多路半导体激光器电源总体方案

半导体激光器（laser diode，LD）也称激光二极管，是一种以半导体材料为工作物质的激光器，具有体积小、效率高、可靠性强、寿命长等优点，被广泛应用在光存储、光通讯、激光打印、精密测距、水质分析、食品分析、农药残留分析、空气污染物分析等领域。在光传感分析或者其他科学实验领域，不紧要求光源有很高的稳定性，而且由于不同应用所需的波长各不相同，经常要切换波长，需要多个波长的半导体激光器分时切换工作。
半导体激光器输出的波长展布在一个很宽的范围上，其波长范围在0.3μm~34μm之间，常见的波长有375nm，405nm，450nm，473nm，520nm,635nm,660nm,685nm,785nm,830nm,850nm,1310nm和1550nm等。虽然成本比发光二极管要高很多，但半导体激光器发射光的単色性、方向性和亮度都要更好。
 
这里设计了一种可以分时段切换的多路半导体激光器驱动电路，可以支持多个半导体激光器。与之前每个读懂电路只能驱动一个激光器相比，极大地降低了驱动电路的体积。该电路通过多路选择开关和多路模拟开关分别实现LD和光敏二极管的切换，由数模设置不同的工作点电压，实现对不同型号激光二极管的驱动。
 
总体方案设计
为了保持半导体激光器输出功率的稳定性，不能采用恒流控制。由于每个激光管的特性曲线不完全一致，相同的工作电流驱动下的输出光功率并不相同。而且，半导体激光器长期运用之后，外微分量子效率将发生变化，从而影响其输出特性。为了提高输出光的稳定性，从而影响其输出特性。为了提高输出光的稳定性，半导体激光器一般的封装内部都会有一个PD用来反馈输出光的功率。输出光功率越大，PD输出电流越大，输出光功率越小，PD输出电流越小。只要保持PD输出电流的稳定，即可保持LD输出光功率的稳定性。
驱动电路的原理框图如图1所示。从电源开始分成3条路径流质恒流源，一条流经三极管Q1，一条流经金属氧化物半导体场效应管Q2。最后一条通过多路选择开关流经指定的激光二极管。为了保证恒流源工作的稳定性，恒流源一直保持在打开状态。恒流源输出的电流通过数模转换芯片DA2设置为对应激光器的最大驱动电流，防止电流过大损坏激光器。 缓启动电路用来调节MOS管Q2的栅极电压，当栅极电压为高电平时，Q2导通。由于MOS导通电阻极小，恒流源全部电流从Q2流过，流过LD被旁路，所以LD出于关闭状态。当需要打开LD时，Q2的栅极电压逐渐降低，流经Q2的电流逐渐减小，所以流经LD的电流逐渐增大。这样可以保证LD被缓慢点亮，防止冲击电流对其寿命产生影响。
被点亮的二极管中的PD反馈电流通过多路模拟开关之后，进入电流-电压转换，变成电压信号。该电压信号与用户控制的数模转换芯片DA输出的工作点电压进行比较，之后通过比较器来调整PNP三极管Q1的基极电压。当LD亮度降低时，PD反馈电流降低，IV转换之后的电压小于DA设置的工作点电压，Q1的基极电压升高，流经Q1的电流减小。正常工作时，Q2出于完全介质状态，恒流源电流不变，所以流经LD的电流增加，LD亮度增加，反之亦然。通过PD电流的反馈实现了LD输出光强的恒定。由于不同激光二极管的PD反馈电流不同，切换不同的激光二极管时，要通过DA设置不同的工作电压。