一种带有反馈保护的驱动偏压电路的制作方法

本发明属于激光设备领域，尤其是涉及一种带有反馈保护的驱动偏压电路。

背景技术：

apd微弱光信号探测技术是激光探测领域的关键技术之一，其广泛应用于激光测距、激光通信、激光雷达、激光敌我识别等领域。但apd工作时需要施加一个反向偏置电压,这样当接收到光信号时产生的电子·空穴对才会被外加电场收集并转换为电流,其电流强度正比于光信号的强度。另外,工作时施加在apd上的反向偏压会引发雪崩效应,其雪崩增益和其两端所加的反向偏压直接相关。如果所加的反向偏压比较低，那么apd的电流增益也比较低，就不能发挥出apd的最佳性能。增加apd两端的反向偏压，电流增益就会随着增加，同时噪声也会随着增加。如果反向偏压过高，apd的噪声就非常大，甚至淹没有用信号，导致无法提取有用信号。当反向偏压超过了雪崩电压，如果不进行控制，就会使通过apd的电流过大产生太多的热量而烧毁。因此，设计一个良好的偏压电源驱动电路是发挥apd最佳性能，提高探测灵敏度的关键技术之一。

目前对apd的驱动偏压电路一般采用无过流保护方式，由于没有过流保护电路，很容易对apd造成损坏，从而大大降低整个系统的稳定性和可靠性。apd驱动偏压电源的好坏直接影响着apd的雪崩增益状态，进而影响激光雷达接收光信号的优劣。要想得到满意的雪崩增益,就必须给apd提供一个性能稳定、功能可靠、较小纹波、具有过流保护功能、能实时精确的控制驱动电压变化的驱动偏压电路。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种具有过流保护功能，输出纹波小，能实时精确的控制驱动电压变化的带有反馈保护的驱动偏压电路。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种带有反馈保护的驱动偏压电路，包括基准源电路、振荡器电路、变压器、倍压电路、滤波器电路、启停电路和稳定反馈环电路，所述的基准源电路、振荡器电路、变压器、倍压电路和滤波器电路依次连接，所述的滤波器电路的输出端还与稳定反馈环电路一端连接，所述的稳定反馈环电路另一端与振荡器电路连接，所述的启停电路与振荡器电路连接。

进一步的，所述振荡器电路和变压器之间还连接有mos管。

进一步的，所述的驱动偏压电路还包括ic芯片，所述的ic芯片分别与启停电路、振荡器电路、变压器、稳定反馈环电路连接。

进一步的，所述的稳定反馈环电路为电流反馈环电路和电压反馈环电路。

进一步的，所述的ic芯片上设有运算放大器，所述的运算放大器分别与电流环电路和电压环电路连接。

相对于现有技术，本发明所述的一种带有反馈保护的驱动偏压电路具有以下优势：

本发明采用电流反馈环与电压反馈环相结合的方法，可以很好的解决由于电流失控过大造成apd损坏与输出电压纹波噪声过大而产生干扰等问题。本设计采用电流过流保护电路与电压环闭环滤波的方式，来获得稳定可靠、纹波小、线性可调、电压电流可以精确控制的apd驱动偏压电路。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的模块示意图；

图2为本发明实施例所述的电路示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种带有反馈保护的驱动偏压电路，包括基准源电路、振荡器电路、变压器、倍压电路、滤波器电路、启停电路和稳定反馈环电路；所述的基准源电路、振荡器电路、变压器、倍压电路和滤波器电路依次连接，所述的滤波器电路的输出端还与稳定反馈环电路一端连接，所述的稳定反馈环电路另一端与振荡器电路连接；所述的启停电路与振荡器电路连接。所述振荡器电路和变压器之间还连接有mos管。所述的稳定反馈环电路为电流环电路和电压环电路。

本发明的工作原理：本发明首先由振荡器电路产生一个脉冲振荡信号，该脉冲振荡信号驱动振荡mos管的通断，振荡器电路由启停电路来控制；

基准源电路产生一个基准电压，为电流反馈环电路和电压反馈环电路提供所需的基准电压；变压器电路提供一定比例的变压比，从而产生高压信号。倍压电路可以使变压器输出的电压进一步倍压，从而产生所需要的apd驱动偏压；

但所产生的apd驱动偏压内部夹杂着交流成分，也就是一定幅度的纹波，需要滤波器电路做进一步的滤波，从而产生含有较小纹波的apd驱动偏置电压。电压环电路与电流环电路可以使输出apd驱动偏压与电流更加稳定，从而减小apd的损坏。

如图2所示，本发明的具体实现方法：该驱动电路主要包括基准源电路、振荡器电路、启停电路、变压器、振荡mos管、倍压电路、滤波器电路、电流环电路与电压环电路等。

(1)基准源电路包括：基准源芯片、分压电阻、限流电阻和滤波电容等。基准源芯片u1的1脚接限流电阻r1的一端，2脚接分压电阻r2与r3的公共端，3脚接供电电源地12v-。限流电阻r1的一端接供电电源12v+，另一端接基准源芯片u1。分压电阻r2分别接于基准源芯片的1脚与2脚之间。分压电阻r3分别接于基准源芯片的2脚与3脚之间。滤波电容c1一端接基准源芯片、分压电阻r2与限流电阻r1的公共端，另一端接供电电源地12v-。

(2)启停电路包括：三极管t3集电极接ic芯片的控制端4脚，发射极接信号地，基极接分压电阻r26与分压电阻r27的公共端。分压电阻r26的另外一端接控制启停端口r/s，分压电阻r27的另一端接信号地。

(3)所述的振荡电路包括：限流电阻r4的一端接供电电源12v+，另一端接ic芯片u2的供电管脚8脚。电阻r4的作用为限流，防止电流过大而损坏ic芯片。二极管d1的两端与滤波电容c2的两端并联后，一端接ic芯片u2的8脚，另一端接供电电源地12v-。电阻r6分别接于ic芯片u2的7脚与8脚之间。电阻r7分别接于ic芯片u2的6脚与7脚之间。ic芯片u2的2脚与6脚短接。电阻r5分别接于ic芯片u2的4脚与8脚之间。电容c3一端接ic芯片u2的2脚与6脚的公共端，另一端接信号地。电容c4一端接ic芯片u2的5脚，另一端接信号地。二极管d2与电阻r8并联之后两端分别接ic芯片u2的3脚与mos管的栅极。电源滤波电感l1的一端接供电电源12v+，另一端接变压器的初级线圈的起始抽头。滤波电容c5一端接变压器的初级线圈的起始抽头，另一端接电源供电地12v-，起到对输入电源滤波的作用。电容c6一端接mos管的栅极，另一端接供电电源地12v-。限流取样电阻r9一端接mos管的源极，另一端接供电电源地12v-，起到初级电流取样的作用。

(4)所述的变压器部分包括：吸收电阻r28与吸收电容c18串联后其两端分别接于变压器初级线圈的起始抽头与尾部抽头之间，用于吸收电路振荡过程中产生的尖刺噪声。

(5)所述的倍压电路包括：倍压电容与倍压二极管，因为本技术方案中产生的apd驱动电压比较低，所以采用直出的方式。二极管d4与d5串联，其正极与变压器的次级线圈的起始抽头相连，负极与电容c11与一级滤波电阻r19的公共端相连。电容c11的另一端接变压器次级线圈的尾部抽头。

(6)所述的滤波器电路包括：一级滤波电阻r19另一端接一级滤波电容c12与二级滤波电阻r20的公共端。一级滤波电容c12的另一端接变压器次级线圈的尾部抽头。二级滤波电阻r20的另一端与二级滤波电容c14的一端相连。二级滤波电容c14的另一端接输出地，起到输出滤波的作用，从而抑制输出电压的纹波噪声。

(7)所述的电压反馈环电路包括：输出电压上偏分压电阻r23与加速电容c15并联后，两端分别接apd偏压输出端与运算放大器u3的保护电阻r24。r24的另一端接运算放大器u3的2脚与输出高压下偏电阻r25的公共端。输出高压下偏电阻r25*的一端接输出高压下偏电阻r25的一端，另一端接输出地，起到输出电压大小微调的作用。电阻r17与电容c17并联后两端分别接运算放大器u3的3脚与信号地。运算放大器u3的3脚可以通过可调电位器r26进行电压0-5v的调节。反馈电容c9接于运算放大器u3的1脚与2脚之间。电阻r16的两端分别接运算放大器u3的1脚与信号地。电阻r15与二极管d3两端分别并联后，其二极管d3的正极接ic芯片u2的5脚，二极管负极接运算放大器u3的1脚。

(8)所述的电流反馈环电路包括：次级取样电阻r22、取样滤波电容c13与保护二极管d6分别并联后，其两端分别接变压器次级线圈的尾部抽头与输出地。电阻r21的一端接变压器次级线圈的尾部抽头，另一端接电阻r13与运算放大器u3的6脚的公共端。电阻r13的另一端接基准源电压，即限流电阻r1，分压电阻r2，滤波电容c1与基准源芯片u1的1脚的公共端。电容c16的一端接电阻r10与运算放大器u3的5脚的公共端，另一端接信号地。电阻r10的另一端接mos管的源极。反馈电容c8接于运算放大器u3的6脚与7脚之间。电阻r11与电阻r12相连公共端接到三极管t2的基极。电阻r11的另一端接信号地，电阻r12的另一端接运算放大器u3的7脚。三极管t2的发射极接信号地，集电极接ic芯片u2的5脚。

本发明首先由ic芯片产生一个固定频率与幅度的方波信号，该方波信号来驱动mos管的导通与关闭，通过变压器的匝数比来获得适当的高压信号，然后经过倍压电路输出所需的apd驱动偏压。输出的apd驱动偏压通过电压反馈环路来维持输出电压的稳定性与可靠性。输出的apd偏压内部有电流取样电阻来反馈到控制端达到过流保护的作用，本发明设计了初级保护与次级保护相结合的方式，r9为初级保护取样电阻，初级保护属于功率保护，r22为次级保护取样电阻，次级保护属于过流保护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。