CN216850742U - 宽电压自适应激光驱动模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种宽电压自适应激光驱动模块，包括电流采集电路、积分电路、信号转换器、PWM控制芯片、MOS管驱动电路和半导体激光器。本实用新型提供的一种宽电压自适应激光驱动模块能够适应不同类型激光器的工作电压，输出可调的电流和脉冲，结构简单，实用性强，通过改变采样电阻的大小，来调节不同的输出电压，通过积分电路对电压信号进行积分，调节输出电压信号的精度，通过信号转换器调节输入电压的大小和频率并将电压信号转换为相应的PWM信号输出至PWM控制芯片，信号转换器根据电压信号实时调节输出PWM信号的占空比，PWM控制芯片发送PWM脉冲信号至MOS管驱动电路，MOS管驱动电路根据不同占空比的PWM脉冲信号输出不同的驱动电流至半导体激光器。

Description

宽电压自适应激光驱动模块

技术领域

本实用新型涉及激光驱动技术领域，尤其涉及一种宽电压自适应激光驱动模块。

背景技术

半导体激光器是一种利用半导体材料制作的激光器，其体积小、寿命长，可以采用简单的注入电流的方式来产生激光，这样可以与集成电路相互兼容，并可以通过调节电流的方式控制激光的输出属性，在激光通信、光存储、测距、雷达等方面获得了广泛的应用。

半导体激光器一般采用恒流电流进行驱动，一般情况下激光器的输出电流为恒定电流或者PWM调制的电流信号，其驱动电流的幅值一般是不变的；而且一般的激光器，其抗浪涌能力很差，工作中出现较大的浪涌电流或者电流过冲，往往容易降低激光器的寿命或者损坏激光器。且在一些特殊的应用场合，往往要求激光器的驱动恒流电流的脉冲宽度可控，而且其电流值可调节。而另外一些应用场合中，要求激光器的恒流驱动电路能满足不同类型的激光器直接接入使用，或者要求采用多个激光器进行串联以提高整个系统激光的输出功率，这就要求电路能使用不同类型激光器的工作电压，以及能输出可调的电流和脉冲。

因此，有必要提供一种能够适应不同类型激光器的工作电压，输出可调的电流和脉冲，还能抗浪涌的宽电压自适应激光器驱动模块。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种能够适应不同类型激光器的工作电压，输出可调的电流和脉冲，还能抗浪涌的宽电压自适应激光器驱动模块。

本实用新型提供的一种宽电压自适应激光驱动模块，包括电流采集电路(1)、积分电路(2)、信号转换器(3)、PWM控制芯片(4)、MOS管驱动电路(5)和半导体激光器(6)；

电流采集电路(1)的输入端与半导体激光器(6)的负极电性连接，电流采集电路(1)的输出端与积分电路(2)的输入端电性连接，积分电路(2)的输出端与信号转换器(3)的输入端电性连接，信号转换器(3)的输出端与PWM控制芯片(4)的信号输入端电性连接，PWM控制芯片(4)的PWM输出端与MOS管驱动电路(5)的输入端电性连接，MOS管驱动电路(5)的输出端与半导体激光器(6)的正极电性连接。

在上述方案的基础上，优选的，所述电流采集电路(1)包括采样电阻R1；采样电阻R1的一端与半导体激光器(6)的负极电性连接，采样电阻R1的另一端作为电流采集电路(1)的输出端与积分电路(2)的输入端电性连接。

在上述方案的基础上，优选的，所述积分电路(2)包括运算放大器U1、电阻R2、电阻R3和电容C1；电阻R3的一端作为积分电路(2)的输入端，电阻R3的另一端分别与运算放大器反相输入端、电容C1的一端电性连接，运算放大器U1的同相输入端与电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端接地，运算放大器U1的输出端与电容C1的另一端电性连接，运算放大器U1的输出端还作为积分电路(2)的输出端与信号转换器(3)的输入端电性连接。

在上述方案的基础上，优选的，所述MOS管驱动电路(5)包括电阻R4、电阻R5和MOS管Q1；电阻R4的一端与PWM控制芯片(4)的PWM输出端电性连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端、MOS管Q1的栅极电性连接，电阻R5的另一端与MOS管Q1的源极均接地，MOS管Q1的漏极与半导体激光器(6)的正极电性连接。

在上述方案的基础上，优选的，还包括过流保护电路(7)；所述过流保护电路(7)的输入端与电流采集电路(1)的输出端电性连接，过流保护电路(7)的输出端与PWM控制芯片(4)的PWM脉冲使能端电性连接。

在上述方案的基础上，优选的，所述过流保护电路(7)包括运算放大器U2、电阻R6-R9、电容C2-C4、二极管D1和二极管D2；电阻R8的一端与电流采集电路(1)的输出端电性连接，电阻R8的另一端分别与电阻R9的一端、电容C3的一端、电容C4的一端电性连接，电阻R9的另一端接+5V电压，电容C3的另一端和电容C4的另一端接地，电容C4的一端还与电阻R6的一端电性连接，电阻R6的另一端分别与运算放大器U2的反相输入端、电容C2的一端电性连接，运算放大器U2的同相输入端分别与电阻R7的一端、二极管D2的负极电性连接，电阻R7的另一端接地，运算放大器U2的输出端分别与二极管D2的正极、电容C2的另一端、二极管D1的正极电性连接，二极管D1的负极与PWM控制芯片(4)的PWM脉冲使能端电性连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种宽电压自适应激光驱动模块，具备以下有益效果：

(1)本实用新型提供的一种宽电压自适应激光驱动模块能够适应不同类型激光器的工作电压，输出可调的电流和脉冲，结构简单，实用性强；通过改变采样电阻的大小，来调节不同的输出电压，通过积分电路对电压信号进行积分，进一步调节输出电压信号的精度，通过信号转换器调节输入电压的大小和频率并将电压信号转换为相应的PWM信号输出至PWM控制芯片，信号转换器根据电压信号实时调节输出PWM信号的占空比，PWM控制芯片发送PWM脉冲信号至MOS管驱动电路，MOS管驱动电路根据不同占空比的PWM脉冲信号输出不同的驱动电流至半导体激光器。

(2)当过流保护电路的同相输入端输入的电流值大于反相输入端输入的电流值，运算放大器U2输出高电平，二极管D1和二极管D2导通，输出高电平到PWM控制芯片的PWM脉冲使能端，运算放大器U2输出电流经过二极管D2反馈到同相输入端，使运算放大器U2输出更稳定。当过流保护电路输出高电平到PWM控制芯片的PWM脉冲使能端时，PWM控制芯片的PWM脉冲使能端控制PWM输出端停止输出PWM脉冲信号到MOS管驱动电路，MOS管驱动电路停止驱动半导体激光器，能够防浪涌，避免半导体激光器过流损坏，提高半导体激光器的使用寿命。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种宽电压自适应激光驱动模块的模块示意图；

图2为本申请实施例提供的一种宽电压自适应激光驱动模块的连接结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种宽电压自适应激光驱动模块中过流保护电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实施例中的一种宽电压自适应激光驱动模块，其包括电流采集电路1、积分电路2、信号转换器3、PWM控制芯片4、MOS管驱动电路5和半导体激光器6。

电流采集电路1，用于采集流经半导体激光器6的电流。电流采集电路1的输入端与半导体激光器6的负极电性连接。优选的，如图2所示，本实施例中，电流采集电路1包括采样电阻R1；具体的，采样电阻R1的一端与半导体激光器6的负极电性连接，采样电阻R1的另一端作为电流采集电路1的输出端与积分电路2的输入端电性连接。采样电阻R1用于对流经半导体激光器6的电流进行采样，并将采样后的电压信号输出至积分电路2。

积分电路2，用于对电流采集电路1输出的电压信号进行积分，进一步调节输出电压信号的精度。电流采集电路1的输出端与积分电路2的输入端电性连接，积分电路2的输出端与信号转换器3的输入端电性连接。优选的，如图2所示，本实施例中，积分电路2包括运算放大器U1、电阻R2、电阻R3和电容C1；具体的，电阻R3的一端作为积分电路2的输入端，电阻R3的另一端分别与运算放大器反相输入端、电容C1的一端电性连接，运算放大器U1的同相输入端与电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端接地，运算放大器U1的输出端与电容C1的另一端电性连接，运算放大器U1的输出端还作为积分电路2的输出端与信号转换器3的输入端电性连接。

应当理解的是，电流采集电路1输出的电压信号通过电阻R2连接到运算放大器的反相输入端，并在输出端和反相输入端之间通过电容C1引会一个深度负反馈，构成基本积分电路2，为了使运算放大器两输入端对地的电阻平衡，引入了电阻R3。本实施例中的积分电路2输出的电压信号与电流采集电路1输出的电压信号的时间积分值成正比，能够进行积分补偿，进一步调节输出电压信号的精度。

信号转换器3，用于将积分电路2输出的模拟电压信号线性转换为PWM信号，并且根据电压信号实时调节输出PWM信号的占空比。积分电路2的输出端与信号转换器3的输入端电性连接，信号转换器3的输出端与PWM控制芯片4的信号输入端电性连接。优选的，本实施例中的信号转换器3为GP9301芯片，GP9301芯片是一个模拟信号转PWM信号转换器3，相当于一个PWM信号输出的ADC。此芯片可以将0V到10V的模拟电压线性转换成占空比为0％到100％的PWM信号，并且占空比的线性误差小于0.5％。VIN为信号转换器3的输入端，PWM为信号转换器3的输出端。

PWM控制芯片4，用于接收信号转换器3输出的PWM信号并同步输出至MOS管驱动电路5。信号转换器3的输出端与PWM控制芯片4的信号输入端，PWM控制芯片4的PWM输出端与MOS管驱动电路5的输入端电性连接。优选的，本实施例中，PWM控制芯片4选用SG3525芯片，Sync为PWM控制芯片4的信号输入端，Output为PWM控制芯片4的PWM输出端，SHUT为PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端。

MOS管驱动电路5，用于根据PWM控制芯片4输出的脉冲信号来驱动驱动半导体激光器6。MOS管驱动电路5的输出端与半导体激光器6的正极电性连接。优选的，如图2所示，MOS管驱动电路5包括电阻R4、电阻R5和MOS管Q1；其中，电阻R4的一端与PWM控制芯片4的PWM输出端电性连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端、MOS管Q1的栅极电性连接，电阻R5的另一端与MOS管Q1的源极均接地，MOS管Q1的漏极与半导体激光器6的正极电性连接。当PWM控制芯片4输出的为高电平脉冲信号时，MOS管Q1导通，MOS管Q1输出电流驱动半导体激光器工作。

过流保护电路7，用于对半导体激光器6进行过流保护，对流经半导体激光器6的电流大小进行判断。过流保护电路7的输入端与电流采集电路1的输出端电性连接，过流保护电路7的输出端与PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端电性连接。优选的，如图3所示，过流保护电路7包括运算放大器U2、电阻R6-R9、电容C2-C4、二极管D1和二极管D2；其中，电阻R8的一端与电流采集电路1的输出端电性连接，电阻R8的另一端分别与电阻R9的一端、电容C3的一端、电容C4的一端电性连接，电阻R9的另一端接+5V电压，电容C3的另一端和电容C4的另一端接地，电容C4的一端还与电阻R6的一端电性连接，电阻R6的另一端分别与运算放大器U2的反相输入端、电容C2的一端电性连接，运算放大器U2的同相输入端分别与电阻R7的一端、二极管D2的负极电性连接，电阻R7的另一端接地，运算放大器U2的输出端分别与二极管D2的正极、电容C2的另一端、二极管D1的正极电性连接，二极管D1的负极与PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端电性连接。

其中，电阻R6和电阻R8为负载电阻，防止电路短路击穿；电阻R7和电阻R9为上拉电阻，使基准电压更加稳定；电容C3-C4为滤波电容，滤除电路干扰信号；电容C2为补偿电容，用于补偿运算放大器U2输入电容造成的相位影响；运算放大器U2为电流比较器LM324，用于比较同相输入端和反相输入端输入的电流值；二极管D1为正向二极管；二极管D2为限幅二极管，防止电路干扰或噪声造成的电压不稳定；+5V电压为基准电压；当同相输入端输入的电流值大于反相输入端输入的电流值，运算放大器U2输出高电平，二极管D1和二极管D2导通，输出高电平到PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端，运算放大U2输出电流经过二极管D2反馈到同相输入端，使运算放大器U2输出更稳定；当反相输入端输入的电流值大于同相输入端输入的电流值，运算放大器U2输出低电平，二极管D1和二极管D2截止。

当过流保护电路7输出高电平到PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端时，PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端控制PWM输出端停止输出PWM脉冲信号到MOS管驱动电路5；当过流保护电路7输出低电平到PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端时，PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端控制PWM输出端继续输出PWM脉冲信号到MOS管驱动电路5。

本实施例的工作原理：电流采集电路1采集流经半导体激光器6的电流大小，通过改变采样电阻R1的大小，来改变积分电路2输入电压的大小，积分电路2对输入的电压信号进行积分后，输出至信号转换器3，信号转换器3调节输入电压的大小和频率并将电压信号转换为相应的PWM信号，输出至PWM控制芯片4，PWM控制芯片4同步输出PWM脉冲信号至MOS管驱动电路5，MOS管驱动电路5根据PWM脉冲信号的频率及大小来控制MOS管的开断频率，进而改变输出的电流大小，进而驱动半导体激光器6工作。

当过流保护电路7的同相输入端输入的电流值大于反相输入端输入的电流值，运算放大器U2输出高电平，二极管D1和二极管D2导通，输出高电平到PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端，运算放大U2输出电流经过二极管D2反馈到同相输入端，使运算放大器U2输出更稳定。当过流保护电路7输出高电平到PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端时，PWM控制芯片4的PWM脉冲使能端控制PWM输出端停止输出PWM脉冲信号到MOS管驱动电路5，MOS管驱动电路5停止驱动半导体激光器6，避免半导体激光器6过流损坏，提高半导体激光器6的使用寿命。

本实施例的有益效果：

本实施例提供的一种宽电压自适应激光驱动模块能够适应不同类型激光器的工作电压，输出可调的电流和脉冲，结构简单，实用性强；通过改变采样电阻的大小，来调节不同的输出电压，通过积分电路对电压信号进行积分，进一步调节输出电压信号的精度，通过信号转换器调节输入电压的大小和频率并将电压信号转换为相应的PWM信号输出至PWM控制芯片，信号转换器根据电压信号实时调节输出PWM信号的占空比，PWM控制芯片发送PWM脉冲信号至MOS管驱动电路，MOS管驱动电路根据不同占空比的PWM脉冲信号输出不同的驱动电流至半导体激光器。

当过流保护电路的同相输入端输入的电流值大于反相输入端输入的电流值，运算放大器U2输出高电平，二极管D1和二极管D2导通，输出高电平到PWM控制芯片的PWM脉冲使能端，运算放大器U2输出电流经过二极管D2反馈到同相输入端，使运算放大器U2输出更稳定。当过流保护电路输出高电平到PWM控制芯片的PWM脉冲使能端时，PWM控制芯片的PWM脉冲使能端控制PWM输出端停止输出PWM脉冲信号到MOS管驱动电路，MOS管驱动电路停止驱动半导体激光器，能够防浪涌，避免半导体激光器过流损坏，提高半导体激光器的使用寿命。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种宽电压自适应激光驱动模块，其特征在于，包括电流采集电路(1)、积分电路(2)、信号转换器(3)、PWM控制芯片(4)、MOS管驱动电路(5)和半导体激光器(6)；

电流采集电路(1)的输入端与半导体激光器(6)的负极电性连接，电流采集电路(1)的输出端与积分电路(2)的输入端电性连接，积分电路(2)的输出端与信号转换器(3)的输入端电性连接，信号转换器(3)的输出端与PWM控制芯片(4)的信号输入端电性连接，PWM控制芯片(4)的PWM输出端与MOS管驱动电路(5)的输入端电性连接，MOS管驱动电路(5)的输出端与半导体激光器(6)的正极电性连接。

2.如权利要求1所述的一种宽电压自适应激光驱动模块，其特征在于，所述电流采集电路(1)包括采样电阻R1；采样电阻R1的一端与半导体激光器(6)的负极电性连接，采样电阻R1的另一端作为电流采集电路(1)的输出端与积分电路(2)的输入端电性连接。

3.如权利要求2所述的一种宽电压自适应激光驱动模块，其特征在于，所述积分电路(2)包括运算放大器U1、电阻R2、电阻R3和电容C1；电阻R3的一端作为积分电路(2)的输入端，电阻R3的另一端分别与运算放大器反相输入端、电容C1的一端电性连接，运算放大器U1的同相输入端与电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端接地，运算放大器U1的输出端与电容C1的另一端电性连接，运算放大器U1的输出端还作为积分电路(2)的输出端与信号转换器(3)的输入端电性连接。

4.如权利要求1所述的一种宽电压自适应激光驱动模块，其特征在于，所述MOS管驱动电路(5)包括电阻R4、电阻R5和MOS管Q1；电阻R4的一端与PWM控制芯片(4)的PWM输出端电性连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端、MOS管Q1的栅极电性连接，电阻R5的另一端与MOS管Q1的源极均接地，MOS管Q1的漏极与半导体激光器(6)的正极电性连接。

5.如权利要求1所述的一种宽电压自适应激光驱动模块，其特征在于，还包括过流保护电路(7)；所述过流保护电路(7)的输入端与电流采集电路(1)的输出端电性连接，过流保护电路(7)的输出端与PWM控制芯片(4)的PWM脉冲使能端电性连接。

6.如权利要求5所述的一种宽电压自适应激光驱动模块，其特征在于，所述过流保护电路(7)包括运算放大器U2、电阻R6-R9、电容C2-C4、二极管D1和二极管D2；电阻R8的一端与电流采集电路(1)的输出端电性连接，电阻R8的另一端分别与电阻R9的一端、电容C3的一端、电容C4的一端电性连接，电阻R9的另一端接+5V电压，电容C3的另一端和电容C4的另一端接地，电容C4的一端还与电阻R6的一端电性连接，电阻R6的另一端分别与运算放大器U2的反相输入端、电容C2的一端电性连接，运算放大器U2的同相输入端分别与电阻R7的一端、二极管D2的负极电性连接，电阻R7的另一端接地，运算放大器U2的输出端分别与二极管D2的正极、电容C2的另一端、二极管D1的正极电性连接，二极管D1的负极与PWM控制芯片(4)的PWM脉冲使能端电性连接。

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