半导体激光器驱动电路设计
高稳定度半导体激光器恒流驱动电路设计
８／２８３２－３５长春工程学院学报（自然科学版）２０２０年第２１卷第２期Ｊ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄｉ．），２０２０，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２ＩＳＳＮ １００９－８９８４ＣＮ ２２－１３２３／Ｎｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－８９８４．２０２０．０２．００８高稳定度半导体激光器恒流驱动电路设计收稿日期：２０２０－６－１２基金项目：吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目（ＪＪＫＨ２０１８０９８４ＫＪ）长春市科技计划项目（１８ＳＳ００８）作者简介：黄丫（１９７８－），女（汉），长春人，讲师，博士主要研究高速光电子学。
黄 丫１，３，田小建２，于 兰１，卢 虹１，李胜男１，孟 瑜１（１．长春工程学院能源动力工程学院，长春１３００１２；２．吉林大学电子科学与工程学院，长春１３００１２；３．吉林省建筑能源供应及室内环境控制工程研究中心，长春１３００１２）摘 要：设计了一种半导体激光器恒流驱动电路，使用金属—氧化物半导体场效应晶体管作为电流控制元件，通过反馈网络稳定电流，提高驱动电路输出模块的驱动能力和稳定性。
电路中设有限流保护和软起动保护，使半导体激光器驱动电路在提供大输出电流的同时，保证其稳定性、可靠性和安全性。
经实际测试，该驱动电路能够满足设计需求，为其他类似电路的设计提供了参考。
关键词：半导体激光器；恒流驱动；稳定度；软启动中图分类号：ＴＮ２９文献标志码：Ａ 文章编号：１００９－８９８４（２０２０）０２－００３２－０４０ 引言半导体激光器又称为激光二极管，是采用半导体材料作为工作物质的激光器。
半导体激光器是最实用最主要的一类激光器。
它体积小、寿命长，可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。
基于这些优点，半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面获得了广泛的应用［１－２］。
随着半导体激光器需求量的增加，其驱动电源的重要性也不断提高。
基于UCC27322的中功率半导体激光器驱动电路设计(精)
图1典型脉冲式半导体激光器驱动电路的结构形式
当没有触发信号时,开关电路处于断开状态,
电源经充电回路给储能电路充电;当触发信号到来时,开关电路迅速导通,储能电路通过激光器、开关电路放电,形成脉冲电流驱动激光器发光。图2所示为典型脉冲式半导体激光器驱动电路的等效电路[2]
。
图2典型脉冲式半导体激光器驱动电路的等效电路
R3放电,形成电流脉冲。开关S1导通瞬间,电路形成一个零输入响应RLC放电回路。放电开始瞬间,放电回路电流为零,根据理论分析可以忽略电阻R2和电容C2的影响[2],电路电压全部加到电感上,设电压初始值为V,回路中电流i(t)可以表示为
i(t)=Ae-αt
sinωt(1)其中:
A=
Vα=R3
ω=R3L1
22
制 导 与 引 信 第31卷
1半导体激光器驱动电路理论分析
1.1驱动电路等效电路
按照工作方式分类,半导体激光器可以分为连续和脉冲两大类。对于不同的工作方式,半导
体激光器驱动电路也有所不同。其中,脉冲式半导体激光器采用脉冲信号来驱动,要求驱动电路提供快速电流脉冲,并且脉冲前后沿越陡越好。在本质上脉冲式半导体激光器驱动电路是一种大电流开关电路,主要由电源、储能电路、激光器等效电路、开关电路和取样电路等组成。图1所示为典型脉冲式半导体激光器驱动电路的一般结构形式[2]
关键词:半导体激光器;驱动电路;功率
中图分类号:TJ430.38文献标识码:A
TheDesignofMediumPowerSemiconductorLaserDriving
CircuitBasedonUCC27322
ZHANGXiang2bin,YUWei2wei
(ShanghaiRadioEquipmentResearchInstitute,Shanghai200090,China)
半导体激光器驱动电路设计(精)
第9卷第21期 2009年11月1671 1819(2009)21 6532 04科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineering2009 Sci Tech Engng9 No 21 Nov.2009 Vol通信技术半导体激光器驱动电路设计何成林(中国空空导弹研究院,洛阳471009)摘要半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。
根据半导体激光器特点,指出设计驱动电路时应当注意的问题,并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。
通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求,对类似电路设计有很好的借鉴作用。
关键词激光引信半导体激光器窄脉冲中图法分类号 TN242; 文献标志码A激光引信大部分采用主动探测式引信,主要由发射系统和接收系统组成。
发射系统产生一定频率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量,而接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信号,而后通过信号处理系统,最终给出满足最佳引爆输出信号。
由此可见,激光引信的探测识别性能很大程度上取决于激光发射系统的总体性能,即发射激光脉冲质量。
而光脉冲质量取决于激光器脉冲驱动电路的质量。
因此,半导体激光器驱动电路设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。
图1 驱动电路模型放电,从而达到驱动激光器的目的。
由于激光引信为达到一定的探测性能,通常会要求激光脉冲脉宽窄,上升沿快,一般都是十几纳秒甚至几纳秒的时间。
因此在选择开关器件时要求器件开关速度快。
同时,由于激光器阈值电流、工作电流大[1]1 脉冲半导体激光器驱动电路模型分析激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成,如图1。
图1中,时序产生电路生成驱动所需时序信号,一般为周期信号。
脉冲产生电路以时序信号为输入条件。
根据其上升或下降沿生成能够打开开关器件的正激励脉冲或负激励脉冲。
开关器件大体有三种选择:双极型高频大功率晶体管、晶体闸流管电路和场效应管。
半导体激光器LD恒流源调制电路的设计与实验
半导体激光器LD恒流源调制电路的设计
与实验
概述
半导体激光器（LD）是一种重要的光电器件，广泛应用于通信、医疗和雷达等领域。
恒流源调制电路在LD的驱动中起到关键
作用。
本文将探讨半导体激光器LD恒流源调制电路的设计与实验。
设计原理
半导体激光器的工作需要稳定的电流源来实现恒定的激发电流。
恒流源调制电路通过控制输入信号和反馈电路的结构来实现恒流输出。
常见的调制电路设计方法包括共射极电路、共基极电路和共集
极电路。
实验步骤
1. 确定实验所需元器件，包括半导体激光器、恒流源电路、反
馈电路、电源等。
2. 根据实验需求选择合适的调制电路设计方法，如共射极电路。
3. 根据调制电路设计方法，搭建实验电路。
4. 进行实验前的参数调整和校准，确保实验的准确性和稳定性。
5. 施加输入信号并观察输出结果，记录实验数据。
6. 对实验数据进行分析和处理，评估恒流源调制电路的性能。
7. 针对实验结果进行必要的改进和优化，提高恒流源调制电路
的稳定性和效果。
结论
本文探讨了半导体激光器LD恒流源调制电路的设计与实验步骤。
恒流源调制电路的设计对于半导体激光器的驱动具有重要意义，能够实现稳定恒流输出。
根据实验结果，可以进行进一步的改进和
优化，提高调制电路的性能和稳定性。
参考文献：
注：以上内容仅供参考，请根据实际需求进行修改和完善。
高精度半导体激光器驱动电源系统的设计
高精度半导体激光器驱动电源系统的设计刘平英,丁友林(金肯职业技术学院 江苏南京 211156)摘 要:介绍一种以DSP T M S320F2812控制模块为核心的高精度半导体激光器驱动电源系统的设计。
该系统以大功率达林顿管为调整管加电流负反馈电路实现恒流输出,利用DSP 内部集成的模/数转换器对输出电流采样,并经过PI 算法处理后控制PW M 输出实现动态的误差调整,消除电路中的静止误差。
为了提高系统的稳定性,在系统中加入过流、过压保护和延时软启动保护等功能。
结果表明,输出电流范围在10~2500mA 内,输出电流变化的绝对值小于输出电流值的0.1%+1mA,从而确保了半导体激光器工作的可靠性。
关键词:DSP ;半导体激光器;PI 算法;PW M中图分类号:T N248.1 文献标识码:B 文章编号:1004-373X(2009)08-166-04Design of High Precision Semiconductor Lasers Driver Source SystemL IU Ping ying ,DI NG Yo ulin(Ji nken Co ll eg e o f T echno log y,Nanjing,211156,China)Abstract :A highly pr ecise cur rent source dr iver system o f semiconductor laser s is pr esented,w hich ado pts the DSP T M S320F 2812as co ntr ol co re unit.T he system uses a combinatio n of high -pow er Darlingto n tr ansisto r as an adjust or and neg ativ e feedback cir cuit o f cur rent to r ealize constant cur rent output.T he DSP inter ior integr ated A DC is used to sample the cur rent date that co ntr ol the output of P WM after PI algo rit hm pro cessed,w hich is to r ealize dy namic err or regulation and eliminate static er ro r in the circuit.T he pro tect functio n at ov er-curr ent o r ov er-vo ltag e protection circuit and delay star tup unit is added into the sy stem t o impro ve its st abilit y.T he r esult s o f ex periments show that the curr ent output o f the system is betw een 10~2500mA ,and the absolute v alue of the chang ing curr ent output is smaller than 0.1%+1m A,and ensure that lasers diode runs r eliably.Keywords :DSP;semico nduct or lasers diode;P I alg or ithm;P WM收稿日期:2008-07-22基金项目:江苏省高校高级人才科研基金资助资助(04JDG021)0 引 言半导体激光器(LD)是一种固体光源,由于其具有单色性好,体积小,重量轻,价格低廉,功耗小等一系列优点,已被广泛应用。
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 VGCMIL........ X SC1A ETinw ______ • 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。
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。
半导体激光器驱动电路
查阅相关文献资料，设计半导体激光器驱动电路，说明设计思路和电路模块的功能
图1
在半导体激光器的设计中，为了便于对光功率进行自动控制，通常激光器内部是将LD 和背向光检测器PD集成在一起的，见图1。
其中LD有两个输出面，主光输出面输出的光供用户使用，次光输出面输出的光被光电二极管PD接收，所产生的电流用于监控LD的工作状态。
背光检测器对LD的功率具有可探测性，可设计适当的外围电路完成对LD的自动光功率控制。
激光器电路的设计框图如图所示，将电源加在一个恒压电路上，得到恒定的电压，再通过一个恒流电路得到恒定的电流以驱动LD工作.
其中恒压电路如图2，由器件XC9226以及一个电感和两个电容组成。
XC9226是同步整流型降压DC/DC转换器，工作时的消耗电流为15mA，典型工作效率高达92%，只需单个线圈和两个外部连接电容即可实现稳定的电源和高达500IllA的输出电流。
其输出纹波为10mV，固定输出电压在0.9v到4.0V范围内，以loomv的步阶内部编程设定。
该电路中，输出的恒定电压设定为2.6v。
图2
恒流电路如图3，主要由LMV358、三极管以及一些电阻和电容共同组成.LMv358是一个低电压低功耗满幅度输出的低电压运放，工作电压在2.7v到5.5v之间。
从恒压电路输出的2.6V电压经过Rl、RZ分压后，在LMv35s的同相输入端得到恒定电压Up，Up加在一个电压串联负反馈电路上，得到一个输出电压Uo。
Uo再通过一个电阻和电容组成的LR滤波
电路上，得到恒定的直流电压uol，将uol作用在由三极管8050组成的共射级放大电路上，得到恒定的集电极电流Ic，k又通过一个滤波电容得到恒定的直流工作电压。
图3。
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半导体激光器驱动电路设计
1、确定参数：首先，根据所采用的半导体激光器进行相应参数的确定，主要包括输入电压、电流以及恒流模块的参数，根据具体的需要可以完成相应的参数确定。
2、结构设计：根据参数确定进行激光器驱动电路的结构设计，结构设计应考虑激光输出能力、负荷及恒流模块的输出的特性，满足激光器输出功率的要求；
3、计算电阻：对于激光驱动电路来说，为保持电流稳定，应据恒流模块的输入电流和输出电压计算电路上的各种电阻值，以便达到设计要求。
4、电路测试：经过上述步骤确定激光驱动电路的参数，在完成电路的组装后应对原装驱动电路进行相应的测量，在测量的时候需要考虑负载的幅值、波形及相位等因素，最后，验证激光输出的功率是否满足设计要求，同时检查电路中各部分是否运行正常。
5、微调激光器参数：最后，产品上线前将对激光器的参数进行微调，确保激光器的输出参数满足所设定的要求，同时可以调节激光的输出功率等参数，以规避在实际使用中出现的误差。
以上就是关于半导体激光器驱动电路设计的介绍，希望对大家有所帮助。