SPL_PL90_3型半导体激光器驱动电路设计

近些年基于计算机视觉技术的高级辅助驾驶系统(advanced driver assistant system，ADAS)成 为了汽车领域的研究热点，视觉ADAS的任务之一便是利用数字图像处理技术对前方车辆实施跟踪测距［1］．为了兼顾图像处理的效率和探测精准度，常采用主动添加特征点的方式，即在所采集的图像中以向待测环境发射的激光束，在目标物体上形成的光斑作为特征即可实现特征的自动提取与在图像坐标系中的 快 速 定 位［2］．针对探测的实时性与准确性要求，采用的激光应力求稳定、穿透能力强．综合考虑机动车辆以正常速度行驶时的安全距离与激光传输时受大气衰减的影响等多方面因素，经分析比较，最终选取OSＲAM公司推出的SPL－PL90－3型半导体红外激光器并对其设计驱动电路．
 
半导体激光器利用半导体晶体的解理面形成的谐振腔对电子因在能带间跃迁而发出的光进行辐射放大从而实现激光的输出，因而激光驱动是将电能转化为光能的过程． SPL－PL90－3型半导体激光器要求驱动电路在10 ns内将驱动电流提升至30 A并迅速衰减至安全范围之内，目 前 对 于 大 功率半导体激光器的驱动通常采用能量压缩的方式实现，即把较小的能量压缩储存在储能网络中，当该能量积累到一定量时通过控制信号使其瞬间释放实现激光 器 件 的 正 常 工 作［3］．常用的脉冲式激光驱动电路由电源电路、贮能网络、开关电路等部分组成［4］，如图1． 根据驱动原理建立脉冲激光驱动的简化模型［5］，如图2，其中C为储能电容，Ｒ2为限流电阻，L为激光器件的寄生电感与电路杂散电感的等效合电感，Ｒ3为激光器件的等效电阻，C'为激光器件的寄生电容，由于放电过程中C'对放电的影响不大，且Ｒ3Ｒ2，在实际设计驱动电路时为简化计算，可忽略C'与Ｒ3对电路的影响，因此该模型采用的是单节电感———电容贮能网络作为半导体激光器件的直接能量来源，该贮能网络的核心为储能电容． 在图2中，当开关S处于断开状态时，电源通过电阻Ｒ1给电容充电，一段时间后充电完成，电容两端电压达到U，若在某一瞬时接通开关S，电容C即可通过激光器件将所贮存的能量释放，当以一定频率和占空比切换开关的状态时，即可得到相应的激光脉冲．对于特定的储能电容C，在对激光脉冲的频率有较高要求的情况下，可通过减小Ｒ1来缩短充电时间 常 数．由于工程应用中常以高速MOS场效应管作为开关器件，图2为脉冲式激光驱动模型，放电过程半导体激光器的工作电流i和流经开关的电流i'相互独立，通过电阻Ｒ1调节i'可控制贮能网络的充电过程并实现对开关器件的保护［6］．