CN219394411U - 一种光器件的过流动态保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光器件的过流动态保护电路，包括：MCU控制器输出不同阶段的电流保护阈值Vdac至比较控制电路，并接收电流采样回路反馈的光器件电流Vadc，当判断发生过流时，控制电源使能电路关闭；电源使能电路对光器件进行供电；电流采样回路采集光器件电流Vadc，并将光器件电流Vadc分别反馈至MCU控制器和比较控制电路；比较控制电路比较MCU控制器输出的电流保护阈值Vdac和电流采样回路反馈的光器件电流Vadc，当判断发生过流使，控制电源使能电路关闭。本实用新型适用于灵活调整电流保护阈值的场合，实现动态功能；在检测光器件时能起到有效的过流保护，实现保护功能。

Description

一种光器件的过流动态保护电路

技术领域

本实用新型涉及过流保护电路技术领域，特别涉及一种光器件的过流动态保护电路。

背景技术

在光器件测试过程中，需要设置不同的电流值对光功率进行检测，光器件内部的LD和PD器件对电流值或电压值的变化非常敏感，如果对LD和PD器件没有有效的保护，即使电路存在短暂的过流，也会造成器件的软损伤。

通常的过流保护电路只能设置固定的保护阈值，且电路结构确定后将不可再改变保护阈值，电路工作时无论任何时间段，只要工作电流在阈值以内都认为正常，这种方法适用于大部分的应用场合。但是在光器件耦合过程中，对电流值非常敏感，当光器件工作在不同电流值的阶段时，固定保护阈值的电路则不再适用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决两个技术问题，一是光器件检测时能适用于灵活调整电流保护阈值的场合，实现动态功能；二是在检测光器件时能起到有效的过流保护，实现保护功能，提供一种光器件的过流动态保护电路。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了以下技术方案：

一种光器件的过流动态保护电路，包括：

MCU控制器，用于输出不同阶段的电流保护阈值Vdac至比较控制电路，并接收电流采样回路反馈的光器件电流Vadc，当判断发生过流时，控制电源使能电路关闭；

电源使能电路，用于对光器件进行供电；

电流采样回路，用于采集光器件电流Vadc，并将光器件电流Vadc分别反馈至MCU控制器和比较控制电路；

比较控制电路，用于比较MCU控制器输出的电流保护阈值Vdac和电流采样回路反馈的光器件电流Vadc，当判断发生过流使，控制电源使能电路关闭。

更进一步地，所述电流采样回路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、采样电阻R10、电阻R11、电阻R12、放大器U2；

所述采样电阻R10的第一端分别与电阻R7的一端、电源使能电路的输出端连接，采样电阻R10的第二端分别与光器件的第一端、电阻R12的一端连接，光器件的第二端接地；电阻R7的另一端分别与电阻R9的一端、放大器U2的正向输入端IN+连接，电阻R9的另一端接地；电阻R12的另一端分别与电阻R11的一端、放大器U2的反向输入端IN-连接，电阻R11的另一端分别与放大器U2的输入端、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与比较控制电路的输入端、MCU控制器的输入端连接。

更进一步地，所述MCU控制器包括ADC引脚、DAC引脚、GPIO引脚；

所述ADC引脚接入电流采样回路反馈的光器件电流Vadc；

所述DAC引脚输出不同阶段的电流保护阈值Vdac至比较控制电路；

所述GPIO引脚输出高电平或低电平至电源使能电路，当电路未发生过流时，GPIO引脚输出高电平使电源使能电路开启；当电路发生过流时，GPIO引脚输出低电平使电源使能电路关闭。

更进一步地，所述比较控制电路包括电阻R4、电阻R6、电容C4、电容C5、比较器U1；

所述电阻R4的一端与MCU控制器的输出端连接，电阻R4的另一端分别与电容C4的一端、比较器U1的正向输入端IN+连接，电容C4的另一端接地；比较器U1的反向输入端IN-分别与电阻R6的一端、电容C5的一端、电流采样回路的输出端连接，电阻R6的另一端与MCU控制器的输入端连接，电容C5的另一端接地；比较器U1的输出端与电源使能电路的输入端连接。

更进一步地，所述电源使能电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、PMOS管Q1、电容C1、三极管Q2；

所述电阻R2的一端与MCU控制器的输出端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R5的一端、三极管Q1的基极连接，电阻R5的另一端与比较控制电路的输出端连接；三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R1的一端、电容C1的一端、PMOS管的栅极连接，PMOS管的源极分别与电阻R1的另一端、电容C1的另一端、电源VCC连接，PMOS管的漏极与光器件连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型解决了光器件生产检测过程中，能灵活设置不同阶段下的检测电流，相比于固定阈值的电路，适用于灵活调整电流保护阈值的场合，具有动态功能；并且在检测过程中，能有效保护电路过流对光器件造成的软损伤，提高电路的稳定性，实现保护功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型电路模块框图；

图2为本实用新型电路原理图；

图3为本实施例方法流程图；

图4为本实施例SPEC数据设置示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。另外，术语“相连”、“连接”等可以是元件之间直接相连，也可以是经由其他元件的间接相连。

实施例1：

本实用新型通过下述技术方案实现，如图1所示，一种光器件的过流动态保护电路，包括MCU控制器、电源使能电路、电流采样回路以及比较控制电路。所述MCU控制器的输出端分别与电源使能电路、比较控制电路连接；电源使能电路向光器件进行供电；电流采样回路采集光器件电流，并将光器件电流分别反馈至MCU控制器、比较控制电路。

由于光器件需要经过不同阶段下的检测，每个阶段的检测电流不相同，可能逐步增加。但当光器件在某个阶段时的工作电流大于检测电流时，则会造成过流的情况，导致光器件受到软损伤。因此本方案通过动态调整检测电流，并实时监控光器件的工作电流，当工作电流大于检测电流时，立刻关断电路运行，以保证光器件不收到损伤。

所述电源使能电路对光器件进行供电。所述MCU控制器输出不同阶段的电流保护阈值Vdac至比较控制电路，并接收电流采样回路反馈的光器件电流Vadc，当判断发生过流时，控制电源使能电路关闭。所述电流采样回路采集光器件电流Vadc，并将光器件电流Vadc分别反馈至MCU控制器和比较控制电路。所述比较控制电路比较MCU控制器输出的电流保护阈值Vdac和电流采样回路反馈的光器件电流Vadc，当判断发生过流使，控制电源使能电路关闭。

需要说明的是，MCU控制器是通过调整电压Vadc的形式，但具有电压转换为电流的过程，最终在电路中以电流的形式变化，因此本实施例将Vadc称为电流。

详细来说，请参见图2，所述电流采样回路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、采样电阻R10、电阻R11、电阻R12、放大器U2。所述采样电阻R10的第一端分别与电阻R7的一端、电源使能电路的输出端连接，采样电阻R10的第二端分别与光器件的第一端、电阻R12的一端连接，光器件的第二端接地；电阻R7的另一端分别与电阻R9的一端、放大器U2的正向输入端IN+连接，电阻R9的另一端接地；电阻R12的另一端分别与电阻R11的一端、放大器U2的反向输入端IN-连接，电阻R11的另一端分别与放大器U2的输入端、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与比较器U1的反向输入端、电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与MCU控制器的ADC引脚连接。

上述电流采样回路的工作原理为：放大器U2的正向输入端IN+的电压Vp和反向输入端IN-的电压Vn的关系为：

Vp＝Vn

Vp＝[R9/(R9+R7)]*V1

Vn＝[R12/(R11+R12)]*(Vadc-V2)+V2

其中，V1为采样电阻R10的第一端电压，V2为采样电阻R10的第二端电压；

通过“虚短”原理，得到：

Vadc＝[R9/(R7+R9)]*[(R11+R12)/R12]*V1-(R11/R12)*V2

通过设置电阻R7、电阻R9、电阻R11、电阻R12的阻值，可调整放大器U2的放大增益，设放大增益为K，有：

Vadc＝K*(V1-V2)＝K*R10*Iadc

其中，Iadc为流经光器件的电流。

采集的光器件电流Vadc经过电阻R8和电容C5构成的积分电路，使采样结果更稳定，一路反馈至比较控制电路，一路反馈至MCU控制器。需要说明的是，电路是否发生过流是以电流的形式体现的，而放大器U2将电流转换为电压形式，因此本实施例将Vadc也称为电流。

请继续参见图2，所述MCU控制器包括ADC引脚、DAC引脚、GPIO引脚。所述ADC引脚接入电流采样回路反馈的光器件电流Vadc；所述DAC引脚输出不同阶段的电流保护阈值Vdac至比较控制电路；所述GPIO引脚输出高电平或低电平至电源使能电路，当电路未发生过流时，GPIO引脚输出高电平至三极管Q2的基极，使电源使能电路开启；当电路发生过流时，GPIO引脚输出低电平至三极管Q2的基极，使电源使能电路关闭。

上述MCU控制器的工作原理为：MCU控制器通过ADC引脚接入放大器U2反馈的光器件电流Vadc，实时与输出至比较控制电路的电流保护阈值Vdac进行比较，当判断发生过流时，通过GPIO引脚向电源使能电路输出低电平，使得电源使能电路关闭向光器件的供电。

请继续参见图2，所述比较控制电路包括电阻R4、电阻R6、电容C4、电容C5、比较器U1。所述电阻R4的一端与MCU控制器的输出端连接，电阻R4的另一端分别与电容C4的一端、比较器U1的正向输入端IN+连接，电容C4的另一端接地；比较器U1的反向输入端IN-分别与电阻R6的一端、电容C5的一端、电流采样回路的输出端连接，电阻R6的另一端与MCU控制器的ADC引脚连接，电容C5的另一端接地；比较器U1的输出端与电阻R5连接后再与三极管Q2的基极连接。

上述比较控制电路的工作原理为：比较器U1的正向输入端IN+接入MCU控制器输出的电流保护阈值Vdac，比较器U1的反向输入端IN-接入电流采样回路反馈的光器件电流Vadc，比较器U1对电流保护阈值Vdac和光器件电流Vadc进行比较；若Vadc>Vdac，则比较器U1的输出电压V₀为低电平，使得电源使能电路关闭对光器件的供电；若Vadc<Vdac，则比较器U1输出电压V₀为高电平，使得电源使能电路继续对光器件的供电。

请继续参见图2，所述电源使能电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、PMOS管Q1、电容C1、三极管Q2。所述电阻R2的一端与MCU控制器的GPIO引脚连接，电阻R2的另一端分别与电阻R5的一端、三极管Q1的基极连接，电阻R5的另一端与比较控制电路的输出端连接；三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R1的一端、电容C1的一端、PMOS管的栅极连接，PMOS管的源极分别与电阻R1的另一端、电容C1的另一端、电源VCC连接，PMOS管的漏极与光器件连接。

上述电源使能电路的工作原理为：初始状态下，三极管Q2的基极为低电平，三极管Q2截止，外部电源VCC直接向光器件供电。当三极管Q2的基极接收到GPIO引脚的低电平或比较器U1的输出电压V₀低电平时，三极管Q2截止，PMOS管Q1的Vg＝Vs，即Vgs＝0，故PMOS管Q1截止，电源使能电路断开对光器件的供电。当三极管Q2的基极接收到GPIO引脚的高电平或比较器U1的输出电压V₀高电平时，三极管Q2导通，Vg＝[R3/(R3+R1)]*Vs，设置电阻R3小于电阻R1，则Vgs<0，PMOS管Q1导通，电源使能电路开启对光器件的供电。由于电容C1的作用，当三极管Q2导通的瞬间，电阻R1相当于短路，电流通过电容C1对电阻R3进行充电，充电时间为t＝1/(R1*C1)，此时Vgs＝0，因此PMOS管Q1不会立即导通，当经过t时间后，电容C1充电结束，Vgs<0，此时PMOS管Q1导通，实现电源使能电路缓慢启动的功能，有效防止过冲引起光器件的软损伤。

在上述电路方案中，比较器U1比较判断Vadc>Vdac，即发生过流，比较器U1输出电压V₀为低电平，使得电源使能电路关闭。同时MCU控制器也实时监控Vadc，当MCU控制器判断发生过流时，也向电源使能电路输出低电平，二次关闭电源使能电路，防止比较器U1检测到过流恢复正常后，PMOS管Q1重复通断引起“打嗝”故障。

上述电路只需要调整MCU控制器输出的电流保护阈值Vdac，即可实现对光器件不同阶段的电流检测，同时还能达到动态的过流保护，而不是传统方案中只能固定阈值。

基于上述电路，本实施例还提出一种光器件的光功率检测方法，请参见图3，包括以下步骤：

步骤1，MCU控制器从数据库导出光器件的SPEC数据，外部电源通过电源使能电路对光器件进行供电；所述SPEC数据包括当前光器件在不同阶段下的阈值范围。

对于当前型号或批号的光器件进行检测前，在数据库中查找是否有相应的SPEC数据，如果没有，则手动设置对应的SPEC数据；如果有，则从数据库中导出对应的SPEC数据。

所述SPEC数据包括当前光器件在不同阶段下的阈值范围，比如对某个光器件需要进行5个阶段的电流检测，则可以设置5个阈值范围，且每个阈值范围具有上限值SPEC_H和下限值SPEC_L。在初始状态下，电源使能电路通过外部电源VCC对光器件进行供电，使光器件能工作。

步骤2，MCU控制器按照不同阶段下的阈值范围输出对应的电流保护阈值Vdac至比较控制电路。

MCU控制器根据SPEC数据，设定在不同阶段下的电流保护阈值Vdac，作为举例，请参见图4，某光器件的电流检测设置了5个阶段，比如在第1个阶段时，上限值SPEC_H为15mA，下限值SPEC_L为5mA，则可以优选电流保护阈值Vdac为10mA，若光器件电流Vadc能在阈值范围内，则检测成功。

步骤3，比较控制电路对MCU控制器输出的电流保护阈值Vdac和电流采样回路反馈的光器件电流Vadc进行比较，若光器件电流Vadc大于电流保护阈值Vdac，则比较控制电路输出低电平使电源使能电路关闭对光器件的供电；否则，比较控制电路输出高电平使电源使能电路继续对光器件的供电。

放大器U2的正向输入端IN+的电压Vp和反向输入端IN-的电压Vn的关系为：

Vp＝Vn

Vp＝[R9/(R9+R7)]*V1

Vn＝[R12/(R11+R12)]*(Vadc-V2)+V2

其中，V1为采样电阻R10的第一端电压，V2为采样电阻R10的第二端电压。

通过“虚短”原理，得到：

Vadc＝[R9/(R7+R9)]*[(R11+R12)/R12]*V1-(R11/R12)*V2

设置电阻R7、电阻R9、电阻R11、电阻R12的阻值，调整放大器U2的放大增益，设放大增益为K，有：

Vadc＝K*(V1-V2)＝K*R10*Iadc

其中，Iadc为流经光器件的电流。

MCU控制器向比较器U1的正向输入端IN+输入电流保护阈值Vdac，电流采样回路向比较器U1的反向输入端IN-输入光器件电流Vadc，比较器U1对电流保护阈值Vdac和光器件电流Vadc进行比较。

若Vadc>Vdac，则比较器U1向三极管Q2输出低电平，使得三极管Q2截止，PMOS管Q1截止，从而电源使能电路关闭对光器件的供电。若Vadc<Vdac，则比较器U1向三极管Q2输出高电平，使得三极管Q2导通，PMOS管Q1导通，从而电源使能电路继续对光器件的供电。

当三极管Q2截止时，PMOS管Q1的Vg＝Vs，有Vgs＝Vg-Vs＝0，此时PMOS管Q1截止。当三极管Q2导通时，PMOS管Q1的Vg＝[R3/(R3+R1)]*Vs，有Vgs＝Vg-Vs<0，此时PMOS管Q1导通。

三极管Q2导通的瞬间，电阻R1短路，电容C1对电阻R3充电，PMOS管Q1的Vgs＝0，充电时间t＝1/(R1*C1)结束后，Vgs<0，此时PMOS管Q1导通，实现电源使能电路缓慢启动的功能，有效防止过冲引起光器件的软损伤。

同时，MCU控制器对电流采样回路反馈的光器件电流Vadc和当前阶段下的阈值范围进行比较，若光器件电流Vadc不在阈值范围内，则MCU控制器输出低电平使电源使能电路关闭对光器件的供电，或者MCU控制器进行报警；否则返回步骤2，直到MCU控制器输出了所有阶段下的阈值范围所对应的电流保护阈值Vdac，完成对该光器件的光功率检测。

每个阶段下的所述阈值范围包括上限值SPEC_H、下限值SPEC_L，MCU控制器将光器件电流Vadc与阈值范围进行比较。若光器件电流Vadc在阈值范围内，则返回步骤2，MCU控制器输出下一阶段的阈值范围所对应的电流保护阈值Vdac。

若光器件电流Vadc小于下限值SPEC_L，则MCU控制器发出报警提示工作人员判断是否需要控制电源使能电路关闭对光器件的供电，如果不需要关闭，则返回步骤2，MCU控制器输出下一阶段的阈值范围所对应的电流保护阈值Vdac。若光器件电流Vadc大于上限值SPEC_H，则MCU控制器的GPIO引脚输出低电平，使电源使能电路关闭对光器件的供电。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种光器件的过流动态保护电路，其特征在于：包括：

MCU控制器，用于输出不同阶段的电流保护阈值Vdac至比较控制电路，并接收电流采样回路反馈的光器件电流Vadc，当判断发生过流时，控制电源使能电路关闭；

电源使能电路，用于对光器件进行供电；

电流采样回路，用于采集光器件电流Vadc，并将光器件电流Vadc分别反馈至MCU控制器和比较控制电路；

比较控制电路，用于比较MCU控制器输出的电流保护阈值Vdac和电流采样回路反馈的光器件电流Vadc，当判断发生过流使，控制电源使能电路关闭。

2.根据权利要求1所述的一种光器件的过流动态保护电路，其特征在于：所述电流采样回路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、采样电阻R10、电阻R11、电阻R12、放大器U2；

所述采样电阻R10的第一端分别与电阻R7的一端、电源使能电路的输出端连接，采样电阻R10的第二端分别与光器件的第一端、电阻R12的一端连接，光器件的第二端接地；电阻R7的另一端分别与电阻R9的一端、放大器U2的正向输入端IN+连接，电阻R9的另一端接地；电阻R12的另一端分别与电阻R11的一端、放大器U2的反向输入端IN-连接，电阻R11的另一端分别与放大器U2的输入端、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与比较控制电路的输入端、MCU控制器的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种光器件的过流动态保护电路，其特征在于：所述MCU控制器包括ADC引脚、DAC引脚、GPIO引脚；

所述ADC引脚接入电流采样回路反馈的光器件电流Vadc；

所述DAC引脚输出不同阶段的电流保护阈值Vdac至比较控制电路；

所述GPIO引脚输出高电平或低电平至电源使能电路，当电路未发生过流时，GPIO引脚输出高电平使电源使能电路开启；当电路发生过流时，GPIO引脚输出低电平使电源使能电路关闭。

4.根据权利要求1所述的一种光器件的过流动态保护电路，其特征在于：所述比较控制电路包括电阻R4、电阻R6、电容C4、电容C5、比较器U1；

所述电阻R4的一端与MCU控制器的输出端连接，电阻R4的另一端分别与电容C4的一端、比较器U1的正向输入端IN+连接，电容C4的另一端接地；比较器U1的反向输入端IN-分别与电阻R6的一端、电容C5的一端、电流采样回路的输出端连接，电阻R6的另一端与MCU控制器的输入端连接，电容C5的另一端接地；比较器U1的输出端与电源使能电路的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种光器件的过流动态保护电路，其特征在于：所述电源使能电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、PMOS管Q1、电容C1、三极管Q2；

所述电阻R2的一端与MCU控制器的输出端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R5的一端、三极管Q1的基极连接，电阻R5的另一端与比较控制电路的输出端连接；三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R1的一端、电容C1的一端、PMOS管的栅极连接，PMOS管的源极分别与电阻R1的另一端、电容C1的另一端、电源VCC连接，PMOS管的漏极与光器件连接。