验、工业标线及定位、电子教鞭、3D扫描光源等用途，也越来越多的应用与特种照明及投影仪光源用途。因此，对LD激光器的输出亮度的调节也愈发重要。目前，市场上LD调光的方式主要有开关调光、可控硅调光、PWM调光等；

其中，PWM(脉冲宽度调制)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中；脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。本实用新型采用时基芯片代替微处理器等逻辑器件，实现了相同的PWM调光功能。

目前，开关调光、可控硅调光和微处理器PWM调光是比较常用的调光电路，上述前两种调光电路是通过电阻拨位开关或可控硅器件，来控制输出至半导体激光器的电压或电流来实现调光功能。存在亮度调节分辨率低，只有固定的3-5个亮度等级，或不适用于直流驱动电路，尤其是不适用于小微功率的半导体激光器连续线性调光使用场景的缺陷。而使用微处理器作为PWM信号发生源的电路虽然可以满足要求，但需要对微处理器进行编程开发，投入的材料和人力成本相对较高。

实用新型内容

本实用新型采用时基芯片NE555G替代微处理器等逻辑器件作为PWM信号发生源，实现等效于逻辑器件形式的PWM调光驱动电路的功能和效果，精简掉了对逻辑器件进行编程开发的环节。同时简化了电路结构，提高了电路稳定性，降低了电路成本。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种半导体激光器调光驱动电路，包括输出占空比调节电路、PWM信号发生电路和恒流驱动电路；

所述恒流驱动电路、输出占空比调节电路与所述PWM信号发生电路相连；

其中，所述PWM信号发生电路包括时基芯片；所述时基芯片的型号为NE555G。

进一步的，所述一种半导体激光器调光驱动电路还包括输出占空比调节电路；

所述输出占空比调节电路与所述PWM信号发生电路相连；

其中，所述输出占空比调节电路包含一体式开关电位器，所述一体式开关电位器型号为R097-B10K-15。

进一步的，所述一种半导体激光器调光驱动电路还包括恒流驱动电路；

所述恒流驱动电路与所述PWM信号发生电路相连，输出端则与半导体激光器相连；

其中，所述恒流驱动电路包含恒流驱动芯片，所述恒流驱动芯片的型号为PT4205。

本实用新型采用上述结构，主要有以下几个优点：

1、本实用新型采用时基芯片替代常用的微处理器等逻辑器件来作为PWM信号发生源，具有成本低廉、外围辅助电路简单的优势；

2、本实用新型完成电路组装后就可以产生可调占空比的PWM信号，而无须像采用微处理器作为PWM信号源时，需要对微处理器进行编程开发。

3、不需要外部信号源、可视界面及输入键盘，仅需一个与开关集成的可调电位器即可实现对半导体激光器连续的、线性的亮度调整功能。

4、对传统的NE555G电路结构进行了改进，加速了电容充放电速度，从而提高了NE555G信号输出的响应带宽和输出频率。

附图说明

图1为本实用新型一种半导体激光器调光驱动电路一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中电路原理图

图3为本实用新型另一实施例中输出占空比调节电路的示意图

图4为本实用新型一实施例中PWM信号发生电路的示意图

图5为本实用新型一实施例中恒流驱动电路的示意图

图中标号名称为：10-输出占空比调节电路、20-PWM信号发生电路、30-恒流驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种半导体激光器调光驱动电路，如图1所示，包括输出占空比调节电路10，PWM信号发生电路20，恒流驱动电路30；

PWM信号发生电路20与外置直流电源相连，恒流驱动电路30与外置半导体激光器相连；

输出占空比调节电路10用于调节对半导体激光器的输出占空比，主要由可调电阻与一对肖特基二极管及电容组成，通过上述器件与PWM信号发生电路的共同作用，可调节恒流驱动电路30对半导体激光器输出的脉冲宽度及占空比，从而实现调光功能；

PWM信号发生电路20用于产生可供输出占空比电路调节的PWM信号，主要由时基芯片NE555G和电容组成，通过NE555G的3号引脚输出交替且持续的高低电平信号，从而产生PWM方波信号；

恒流驱动电路30用于向半导体激光器输出电流值相对恒定的电源，可确保半导体激光器不会因电流过大或波动造成过热甚至烧毁。主要由恒流驱动芯片PT4205及电阻、电容等组成。PT4205的6号，2号管脚通过接收经输出占空比调节电路10调节后的PWM信号，以电流恒定、脉冲宽度可调的方式驱动半导体激光器并实现亮度连续、线性可调。

其中，如图2、图3所示，所述一种半导体激光器调光驱动电路包括输出占空比调节电路；

输出占空比调节电路10与PWM信号发生电路20相连；

进一步的，所述输出占空比调节电路包含一体式开关电位器、肖特基二极管及电容。所述一体式开关电位器型号为R097-B10K-15、肖特基二极管型号为IN5819。

其中，如图2、图4所示，所述一种半导体激光器调光驱动电路还包括PWM信号发生电路；

PWM信号发生电路与输出占空比调节电路、恒流驱动电路相连；

进一步的，所述PWM信号发生电路包含时基芯片。所述时基芯片的型号为NE555G。

其中，如图2、图5所示，所述一种半导体激光器调光驱动电路还包括恒流驱动电路；

恒流驱动电路与PWM信号发生电路相连，输出端子与外置半导体激光器相连；

进一步的，所述恒流驱动电路包含恒流驱动芯片、电阻、电容、输出端子等。所述恒流驱动芯片的型号为PT4205。

在本实用新型的具体应用场景中，所述负载为半导体激光器；

本实用新型在使用之前，先在输入端连接直流电源，并将半导体激光器连接在本实用新型的输出端；

如图2所示，在本实用新型运行时，由电阻R4、二极管D3、一体式开关电位器PR1-A和电容C5组成输出占空比调节电路10，其中电阻R4串联在5V电源与时基芯片U2的引脚7(DISCHG放电功能)之间，其余电路连接时基芯片U2的引脚6(THOLD保持电平状态功能)和引脚2(TRIG触发电平反转功能)。

当系统导通后，电流通过R4、D3、PR1-A、使电容C5充电，U2的引脚3(OUT，输出功能)向恒流驱动芯片U1的引脚3(DIM)输出高电平信号；

当电容充电后电压上升至VCC电压的2/3时，U2的引脚2即达到触发阈值，使U2引脚3输出的信号发生翻转，由高电平信号转变为低电平信号，同时C5通过由PRA-1、D4、U2的引脚7进行放电，当C5放电后电压下降至VCC电压的1/3时，U2的2号引脚触发导致信号再次翻转，使U2的引脚3再次切换至高电平信号输出状态，同时C5重新进入充电过程。由于C5不断进行充、放电过程，从而会产生一个不间断的PWM方波脉冲信号；

在C5充放电过程中的电压介于临界值3/1VCC与2/3VCC之间时，由U2的引脚6保持当前的电平信号状态(高或低)，只有当C5的电压高或低于临界电压时，电平信号才发生翻转；根据这一原理，通过调节一体开关电位器PRA-1的阻值，可改变电容C5充放电的速度，即改变PWM信号输出的占空比，从而实现通过U1恒流驱动芯片对半导体激光器的PWM调光和驱动功能。

如图3所示，在本实施例中，肖特基二极管D3、D4取代了传统NE555G电路中的一对电阻，其创新性在于，电阻会限制电容C5充、放电的速度，从而导致NE555G输出的PWM方波信号在高频输出时产生尖峰波形且产生串扰。通过采用二极管替代电阻的方法，可保持在较高输出频率下PWM信号方波的完整度，并且可大幅提高输出占空比调节的响应度，从而使半导体激光器在亮度调节过程中保持高线性度和平滑性。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种半导体激光器调光驱动电路，其特征在于，包括输出占空比调节电路、PWM信号发生电路、恒流驱动电路；

所述恒流驱动电路与半导体激光器相连；

其中，所述PWM信号发生电路包含时基芯片，所述时基芯片的型号为NE555G。

2.如权利要求1所述的一种半导体激光器调光驱动电路，其特征在于，还包括输出占空比调节电路；

所述恒流驱动电路、输出占空比调节电路与所述PWM信号发生电路相连；

其中，所述输出占空比调节电路包括一体式开关电位器，所述一体式开关电位器型号为R097-B10K-15。

3.如权利要求1所述的一种半导体激光器调光驱动电路，其特征在于，还包括恒流驱动电路；

所述恒流驱动电路与所述PWM信号发生电路相连，输出端则与半导体激光器相连；

其中，所述恒流驱动电路包含恒流驱动芯片，所述恒流驱动芯片型号为PT4205。

4.如权利要求1所述的一种半导体激光器调光驱动电路，其特征在于，至少包含两个肖特基二极管，所述肖特基二极管的型号为IN5819。

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