低噪声半导体激光器驱动电源电路

低噪声半导体激光电源慢启动电路
 
考虑到半导体激光二极管对电冲击的承受能力差,为了有效保护激光二极管,在电路中加入了慢启动电路(见图2)[ 3 ]。LM317是输出可调三端稳压管,通过可调电阻R调节输出电压:Vout=1.  25×(1+RR11)+IADJR。电路启动时,由于C上的电压不能突变,三极管基极电压Vb处于低电位,故Q导通,将R短路,输出电压Vout约为1.5V。随着对C的充电,Vb升高,Q逐渐退出饱和区,R上的电压逐渐增大,输出电压Vout也慢慢升高。直到C充电完毕,Q截止,输出电压Vout才达到设定值,慢启动速度由时间常数R11C决定。LM317不但可以稳定输出电压,而且使输出电压缓慢上升,达到慢启动效果。 低噪声半导体激光电源恒流控制和显示电路
 
生恒流部分电路如图2所示[ 3 ]。来自基准电压源的控制信号经R15输入到运算放大器的同相输入端,反相输入端接采样电阻Rs,运算放大器输出接场效应管。要得到恒定的输出电流,实际上只需稳定采样电阻Rs两端电压Us即可。根据运算放大器的特点:同相和反相输入端电压相等,即电压Us由输入到同相端的控制信号电压决定,此电压越小,输出电流越大,调节控制信号电压即可方便地调节电流源的输出电流。 运算放大器需选择稳定、低噪声、输入失调电压随温度漂移小的放大器,如L T1028。基准电源的精度和稳定度对恒流源的输出有很大的影响。图3中LM399是低噪声、高精度、高稳定度稳压芯片,提供6.95V基准电压,其温度系数小于0.5ppmˆ°C,长期稳定度(1000h)达20ppm。采样电阻的精密程度也将直接影响电流输出的稳定性,因为Is=UsˆRs,采样电阻需选用温漂为<5ppmˆ°C的精密电阻[ 3 ]。
电流源输出电流的值采用三位半L ED数字式直流电压表显示[ 4 ],从采样电阻Rs两端取出信号,分别经过一个电压跟随器,送入比例运算电路,根据设计电流大小设定合适的放大比例,再将放大后的信号输送到电压表显示。使用跟随器可以防止显示电路对电流源的影响。
 
低噪声半导体激光电源保护电路
 
为避免由于过流等因素引起激光二极管不可恢复的损坏,驱动电路中需加入自动保护电路[ 5 ]。保护电路一般有限流型保护和截流型保护两种,电路采用限流型保护电路,如图3所示。其特点是当电流达到最大设定值后,自动启动保护电路,使电流维持在最大设定值不变,避免激光器因过流而停止工作。保护电路的设计原理是:通过电位器R6从基准电压源LM399取出电流控制信号,并输入到比较器U2的同相输入端(U+),通过电位器R4从基准电压源LM399输出端取出限流保护信号,并输送到比较器反相输入端(U-),比较器对两路信号进行比较,并输出比较结果,由此比较结果来控制逻辑开关。

图中采用低功耗、低失调电压比较器LM339A,当U+端电压高于U-端时,LM339A内输出管截止,相当于输出端开路,通过上拉电阻R1输出高电平;当U-端电压高于U+端时,LM339A内输出管饱和,相当于输出端接低电位。DG419是高性能的逻辑开关,匹配电阻小,切换速度快,达到纳秒量级。开关状态由6脚决定: 6脚输入高电平时,开关接通2脚;输入低电平时,开关接通8脚。在电流源输出电流未达到最大设定值情况下,即U+>U-,比较器LM339A输出高电平,D G419输入端6脚为高电平, 2脚和1脚接通,输出控制信号,通过调节电位器R6可调节电流源电流大小。当U+<U-时,比较器LM339A输出低电平,指示灯D S1亮,提示电流过载,同时D G419的6脚变为低电平,开关断开2脚,接通8脚,电流源输出电流大小由限流保护信号决定并维持在限定值。