半导体激光管LD的电源电路图设计
LD-Driver
注：这一部分没仿真出结果，有些元件库中没有，只在原理上做了些说明。
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NX85温度控制电路 该电路由制冷器（Cooler） 、热敏电阻元件（ Thermistor）及控制电路组成，如 NX8562 所示。热敏电阻作为传感器探测激光器节区的温度，并传递给控制电路。制冷器多采用 半导体制冷器，他是利用半导体材料的珀尔帖效应（当直流电流通过两种半导体组成的 电偶时，出现一端吸热一端放热的现象） 。 自动温度控制电路，如下图所示，电桥的作用是把温度的变化转换为电量的变化，运算 放大器的差动输入端跨接在电桥的对端，来改变三极管的基极电流。设定温度为 25 摄 氏度，此时热敏电阻元件电阻值为 10K。因此选择电桥电阻 R14、R15 为 10K，可变电阻 R16、R17（代替热敏电阻 Thermistor）为 20K。调节 R16 阻值可以设置不同的温度值。 调节过程： LD 温度合适，电桥平衡时，放大器输出信号为 0，三极管截止，Cooler 不作用。 LD 温度升高，Thermistor 阻值减小，电桥失衡，放大器输出电压升高，三极管基极电流 增大，Cooler 作用制冷，从而保持温度恒定。
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NX8562 系列激光二极管驱动电路设计
4、 自动功率控制电路（APC）设计 这一部分是控制激光器恒定输出的关键， 主要是利用 PD 功率检测负反馈地调节 LD 功率 输出，使其输出光功率不随温度升高和使用时间增长而改变。 手册中有两种激光器 NX8562LF/LB，这里采用 NX8562LF 共阳极。根据手册，输出恒定 10mW 光功率时， LD 正向电流IF = 80mA， 正向电压VF = 1.1V； PD 监测电流IM = 0.8mA。 APC 电路采用简单设计，设在设定温度范围内 20~35 摄氏度、10mW 输出时， LD 正向电流IF 可变范围为 20~120 mA，正向电压VF 可变范围相应为 0.9~1.3V。 R7 是为了降低增益使电路稳定工作， 同时在还可以在晶体管集、 射极短路时限制电 流保护 LD。 一般三极管放大倍数在几十到几百之间， 取典型值 100， 则IB =
激光二极管的测试电源电路LM317x2
激光二极管的测试电源电路LM317x2
这是一个使用一对lC做调节器，在可调电流区域内提供一可变电压以满足安全的电流可调区的基本激光电源。
此方案胜于强制使用一对调节器——一个做为电压调节，另一个做为电流限制的做法。
这个理念旨在能够安全地测试激光二极管，或者保证把最开始的电流限制在安全值以完成驱动，确保整个电路正常工作和/或激光二极管工作状态可以完全确定。
这可替换一昂贵的实验室电源以测试小功率激光装置。
此电路被显示在萨姆的激光二极管试验电源I (SC_LTl)r扣。
如图所示，适合的激光二极管大约要求电流在25mA~250
mA之间。
对电路的有些部分做些改变，同样的电路则适合达1A 或更大电流。
更现代更低管压降的稳压器像LT1084可以代替LM317。
对连续负载电流超过100 mA的，在lC稳压器上要求安装散热器。
附加的电压表置于旋钮位置也行，正确电压调整的电位计用以校正电压，以保持电流限制当然更好。
一种半导体激光器驱动电源的设计
一种半导体激光器驱动电源的设计林咏海,毛海涛,张锦龙,冯伟,柴秀丽,牛金星,李方正(河南大学物理与信息光电子学院,河南开封475001)提要:根据半导体激光器的光功率与电流的关系,通过慢启动电路,纹波调零电路,功率稳恒电路等解决了使用中在工作温度范围内其输出功率不稳定的问题。
本文设计的电路稳定度达到4 10-4。
关键词:半导体激光器;功率增益自动控制电路;驱动电源中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2006)01-0014-01The design of driving source for semiconductor laserLIN Yong-hai,MAO Hai-tao,ZHANG Ji n-long,FENG Wei,CHAI Xiu-li,NIU J in-xing ,LI Fang-zheng(School of Physics and Information Optielectronics,Henan Universi ty,Kai feng 475001,China)Abs tract:Based on the characteris tics of electronic c urrent and optical po wer for s emiconductor las er,an applicable LD drivi ng source is desi gned and fabri cated by sl ow-start circuit,stable wavines s circuit and APC.Power control is achieved.The steadiness is 4 10 4.K ey words :semiconductor las er;auto power controller(APC);drivi ng source收稿日期:2004-04-05作者简介:李咏海(1980-),男,河南民权人,硕士生,主要从事激光电源的研究。
半导体激光器驱动电路设计
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。
大功率半导体激光器电源的设计
15Internet Technology互联网+技术半导体激光器相较于其他激光器具有更广泛的波长覆盖范围，这对光纤通信的发展起到了重要的推动作用。
随着输出功率的提高和相干性的优化，半导体激光器在激光扫描、精密测量等领域展现出了巨大潜力。
然而，在实际应用中，大功率半导体激光器的抗电流干扰性能较差的缺陷更为明显。
为了改善这一点，需要从电源供电的角度入手，下文将对大功率半导体激光器电源的研究现状进行说明。
一、大功率半导体激光器电源的研究现状半导体激光器在工业生产和高新技术领域中得到了广泛应用，具有转换效率高、轻量化、易调制和易集成等特点。
大功率半导体激光器（为方便论述，下文简称为激光器）的工作原理是通过注入载流子实现的，因此电源供电的稳定性与激光器的输出存在密切联系。
通常情况下，半导体激光器会采用恒流源电源，此类电源的电流稳定度在0.001左右，且波纹系数较小。
此外，激光器为结型器件，抗电冲击能力较差。
据相关统计数据，若激光器突然失效，超过50%概率是因浪涌（突发性瞬态电脉冲）击穿导致。
在激光器工作过程中，电流可达到几十安培，除设定电压外，同时也会受到负载电压、噪声电压和输出电压的影响。
只有消除上述影响，才能确保电源电流的稳定输出，并进一步提高激光器的性能。
在早期激光器的开发过程中，因供电控制不当，导致许多零部件损坏。
所以在当前提高激光器稳定性能的研究主要集中在电源设计方面。
已经有很多学者专门针对激光器的电源及控制电路进行研究和制作。
此外，文献[1]中的相关实验表明，激光器的工作温度只要提高超过30℃，便会大幅度降低激光器的工作寿命。
基于上述分析，可以得出结论，当前亟待解决的问题是如何研究和设计出能够输出稳定电流、具有抗电冲击保护电路、高安全性和小体积的激光器电源。
根据当前激光器电源研究的现状分析，从结构的角大功率半导体激光器电源的设计度来看，电源控制电路可以分为三类：①模拟控制电路。
此类电路的原理是利用分立元件或较小规模的集成电路制作调节器，从而调节电源的输出电压、电流及功率。
微型半导体激光器高压偏置电源设计
为５ Ｖ～ ７ ． ５ Ｖ， 高压偏 置 电源 的工作 电压也将从
离 的 同时根 据 输 出 电 压 和 负 载 动 态 的 变化 调 节
参数可以计算 出高压偏置电源的参数。
３ ． １ 输 入 电压 Ｖ Ｉ Ｎ
由于脉 冲半 导体 激 光器 的系统 工 作 电压 Ｖ
Ｐ ＷＭ控 制器 的 占空 比输 出 ， 控 制 功率开 关 的导 通 和关 断 时间 ， 从 而 保证 输 出 电压 的稳 定 。 由于 输 出为高压 ， 不 可 以直 接 给光耦 隔离 反馈 网络供 电 ， 因此需要 为光 耦 隔离反馈 提供 辅助 供 电电压 。整 流 和输 出滤波 为输 出提供 稳定 的直 流 电压 。 ４ ． １ ． ２ 控 制 电路设计 控制 电路 的核心 Ｐ ＷＭ 控制 器采 用 １ ＇ Ｉ 公 司 的 Ｕ Ｃ Ｃ ２ ８ ０ ５ ， 其 开启 电压 为 ４ ． Ｉ Ｖ， 内部 集成 有 １ ３ ． ５ Ｖ 稳压 管 ， 保证了 ５ Ｖ 一７ ． ５ Ｖ 输 入 电压 下 可 以稳 定 可 靠地 工作 。其 采 用 图腾 柱 输 出模式 ， 外 围 电路 简单 ， 开关频 率可 达 ５ ０ ０ ｋ Ｈ ｚ ， 最大 占空 比为 ５ ０ ％， 特 别适 合反 激式 升 压 电源 电路 ， 同时 较 高 的 开关
第３ ３卷第 ３期 ２ ０ １ ５年 ９月
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Ｖ ｏ ｌ ＿ ３ ３ Ｎｏ ． ３ Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０ １ ５
Ｊ Ｉ ｃＨＥＮＧＤｌ ＡＮＬＵ Ｔ ＯＮＧＸＵＮ
微 型 半 导 体 激 光 器 高压 偏 置 电源设 计
吴力涛 王英 武 余 辉
２ １ ５ １ ６ ３ ）
ＬＵ
３ 偏 置 高压 电源参 数
半导体激光器驱动电路设计
第9卷 第21期 2009年11月1671 1819(2009)21 6532 04科 学 技 术 与 工 程Science T echno logy and Eng i neeringV o l9 N o 21 N ov .2009 2009 Sci T ech Engng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 TN 242; 文献标志码A2009年7月14日收到作者简介:何成林(1982 ),男,湖北利川人,助理工程师,硕士,研究方向:激光引信技术,E m ai:l chengli nhe @163.co m 。
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。
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。
当激励脉冲到来时,开关器件导通,充电元件通过开关器件和激光器构成的回路图1 驱动电路模型放电,从而达到驱动激光器的目的。
半导体激光器原理及结构设计
电流，则电子扩散进P+区。要达到受激，必须增大注入电流。
半导体LD的结构设计—垂直方向结构设计
垂直方向结构设计思想：
从第一只半导体LD的性能来看，要获得应用必须进行结构 设计。垂直方向的结构设计的目的：
降低阈值电流密度Jth； 实现室温下工作； 实现连续注入电流下工作。
p-Ga1-xAlxAs
p-GaAs p-G衬a1-底yAnly-AGsaAs n-Ga1-xAlxAs 衬底n-GaAs
MQWs
半导体LD的结构设计—垂直方向结构设计
量子阱结构LD —量子阱LD的特性
（1）低的Jth 阱内具有相对高的态密度，容易形成粒子数分布反转。 如：GaAlAs/GaAs MQWs LD： Jth ~ 43A/cm2。 DH LD： Jth ~ 500A/cm2
（2）除受有源区Eg控制外，还随阱宽变化 ——可通过改变阱宽在小范围内选择工作波长。
半导体LD的结构设计—垂直方向结构设计
量子阱结构LD —量子阱LD的特性
超晶格带的能量随d的减小而增大，d变小，超晶格带之间的跃迁复 合发射光的能量增大，波长变短。
CB
超晶格带的能量 EExEy2 m 2 d22n2Ey,z
CB
d20nm：有源区内的非平衡载流
E3 E2
子大部分聚集在较低的能量状态；
E1
载流子的复合主要发生在阱内；
其发光波长由有源区（GaAs阱） 中的能级状态决定。
VB
n-GaAlAs
Ehh1 Ehh2 Elh1 Ehh3
p-GaAs p+-GaAlAs
半导体LD的结构设计—垂直方向结构设计
激光二极管驱动电路图
激光二极管驱动电路图当激光二极管流过阈值以上的电流时会产生激光，但温度的变化会影响光输出量。
为了保证激光二极管的光输出量恒定，在光输出量下降时就要增大正向电流。
而光输出量增大时就要减小正向电流，即需要自动控制电流的大小来恒定光输出量。
下图是恒流驱动时温度变化会影响光输出量，而用 APC 驱动时，光输出量与温度无关。
1、APC 电路因为 PD 的电流与光输出量成正比，所以只要保证 PD 的电流恒定光输出量也就是恒定值。
下图是 APC 电路的框图。
激光射入光电二极管PD，PD 产生输出电流，用电阻将此电流转换为反馈电压，该电压与基准电压相等以控制激光二极管正向电流，就得到了稳定的光输出。
图片来源于网络2、APC 电路举例①连续驱动电路下图是最简单的 APC 电路，它是一种负反馈电路。
Tr2 为正向电流控制管，R1d 为正向电流限流电阻，基极的电容器为软启动电容，稳压二极管确定基准电压值，激光二极管两端并接的 1 电容用来做过电压保护，吸收过电压，电源端的22 电容用来旁路过电压及波纹。
10kΩ电阻是它的放电电阻。
电源电压为 3V，用干电池供电。
激光二极管的工作电流和光电二极管的输出电流随激光元件的型号而各不相同，据此再确定外部元件的参数。
RF、RV 是决定光输出调整范围或光电二极管输出电流调整范围的电阻。
RF 决定光电二极管输出电流的最大值，RV 是可变电阻，RF+RV 决定输出电流的最小值。
首先要确定光输出的调整范围，根据光输出 -PD 输出特性，求出光电二极管输出电流的范围。
当 RV 的值为 0 时，光电二极管输出电流 Im 达到最大值。
必须限制这个最大值，以保证激光二极管的光输出不超过自身的额定值，否则会损坏激光二极管。
②脉冲驱动电路可以让流过激光二极管的电流脉冲化而实现脉冲驱动。
但仍然被需要辅以 APC 电路。
使三极管 Tr3 工作在开关状态，激光就被脉冲化，开关频率一般为数百赫兹。
如下图：图片来源于网络③完善的驱动电路这是一个通用的驱动电路，其原理框图见下图。
大功率半导体激光器驱动电路
第8卷 第4期信息与电子工程Vo1．8，No．4 2010年8月INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Aug．，2010文章编号：1672-2892(2010)04-0441-04大功率半导体激光器驱动电路马良柱，宋志强，刘统玉，王 昌，陈汝波(山东科学院激光研究所山东省光纤传感器重点实验室，山东济南 250014)摘要：为实现30W连续掺Yb光纤激光器，设计一种大功率(10A)半导体激光器(LD)的驱动电路，该恒流源电路采用功率场效应管作电流控制元件，运用负反馈原理稳定输出电流，正向电流0A~10A连续可调，纹波峰值为10mV，输出电流的短期稳定度达到1×10-5，具有过流保护、防浪涌冲击的功能。
实际应用在30W连续掺Yb光纤激光器中，结果表明该驱动电路工作安全可靠。
关键词：半导体激光器；驱动电路；场效应管中图分类号：TN248 文献标识码：APower driving circuit of Laser DiodeMA Liang-zhu，SONG Zhi-qiang，LIU Tong-yu，WANG Chang，CHEN Ru-bo (Shandong key laboratory of optic fiber sensing，Laser Institute，Shandong Academy of Sciences，Tsinan Shandong 250014，China)Abstract：This paper introduces a power driving circuit for Laser Diode(LD). It adopts power Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(MOSFET) as adjust device，and apply current negativefeedback to ensure constant current output. The output current is a forward current adjustable in 0A–10Arange with ripple less than 10mV，whose short-term stability has reached 1×10-5. This circuit also bearsfunctions including maximum current，surge current limitation and slow start. It has been applied as pumpsource for a Yb doped optic fiber laser，and the experimental results has proved its reliability and safety.Key words：Laser Diode；driving circuit；Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor半导体激光器(LD)具有尺寸小、重量轻和低电压驱动、直接调制等特点，还具有高单色性、高相干性、高方向性和准直性的优良特性，广泛应用于国防、科研、医疗、光通信和光传感等领域[1]。
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半导体激光管LD的电源电路图设计
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。
图3中，R1，R2为电压测量电阻，Rc为电流测量电阻。
调节R1可以设定最大输出电压。
Rc 限制最大输出电流。
当最大电压或电流其中一个达到给定值，则脉冲宽度最大。
这样可以保证负载正常工作。
其仿真结果如图4所示。
3实验结果
实验曲线如图5所示，实验数据为输入电压12V，输出电压2V左右，测量电阻0．0025Ω，最大输出电流20A。
所示。