JP2002016314A - レーザーダイオード駆動回路 - Google Patents

レーザーダイオード駆動回路

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JP2002016314A
JP2002016314A JP2000194412A JP2000194412A JP2002016314A JP 2002016314 A JP2002016314 A JP 2002016314A JP 2000194412 A JP2000194412 A JP 2000194412A JP 2000194412 A JP2000194412 A JP 2000194412A JP 2002016314 A JP2002016314 A JP 2002016314A
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laser diode
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resistor
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current
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Kiyoaki Koyama
清明 小山
Tetsuji Tamura
哲司 田村
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無電源で動作し、他回路への影響の少ない過
電流保護回路(電流リミッタ)を備えたレーザダイオー
ド駆動回路を提供することを目的とする。 【解決手段】 レーザーダイオード駆動回路において、
レーザダイオードに直列接続された抵抗と、前記レーザ
ダイオードと抵抗の直列回路と並列にドレインとソース
が接続された電界効果トランジスタと、前記レーザダイ
オードと抵抗の直列回路の電位を分圧する分圧手段と、
前記分圧手段の分圧電圧を前記電界効果トランジスタの
ゲートに印加する手段と、から構成され、前記電界効果
トランジスタに電流を分流することにより、電流制限を
かける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーダイオー
ドを駆動する駆動回路の過電流保護回路に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来のレーザーダイオード駆動
回路の一例を示す回路図である。
【0003】同図において、レーザーダイオードLDに
流す電流を決定する設定電圧Vsetは、抵抗Rf1a
と抵抗Rf2aの直列回路と、抵抗Rf1bと抵抗Rs
の一端に印加されている。
【0004】抵抗Rf1aと抵抗Rf2aの直列回路の
他の一端は、演算増幅器OP1の出力端子に接続され、
抵抗Rf1aと抵抗Rf2aの共通接続点は、演算増幅
器OP1の反転入力端子に接続されている。
【0005】抵抗Rf1bの他の一端は、演算増幅器O
P1の非反転入力端子に接続されると共に、抵抗Rf2
bを介して共通電位に接続されている。
【0006】演算増幅器OP1には、駆動電圧VDD及
びVEEが印加されており、出力端子はトランジスタT
r1のベースに接続されている。
【0007】トランジスタTr1のコレクタには、電源
電圧VLDが印加され、コレクタはレーザーダイオード
LDのアノードに接続されている。
【0008】レーザーダイオードLDのカソードは、こ
れに直列接続された抵抗Rsを介して共通電位に接続さ
れている。
【0009】尚、上記の回路において、抵抗Rf1aと
抵抗Rf1bは、共に同一の抵抗値Rf1を持つ抵抗で
ある。
【0010】同様に、上記の回路において、抵抗Rf2
aと抵抗Rf2bは、共に同一の抵抗値Rf2を持つ抵
抗である。
【0011】このような構成のレーザーダイオード駆動
回路では、抵抗Rf1aと抵抗Rf1b、抵抗Rf2a
と抵抗Rf2b及び演算増幅器OP1が定電流源を構成
し、この出力電流がトランジスタTr1によって増幅さ
れるため、 I=(Vset/Rs)*(Rf2/Rf1) (1) で決まる一定電流がレーザーダイオードLDに流れ、こ
れを駆動している。
【0012】また、このような構成のレーザーダイオー
ド駆動回路では、レーザーダイオードLDを保護するた
めに電流リミットをかける必要があり、この方法として
は、以下のものがある。
【0013】1.電源電圧または、抵抗Rsを調整する
方法。 電源電圧LVDまたはVDDを必要な電圧の限界まで下
げてレーザーダイオードLDに流れる電流を制限する、
或は、電源電圧LVDまたはVDDを一定の電圧とし、
抵抗Rsを大きくしてレーザーダイオードLDに流れる
電流を制限する。
【0014】2.コンパレータを用いる方法。 抵抗Rsの電圧を監視して、これが一定値以上の電圧に
なった時、リレー等のスイッチ回路を用いてレーザーダ
イオードLDに流れる電流経路を遮断する。このような
方式の過電流保護回路の一例を図7に示す。
【0015】図7の過電流保護回路では、図6の回路に
おける電源電圧VLDとトランジスタTr1のコレクタ
間にトランジスタTr2を挿入し、このトランジスタT
r2のベースに抵抗R3を介して電圧を印加すると共
に、ベースをスイッチ回路SW1を介して共通電位に接
続している。
【0016】また、抵抗Rsの一端には、一方端子に基
準値電圧Vrefが印加されたコンパレータU2の他方
端子が接続されており、コンパレータU2の出力端子が
スイッチ回路SW1の制御端子に接続されている。
【0017】このような構成の過電流保護回路では、レ
ーザーダイオードLDに流れる電流が過大となり、抵抗
Rsに発生する電圧が基準値電圧Vref以上になる
と、コンパレータU2の比較出力により、スイッチ回路
SW1がオンとなり、トランジスタTr2のベース電圧
を低下させる。
【0018】これによって、レーザーダイオードLDの
電流経路が遮断されるため、レーザーダイオードLDに
過電流が流れることを防止することができる。
【0019】3.ベース電流を制限する方法。 図8に示すように、トランジスタTr1とレーザーダイ
オードLD間に抵抗RLを挿入し、このに抵抗RLに発
生する電圧をトランジスタTr1のベース−エミッタ間
に接続されたトランジスタTr3のベースに印加するこ
とによって、レーザーダイオードLDに流れる過電流を
抵抗RLによって検出し、トランジスタTr1のベース
電流をレーザーダイオードLD側にバイパスしてレーザ
ーダイオードLDに流れる過電流を低減する。
【0020】また、この時、抵抗Rbを大きい値とする
ことによって、トランジスタTr2からレーザーダイオ
ードLDに流れる電流を比較的小さくすることができ
る。
【0021】従来のレーザーダイオード駆動回路では、
このような方法によって、レーザーダイオードLDに流
れる過電流を遮断、または低減してレーザーダイオード
LDを保護していた。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザーダイオード駆動回路に用いられた電流リミット
の方法では、それぞれ以下に説明する問題点があった。
【0023】1.電源電圧または、抵抗Rsを調整する
方法では、電源電圧VLDまたはVDDがレーザーダイ
オード駆動回路専用の電源である場合は問題ないが、こ
の電源が他の回路と共用の電源であった場合、他の回路
への影響を考慮する必要があるため、電流リミットのた
めに電圧を低下させることは困難である。従って、1.
の方法では、レーザーダイオード駆動回路専用の電源を
用意しなければならないという問題点があった。
【0024】2.コンパレータを用いる方法では、アク
ティブ素子であるコンパレータを用いる必要があるた
め、電源のオンオフ時等、過渡的な状態では、保護回路
自体が動作しない可能性があるという問題点があった。
【0025】3.ベース電流を制限する方法では、レー
ザーダイオードLDの設定電流値が変わると抵抗RLの抵
抗値も変える必要があるので(例えば、VBEon=0.6V Ild
=30mAのときはRL<20Ω、Ild=60mAのときはRL<10Ωとな
る。)設定電流フィードバック用抵抗として用いている
抵抗Rsで抵抗RLを兼用することが難しいという問題点が
あった。
【0026】また、レーザーダイオードLDの設定電流
値に過電流が設定されて保護がかかるときは、電流が抵
抗Rsを通らないので、演算増幅器OP1が飽和した状態
となるという問題点もある。
【0027】本発明は、上記課題を解決するもので、無
電源で動作し、他回路への影響の少ない過電流保護回路
(電流リミッタ)を備えたレーザダイオード駆動回路を
提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために請求項1に記載の発明では、レーザーダイオー
ド駆動回路において、レーザダイオードに直列接続され
た抵抗と、前記レーザダイオードと抵抗の直列回路と並
列にドレインとソースが接続された電界効果トランジス
タと、前記レーザダイオードと抵抗の直列回路の電位を
分圧する分圧手段と、前記分圧手段の分圧電圧を前記電
界効果トランジスタのゲートに印加する手段と、から構
成され、前記電界効果トランジスタに電流を分流するこ
とにより、電流制限をかけることを特徴とするものであ
る。
【0029】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記分圧手段が直列接続された複数
の抵抗から構成されることを特長とするものである。
【0030】請求項3に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記分圧手段が直列接続された複数
の抵抗と定電圧ダイオードから構成されることを特長と
するものである。
【0031】請求項4に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記分圧手段が直列接続された複数
の抵抗と、前記複数の抵抗に並列に接続された複数のコ
ンデンサから構成されることを特長とするものである。
【0032】請求項5に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記電界効果トランジスタはMOS
FETを用いたことを特長とするものである。
【0033】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明に係るレーザダイオード駆動回
路の一実施例を示す回路図である。尚、同図において、
従来例と同一の構成要素は同一の符号を付し、説明を省
略する。
【0034】同図において、演算増幅器OP1と抵抗R
f1a、Rf2a、Rf1b,Rf2bは抵抗Rsを電
流検出抵抗とする定電流源を構成している。
【0035】トランジスタTr1は、定電流源を構成する
演算増幅器OP1の出力電流を増幅し、レーザダイオード
LDを駆動する。
【0036】ここで、抵抗Rf1a、Rf2a、Rf1
b,Rf2bはレーザーダイオードLDのインピーダン
スに比べて十分大きい値となっているため、レーザーダ
イオードLDに流れる電流値は従来例と同様にI=(Vset/
Rs)*(Rf2/Rf1)となる。
【0037】また、同図において、抵抗Rbとダイオード
D1はトランジスタTr1のベース電圧をクランプするクラ
ンプ回路を構成し、抵抗Rmは電流リミッタのための電流
検用の抵抗であると共にインピーダンスマッチングの役
割を兼ねて用いられている。
【0038】また、直列接続された電流検用の抵抗R
s、RmとレーザーダイオードLDには、これと並列に
ドレインとソースが接続されたMOS型電界効果トラン
ジスタFET1(以下、単にFET1と言う。)と、直
列接続された抵抗Rs、RmとレーザーダイオードLD
の直列回路の電位を分圧する分圧抵抗R1、R2が接続
されており、この分圧電圧がFET1のゲートに印加さ
れている。
【0039】ここで、FET1と抵抗R1,R2は電流リミ
ッタ10を構成している。この電流リミッタ10の等価
回路を図2に示す。
【0040】同図において、定電流源11の出力電流が
レーザーダイオードLDに流れると、これに直列に挿入
された抵抗Rmにより駆動端での電圧Vが上昇する。こ
の電圧Vを分圧抵抗R11、R12を用いて分圧し、FE
T1のゲートに加えることによりドレインーソース間の
抵抗Rを低下させ、電流IをFET1側に分流させて、レ
ーザーダイオードLD側に流れる電流ILDを制限する。
【0041】ここで、同図の等価回路において、 I:定電流源の出力電流 V:定電流源の出力端電圧 VF:レーザーダイオードLDの電圧降下 K;分圧比(R1/(R1+R2)) R:ドレイン−ソース間抵抗 ID:ドレイン電流 ILD:レーザーダイオードLDに流れる電流 Rm:抵抗(レーザーダイオードLDの抵抗分を含む) Roff:カットオフ電圧でのドレイン−ソース間抵抗 G:ゲート−ソース間電圧によるRの変化率 Vth:カットオフ電圧VGSoff とすると V=RmILD+VF (2) R=Roff-(V/K-Vth)G (3) ID=V/R (4) I=ILD+ID (5) の式が成立する。
【0042】ここで、上記(2)〜(4)式を(5)に
代入すると、下記(6)式に示すIldについての2次方
程式を得る。 a・ILD2+b・ILD+c=0 (6) 但し、(6)式の各係数a,b,cは、 a=Rm*G/k b=-(Rm*G*I/k+Roff-Vf*G/k+Vth*G+Rm) c=Roff*I-I*Vf*G/k+Vth*G*I-Vf である。
【0043】ここで上記(6)式に、カットオフ電圧Vt
h=1.5V、このときのドレイン−ソース間抵抗Roff=10k
Ω、ゲート-ソース間電圧によるドレイン−ソース間抵
抗Rの変化率G[Ω/V]=20kΩ/V、電流検出用抵抗の抵
抗値Rm=50Ω、レーザーダイオードLDの電圧降下Vf=1.8V
を代入し、通常のレーザーダイオードLD電流 ILD(Norma
l)=50mAを流したときにFET側への分流が1mA以下になる
ように、分圧比kを調整したときの、I-Ildのグラフを
図3に示す。
【0044】同図より明らかなように、本発明のレーザ
ーダイオード駆動回路では、定常状態のレーザーダイオ
ードLD電流 ILD(Normal)から、約13mAで電流リミッ
トをかけることができる。
【0045】このようにして本発明のレーザーダイオー
ド駆動回路では、無電源で動作すると共に、電源オンオ
フ時等の過渡状態においても有効に動作する過電流保護
回路(電流リミッタ)を備えたレーザダイオード駆動回
路を提供することが可能である。
【0046】また、以下に本発明の変形実施例を示す。
【0047】図4は、上述した分圧比kを1に近づける
ために、抵抗R1に直列にツェナーダイオードZDを入
れたものである。
【0048】図5は、抵抗R1、R2とFET1のゲート容
量Cや浮遊容量による応答の遅れ応答性を上げるため、
コンデンサC1、C2をそれぞれ抵抗R1、R2に入れ
たものである。この時、上記各静電容量値と上記各抵抗
値の比は、 C1:C2+C=R2:R1 (7) である。
【0049】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。請求項1〜5に記載の発明では、無
電源で動作すると共に電源オンオフ時など過渡動作時で
も有効に動作する過電流リミット回路を備えたレーザー
ダイオード駆動回路を実現することができる。
【0051】また、本発明に用いた過電流リミット回路
は、電界効果トランジスタや抵抗、コンデンサ等の安価
な部品のみで構成できると共に単純な回路構成で実現で
きるため、低コストで信頼性の高い過電流リミット回路
を備えたレーザーダイオード駆動回路を実現することが
できる。
【0052】更に、本発明に用いた過電流リミット回路
は、無電圧で動作すると共にリミット電流値の調整方法
が分圧抵抗の分圧比のみであるため、他回路への影響を
考慮することなくリミット電流値の調整を行なうことが
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザーダイオード駆動回路の一
実施例を示す回路図である。
【図2】本発明の過電流リミット回路の等価回路図であ
る。
【図3】本発明の過電流リミット回路の効果を説明する
グラフである。
【図4】本発明に係るレーザーダイオード駆動回路の変
形実施例を示す回路図である。
【図5】本発明に係るレーザーダイオード駆動回路の変
形実施例を示す回路図である。
【図6】従来のレーザーダイオード駆動回路の一例を示
す回路図である。
【図7】従来の過電流リミット回路の一例を示す回路図
である。
【図8】従来の過電流リミット回路の一例を示す回路図
である。
【符号の説明】
Rf1a、Rf2a、Rf1b,Rf2b、Rb,R
m、R1、R2、R3、RL、Rs 抵抗 LD レーザダイオード OP1 演算増幅器 U2 コンパレータ Tr1.Tr2,Tr3 トランジスタ FET1 電界効果トランジスタ ZD ツェナーダイオード C1、C2 コンデンサ 11 定電流源

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザーダイオード駆動回路において、 レーザダイオードに直列接続された抵抗と、 前記レーザダイオードと抵抗の直列回路と並列にドレイ
    ンとソースが接続された電界効果トランジスタと、 前記レーザダイオードと抵抗の直列回路の電位を分圧す
    る分圧手段と、 前記分圧手段の分圧電圧を前記電界効果トランジスタの
    ゲートに印加する手段と、 から構成され、前記電界効果トランジスタに電流を分流
    することにより、電流制限をかけることを特徴としたレ
    ーザダイオード駆動回路。
  2. 【請求項2】前記分圧手段が直列接続された複数の抵抗
    から構成されることを特長とする請求項1に記載のレー
    ザダイオード駆動回路。
  3. 【請求項3】前記分圧手段が直列接続された複数の抵抗
    と定電圧ダイオードから構成されることを特長とする請
    求項1に記載のレーザダイオード駆動回路。
  4. 【請求項4】前記分圧手段が直列接続された複数の抵抗
    と、前記複数の抵抗に並列に接続された複数のコンデン
    サから構成されることを特長とする請求項1に記載のレ
    ーザダイオード駆動回路。
  5. 【請求項5】前記電界効果トランジスタはMOSFET
    を用いたことを特長とする請求項1に記載のレーザダイ
    オード駆動回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007073841A (ja) * 2005-09-08 2007-03-22 Sony Corp 駆動回路
CN108847572A (zh) * 2018-05-28 2018-11-20 深圳瑞波光电子有限公司 一种半导体激光器的供电装置及恒流源

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