一种恒光功率输出的半导体激光器驱动电路的制作方法

本实用新型涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种恒光功率输出的半导体激光器驱动电路。

背景技术：

半导体激光器对比于其他激光器，具有单色性好、方向性好、体积小、工作电源电压低等优点，但半导体激光器属于热功率器件，其输出光功率对驱动电流和温度的变化非常敏感。

对于激光器的光功率输出和使用寿命要求不高的应用场合，激光器多采用恒流驱动方式，在连续工作或外界环境温度升高的情况下，激光器的阈值电流升高，输出光功率会下降，甚至不能被点亮，而当外界环境温度降低时，激光器的输出光功率升高，恒定的工作电流相对于此温度下的激光器会偏高，可能会造成激光器损坏。

在对测量精度和使用寿命要求较高的场合，需要对激光器输出光功率进行自动调节，使光输出功率下降时，驱动电流增加，反之驱动电流减小，从而使激光器输出光功率保持恒定，提高测量准确度，延长激光器使用寿命。

激光器极易受到电源冲击而损坏，所以激光器驱动电路需要增加缓启动功能以保护激光器。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种恒光功率输出的半导体激光器驱动电路，技术方案如下：

一种恒光功率输出的半导体激光器驱动电路，包括DAC电压控制端、减法器电路1、反相放大器电路2、射极跟随器电路3、激光二极管LD、光电二极管PD、三极管Q3、驱动电路4、反馈电阻R10、电阻R16、限流电阻R12、精密电阻R3、电流采样电阻R4；

所述减法器电路1的负输入端连接DAC控制电压端、输出端经电阻R16连接所述反相放大器电路2负输入端，所述反相放大器电路2的输出端连接所述射极跟随器电路3的正输入端，所述射极跟随器电路3的输出端经限流电阻R12连接到所述三极管Q3的基级，所述三极管Q3的集电极连接所述激光二极管LD负极、三极管Q3发射极连接所述电流采样电阻R4的第一端，所述电流采样电阻R4的第二端接地；所述激光二极管LD的正极连接所述光电二极管PD负极，所述光电二极管PD正极连接精密电阻R3的第一端，所述精密电阻R3第二端接地，所述光电二极管PD正极连接减法器电路U1的正输入端，形成反馈控制电路；

半导体激光器内置光电二极管PD，可用于监测激光二极管LD的背向光光功率，PD受光后，能将光强转换成电流，通过与PD串联的精密电阻R3，将电流转换成电压，此电压与激光二极管LD输出的激光强度成正比，再利用反馈控制电路进行负反馈，对激光二极管LD的工作电流进行反向调整，达到对激光器的输出光功率的恒定控制。

所述驱动电路4的输出端VCC分别连接减法器电路1中的减法器U1的正电源端、反相放大器电路2中的反相放大器U2的正电源端、射极跟随器电路3中的射随放大器U3的正电源端、激光二极管LD的正极和光电二极管PD的负极；

所述减法器U1的负电源端、反相放大器U2的负电源端、射随放大器U3的负电源端均接入-5V电压VEE；

反馈电阻R10第一端与反相放大器电路2中的反相放大器U2的负输入端连接、第二端与反相放大器U2输出端连接。

进一步，所述减法器电路1中还包括电容C2，所述电容C2第一端与所述减法器U1的负输入端连接，第二端与减法器U1的输出端连接，即所述电容C2与减法器电路1中的反馈电阻R6并联，二者形成反馈回路，使得输出更稳定；

同理，所述反相放大器电路中还包括电容C3，所述电容C3第一端与反相放大器U2的负输入端连接，第二端与反相放大器U2的输出端连接，即所述电容C3与反相放大器电路2中的反馈电阻R10并联；

所述电阻R10与电阻R16的电阻比值不小于10，R10/R16足够大，才能在温度变化范围大的情况下及时补偿激光器工作电流值；

进一步，DAC控制电压端根据不同类型的激光器，控制电压能够在0～3.3v调节；DAC(数字模拟转换器Digital to analog converter)通过微处理器控制、调节DAC的输出电压；通过DAC控制电压端，可以控制激光二极管LD的工作电流大小，也即控制激光器输出光功率值的大小，不同的激光器可以通过设置DAC电压值，使其工作在合适的光功率输出状态。

所述驱动电路4包括使能端EN、开关电路、缓启动电路41、电源VCC-in；所述开关电路包括电阻R31、电阻R33、电阻R34、电阻R35以及三级管Q1；所述缓启动电路41包括场效应管Q2、电阻R32、电阻R36、电容C32；

所述三级管Q1基级分别连接电阻R33的第一端、电阻R34的第一端，所述电阻R33的第二端连接使能端EN，电阻R34的第二端接地，所述三级管Q1的集电极经电阻R35连接电阻R32的第一端以及电阻R36的第一端，所述三级管Q1的集电极还连接电阻R31的第一端；

所述电阻R32的第二端连接场效应管Q2的栅极，电阻R36的第二端连接电容C32的第一端，电容C32的第二端连接场效应管Q2的漏级，场效应管Q2输出电压VCC；

所述电源VCC-in连接电阻R31的第二端、还连接场效应管Q2的源级，并经过电容C33接地，电源VCC-in持续为开关电路、缓启动电路供电；

当使能激光器工作时，使能端EN输出高电平，导通开关电路中的三极管Q1，由于电容C32和电阻R36的储能工作使场效应管Q2延时于EN使能信号上电，延时时间由电容C32和电阻R36决定，上电时间延时，将使场效应管Q2的输出VCC电压上电缓慢，没有过冲现象，从而保护了激光器不受电压冲击而损坏。

本实用新型技术方案与传统技术中恒流控制的激光器驱动电路相比：

恒流控制的激光器驱动电路中激光器输出光功率在环境温度变化范围0℃-+40℃时，光功率输出变化范围在0.03mW-5.65mW之间，功率变化5.62mW，随着工作时间的加长，存在激光器烧毁的极大可能性；

而本方案中，恒功率驱动电路控制的激光器，其光功率输出在0℃-+40℃温度范围内，光功率输出为3.24mW-3.45mW之间，光功率变化只有0.21mW，稳定度大大提高，且因为缓启动电源电路的设计，避免了激光器因为电源上电冲击而损坏。

附图说明

图1为本实用新型系统框图；

图2为本实用新型电路示意图；

图3为本实用新型驱动电路4示意图。

图中：1减法器电路，2反相放大器电路，3射极跟随器电路，4驱动电路，41缓启动电路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细描述。

如图1-2所示，一种恒光功率输出的半导体激光器驱动电路，包括DAC控制电压端、减法器电路1、反相放大器电路2、射极跟随器电路3、激光二极管LD、光电二极管PD、三极管Q3、驱动电路4、反馈电阻R10、电阻R16、限流电阻R12、精密电阻R3、电流采样电阻R4；

减法器电路1的负输入端连接DAC控制电压端、输出端经电阻R16连接反相放大器电路2负输入端，反相放大器电路2的输出端连接射极跟随器电路3的正输入端，射极跟随器电路3的输出端经限流电阻R12连接到三极管Q3的基级，三极管Q3的集电极连接激光二极管LD负极、三极管Q3发射极连接电流采样电阻R4的第一端，电流采样电阻R4的第二端接地；激光二极管LD的正极连接光电二极管PD负极，光电二极管PD正极连接精密电阻R3的第一端，精密电阻R3第二端接地，光电二极管PD正极连接减法器电路U1的正输入端，形成反馈控制电路；

驱动电路4的输出端VCC分别连接减法器电路1中的减法器U1的正电源端、反相放大器电路2中的反相放大器U2的正电源端、射极跟随器电路3中的射随放大器U3的正电源端、激光二极管LD的正极和光电二极管PD的负极；

减法器U1的负电源端、反相放大器U2的负电源端、射随放大器U3的负电源端均接入-5V电压VEE；

反馈电阻R10第一端与反相放大器电路2中的反相放大器U2的负输入端连接、第二端与反相放大器U2输出端连接。

进一步为了使得输出更稳定，减法器电路1中还包括电容C2，电容C2第一端与减法器U1的负输入端连接，第二端与减法器U1的输出端连接，即电容C2与减法器电路1中的反馈电阻R6并联，二者形成反馈回路；

同理，反相放大器电路中还包括电容C3，电容C3第一端与反相放大器U2的负输入端连接，第二端与反相放大器U2的输出端连接，即电容C3与反相放大器电路2中的反馈电阻R10并联；

本实施例中，反馈电阻R10与电阻R16的电阻比值为20，C2、C3选取1000pF～0.01uF；

进一步，DAC控制电压端根据不同类型的激光器，控制电压能够在0～3.3V调节，本实施例中，DAC控制电压端输出1.52V电压；

如图3所示，所述驱动电路4包括使能端EN、开关电路、缓启动电路41、电源VCC-in；所述开关电路包括电阻R31、电阻R33、电阻R34、电阻R35以及三级管Q1；所述缓启动电路41包括场效应管Q2、电阻R32、电阻R36、电容C32；

三级管Q1基级分别连接电阻R33的第一端、电阻R34的第一端，电阻R33的第二端连接使能端EN，电阻R34的第二端接地，三级管Q1的集电极经电阻R35连接电阻R32的第一端以及电阻R36的第一端，三级管Q1的集电极还连接电阻R31的第一端；

电阻R32的第二端连接场效应管Q2的栅极，电阻R36的第二端连接电容C32的第一端，电容C32的第二端连接场效应管Q2的漏级，场效应管Q2输出电压VCC；

电源VCC-in(5V)连接电阻R31的第二端、还连接场效应管Q2的源级，并经过电容C33接地，电源VCC-in持续为开关电路、缓启动电路供电；

当使能激光器工作时，使能端EN输出高电平，导通开关电路中的三极管Q1，由于电容C32和电阻R36的储能工作使场效应管Q2延时于EN使能信号上电，延时时间由电容C32和电阻R36决定，上电时间延时，将使场效应管Q2的输出VCC电压上电缓慢，没有过冲现象，从而保护了激光器不受电压冲击而损坏。

恒光功率输出的半导体激光器驱动电路具体的工作原理如下：

如图2所示，激光器二极管LD的工作电流由D点电压和电阻R4控制，A点电压VA＝VB＝VD，ID＝VD/R4，而VA＝(R10/R16)*VC，VC＝VE-VF，所以，当激光器管壳温度升高，输出光功率值下降，光电二极管PD感应到的光强减弱，光电转换后的电流降低，E点电压降低，F点为参考电压，经过减法器电路1后C点电压变低，再经过反相放大器电路2，A点电压升高，经过射极跟随器电路3，D点电压升高，故此电阻R4的电流增大，也即激光二极管LD的电流增加，光功率输出增大，负反馈控制形成，激光器光功率输出保持恒定。

△V*(R10/R16)＝△VD，R10/R16要足够大，才能在温度变化范围大的情况下及时补偿激光器工作电流值。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。