半导体激光器LD恒流源驱动电路的设计与实验
半导体激光器LD恒流源驱动电路的设计与实验
这款半导体激光器的恒流源驱动电路，是根据实际的项目需求进行设计的。项目要求是半导体激光器得根据探测距离，能改变输出光功率，这就要求半导体激光器的驱动电路输出的电流是可调的，这样现阶段几种半导体激光器驱动电路中只有恒流源驱动电路可以做到这一点，实现这种功能是通过改变恒流源电路的基准电压而实现的。进行恒流源驱动电路的设计的方法是在先仿真的基础上进行的，项目所需要的恒流源驱动电路的设计参数是恒流源输出电流是0-1a可调。1恒流源软件仿真
为了准确地模拟结果，为以后的设计提供理论依据，选用了Ni公司的Multisim10电路模拟软件。该软件经历了几代人的发展，并不断完善其功能。它的数据库包含所有常用的组件，这些组件可以模拟模拟电路和数字电路。其仿真结果精度较高，可以为设计提供设计依据。
恒流源仿真结果
恒流源模拟电路选用单电源供电的集成运算放大器lm2900n，功率管irf540，电源电压为9V。为了测量电路的输出电流，将万用表调整到当前档位，并将其串联到电路上进行测量。从上图可以看出，所设计的电路非常简单。集成运算放大器U2B的功能是将采样电阻测量的电压反馈到输入端，并通过集成运算放大器u2a将其与输入端的参考电压进行比较。恒流源模拟电路是一种经典的恒流源电路，具有电路稳定性高的优点。该恒流源电路只需调节电阻R3和R3的电阻，在参考电压恒定的情况下，可以方便地调节恒流源的输出电流。
仿真结果显示，当将采样电阻的阻值选为1欧姆、r3r4?13、基准电压选取为2v时，仿真结果得到的电流是1.5a。在仿真过程中、通过选取不同的基准电压和r3、r3的值可以得到不同的电流值，这样仿真结果为实际的电路设计提供很好参考依据。
为了进一步简化恒流源驱动电路的设计，进行了以下设计和仿真。选择的电源管为
irf530，采样R1的电阻值为1欧姆，选择的电压比较器为单电源供电的装置
成运算放大器lm2900n，在电路仿真中，可以看见当基准电压选为1v、采样电阻为1欧姆时，恒流源的输出电流是0.9a，这与理论推导的结果完全一样。在图3-20恒流源仿真中，恒流源驱动电路得到很大程度上的简化，去掉了一个集成运算放大器。通过电路设计，实现了要改变恒流源输出的电流只需要改变集成运算放大器的基准电压即可、在不用考虑外围电阻阻值的选取，这样设计的弊端是设计出恒流源电路调整范围有限、稳定性不够好，不像图3-19的恒流源仿真电路，有两个参数用来调整电路输出电流的数值，这次的仿真为后续的设计提供了理论参考。
恒流源的仿真结果
恒流源仿真电路比较简单，只用采样电阻、集成运放、功率管irf530便设计成了。此电路的优点很明显就是电路很简单，但电路的灵活性不好。一旦基准电压确定后恒流源的输出电流就无法更改了。
在仿真过程中发现，恒流源仿真电路的结果不能全面、准确地反映功率管irf530和irf540的输出特性。因此，在以后的恒流源电路设计中，需要进行连续的实验来调整电路设计参数，以满足项目的设计要求。2.恒流源设计
在恒流源设计中主要选取的是集成运算放大器、大功率mons管、采样电阻等器件。根据本课题的实际需要、需要设计出一款0-1a输出可调的恒流源。
根据以上两种恒流源电路的设计和仿真，为了简化电路结构，选择了该电路进行实际电路设计。选用单电源lm358集成运算放大器。其单电源电压为3-30V。有了这样宽的电源电压输入，电路的设计就更简单了；另一个
半导体激光器LD恒流源驱动电路的设计与实验
半导体激光器LD恒流源驱动电路的设计与实验 这款半导体激光器的恒流源驱动电路，是根据实际的项目需求进行设计的。项目要求是半导体激光器得根据探测距离，能改变输出光功率，这就要求半导体激光器的驱动电路输出的电流是可调的，这样现阶段几种半导体激光器驱动电路中只有恒流源驱动电路可以做到这一点，实现这种功能是通过改变恒流源电路的基准电压而实现的。进行恒流源驱动电路的设计的方法是在先仿真的基础上进行的，项目所需要的恒流源驱动电路的设计参数是恒流源输出电流是0-1a可调。1恒流源软件仿真 为了准确地模拟结果，为以后的设计提供理论依据，选用了Ni公司的Multisim10电路模拟软件。该软件经历了几代人的发展，并不断完善其功能。它的数据库包含所有常用的组件，这些组件可以模拟模拟电路和数字电路。其仿真结果精度较高，可以为设计提供设计依据。 恒流源仿真结果 恒流源模拟电路选用单电源供电的集成运算放大器lm2900n，功率管irf540，电源电压为9V。为了测量电路的输出电流，将万用表调整到当前档位，并将其串联到电路上进行测量。从上图可以看出，所设计的电路非常简单。集成运算放大器U2B的功能是将采样电阻测量的电压反馈到输入端，并通过集成运算放大器u2a将其与输入端的参考电压进行比较。恒流源模拟电路是一种经典的恒流源电路，具有电路稳定性高的优点。该恒流源电路只需调节电阻R3和R3的电阻，在参考电压恒定的情况下，可以方便地调节恒流源的输出电流。 仿真结果显示，当将采样电阻的阻值选为1欧姆、r3r4?13、基准电压选取为2v时，仿真结果得到的电流是1.5a。在仿真过程中、通过选取不同的基准电压和r3、r3的值可以得到不同的电流值，这样仿真结果为实际的电路设计提供很好参考依据。 为了进一步简化恒流源驱动电路的设计，进行了以下设计和仿真。选择的电源管为 irf530，采样R1的电阻值为1欧姆，选择的电压比较器为单电源供电的装置 成运算放大器lm2900n，在电路仿真中，可以看见当基准电压选为1v、采样电阻为1欧姆时，恒流源的输出电流是0.9a，这与理论推导的结果完全一样。在图3-20恒流源仿真中，恒流源驱动电路得到很大程度上的简化，去掉了一个集成运算放大器。通过电路设计，实现了要改变恒流源输出的电流只需要改变集成运算放大器的基准电压即可、在不用考虑外围电阻阻值的选取，这样设计的弊端是设计出恒流源电路调整范围有限、稳定性不够好，不像图3-19的恒流源仿真电路，有两个参数用来调整电路输出电流的数值，这次的仿真为后续的设计提供了理论参考。 恒流源的仿真结果
半导体激光器LD开关电源驱动电路的设计和实验
半导体激光器LD 开关电源驱动电路的设计和实验 开关电源相比线性电源它的转换效率高、电能利用率高，但纹波系数较大，本节将讨论半导体激光器在开关电源驱动下特性分析，并设计出一款稳定的半导体激光器的开关电源驱动电路。 首先应从半导体激光器工作特性出发，分析出开关电源驱动半导体激光器所应具备的条件，而结温、结电压、结电流是直接决定半导体激光器的工作特性的参量，因此分析开关电源驱动半导体激光器的特性、实际就是分析在开关电源驱动下半导体激光器结温、结电压、结电流这三者之间的关系。 1 恒流模式下的结温与工作特性研究 根据半导体物理学理论，PN 结在小注入条件下的正向电流与电压近似满足下式： 0exp qU I I kT ??= ??? 很明显，正向电流和PN 结的节电压不是线性关系。当载流子大注入时即半导体激光器满足载流子反转，开始向外输出激光时的工作条件，PN 结的电流-电压特性将会发生变化，不在遵从电流和PN 结结电压之间的关系式。因为P 区为阻止空穴的扩散维持电中性，必然建立一个电场，成为自建电场，这样势必使加载在PN 上的结电压有一部分电压加在P 区。此时PN 结的电流和结电压的关系公式需加以修正： 0exp 2qU I I kT ??= ??? ()30exp 2g E I f T T kT -??= ??? I ：正向电流；0I ：反向饱和电流；U ：pn 结正向电压；T ：绝对温度；k ：波尔兹曼常数； q ：为基本电荷电量；其中g E 为温度为0K 时的禁带宽度。又由 32()K f T T =，函数()T f 含有32T -，这样K 是一个与温度无关的量，当半导体结在恒流状态时，PN 结的结电压和温度的关系如下式： ()2g E kT U InK InI q q =--
激光器驱动电路设计与应用
激光器驱动电路设计与应用激光器是一种利用受激辐射原理产生激光光束的装置。它在现代科技领域有着广泛的应用，包括激光切割、激光打标、激光雷达等。而激光器能够工作正常，离不开一个稳定可靠的驱动电路。本文将探讨激光器驱动电路的设计原理与应用。 一、激光器驱动电路的基本原理 激光器驱动电路主要包括激光二极管供电与电流控制两部分。供电部分需要提供适当的电压和电流给激光二极管，而电流控制部分则需要保证激光二极管受到稳定的电流驱动。在激光器的工作中，这两个部分必须配合协调，以确保激光器能够正常工作并产生所需的激光输出。 二、激光二极管供电设计 在激光二极管供电设计中，需要考虑激光二极管的工作电压和电流需求。一般情况下，我们可以使用直流电源来为激光二极管供电。首先，根据激光二极管的额定工作电流和电压，选择合适的电源电压和额定电流。其次，使用电源调节电路来保证供电的稳定性和精确性。最后，通过合适的连接线路，将电源与激光二极管连接，以确保供电的可靠性和安全性。 三、激光二极管电流控制设计 激光二极管电流控制设计是激光器驱动电路中非常重要的一部分。在激光二极管的工作中，电流的稳定性对于激光输出的功率和频率具
有直接影响。因此，在设计电流控制环路时，需要考虑到以下几个方面。 1.电流控制模式的选择 常见的电流控制模式有恒压模式和恒流模式。恒压模式下，电路会 根据激光二极管的电流需求来调整电压，保证其工作在恒定电流下； 恒流模式下，则是通过电路控制来保持电流的恒定。在实际应用中， 应根据具体的需求选择合适的模式进行设计。 2.反馈控制环路的设计 为了确保激光二极管电流的稳定，需要设计一个反馈控制环路。这 一环路通常包括一个比较器、一个误差放大电路和一个电流调整电路。比较器用于比较实际电流与设定电流之间的差异，误差放大电路用于 放大差异信号，而电流调整电路则用于根据差异信号调整输出电流。 3.稳定性和去抖动设计 在电流控制环路的设计中，还需要考虑到稳定性和去抖动。稳定性 是指电流输出在长时间内保持恒定，而去抖动则是指在电流输出切换时，尽可能减小输出的波动。这两个方面的设计将直接影响到激光器 的性能和使用寿命。 四、激光器驱动电路的应用 激光器驱动电路在激光器应用中有着广泛的应用。它可以应用在激 光切割、激光打标、激光雷达等领域中。激光切割是通过激光器产生 的高能光束对材料进行切割；激光打标则是利用激光束对材料进行标
LED驱动电路设计
第1章绪论 作为一名现场应用工程师，我是最早从事LED（发光二极管）驱动电路开发的设计者之一, 遇到过许多该领域的潜在客戸,他们对于如何正确驱动LED都知之甚少o20mA电流的老式LED 曾在一定程度上被滥用。现在，LED功率等级正不断提高，30mA、50mA、100mA、350mA甚至更高的电流等级变得越来越常见。已有多家制造商能制造单颗功率达20W以上的LED e这类大功率LED多采用芯片阵列的型式。如果LED不按功率等级使用，极易导致其使用寿命锐减。 大功率LED在越来越多的场合得以应用，如导航灯、交通信号灯、路灯、车灯、洗墙灯、影院中的台阶和紧急出口提示灯等。诸如高亮度LED和超高亮LED之类的名称正变得臺无意义，因为还会有更大功率等级的LED不断出现。本书内容覆盖了各种类型的LED驱动方式，包含自低功率LED 到超高亮LED,甚至更高的多种功率等级。 大功率LED驱动技术简单吗？不，通常都不是那么简单的。在某些应用场合，可以简单地使用线性电源，但大多数场合需要使用恒流输出的开关电源。采用线性电源驱动效率低，易产生大量的热。而使用开关电源，则需要解决驱动效率、电磁干扰和驱动成本等问题。总之，要设计合理的驱动方式，既要满足相关规范的要求，同时还要做到高效率、低成本。 1.1本书目标和讲述方法 本书从实用角度阐述问题，但为了有助于后续章节的理解，也引入了一些必要的理论。例如，为了有效地使用元件，了解元件特性是很有必要的。 多数章有“常见错误” 一节，介绍了实际应用中易出现的问题，以及如何避免，意在提醒读者不要犯同样的错误。常言道：吃一堑，长一智。同样，我们也要从他人的失误中获得经验。自己的失误带来的教训往往印象深刻，但是代价也更为高昂。 通常，设计中遇到的第一个问题是选择合适的駆动电路拓扑。什么情况下降压电路优于升压电路或降-升压电路？为什么库克（升-降压）电路优于反激电路？诸如此类的问题，书中将在开关电源章节的开头部分谈到。 对于驱动电源的设计公式和具体的设计过程，书中将会给出清楚透彻的阐述。就开关电源而言，设计公式对于选择正确的元件参数具有重要意义，元件参数选择不当往往需要很多弥补措施。大功率LED在很小的面积上产生大量的热，这使得热管理成为难题。因此，相邻的驱动电源更需要保证高效率，以免増加散热的困难。 汚中还谈到如何根据计算得到的元件参数去选择实际的标准化元件。客户往往倾向于选用不需定制的标准化元件，因为它们易于采购且价格较低。但计算推导得出的元件参数很少能和标准参数完全吻合，因而在实际选用上需要作出折中。在某些场合卩，由此带来的参数差异所造成的影响可忽
激光驱动电路
激光器驱动电路及其外部接口的设计 摘要 近几年以来，随着全球信息化的高速发展，干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网等越来越多的采用了光纤进行传输，光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到桌面FTTD正在不断的发展，光接点离我们越来越近。在每个光接点上，都需要一个光纤收发模块，模块的接收端用来将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的处理和识别。模块的发射端将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输，发射端需要一个高速驱动电路和一个发射光器件，发射光器件主要有发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。LED和LD的驱动电路有很大的区别，常用的半导体激光器有FP、DFB 和VCSEL三种。激光器驱动电路调制输出接口电路是光模块核心电路之一，它主要包括激光器调制输出终端匹配和旁路RC匹配滤波以及激光器直流偏置三个部分电路，每一部分电路的设计将直接关系到模块光信号的输出质量。 关键词：激光器；驱动电路；光模块；温度控制；外部接口电路
目录 第1章半导体激光器概述 第2章激光发射模块 2.1 激光发射模块概述 2.2 信标光发射模块的设计 2.2.1 激光器驱动电路设计 2.2.2 温度控制（ATC）电路设计 第3章激光器驱动电路外部接口 3.1 激光器驱动电路直流BLAS输出隔离 3.2 激光器驱动电路调制匹配 3.2.1 激光器直流耦合驱动 3.2.2 激光器交流耦合驱动 3.2.3 激光器直耦与交耦驱动方式的比较 第4章激光器驱动电路调制输出信号分析与接口电路设计 4.1 传输线理论概述 4.2 激光器直流偏置 4.3 RC补偿网络 第5章结束语 参考文献
一种半导体激光驱动电源的研究设计
一种半导体激光驱动电源的研究设计 本文提出了一种新的半导体激光器驱动电源的设计方法，研制出一种纹波小，稳定性高，工作温度恒定，输出功率稳定并可调节的半导体激光器驱动电源，具有很好的应用前景。 标签：半导体激光器驱动电源纹波 引言 随着机器人技术的飞速发展，机器人视觉系统的研究和开发已经成为了智能机器人领域的一个非常重要的研究课题，并获得了迅速的发展。机器人视觉系统需要一种高稳定性的准直相干光束，光束的质量将直接影响系统的质量。由于机器人视觉系统具有结构紧凑等特点，一般选用半导体激光器作为相干光源[1]。半导体激光器相对于常用的气体激光器有着体积小、重量轻、价格便宜、性能稳定等优点，而且半导体激光器的输出功率可以调节和控制，因此半导体激光器在实际应用中更多的取代了气体激光器，在光纤通讯、测量、激光打印以及条形码扫描等领域发挥了极为重要的作用[2]，并在物体表面形貌测量等新兴研究领域有着更加广泛的应用[3][4]。研究和改进半导体激光器的性能，使之达到气体激光器的标准，已经成为国内外研究的热点问题[5]。 半导体激光驱动电源的性能要求 1.电源输出电流 电流的变化会改变半导体材料的折射率，从激光器输出功率与注入电流的关系曲线中我们也可以看到，当注入电流发生变化时，激光器的输出功率线性变化。因此，半导体激光器对电源的第一个要求是注入稳定的电流或者提供稳定的电压。要使得注入电流稳定，就要在电源电路的设计中尽量降低纹波系数，滤除电路中的交流分量，消除电源电路中存在的噪声和纹波干扰。如果电源中出现浪涌，不但会对激光器的输出造成影响，还会损坏半导体激光器，因此消除浪涌也是激光器驱动电源设计中一个重要环节。 2.温度变化 温度的变化也会影响激光器的输出功率，还会缩短激光器的工作寿命。因此，我们还要设计一个温度控制装置，使半导体激光器在恒温下工作。 半导体激光驱动电源的设计 1系统框架设计 半导体激光器驱动电源主要包括输入滤波电路，前级AC-DC电路，后级
半导体激光器驱动电路的研究与设计
半导体激光器驱动电路的研究与设计 袁林成;蒋书波;宋相龙;陆志峰 【摘要】The design of semiconductor laser driving circuit is an important technology to decide the stability of semiconductor laser system,and it has an important impact on the output characteristics of the laser.The variation of injection current will cause the laser emission frequency variation,eventually lead to jump mode or multi-mode op⁃eration. In order to ensure the quality of the laser output of semiconductor laser,a high performance laser driving cir⁃cuit is studied and designed,this driving circuit includs power supply circuit,constant current source circuit,protec⁃tion circuit and time delay buffer circuit four parts;C is simulated by software Multisim. The actual circuit results compares with the exploited result map,finally the application of photon counter to test the laser output intensity fluctuation is defined in the 200 kilo-count/s to 400 kilo-count/s range,stability and has a high precision,the experi⁃mental results show that the sufficient stability and high precision satisfy the follow-up experiment.%半导体激光器驱动电路的设计是决定半导体激光器系统 稳定性的重要技术，对于激光器输出特性有重要影响。其注入电流的变化会对激光器出射频率产生变差，最终导致跳模或多模工作，为了确保半导体激光器的激光输出质量，研究设计了一款高性能的激光驱动电路，主要包括电源电路，恒流源电路，保护电路与及延时缓冲电路四部分。在Multisim软件中进行了电路仿真，并与实际电路中的结果图做了比较，最后应用光子计数器测试其激光输出强度波动限定在
基于单片机的半导体激光器电源控制系统的设计
基于单片机的半导体激光器电源控制系统的设计 半导体激光器(LD)体积小，重量轻，转换效率高，省电，并且可以直接调制。基于他的多种优点，现已在科研、工业、军事、医疗等领域得到了日益广泛的应用，同时其驱动电源的问题也更加受到人们的重视。使用单片机对激光器驱动电源的程序化控制，不仅能够有效地实现上述功能，而且可提高整机的自动化程度。同时为激光器驱动电源性能的提高和扩展提供了有利条件。 1总体结构框图本系统原理如图1所示，主要实现电流源驱动及保护、光功率反馈控制、恒温控制、错误报警及键盘显示等功能，整个系统由单片机控制。本系统中选用了C8051F单片机。C8051F单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC)，他在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系 统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件，如本系统中用到的ADC 和DAC。这些外设部件的高度集成为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的单片机应用系统提供了方便，也大大降低了系统的成本。光功率及温度采样模拟信号经放大后由单片机内部A／D转换为数字信号，进行运算处理，反馈控制信号经内部D／A转换后再分别送往激光器电流源电路和温控电路，形成光功率和温度的闭环控制。光功率设定从键盘输入，并由LED数码管显示激 光功率和电流等数据。 2半导体激光器电源控制系统设计目前，凡是高精密的恒流源，大 多数都使用了集成运算放大器。其基本原理是通过负反作用，使加到比较放大器两个输入端的电压相等，从而保持输出电流恒定。并且影响恒流源输出电流稳定性的因素可归纳为两部分：一是构成恒流源的内部因素，包括：基准电压、采样电阻、放大器增益(包括调整环节)、零点漂移和噪声电压；二是恒流源所
半导体激光器驱动电路及温控系统设计
半导体激光器驱动电路及温控系统设计 程前; 邓华秋 【期刊名称】《《电子器件》》 【年(卷),期】2019(042)005 【总页数】5页(P1185-1189) 【关键词】电路设计; 半导体激光器; 驱动电路; 温度控制; MAX1978 【作者】程前; 邓华秋 【作者单位】华南理工大学物理与光电学院广州510640 【正文语种】中文 【中图分类】TN710.2 随着5G时代的到来,高速信息传输变得尤为重要。在光纤通信中,半导体激光器(LD)扮演着不可或缺的角色。由于LD是一种具有极高量子效率的结型器件,电流的微小变化对LD影响非常大,甚至损坏激光器[1];电流引起的波长漂移系数达0.02 nm/mA;同时LD的性能对温度非常敏感,温度引起的红移现象使得波长漂移系数达0.2 nm/℃～0.4 nm/℃[2]。因此,驱动LD的恒流源必须是长时间高稳定的,且还需要高精度的恒温控制[4]。 2010年,CONG等人[5]利用功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)设计了恒流驱动电路和相应的电流过载电路;2015年,天津大学的胡晓青等人[4]利用双通道设计了激光器驱动电路,其恒流源偏差度达到0.051%;同年,中南大学的XIAO
等人[6]利用积微分控制(PID)算法对激光器温度进行了系统设计,使得控制精度在 ±0.05 ℃;2017年,中国计量大学罗亮等人[7]实现了驱动电流0～100 mA可调,电 流控制最大相对误差为0.06%,电流稳定度为0.02%,温度控制最大误差为0.03 ℃ 的驱动电路和温控电路。已有的驱动电路以及温控设计中,电流和温度控制精度都 已经满足要求,但是电路结构相对复杂,温度控制算法也较为复杂,造成了设计生产成本很高。并且很少实验研究会涉及保护电路,其中天津大学的胡晓青等人[4]所设计 的保护电路存在对继电器驱动能力不足的缺陷。 本文设计了一种低成本的半导体激光器驱动电路,具有延时保护、过流保护功能。 恒流源在保证电流精度前提下更加简单、实用。保护电路在已有设计[4]下进行改进,增加其工作稳定性。同时采用专用集成温度控制芯片MAX1978设计了高精度 温度控制系统,降低了温度控制电路的复杂度,实现了低成本、高效率。 1 驱动电路设计 驱动电路主要包括三部分,如图1所示:延时电路、保护电路、恒流源。延时电路利用电容电感的充放电特性,使驱动电路的电流缓慢增加,以消除电流浪涌的影响。保 护电路对已有设计进行革新,增加了电压跟随器以增大驱动能力,提高了电路可靠性。恒流源采用场效应管与三极管两级放大的方式增大电路驱动能力,同时利用放大器 负反馈使电流输出更加稳定。整个设计在实现功能前提下,简化了电路设计,降低了 成本。驱动电路各部分设计如图1。 图1 驱动电路原理图 图2 延时电路 1.1 延时电路 半导体激光器很“脆弱”,往往在开关开启或关闭时受到损坏。延时电路又称慢启 动电路,旨在消除开关闭合和开启时产生的冲击电流对激光器造成的影响。因此,驱 动电路中应该添加延时电路,以保护激光器。如图2所示:左边Vin端口接12 V稳
半导体激光管LD的电源设计
半导体激光管LD的电源设计 半导体激光管(LD)和普通二极管采用不同工艺，但电压和电流特性基本相同。在工作点时，小电压变化会导致激光管电流变化较大。此外电流纹波过大也会使得激光器输出不稳定。二极管激光器对它的驱动电源有十分严格的要求；输出的直流电流要高、电流稳定及低纹波系数、高功率因数等。随着激光器的输出功率不断加大，需要高性能大电流的稳流电源来驱动。为了保证半导体激光器正常工作，需要对其驱动电源进行合理设计。并且随着高频、低开关阻抗的MOSFET技术的发展，采用以MOSFET为核心的开关电源出现，开关电源在输出大电流时，纹波过大的问题得到了解决。 1 系统构成 装置输入电压为24V，输出最大电流为20A，根据串联激光管的数量输出不同电压。如果采用交流供电，前端应该采用AC／DC作相应的变换。该装置主要部分为同步DC／DC变换器，其原理图如图1所示。 Vin为输入电压，VM1、VM2为MOSFET，VM1导通宽度决定输出电压大小，快恢复二极管和VM2共同续流电路，整流管的导通损耗占据最主要的部分，因此它的选择至关重要，试验中选用通态电阻很低的M0SFET。电感、电容组成滤波电路。测量电阻两端电压与给定值比较后，通过脉冲发生器产生相应的脉宽，保持负载电流稳定。VM1关断，快恢复二极管工作，快恢复二极管通态损耗大，VM2接着开通续流，减少系统损耗。 2 工作原理 VM1导通ton时，可得：
电流纹波为： VM1关断，电流通过VD续流，接着VN2导通。由于VM2的阻抗远小于二极管阻抗，因此通过VM2续流。VMl、VN2触发脉冲如图2所示。图2中td为续流二极管导通时间。 二极管消耗的功率为P=VtdI0。一般快恢复二极管压降0．4V，当电流20A时，二极管消耗功率为0．8W。如采用MOSFET，则消耗的功率将小很多。本实验采用威世半导体公司的60A的MOSFET，其导通等效电阻为0．0022Ω。当电流为20A时，消耗功率约为0．088W。 由电流纹波公式可知，增大电感、减小ton都可以减小纹波。为了不提高电感容量，实验中采用200kHz的工作频率，其中电感选用4．8-μH，根据公式可得激光管压降2V时纹波电流约为1000mA。 系统采用了电流负反馈电路，以适应激光二极管的要求。当负载变化，电流略大于给定电流时，减小ton宽度，电压降低。电流略小于给定电流时，增加ton 宽度，这样可以维持电流稳定。图3所示为脉冲发生器结构。
半导体激光器LD脉冲驱动电路的设计与实验
半导体激光器LD 脉冲驱动电路的设计与实验 进行脉冲驱动电路的设计主要是由于，半导体激光器在脉冲驱动电路驱动 时，其结温会在半导体激光器不工作的时刻进行散热， 因此半导体激光器在脉冲 电源驱动下，对半导体激光器的散热要求不高。在设计半导体激光器的脉冲驱动 电源时，也是先仿真后设计的思想，在电路选型上也是力求简单。 1脉冲电源的仿真 在进行脉冲电源仿真时，同样选用的 NI 公司的这款MultisimIO 这款电路仿 真软件。选用的器件是IRF530,信号源是5V ，占款比为50%，频率为50Hz 的 方波信号源；用电阻 R i 代替半导体激光器、且将 R i 的阻值设置为 1 Q ,用 脉冲电源仿真 在仿真电路设计的过程中，选用了功率管IRF530作为主开关，对电阻R i 上 的电压 进行采样，信号源选取的是输出5V 方波的、频率是50Hz 、占款比是50% 的信号源。在进行仿真前、将示波器的 A 通道接在电阻R i 的两端，对整个电路 的电流信号进行监 测。将示波器的 B 通道接在信号源的两端，对信号源的输出 MultisimIO 的自带示波器对电阻R i 两端的电信号进行测量 12V VG C MIL ........ X SC 1 A E Tinw ______ • 7訂 _________________ 計旷 ____________________ | Triggr SaihpOTi Diu ::-i■< ■ Suli [TvCi; \ Edgt |T" ijp":
电信号进行采样，这样通过A、B两通道的电信号进行对比，看脉冲驱动电路能否满设计要求。 根据仿真示波器监测到的数据显示，电阻R i两端的电信号完全是跟信号源 的电信号同步变化的，而且波形完全一致。仿真结果显示电阻R i的峰值电压是 为1.145V,说明电路的峰值电流也是1.145A。 在仿真过程中，通过不断的调整信号源的特性，发现电阻R i两端的电压值 的大小只与信号源的电压值大小有关系，而与信号源的频率和占空比关系不大，这说明此脉冲仿真电路输出电流值的大小只与信号源输出的电压值大小有关。出 现这样的结果主要是选取的信号源的频率过低，功率管IRF530完全可以做到对电路的开断控制。 以上仿真结果显示，当信号源的峰值电压是5V的时候，所对应的流过 IRF530的峰值电流是1.145A。根据IRF530的输出特性，通过调节信号源的加载在IRF530V GS的电压就可以改变功率管IRF530的输出电流值，从而改变整个脉冲电源输出电流的值。 2脉冲电源的设计 从上面的电路仿真可以看出，脉冲电源的设计主要是脉冲信号源的设计、电路的主体部分还是用IRF530来实现的，通过控制信号源的加载在V GS的电压来控制流通IRF530的电流。要调整输出电流信号的频率得通过信号源进行控制。 Ini 1 1 1 1 1 1 1 1 I P1UT PX Pll T P；1 Pll P：： ■n-1 z "DM L D 1JE7 1 3r 4 P14 P：4 P15 F：5:.tv INTO 胃 A--”1T1■S |C - Fl-K' 31$I4Z I BI2 INTI P：： E P：11 °■■ S s'卜十TT 1574|| 4J L P蟲TO 51:1X ：t I EA\P F：； pr B E r 二L』V[ :11 a. SESET 良ZD rc RD ALEP 歸PSEX : :1 *D4' -P
LED恒流驱动电路设计
LED恒流驱动电路设计 LED（Light Emitting Diode）是一种将电能转化为光能的半导体器件，常用于显示和照明等领域。在实际应用中，为了保证LED的亮度和寿命，需要为LED提供恒定的电流进行驱动。因此，设计一个可靠、高效的LED恒流驱动电路至关重要。 1.选择恒流源： 恒流源是实现LED恒流驱动的核心部分。常用的恒流源包括电阻、电流镜电路和线性稳压器。其中，线性稳压器具有功耗较大、效率较低的缺点。相比之下，电流镜电路可以通过集成电路实现高精度的恒流驱动，具有体积小、效率高的优点。因此，在实际设计中，常采用电流镜电路作为恒流源。 2.确定驱动电流大小： 驱动LED的电流大小会直接影响LED的亮度和寿命。根据LED的数据手册，选择适当的驱动电流。一般情况下，LED的额定电流为20mA，但实际应用时可以根据需求进行调整。 3.选择电源电压： 电源电压的大小应考虑到LED的驱动电压和安全储备电压之和。驱动电压一般为LED的正向电压降（Typical Forward Voltage），一般在LED的数据手册中有详细说明。安全储备电压通常选取为LED的正向电压降的20-30%。 4.设计电流限制保护电路：
在实际应用中，需要为LED恒流驱动电路设计电流过流保护电路，以 防止电流过大损坏LED。常采用限流电阻和过流保护芯片等方法来实现电 流限制。过流保护芯片通常是一个可编程电流检测器，当输出电流超过设 定值时会切断输出。 5.温度补偿： LED的特性与温度密切相关，在设计LED恒流驱动电路时需要考虑温 度补偿。一种常见的温度补偿方法是通过采用温度传感器来监测环境温度，并自动调整恒流源的输出电流。 实际的LED恒流驱动电路设计过程中，还需要考虑到输入电压的变动、电源噪声抑制、LED的串并联等因素，并进行相应的优化和校正。 总之，设计LED恒流驱动电路需要综合考虑多个因素，包括恒流源的 选择、驱动电流大小、电源电压、电流限制保护电路和温度补偿等。通过 合理设计和优化可实现高效、可靠的LED恒流驱动电路，以满足LED的亮 度和寿命要求。
恒流源驱动下的LED照明系统设计与研究
恒流源驱动下的LED照明系统设计与研究 LED照明是近年来发展最快的一种照明技术，它具有高效节能、寿命长、安全可靠、成本低等优点，被广泛应用于普通家庭、商 业建筑、道路照明和医疗卫生等多个领域。其中，恒流源驱动是LED照明系统的核心技术之一，它能够保证LED光源始终处于恒 定的工作状态，从而确保LED光源的稳定性、可靠性和寿命。本 文就恒流源驱动下的LED照明系统进行设计和研究。 一、恒流源驱动的原理与优点 恒流源驱动是基于电源电压恒定的情况下，通过改变输出电流 大小来调节LED光源的亮度和色温。具体操作方式是先将需要输 出的电压和电流实现匹配，然后经过LED驱动芯片控制LED的电流大小和频率，最终获得恒定的LED光源亮度。 相对于恒压源驱动和恒功率源驱动，恒流源驱动的优点主要表 现在以下几个方面： 1. 稳定性高：由于LED光源的亮度和色温与电流大小密切相关，因此恒流源驱动的输出是恒定的电流，可以保证LED光源工 作在恒定的条件下，从而保证LED光源的稳定性。 2. 寿命长：LED光源是一种非常脆弱的材料，如果在过高的电 压或电流下工作，会大大缩短其寿命。而恒流源驱动可以根据
LED的特性调整输出电流，从而避免了LED光源过流的情况，延长了其使用寿命。 3. 输出功率高：恒流源驱动可以在保证LED光源不过流的情况下输出最大的功率，这是恒压源驱动和恒功率源驱动所不具备的优点。 二、恒流源驱动下的LED照明系统设计 恒流源驱动下的LED照明系统设计主要分为恒流控制电路设计和光源选择两个部分。 1. 恒流控制电路设计 恒流控制电路是恒流源驱动下的LED照明系统的核心部分，其主要作用是控制LED工作时的电流大小和频率，保证LED照明系统的稳定性和寿命。恒流控制电路的设计需要考虑以下几个方面： （1）选择合适的电源：恒流源驱动下的LED照明系统需要有一个可靠的电源，可以提供稳定的电压和恒定的电流。常见的电源有恒流型电源和恒压型电源，其中恒流型电源更适合LED照明系统的恒流源驱动。 （2）选用合适的驱动芯片：驱动芯片是恒流控制电路的核心部分，可以通过控制LED电流的大小和频率实现LED的亮度和色
半导体激光器的恒流源
半导体激光器的恒流源 摘要本文主要介绍恒流源，并分析一种半导体激光器较高稳定度恒流源驱动系统的电路。恒流源驱动器的电路主要是由电压基准电路，电压电流转换电路和调整电路组成的。它的整体设计思路是利用高性能斩波稳零运算放大器，运用负反馈原理，使整个闭环反馈系统处于动态的平衡中，从而达到稳定输出电流的目的。 关键字半导体激光器；恒流源；高稳定度；闭环负反馈 Abstract: This paper focuses on the analysis of a semiconductor laser to a higher stability constant current source driver circuit. The constant current source drive circuit is mainly composed of the voltage reference circuit, the voltage-current converter circuit and adjust the circuit. It's overall design concept of high-performance chopper-stabilized op amps, the use of the principle of negative feedback, so that the whole closed-loop feedback system is in dynamic equilibrium, so as to achieve stable output current. Keywords:semiconductor laser；constant current source；with high stability；closed-loopnegative feedback 1、引言 半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的 PN 结为工作物质的一种小型化激光器，是依靠载流子注入而工作的，注入的电流的稳定性对半导体激光器的输出有直接且明显的影响。在正常条件下使用的半导体激光器有很长的工作寿命。但是，不适当的工作条件会造成半导体激光器性能的急剧恶化乃至失效（就是PN 结被击穿或用作谐振腔面的解理面遭到破坏，视其击穿或破坏程度而表现为输出光功率减小或无光功率输出）。它是有极高量子效率的器件，但是对电冲击的承受能力很弱，微小的电流变化都可能会导致器件的参数的变化，这些变化又将会危及半导体激光器的安全使用。因此要求半导体激光器的电源是个恒流源，
半导体激光器实验
实验19半导体激光器实验 一、目的 1．明白得半导体激光器的工作原理； 2．通过测量半导体激光器工作时的功率、电压、电流，利用这些参数画出P-I、I-V 曲线，让学生了解半导体的工作特性曲线； 3．学会通过曲线计算半导体激光器的阈值，串联电阻，和功率效率，外量子效应和外微分效应，并对三者进行比较； 4．内置四套方波信号或外加信号直接调制激光器，通过调整不同的静态工作点，和输入信号强度大小不同，观看到截至区，线性区，限流区的信号不同响应（信号畸变，线性无畸变），了解调制工作原理。 二、原理 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的不同，产生激光的具体进程比较特殊。经常使用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。鼓励方式有电注入、电子束鼓励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现持续工作。 半导体激光器具有体积小、效率高等优势，普遍应用于激光通信、印刷制版、光信息处置等方面。 1．半导体激光器的结构与工作原理 现以砷化镓（GaAs）激光器为例，介绍注入式同质结激光器的工作原理。半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规那么而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带（对应较低能量）。与价带最近的高能带称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中能够自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，那么相当于显现一个带正电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电作用，统称为载流子。搀杂半导体与p-n结。没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。若是在本征半导体中掺入杂质原子，那么在导带之下和价带之上形成了杂质能级，别离称为施主能级和受主能级 有施主能级的半导体称为n型半导体；有受主能级的半导体称这p型半导体。在常温下，热能使n型半导体的大部份施主原子被离化，其中电子被激发到导带上，成为自由电子。而p型半导体的大部份受主原子那么俘获了价带中的电子，在价带中形成空穴。因此，n型半导体要紧由导带中的电子导电；p型半导体要紧由价带中的空穴导电。 半导体激光器中所用半导体材料，搀杂浓度较大，n型杂质原子数一样为2～5×1018cm-1；p型为1～3×1019cm-1。 在一块半导体材料中，从p型区到n型区突然转变的区域称为p-n结。其交壤面处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电子要向p区扩散，而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散。如此一来，结构周围的n型区由于是施主而带正电，结区周围的p型区由于是受主而带负电。在交壤面处形成一个由n区指向p区的电场，称为自建电场。此电场会阻止电子和空穴的继续扩散（见图）。 图自建电场的示意图
最简单的恒流源LED驱动电路
WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻，采用热敏电阻补偿法的LED恒流源，具有电路简洁，可靠性好,组合方便，经济实用，适用各种LED头灯，日光灯，路灯；车船灯,太阳能LED庭院灯；LED显示屏等对恒流的需求。是专门针对LED照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降，即-2mV/℃,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上是个致命的缺陷，直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如，常温25℃时LED最佳工作电流20mA，当环境温度升高到85℃时，PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA～37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加，称为亮度饱和。更为严重的是，温度的上升，引起光谱波长的偏移，造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化，发光亮度逐步衰减。同样，当环境温度下降至-40℃时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到应用场所所需的照度。 为了避免上述特性带来的不足，一般在LED灯的相关产品上，通常采用如下措施：1.将LED装在散热板上，或风机风冷降温。2.LED采用恒流源的供电方式，不因LED随温度上升引起使回生电流增加，防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明，这两种方法用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯）。确实是行之有效的措施。但当LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了：散热板和风冷能否集成在一个普通灯头的空间内；采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命不取于LED，而取决整个系统的某块“短板”；有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题，既经济又实用。 我公司采用具有正温度系数的热敏电阻(+2mV/℃)与负温度特性的LED(-2mV/℃)串联，互补成一个温度系数极小电阻型负载。一旦工作电压确定后，串联回路中的电流，将不会随温度变化而变化，通俗地讲，当LED随温度升高电流增加时，热敏电阻也随温度升高电阻变大，阻止了回路电流上升，当LED随温度下降电流减小时，热敏电阻也随温度下降电阻变小，阻止了回路电流的减少，如匹配得当，当环境温度在-40℃-85℃范围内变化时，LED的最佳工作电流不会明显变化，见图1电流曲线Ⅱ。 2:应用: 从图1可见，采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比，热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题，其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的这种正温度热敏电阻WMZD，专为LED应用而研制的，其常用规格见表1，下面介绍一下该热敏电阻的应用特性。 20mA LED恒流源WMZD-5A20的应用 我们可以用1只WMZD-5A20与5只LED（20mA）串联组成一个标准单元，它的LED恒流源电流20mA，工作电压U=3V+5×3.4V=20.0V。3V是WMZD-A20电阻压降，3.4V是LED的正向导通电压(或2.8V~4.2V),它的恒流特性见图1中的电流曲线II。
半导体激光器实验报告
实验13半导体激光器实验 【实验目的】 1.通过实验熟悉半导体激光器的电学特性、光学特性。 2.掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节。 3.根据半导体激光器的光学特性考察其在光电子技术方面的应用。 4.掌握WGD-6光学多道分析器的使用 【仪器用具】 半导体激光器及可调电源、WGD-6型光学多道分析器、可旋转偏振片、旋转台、多功能光学升降台、光功率指示仪 【实验原理】 1、半导体激光器的基本结构 半导体激光器的全称为半导体结型二极管激光器，也称激光二极管，激光二极管的英文名称为laser diode，缩写为LD。大多数半导体激光器用的是GaAs或GaAlAs材料。P-N结激光器的基本结构和基本原理如图13-1所示，P-N结通常在N型衬底上生长P型层而形成。在P区和N区都要制作欧姆接触，使激励电流能够通过，这电流使得附近的有源区内产生粒子数反转（载流子反转），还需要制成两个平行的端面起镜面作用，为形成激光模提供必需的光反馈。 图13-1（a）半导体激光器结构
图13-1（b ） 半导体激光器工作原理图 2、半导体激光器的阈值条件 阈值电流作为各种材料和结构参数的函数的一个表达式： )]1ln(21[8202R a D en J Q th +∆=ληγπ 这里， Q η是内量子效率，0λ是发射光的真空波长，n 是折射率， γ∆是自发辐射线宽，e 是电子电荷，D 是光发射层的厚度， α是行波的损耗系数，L 是腔长，R 为功率反射系数。
图13-2半导体激光器的P-I特性 图13-3 不同温度下半导体激光器的发光特性 3、伏安特性 伏安特性描述的是半导体激光器的纯电学性质，通常用V-I曲线表示。V-I曲线的变化反映了激光器结特性的优劣。与伏安特性相关联的一个参数是LD的串联电阻。对V-I曲线进行一次微商即可确定工作电流（I）处的串联电阻（dV/dI）。对LD而言总是希望存在较小的串联电阻。