一種半導體激光器驅動電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種半導體激光器驅動電路，包括運算放大器A1、二極管D1、上拉電阻R1、軟啟動電容C1、運算放大器A2、二極管D2、環路補償電容C3、運算放大器A3、NPN三極管Q1、調制電流采樣電阻Rs、激光器LD、電阻R2、電容C3、二極管D3、背光管PD、背光電流采樣電阻Rf及濾波電容C4。本實用新型將本采用運算放大器構成的硬件閉環電路實現恒功率控制，激光器輸出光功率控制精度高，并且輸出功率容易調節設定；本實用新型還具有軟啟動、激光器浪涌吸收以及反壓吸收等多項保護措施，能最大限度的保證半導體激光器長時間、高穩定地工作。
【專利說明】
一種半導體激光器驅動電路
技術領域
[0001] 本實用新型涉及半導體激光器技術領域，具體涉及一種恒功率限流型半導體激光 器驅動電路。
【背景技術】
[0002] 由于半導體激光器對工作溫度十分敏感，并且存在明顯的光衰現象，因此在對光 輸出功率和使用壽命要求不高的應用場合中，普遍采用恒電流驅動方法，然而在要求相對 高的應用場合中，往往采用APC(自動光功率控制）電路，通過檢測實際光功率偏離設定值的 方向和程度，對驅動電流大小進行動態修正，使之工作在恒功率模式，從而穩定光輸出功 率。
[0003] 然而，如果環境溫度過高，或者散熱不良，隨著工作時間的加長，激光器的溫度不 斷上升，APC電路為了穩定光輸出功率，會不斷的提高驅動電流，而現有APC電路通常沒有可 靠的限流功能，因此激光器極其容易因過流而損壞。
[0004] 此外，現有APC技術通常采用三極管、穩壓管等元件構成簡易的功率閉環，其光功 率的設定和控制精度低、一致性差，并且缺少軟啟動、浪涌吸收等措施，影響激光器使用壽 命，大幅降低實用價值。
【發明內容】
[0005] 本實用新型的目的在于提出一種恒功率限流型半導體激光器驅動電路。
[0006] 本實用新型采用的技術方案是:一種半導體激光器驅動電路，包括運算放大器A1、 二極管D1、上拉電阻R1、軟啟動電容C1、運算放大器A2、二極管D2、環路補償電容C3、運算放 大器A3、NPN三極管Q1、調制電流采樣電阻Rs、激光器LD、電阻R2、電容C3、二極管D3、背光管 PD、背光電流采樣電阻Rf及濾波電容C4;所述運算放大器A1的同相輸入端接基準電壓U1，輸 出端與二極管D1的負極相連，反相輸入端與二極管D1的正極相連，作為驅動電壓Uo;所述運 算放大器A2的同相輸入端接基準電壓U2,輸出端與二極管D2的負極相連，輸出端與反相輸 入端之間并聯環路補償電容C2;所述二極管D2的正極連接至驅動電壓Uo,上拉電阻R1連接 于電源正極VCC與輸出電壓Uo之間，軟啟動電容C1連接于驅動電壓Uo與電源地GND之間；所 述運算放大器A3的同相輸入端接驅動電壓Uo、輸出端連接至NPN三極管Q1的基極、反相輸入 端與NPN三極管Q1的發射極相連，并經由調制電流采樣電阻Rs接電源地GND;
[0007] 所述激光管LD的正極連接至電源正極VCC，負極與NPN三極管Q1的集電極相連，電 阻R2與電容C3串聯后再與激光管LD并聯，二極管D3與激光管LD反極性并聯;所述背光管PD 陰極與電源正極VCC相連，陽極經由背光電流采樣電阻Rf接電源地GND，濾波電容C4與背光 電流采樣電阻Rf并聯;所述運算放大器A2的反相輸入端連接至背光管的陽極P_FB。
[0008] 進一步地，所述運算放大器A3為與NPN三極管Q1、調制電流采樣電阻Rs構成電壓/ 電流轉換電路的運算放大器A3。
[0009] 更進一步地，所述二極管D3為用于吸收反向電壓，防止反向電壓擊穿激光管LD的 二極管D3。
[0010] 更進一步地，所述運算放大器A1為與二極管D1、上拉電阻R1共同構成嵌壓電路，用 于限制驅動電壓Uo的最大值的運算放大器A1。
[0011] 更進一步地，所述運算放大器A2為與二極管D2構成閉環控制器，用于實現恒功率 控制的運算放大器A2。
[0012] 更進一步地，所述軟啟動電容C1為用于降低驅動電壓Uo上升速度，使激光管LD驅 動電流由〇緩慢上升至正常工作電流，從而實現軟啟動功能的軟啟動電容C1。
[0013] 更進一步地，所述濾波電容C4為用于濾除反饋電壓P_FB中的噪聲的濾波電容C4。
[0014] 更進一步地，所述環路補償電容C2為用于抵消運算放大器A2反饋環路的時間延 遲，提高閉環穩定性的電容C2。
[0015] 本實用新型的優點：
[0016] 本實用新型將本采用運算放大器構成的硬件閉環電路實現恒功率控制，激光器輸 出光功率控制精度高，并且輸出功率容易調節設定;在恒功率控制的基礎上，增加了激光器 最大工作電流設置功能，驅動電路能自動選擇工作模式，避免工作電流激增而燒毀激光器； 本實用新型還具有軟啟動、激光器浪涌吸收以及反壓吸收等多項保護措施，能最大限度的 保證半導體激光器長時間、高穩定地工作。
[0017] 除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優 點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0018] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的 示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。
[0019] 圖1是本實用新型實施例的原理圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本 實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0021] 參考圖1，如圖1所示的一種半導體激光器驅動電路，包括運算放大器A1、二極管 D1、上拉電阻R1、軟啟動電容C1、運算放大器A2、二極管D2、環路補償電容C3、運算放大器A3、 NPN三極管Q1、調制電流采樣電阻Rs、激光器LD、電阻R2、電容C3、二極管D3、背光管PD、背光 電流采樣電阻Rf及濾波電容C4;所述運算放大器A1的同相輸入端接基準電壓U1，輸出端與 二極管D1的負極相連，反相輸入端與二極管D1的正極相連，作為驅動電壓Uo;所述運算放大 器A2的同相輸入端接基準電壓U2,輸出端與二極管D2的負極相連，輸出端與反相輸入端之 間并聯環路補償電容C2;所述二極管D2的正極連接至驅動電壓Uo,上拉電阻R1連接于電源 正極VCC與輸出電壓Uo之間，軟啟動電容C1連接于驅動電壓Uo與電源地GND之間；所述運算 放大器A3的同相輸入端接驅動電壓Uo、輸出端連接至NPN三極管Q1的基極、反相輸入端與 NPN三極管Q1的發射極相連，并經由調制電流采樣電阻Rs接電源地GND;
[0022]所述激光管LD的正極連接至電源正極VCC，負極與NPN三極管Q1的集電極相連，電 阻R2與電容C3串聯后再與激光管LD并聯，二極管D3與激光管LD反極性并聯;所述背光管PD 陰極與電源正極VCC相連，陽極經由背光電流采樣電阻Rf接電源地GND，濾波電容C4與背光 電流采樣電阻Rf并聯;所述運算放大器A2的反相輸入端連接至背光管的陽極P_FB。
[0023]所述運算放大器A3為與NPN三極管Q1、調制電流采樣電阻Rs構成電壓/電流轉換電 路的運算放大器A3。
[0024]所述二極管D3為用于吸收反向電壓，防止反向電壓擊穿激光管LD的二極管D3。 [0025] 所述運算放大器A1為與二極管D1、上拉電阻R1共同構成嵌壓電路，用于限制驅動 電壓Uo的最大值的運算放大器A1。
[0026]所述運算放大器A2為與二極管D2構成閉環控制器，用于實現恒功率控制的運算放 大器A2。
[0027] 所述軟啟動電容C1為用于降低驅動電壓Uo上升速度，使激光管LD驅動電流由0緩 慢上升至正常工作電流，從而實現軟啟動功能的軟啟動電容C1。
[0028] 所述濾波電容C4為用于濾除反饋電壓P_FB中的噪聲的濾波電容C4。
[0029] 所述環路補償電容C2為用于抵消運算放大器A2反饋環路的時間延遲，提高閉環穩 定性的電容C2。
[0030] 本實用新型的工作原理：
[0031] 運算放大器A3與NPN三極管Q1、調制電流采樣電阻Rs構成電壓/電流轉換電路，通 過調整驅動電壓Uo的大小，即可精確的控制激光器LD中流過的調制電流Imod大小；
[0032]運算放大器A2用于構成恒功率控制電路，背光管PD檢測到的光電流Ipd通過背光 電流采樣電阻Rf轉換成正比于激光器LD輸出光功率Popt的電壓信號P_FB，運算放大器A2比 較基準電壓U2與反饋電壓P_FB的誤差，并根據誤差大小調節輸出電壓，經過二極管D2和上 拉電阻R1得到相應大小的驅動電壓Uo，進而調節LD調制電流Imod的大小，使激光器LD輸出 光功率與設定功率相等。光輸出功率由以下公式決定：Pc·% = AX=無 XU2/ ，其中k為 背光管ro的光電轉換系數，光輸出功率正比于基準電壓U2,反比于背光電流采樣電阻Rf，調 節任一參數均可方便的設定光功率。
[0033] 運算放大器A1與二極管D1、上拉電阻R1共同構成嵌壓電路，用于限制驅動電壓Uo 的最大值，其中&T〇(max) ，進而限制調制電流Imod的最大值Imod(max)，計算公式如下： Imc>d(maK) = ，調芐基準電壓U1或者調制電流采樣電阻Rs，均可以方便 的設定LD最大工作電流；
[0034]軟啟動電容C1用于降低驅動電壓Uo上升速度，使啟動電壓緩慢上升，進而使激光 管LD電流緩慢上升，實現軟啟動功能，減小上電過程中對激光管LD的電流沖擊，防止過電流 擊穿激光管LD;
[0035] 電阻R2與電容C3構成浪涌電壓吸收回路，用于吸收激光管LD兩端的浪涌電壓，防 止過電壓擊穿激光管LD;
[0036] 二極管D3用于吸收反向電壓，防止反向電壓擊穿激光管LD;
[0037] 濾波電容C4用于濾除反饋電壓P_FB中的噪聲，提高功率控制精度；
[0038] 環路補償電容C2用于抵消運算放大器A2反饋環路的時間延遲，提高閉環穩定性， 避免產生自激振蕩而失控。
[0039] 本實用新型將本采用運算放大器構成的硬件閉環電路實現恒功率控制，激光器輸 出光功率控制精度高，并且輸出功率容易調節設定;在恒功率控制的基礎上，增加了激光器 最大工作電流設置功能，驅動電路能自動選擇工作模式，避免工作電流激增而燒毀激光器； 本實用新型還具有軟啟動、激光器浪涌吸收以及反壓吸收等多項保護措施，能最大限度的 保證半導體激光器長時間、高穩定地工作。
[0040] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保 護范圍之內。
【主權項】
1. 一種半導體激光器驅動電路，其特征在于，包括運算放大器A1、二極管D1、上拉電阻 R1、軟啟動電容C1、運算放大器A2、二極管D2、環路補償電容C3、運算放大器A3、NPN三極管 Q1、調制電流采樣電阻Rs、激光器LD、電阻R2、電容C3、二極管D3、背光管、背光電流采樣電 阻Rf及濾波電容C4;所述運算放大器A1的同相輸入端接基準電壓U1，輸出端與二極管D1的 負極相連，反相輸入端與二極管D1的正極相連，作為驅動電壓Uo;所述運算放大器A2的同相 輸入端接基準電壓U2,輸出端與二極管D2的負極相連，輸出端與反相輸入端之間并聯環路 補償電容C2;所述二極管D2的正極連接至驅動電壓Uo,上拉電阻R1連接于電源正極VCC與輸 出電壓Uo之間，軟啟動電容C1連接于驅動電壓Uo與電源地GND之間；所述運算放大器A3的同 相輸入端接驅動電壓Uo、輸出端連接至NPN三極管Q1的基極、反相輸入端與NPN三極管Q1的 發射極相連，并經由調制電流采樣電阻Rs接電源地GND; 所述激光管LD的正極連接至電源正極VCC，負極與NPN三極管Q1的集電極相連，電阻R2 與電容C3串聯后再與激光管LD并聯，二極管D3與激光管LD反極性并聯;所述背光管PD陰極 與電源正極VCC相連，陽極經由背光電流采樣電阻Rf接電源地GND，濾波電容C4與背光電流 采樣電阻Rf并聯;所述運算放大器A2的反相輸入端連接至背光管的陽極P_FB。2. 根據權利要求1所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述運算放大器A3為與 NPN三極管Q1、調制電流采樣電阻Rs構成電壓/電流轉換電路的運算放大器A3。3. 根據權利要求1所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述二極管D3為用于吸 收反向電壓，防止反向電壓擊穿激光管LD的二極管D3。4. 根據權利要求1所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述運算放大器A1為與 二極管D1、上拉電阻R1共同構成嵌壓電路，用于限制驅動電壓Uo的最大值的運算放大器A1。5. 根據權利要求1所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述運算放大器A2為與 二極管D2構成閉環控制器，用于實現恒功率控制的運算放大器A2。6. 根據權利要求1所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述軟啟動電容C1為用 于降低驅動電壓Uo上升速度，使激光管LD驅動電流由0緩慢上升至正常工作電流，從而實現 軟啟動功能的軟啟動電容C1。7. 根據權利要求1所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述濾波電容C4為用于 濾除反饋電壓P_FB中的噪聲的濾波電容C4。8. 根據權利要求1-7任一所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述環路補償電 容C2為用于抵消運算放大器A2反饋環路的時間延遲，提高閉環穩定性的電容C2。
【文檔編號】H01S5/042GK205646432SQ201620171704
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月8日
【發明人】王瑩
【申請人】西安綠竹電子科技有限公司