JPS62268321A - 発光素子駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば半導体レーザなどの発光素子に過剰
電流が流れて発光素子が壊滅するのを防止するための保
護回路を付加した、発光素子駆動回路に関するものであ
る。

［従来の技術］　、 第３図は、例えば昭和５８年度電子通信学会情報・シス
テム部内全国人会予稿集Ｎα３２７に示された従来の発
光素子駆動回路であり、図において、（１）は半導体レ
ーザなどの発光素子、（２）は半導体レーザ（１）の背
面光を受光し、光・電気変換により生ずる光電流を駆動
回路に負帰還するモニタ用ホトダイＡ−ド、（３）、（
４）はダーリントン接続された半導体レーザ（１）の駆
動用トランジスタ、（５）はぞのバイアス用可変抵抗で
ある。

なお、第３図においては、説明を簡単にするために、以
下の動作説明に不要な部分を省略している。

次にこの回路の動作について説明する。半導体レーザ（
１）は、ダーリントン接続されたトランジスタ（３）、
（／ｌ）によりバイアスがかけられ、可変抵抗（５）に
よりそのバイアス電流が設定される。

なお、モニタ用ホトダイオード（２）は、半導体レーザ
（１）の背面光を受光し、光・電気変換により生ずる光
電流を駆動回路に負帰還させて、半導体レーザ（１）の
バイアス電流を一定値に保ち、定電流源回路を構成して
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の発光素子駆動回路は、以上のように構成されてい
るので、例えばモニタ用ホトダイオード（２）の接続不
良や可変抵抗（５）が未調整の場合、電源投入時などに
おいて、トランジスタ（４）のベース電位が高くなり、
半導体１ノーザ（１）に最大定格値以上の電流が流れ、
半導体レーザ（１〉が破壊される場合かあるという問題
点があった。

この発明は、−１記のような問題点を解消するためにな
されたもので、発光素子を駆動する定電流源回路に過剰
電流が流れた場合でも、発光素子に所定（曲以上の電流
が流れるのを阻止することかできる、発光素子駆動回路
を得ることを目的と覆る。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る発光素子駆動回路は、発光素子を駆動す
る定電流源回路に所定値以上の電流が流れたとき、電圧
にＪ、りぞの電流値を制御することができる電圧制御電
流源から、発光素子を駆動する定電流源回路に過剰電流
分を流し込むことにより、発光素子にはいかなる場合で
も、所定値以上の電流が流れないＪ、うにしたものであ
る。

［作用］ この発明における電圧制御電流源は、発光素子のカソー
ド側に接続され、発光素子駆動回路が正常に動作してい
る状態では、ぞの電流地は零になっているが、発光素子
を駆動する定電源回路に流れる電流が予め定められた値
を越えた場合には、この電流値に比例した制御電圧によ
り、上記電圧制御電流源から発光素子を駆動覆る定電流
源回路に電流を流し込み、発光素子に流れる電流が増加
するのを阻止する。

［発明の実施例〕 以下、この発明の一実施例を前記第３図と同一部分に同
一符号をイ・１した第１図について説明する。

第１図において、（６）は半導体レーザ駆動用トランジ
スタ（３）のエミッタ抵抗、（７）は半導体レーザ駆動
用トランジスタ（３）のエミッタに接続された利得が１
の差動増幅器で、トランジスタ（３）のエミッタ電位Ｖ
ＥＩどリファレンス電位Ｖｒとの差で決まる直流出力Ｖ
ＥＩ−を出力する。

（８）は差動増幅器（７）の直流出力ＶＥＩ−と閾値電
位ｖｔｈとを比較し、直流出力ＶＥＩ−が低いとぎは低
レベルとなり、高いときは高レベルとなる比較器、（９
）、（１０）はこの比較器（８）の出力レベルで制御さ
れる電子スイッチで、比較器（８）が低レベルのときは
スイッチ（９）がオフ、スイン９−（１０）がオンとな
る。また、逆に比較器（８）が高レベルのときはスイッ
チ（９）かオン、スイッチ（１０）がオフとなる。

（１１）は比較器（８）の出力端に接続され、電子スイ
ッチ（１０）を制御するインバータ、（１２）は半導体
レーザ駆動用トランジスタ（３）に流れる電流が所定値
を越えたとき、このトランジスタ（３）に電流を流すこ
とにより、半導体レ一ザ（１）を流れる電流が増加する
のを阻止する電圧制御電流源であり、電流源として動作
するトランジスタ（１３）とそのエミッタ抵抗（１４）
とＣ構成されている。

トランジスタ（１３）のベースは、電子スイッチ（１０
）を介して電位Ｖｏに、また電子スイッチ（９）を介し
て差動増幅器（７）の出力側に接続されている。

次にこの回路の動作について説明する。駆動回路が正常
に動作している場合は、トランジスタ（３）のエミッタ
電位ＶＥＩとレファレンス電位Ｖｒとの差で決まる差動
増幅器（７）の直流出力Ｖ、１′は、闇値電位ｖｔｈよ
り低く、比較器（８）の出力は低レベルでスイッチ（９
）がオフ、スイッチ（１０）がオンとなり、トランジス
タ（１３）のベース電位ＶＢ２は電位ＶＯに固定される
。

この時、電位ｖＯの値をトランジスタ（１３）かカット
オフになるように設定しておけば、電圧制御電流１（１
２）の出力電流Ｉ。２は零となり、半導体レーザ（１）
に流れる電流ＩＬＤは、駆動トランジスタ（３）のコレ
クタ電流ＩＣＩと等しくなる。

いま、何らかの原因、例えばモニタ用ホトダイオード（
２〉の接続不良、あるいは、可変抵抗（５）の未調整な
どにより、トランジスタ（４）のベース電位ＶＢ３が上
昇したとする。この時には駆動トランジスタ（３）の］
レクタ電流ＩＣＩが増加し、半導体レーザ（１）を流れ
る電流１１０も増加する。

そこで、予め決められた値を越えてコレクタ電流ＩＣＩ
が流れた時、差動増幅器（７）の直流出力ＶＥＩ”が閾
値電位ｙｔｈより大きくなり、比較器（８）の出力が高
レベルでスイッチ（９）がオン。

スイッチ（１０）がオフとなるようレファレンス電位ｖ
ｒ及び閾値電位ｖｔｈを設定しておくと、トランジスタ
（１３）のベース電位ＶＢ２は直流出力ＶＥＩ−と等し
くなり、電位ｉ制御電流？ｌ１ｉ（１２）の出力電流Ｉ
Ｃ２が駆動トランジスタ（３）に流れ込む。

従って、半導体レーザ（１）を流れる電流ＩＬＤは、駆
動トランジスタ（３）のコレクタ電流ＩＣＩよりも小さ
くすることができる。

次に上記のように、電圧制御電流源（１２）から出力電
流ＩＣ２が、駆動トランジスタ（３）に流れ込んでいる
状態で、半導体レーザ（１）を流れる電流を常に一定値
Ｉ　　となるようにし、駆動ＤＯ トランジスタ（３）を流れる］レクタ電流Ｉ。１の増加
分を、電圧制御電流源（１２）の出力電流Ｉｃ２で補う
ようにするための条件を求める。

駆動トランジスタ（３）のエミッタ抵抗（６）の抵抗値
をＲＥＩ、電源電圧をＶＥＥとすると、ＩＣ１＝　（Ｖ
ＥＩ−Ｖ［Ｅ）　／ＲＥＩ　　　・−・−・（１）とな
る。一方、電圧制御電流源（１２）の出力電流ＩＣ２は
、 ＩＣ２＝（ＶＦ６　　ＶＬＯ）／ＲＥ２＝　（ＶＥｌ−
−−ＶＢＥ２　＋Ｖ［口）　／ＲＥ２＝（ＶＥＩ　　Ｖ
ｒ　　ＶＢＥ２＋ＶＬＤ）／ＲＥ２・・・・・・（２） である。

ここで、ＢＦ２は１〜ランジスタ（１３）のエミッタ抵
抗（１４）の抵抗値、Ｖ　ＢＦ２はトランジスタ（１３
）のベース・エミッタ間電圧、ＶＬＤは半導体レーザ（
１）のバイアス電圧である。

上記、第（１）、（２＞式より、］レクタ電流ＩＣＩと
出力電流ＩＣ２のエミッタ電位ＶＥＩの変化に対する変
動量を等しくするには、ＢＦ２−ＲＥｌとすればよいこ
とがわかる。

また、Ｉ　Ｃ１＝Ｉ　ＣＩＯとなったときに、Ｉ　ＬＤ
−ＩＬＤＯ−従９て１１Ｃ２＝ＩＣ１０ＩＬＤＯ（＝Ｉ
Ｃ２０）とするためには、ＲＥ１＝ＲＥＩＩＣ１０十Ｖ
ＥＥ−ＢＦ２−ＲＥＩ、及び、第（２）式を用いて、Ｖ
’　＝ＲＥＩＩＬＤＯ＋ＶＥＥ＋ＶＬＤ　　ＶＢＥ２・
・・・・・（３） とすればよいことがわかる。この時、 ｖｔｈ＝ｖＥ１”＝ＲＥＩＩＣ１０＋ｖＥＥ　　ｖｒ・
・・（４） となる。

以上のようにして、ＢＦ２．　Ｖｒ　、　Ｖｔｈの値を
設定することにより、ＩＣ１〉ＩＣ１０においては、半
導体レーザ（１）を流れる電流ＩＬＤを、駆動トラ−〇
　− ンジスタ（３）を流れる電流ＩＣ１よりも小さくするこ
とができ、ｈつ、一定の値Ｉ　ＬＤＯに保持することが
できる。

第２図はこの発明の他の実施例を示すもので、第２図に
おいて、（１５）はホトカプラで、このホトカプラ（１
５）は発光ダイオード（１６）とホトトランジスタ（１
７）とから成る。（１８）は発光ダイオード（１６）の
駆動用トランジスタ、（１９）はトランジスタ（１８）
のエミッタ抵抗であり、上記ホトカプラ（１５）とその
駆動用トランジスタ（１８）及びエミッタ抵抗（１９）
で、電圧制御電流源（１２）を構成したものである。

さて、前述の実施例の説明と同様に、駆動トランジスタ
（３）の」レクタ電流ＩＣ１が一定の値ＩＣ１０を越え
た場合を考える。この時、トランジスタ（１８）の」レ
クタ電流ＩＦは、 ＩＦ　−（ＶＥＩ”　　ＶＢ［３ＶＥＥ）　／ＲＥ３・
・・・・・（５） となる。

ここで、ＶＢＥ３はトランジスタ（１８）のべ一ス・エ
ミッタ間電圧、ＲＥ３はエミッタ抵抗（１９）の抵抗値
である。

いま、ホトカプラ（１５）の電流変換効率をＣＴＲとす
ると、電圧制御電流源（１２）の出力電流ＩＣ２は、 １　（２＝ＣＴＲ−１、・−・−・（６）となる。

ここで、前述の実施例と同様に］レクタ電流Ｉ　と出力
電流Ｉ。２の変化率を等しくするためには、 ＲＥ３＝ＣＴＲ−Ｒ口　　　　　　・・・・・・（７）
とすればよい、また、Ｉ　Ｃ１−Ｉ　ＣＩＯの時にＩ　
ＬＤ−Ｉ　ＬＤＯとなるためには、 Ｖ’　””ＲＥｌｌＬＤＯＶＢＥ３　　　　°−−−−
−（８）ｖｔｈ＝ＲＥ１■Ｃ１０＋ｖＥＥ−ｖ”　　・
−−−−−（９＞とすればよい。

このようにしてＲＥ３．　ｖｒ　、　ｖｔｈの値を設定
すれば、第１図に示した実施例と全く同一の機能を行わ
せることができる。

なお、以上の実施例では、発光素子として半導−１１一 体レーザを使用した駆動回路について示したが、発光ダ
イオードを用いた駆動回路においても同様の効果を奏す
る。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、電圧によりその出力
電流を制御することのできる電圧制御電流源を発光素子
のカソード側に設け、発光素子を駆動する定電流源回路
に所定値以上の電流が流れた場合には、この電流値に比
例した電圧変化により電圧制御電流源を制御し、発光素
子を駆動で−る定電流源回路に過剰電流分を流入させる
ように構成したので、発光素子に最大定格値以上の電流
が流れないようにすることができ、発光素子の破壊を防
ぎ、高寿命で信頼性の高い発光素子駆動回路が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による発光素子駆動回路を
示す回路図、第２図はこの発明の他の実施例による発光
素子駆動回路を示す回路図、第３図は従来の発光素子駆
動回路を示す回路図である。 図において、（１）は発光素子（半導体レーザ）、（２
）は定電流回路（ホトダイオード）、（３）、（４）、
（１３）はトランジスタ、（１２）は電圧制御電流源で
おる。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　弁理士　大　岩　増　雄 （他　２名） 「　　−−−−−１ 第３図 手続補正書　、自え、 ３、補正をする者 代表者志岐守哉 ４、代理人

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光素子を駆動する定電流源回路を備えた発光素
   子駆動回路において、前記定電流源回路に所定値以上の
   電流が流れたとき該電流を電圧変化として検知し、過剰
   電流分を前記定電流回路に流し込む電圧制御電流源を前
   記発光素子のカソード側に有したことを特徴とする発光
   素子駆動回路。
2. （２）電圧制御電流源として、トランジスタを用いたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発光素子駆
   動回路。
3. （３）電圧制御電流源として、ホトカプラを用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発光素子駆動
   回路。