CN2560133Y - 小型半导体激光器脉冲电源模块 - Google Patents

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张河
孙全意
李豪杰
高桂珍
程翔
陈炳林
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Abstract

本实用新型涉及一种小型半导体激光器脉冲电源模块。包括壳体，壳体上设有用于连接半导体激光器的接口和用于电压控制及重复频率控制的数字接口，壳体内设置主电路板，主电路板与外壳之间灌封树脂，主电路板主要由高压发生器，串行DAC数字接口，雪崩三极管开关和控制雪崩三极管的放电重复频率储能元件组成，通过串行数字接口由串行DAC转换器控制高压发生器，高压发生器与雪崩三极管连接并为其提供电压。本实用新型采用无变压器的全固体结构，输出脉冲电流的幅度可调，体积小、功耗低、抗振动冲击能力强、在恶劣环境下工作可靠性高，适于小型便携式激光测距机、激光近炸引信等装置使用。

Description

小型半导体激光器脉冲电源模块
一、所属技术领域：
本实用新型涉及一种半导体激光器电源模块，特别是一种小型半导体激光器脉冲电源模块。
二、背景技术
在脉冲式激光引信和激光测距机等装置中，发射脉冲的质量对测距的精度(对激光引信表现为距离锐截止特性)和抗干性等性能有非常重要意义，而半导体脉冲激光器发射激光脉冲的质量决定于激励脉冲电流的质量。一般要求半导体激光器脉冲电源输出脉冲电流峰值高、脉冲上升沿陡峭、脉宽窄。脉冲激光电源可采用VMOS管、功率双极晶体管(Power BJT)、快速可控硅、雪崩晶体管等作为开关元件制成。比较而言，以雪崩晶体管作为开关元件可得到最快的上升时间和最窄的脉冲宽度，且开关的触发电路简单。但为使雪崩晶体管工作在雪崩状态必须提供较高的电压(通常为几百伏)，而激光引信和便携式激光测距机等携带的容量较小的初始电源不能提供这么高的电压，通常的解决方法是使用带变压器的DC-DC转换电路得到可满足雪崩晶体管要求的高电压，但是一般的分立器件和变压器组成的DC-DC转换器具有结构复杂、体积大、可靠性低等缺点，对于便携式激光测距机特别是激光引信等对体积要求苛刻，且工作条件恶劣(较大的振动、冲击)的装置，在应用中受到了很大的限制。
三、发明内容
本实用新型的目的在于提供一种体积小，在振动、冲击条件下可靠性高，激励电流脉冲上升时间及脉宽指标优越，抗过载能力强的小型半导体激光器脉冲电源模块。
实现本实用新型目的的技术解决方案是：一种小型半导体激光器脉冲电源模块，包括壳体，壳体上设有用于连接半导体激光器的接口和用于电压控制及重复频率控制的数字接口，其特征在于：壳体内设置主电路板，主电路板与外壳之间灌封树脂，主电路板主要由高压发生器，串行DAC数字接口，雪崩三极管开关和控制雪崩三极管的放电重复频率的储能元件组成，其连接关系为：通过串行数字接口由串行DAC转换器控制高压发生器，高压发生器[7]与雪崩三极管连接并为其提供雪崩电压。
本实用新型采用雪崩三级管作为开关元件，得到了质量非常好的放电电流脉冲。同时为提供较高的雪崩电压，使用单片开关电源控制器的高压发生器电路，电路体积小，结构紧凑，可产生高至250V的直流输出电压，而且这种无变压器的全固体结构抗冲击过载的能力非常强，特别适合激光引信的应用。DC-DC转换器的输出电压可由TTL/COMS兼容数字信号控制，从而达到在一定范围内调整放电电流脉冲幅度的目的。另外，这种DC-DC转换器也非常适合于雪崩光敏二极管的偏值电压的电源电路。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：在较小体积下实现了抗冲击、振动性能优越的半导体激光器脉冲电源，采用雪崩三极管，得到的激励电流脉冲上升时间及脉宽指标优越，高压发生器电路用单片开关电源控制器实现，为全固体结构，抗过载能力强。
四、附图说明
图1是本实用新型的小型半导体激光器脉冲电源模块的结构示意图。
图2是本实用新型的小型半导体激光器脉冲电源模块的电路框图。
图3是本实用新型的小型半导体激光器脉冲电源模块电路图。
五、具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
结合图1，本实用新型的小型半导体激光器脉冲激光电源的结构由铝合金外壳1，主电路板3、数字接口4和激光器接口5及在主电路板与外壳之间灌封的树脂2组成。
结合图2、图3，本实用新型的小型半导体激光器脉冲电源模块的电路构成是：由高压发生器7，串行DAC数字接口9，雪崩三极管开关10和储能元件8组成，采用雪崩晶体三级管作为放电开关元件，可产生上升时间tr＜3ns，脉冲宽度tw＜10ns，电流脉冲峰值Ipeak≤20A，脉冲重复频率PRF≤5KHz的激励电流脉冲。具体电路和连接关系为：系统输入3～12V的直流电压，由全固体高压发生器7产生100～250V的电压，此高压发生器采用全新的升压原理，由单片开关电源控制器U1、功率场效应晶体管Q1和电感L1组成Boost升压电路，其输出再通过电容C2、C3和二极管D1、D2、D3组成的电荷泵进行倍压，从而实现了无变压器结构的低压到高压DC-DC转换。其输出电压由数字接口通过DAC控制单片开关电源控制器U1反馈引脚的分压比进行调整，把输入的电池电压(3V～12V)转换到250V以下可由数字输入精确控制的任意输出电压。高压发生器的输出电压为雪崩三极管Q2提供雪崩电压，其输出电压首先通过限流电阻R3向储能电容C7充电，此充电时间就决定了脉冲电源的重复频率。当在外部触发源在Trig引脚上加TTL/COMS兼容的触发信号时，雪崩三极管Q2雪崩放电，产生上升时间短、脉冲宽度窄、峰值电流高的放电电流脉冲，此电流流过半导体脉冲激光器LD，激励LD发射激光脉冲。电容C1、C4分别是为了对供电电源及升压的电压后起抗干扰稳压作用而接入的，二极管D4是为了保护激光器，防止放电电流反向过冲对激光器造成损坏。

Claims (3)

1、一种小型半导体激光器脉冲电源模块，包括壳体[1]，壳体上设有用于连接半导体激光器[6]的接口[5]和用于电压控制及重复频率控制的数字接口[4]，其特征在于：壳体[1]内设置主电路板[3]，主电路板与外壳之间灌封树脂[2]，主电路板[3]主要由高压发生器[7]，串行DAC数字接口[9]，雪崩三极管开关[10]和控制雪崩三极管[10]的放电重复频率的储能元件[8]组成，其连接关系为：通过串行数字接口由串行DAC转换器[9]控制高压发生器[7]，高压发生器[7]与雪崩三极管[10]连接并为其提供雪崩电压。
2、根据权利要求1所述的小型半导体激光器脉冲电源模块，其特征在于：高压发生器[7]采用无变压器的颧骨体结构，包括单片开关电源控制器U1、功率场效应晶体管Q1和电感L1组成Boost升压电路，以及通过电容C2、C3和二极管D1、D2、D3组成的电荷泵。
3、根据权利要求1或2所述的小型半导体激光器脉冲电源模块，其特征在于：储能元件[8]包括储能电容C7、电阻R3，使用电容或传输线作为储能元件，其输出电压首先通过限流电阻R3向储能电容C7充电。
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