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半导体激光器的驱动电源保护电路该如何设计?
[发布时间]:2019年10月15日 [来源]:互联网 [点击率]:6590
【导读】: 引言  半导体激光器(LD)具有体积小、重量轻、转换效率高、工作寿命长等优点,在工业、军事、医疗等领域得到了广泛应用。LD 是以电流注入作为激励方式的一种激光器,其使用寿命、工作特性在很大程度上取...

  这种电路是利用功率器件的开通或关断来强制吸收或隔离浪涌对器件的冲击。这个电路作用分三个阶段:
  
1)在使能端电压为低电平阶段。使能端电压为低电平,Q3 导通,通过负反馈电路 1 的控制,Q1 断开,强制隔离电源 V+对半导体激光器 LD 的冲击;使能端为低电平,Q4 导通,通过负反馈电路 2 控制,使 Q2 导通,这样即使有浪涌冲击,也会被 Q2 强制吸收,不会影响半导体激光器 LD。

  2)使能端从低电平到高电平阶段。Q3、Q4 断开。设 C1 上的电压从 V+降到基准电压值所要的时间为 t1,C2 从 V+降到电流调节端设定电压值的时间为 t2。
  调节 R5、C1 和 R6、C2 参数可以使得 t2mt1。这样在 t1 阶段,通过负反馈电路 1 的控制使得 Q1 慢慢导通,流过 Q1 电流从零直到恒定,这时由于 t2mt1,C2 上还有电压,通过负反馈电路 2 的控制使得 Q2 处于导通状态,这样流过 Q1 的电流,以及由于 Q1 开通产生的浪涌电流全部由 Q2 吸收,然后随着时间的增加 C2 电压慢慢降为零,流过 Q2 的电流慢慢减小,LD 上电流慢慢增加直到达到设定值。

  3)使能端从高电平到低电平阶段。使能端为低电平 Q3,Q4 导通。C1 由于 R5 存在,电压从基准电压慢慢升至 V+,通过负反馈电路 1 的控制使得 Q1 慢慢关断;Q4 导通,V+直接给 C2 充电,电压迅速升为 V+,通过负反馈电路 2 的控制使得 Q2 迅速导通,这样由于 Q1 关断产生的浪涌将会被 Q2 强制吸收。

  
  4 实验结果及分析
  驱动电源一个重要技术参数为电流稳定度。
  电流稳定度是在一定时间内,多次测量通过负载的电流大小,然后通过数学计算得出输出电流稳定度大小。实验中每间隔一分钟测量一次,测量时间持续一个小时。测量时,用 1.2Ω50W 电阻作为模拟负载,测量模拟负载的两端电压,用模拟负载两端电压稳定性来标定电流稳定性。测量仪器为:电压测量仪器:Agilent34401A61/2digitmultime2ter,其精度可以达到 0.00001V;供电电源为 Agi2lentE3631AtripleoutputDCpowersupply12V,1A。电流稳定度实验数据如表 1 所示。

  通过计算,其平均值为 0.538623V。
  电流稳定度计算公式如下:

  半导体激光器的驱动电源保护电路设计
  此保护电路已经应用于实践,由于限流措施稳定可靠,半导体激光器的使用寿命得到了保证。利用功率器件的开通与关断强制吸收和隔离浪涌冲击,使得在脉冲工作状态下的浪涌冲击也被很好地抑制,图 3 是电源工作在脉冲状态下,负载实际的电压波形。

  从图中可以看出脉冲的上升沿和下降沿没有过冲,满足使用要求。

  5 结语
  本文在分析半导体激光器损坏机理的基础上得出半导体激光器驱动电源设计的关键在于保护电路的设计。通过深入分析传统半导体激光器驱动电源保护电路的特点,找出其设计的优点和不足,并在充分吸收传统半导体激光器驱动电源保护电路优秀设计思想的基础上,设计出双限流电路,保证了流过半导体激光器的电流不会超过设计值,设计出了浪涌强制吸收或隔离电路,解决了浪涌冲击对激光器的损坏的难题。设计的驱动电源已应用于实践,电流稳定度很高,浪涌被很好抑制,具有较好的应用前景。

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