高精度和高稳定性半导体激光器恒流驱动电源电路设计
恒流控制电路
恒流控制电路是驱动电源系统的核心，由运放和场效应管等组成，原理如图２所示，图中Ｕ１为运算放大器，ＶＤＤ为供电电源，Ｖｒ为输入调谐电压，Ｒ５为限流电阻，Ｒ０为电流采样电阻，流过采样电阻Ｒ０的电流即驱动半导体激光管ＲＬＤ工作的输出电流为Ｉ０。场效应管Ｍ１采用源极输出，实现 了 半 导 体 激光器安全接地，对半导体激光器进行有效保护。正常工作时，控制信号Ｋ为高电平，三极管Ｑ１截止，当Ｋ为低电 平 时，Ｑ１导 通 拉 低Ｍ１栅 极 电 压 导 致电路无电流输出。 
由图２可 知：若ＶＤＤ、Ｖｒ稳 定，而Ｉ０突 然 增 大时，则Ｒ０压降增大，这会导致Ｍ１漏极电位下降，而使Ｕ１同相输入端与反相输入端之间的电位差减小，运 放 输 出 电 压 即Ｍ１栅 极 电 压 减 小 致 使Ｉ０减小；当流过电阻Ｒ０的电流突然减小时，运放同相输入端与反相输入端之间的电位差增加，场效应管漏极电流增加Ｉ０增大。这表明恒流控制电路具有输出电流的自我调节功能，对该电路进行分析，得到流过Ｒ０的电流
高精度电压基准源
由恒流控制电路分析可知，要获得高精度、低纹波的输出电流，输入电压Ｖｒ的精度和稳定性非常重要，故本文选用高精度、高稳定性的精密带隙基准电压源芯片ＡＤＲ０１，以其输出的１０Ｖ电压作为基准电压参考，进而获得Ｖｒ，电路原理如图３所示。 
图３中，由ＡＤＲ０１输出的１０Ｖ基准电压经反向和分压处理得到稳定可调的Ｖｒ，基准电压经过反向器及分压调节电路后稳定性有所减小，故图中电阻均采用低噪声和低温漂电阻，并在反向器的输入端、输出端及电阻分压时分别增加了滤波电容。取Ｒ２－１＝Ｒ２－３，Ｒｒ１＝１００ｋΩ，Ｒｒ２＝５０ｋΩ，根据图中关系可知，Ｖｒ＝－１０Ｒｒ２／（Ｒｒ１＋Ｒｒ２）为－２～０Ｖ的高精度电压。
保护电路
半导体激光管是一种易损坏的电子器件，核心为ＰＮ结，对其施加的反向电压超出允许值会发生击穿或损坏，流过的正向电流超过允许最大电流值时，重则烧坏，轻则影响其不能正常使用。为避免外界浪涌电流或高压静电等对激光器产生不可逆转的损坏，本文设置了过流保护电路、电源慢启动电路以及启停控制电路。
过流保护电路 
本文设计的过流保护电路如图４所示，主要通过对电磁继电器的控制，实现当半导体激光器的电流超过设定值时进行分流，使激光器电流 恒 定。图中半导体激光器ＲＬＤ正 常 工 作时，采样电阻Ｒ０的电压被运放Ｕ３及其周围元件放大处理，若放大后的电压值小于设定电压Ｖｓｅｔ，比较器Ｕ６后的三极管Ｑ２截止继电器Ｊ处于常态，开关管Ｍ２关闭，ＲＬＤ正 常 工 作。当其他因素导致流过ＲＬＤ的电流增 加 过 多 致Ｒ０采样电压放大后高于设定电压时，Ｑ２导通致继电器Ｊ吸合将Ｍ２连接到设定端并快速开启，因Ｍ２与ＲＬＤ并联，对输入激光器的电流进行分流。利用场效应管栅源电压控制漏极电流的特性控制分流的大小，即根据采样值与设定值之间的差异自动调节，使流过ＲＬＤ的电流保持恒定，达到对ＲＬＤ过流保护的目的，流过ＲＬＤ的电流最大范围由设定端的电阻比例决定。
本文用偏置电流和失调电流都很小的高灵敏比较器ＬＭ２１１实现比较器Ｕ６及三级管Ｑ２的功能，Ｍ２选择开启电压很低的场效应管ＢＳＳ８８，用 双 运放精密运算放大器ＴＬＣ０８２代替Ｕ４、Ｕ５对电路进行简化，ＲＬＤ周围的二极管和电感元件可预防电源扰动，提高激光管使用寿命。
电源慢启动
电源开启瞬间，因大量电容的存在会在电路中产生较大的浪涌电流，严重影响半导体激光 器 的 安 全，本文选用基于比较器ＬＭ３１７的电源慢启动电路，使供电电压平滑上升进而抑制浪涌信号的影响。慢启动电路原理如图５所示。 
图５中电容Ｃ８－２电压不能突变，电路开启时三极管Ｑ８－１饱和导通，电阻Ｒ８－１近似短路，Ｕ８输出电压最低。随着Ｃ８－２电压缓慢上升，Ｑ８－１逐渐退出饱和区，Ｒ８－１电压逐渐增大，输出电压ＶＤＤ缓慢升高，直至Ｃ８－２电压升 高 到 使Ｑ８－１截 止 时，ＶＤＤ才 能 达 到 额 定值。Ｒ８－２、Ｃ８－２大小决定该电路的慢启动时间。输出端电容Ｃ８－３、电感Ｌ８－１以及电容Ｃ８－４构成π型滤波电路，防止电流突变。
启停控制电路
为防止电源开启瞬间的浪涌信号，且电源稳定工作期间有时仅需关闭激光管而不影响电路的其他功能，文中选用ＮＥ５５５芯片构成的单键双稳电路进行半导体激光器启停控制，电路原理如图６所示。
由图６可知，电路刚启动时，１２Ｖ电源通过电容Ｃ７－１使Ｕ７的阈值端得到 一 正 脉 冲，Ｋ端 为 低 电平，此时电容Ｃ７－２上无电压。轻触Ｐ键，Ｃ７－２作用于触发端，Ｋ端电压翻转成为高电平，并 通 过Ｒ７－３对Ｃ７－２充电。释 放Ｐ键 后，Ｃ７－２充 电 到１２Ｖ，因Ｒ７－１、Ｒ７－２的分压作用使触发和阈值端均为６Ｖ，Ｋ持续保持高电平输出。再次按下Ｐ，Ｃ７－２使阈值端电压高于８Ｖ，Ｋ端翻转为低电平。释 放Ｐ，Ｃ７－２通 过Ｒ７－３放电，触发和阈值端电压回到６Ｖ，Ｋ端保持低电平。如此反复，只要每次按下一次Ｐ键的时间不超过１ｓ，便进行一次Ｋ端的高低电平转换。正常工作时，Ｋ端为高电平，当需要对半导体激光器进行断电保护时，轻触Ｐ键使Ｋ端输出低电平，恒流电路中的控制开关导通，使恒流电路无输出而关闭激光管。
恒流控制电路是驱动电源系统的核心，由运放和场效应管等组成，原理如图２所示，图中Ｕ１为运算放大器，ＶＤＤ为供电电源，Ｖｒ为输入调谐电压，Ｒ５为限流电阻，Ｒ０为电流采样电阻，流过采样电阻Ｒ０的电流即驱动半导体激光管ＲＬＤ工作的输出电流为Ｉ０。场效应管Ｍ１采用源极输出，实现 了 半 导 体 激光器安全接地，对半导体激光器进行有效保护。正常工作时，控制信号Ｋ为高电平，三极管Ｑ１截止，当Ｋ为低电 平 时，Ｑ１导 通 拉 低Ｍ１栅 极 电 压 导 致电路无电流输出。
影响。本文取Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４，则Ｉ０＝－Ｖｒ／Ｒ０，即Ｉ０的大小和稳定性仅与Ｖｒ和Ｒ０的比值有关，Ｒ０一般为固定值，若Ｖｒ精度高、稳定可调，则输出的可调谐电流具有高精度和高稳定性。
本文电路中，Ｕ１选择了高稳定度、低噪声失调电压、小温漂的高速精密运放ＯＰＡ２２７，Ｍ１为漏极电流 可 达３０ Ａ的增强绝缘栅型场效应管ＩＲＦ５４０Ｎ，Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４均 为 精 度０．１％的１０ｋΩ低温漂电阻。Ｒ０选择了功耗为３Ｗ、电阻为１０Ω、精度为０．１％的低温漂无感采样电阻。Ｖｒ调节范围为－２～０Ｖ。高精度电压基准源
由恒流控制电路分析可知，要获得高精度、低纹波的输出电流，输入电压Ｖｒ的精度和稳定性非常重要，故本文选用高精度、高稳定性的精密带隙基准电压源芯片ＡＤＲ０１，以其输出的１０Ｖ电压作为基准电压参考，进而获得Ｖｒ，电路原理如图３所示。
保护电路
半导体激光管是一种易损坏的电子器件，核心为ＰＮ结，对其施加的反向电压超出允许值会发生击穿或损坏，流过的正向电流超过允许最大电流值时，重则烧坏，轻则影响其不能正常使用。为避免外界浪涌电流或高压静电等对激光器产生不可逆转的损坏，本文设置了过流保护电路、电源慢启动电路以及启停控制电路。
过流保护电路
本文用偏置电流和失调电流都很小的高灵敏比较器ＬＭ２１１实现比较器Ｕ６及三级管Ｑ２的功能，Ｍ２选择开启电压很低的场效应管ＢＳＳ８８，用 双 运放精密运算放大器ＴＬＣ０８２代替Ｕ４、Ｕ５对电路进行简化，ＲＬＤ周围的二极管和电感元件可预防电源扰动，提高激光管使用寿命。
电源慢启动
电源开启瞬间，因大量电容的存在会在电路中产生较大的浪涌电流，严重影响半导体激光 器 的 安 全，本文选用基于比较器ＬＭ３１７的电源慢启动电路，使供电电压平滑上升进而抑制浪涌信号的影响。慢启动电路原理如图５所示。
启停控制电路
为防止电源开启瞬间的浪涌信号，且电源稳定工作期间有时仅需关闭激光管而不影响电路的其他功能，文中选用ＮＥ５５５芯片构成的单键双稳电路进行半导体激光器启停控制，电路原理如图６所示。
由图６可知，电路刚启动时，１２Ｖ电源通过电容Ｃ７－１使Ｕ７的阈值端得到 一 正 脉 冲，Ｋ端 为 低 电平，此时电容Ｃ７－２上无电压。轻触Ｐ键，Ｃ７－２作用于触发端，Ｋ端电压翻转成为高电平，并 通 过Ｒ７－３对Ｃ７－２充电。释 放Ｐ键 后，Ｃ７－２充 电 到１２Ｖ，因Ｒ７－１、Ｒ７－２的分压作用使触发和阈值端均为６Ｖ，Ｋ持续保持高电平输出。再次按下Ｐ，Ｃ７－２使阈值端电压高于８Ｖ，Ｋ端翻转为低电平。释 放Ｐ，Ｃ７－２通 过Ｒ７－３放电，触发和阈值端电压回到６Ｖ，Ｋ端保持低电平。如此反复，只要每次按下一次Ｐ键的时间不超过１ｓ，便进行一次Ｋ端的高低电平转换。正常工作时，Ｋ端为高电平，当需要对半导体激光器进行断电保护时，轻触Ｐ键使Ｋ端输出低电平，恒流电路中的控制开关导通，使恒流电路无输出而关闭激光管。