一种分布反馈式激光器驱动电源设计

分布反馈式(DFB)激光器是一种带宽较窄的单纵模激光器，可以提供与某种气体吸收峰带宽相当或更窄的光谱，方向性好，抗干扰能力和检测性能优于其它发光二极管，所以得到了广泛的应用。通过改变驱动电流或管芯温度可以调节激光器中心波长，使其能够在较窄带宽中提供几毫瓦至数十毫瓦的光功率，并利用波长或频率调制和谐波检测技术可以将波长稳定在吸收峰，能够得到较高检测精度。因为激光器中心波长与电流和温度密切相关，所以要对激光器提供精确的电流和温度，其次激光器比较脆弱，不能经受电流或电压的冲击，因此必须要对激光器采取相应保护措施，以保证激光器的正常使用和寿命。
 
驱动电源的系统组成与工作原理
驱动电源的系统组成框图如图1所示，整体设计方案采用负反馈控制原理，整个驱动电源由电流设定电路、限流保护电路、取样电路、负反馈电路等组成。电流设定电路中采用2．5V的电压基准源，通过变位器调节并经过适当地放大后送入负反馈电路中运放的同相端，该运放控制2N6388的导通程度，从而获得相应的输出电流，输出电流在取样电阻上产生取样电压，该取样电压经放大后作为反馈电压反馈回负反馈电路中运放的反相输入端，并与同相输入端的电压进行比较，对输出电压进行调整，进而对2N6388的输出电流进行调整，使整个闭环反馈系统处于动态的平衡中，从而达到稳定输出电流的目的。图2为电流控制原理图。 驱动电源保护电路
正常条件下使用的激光器有很长的工作寿命。由于在电源开关开启的瞬问会产生电压、电流浪涌冲击，以及外界干扰产生的浪涌影响都有可能造成半导体激光器的击穿和损坏。因而研制激光器保护电路是保护激光器和延长激光器使用寿命的必要措施。结合激光器本身特性，设计了软启动保护、防浪涌保护、限流保护电路。 驱动电源软启动保护
软启动是指激光器在开启时，其驱动电流不是立刻直接加在激光器的两端，而是通过软启动电路将驱动电流缓慢加在半导体激光器两端。软启动电路能够有效地防止阶跃电流或者阶跃电压对激光器造成的损坏。
 
驱动电源防浪涌保护
浪涌是一种突发性阶跃电压或电流脉冲，它的脉冲宽度可以在极短时间内达到很高的幅值，这种瞬态变化重则立即烧毁半导体激光器，轻则降低半导体激光器性能。浪涌多发生在功率器件开通和关断的瞬间，这个瞬间电路容易产生较大电流或者使电路中某个器件两端产生较大的电压。为了防止这种瞬间变化，可以对电路进行延迟启动。图4为防浪涌保护电路原理图。 驱动电源限流保护
限流保护是为了防止激光器在限定的最大电流以上工作而被损坏。图5为限流保护电路原理图。
 
实验结果及分析
从图中我们可以看出，当使能开关闭合后，输出电流经过延时后缓慢爬升，趋于稳定，并且在开和关的瞬问均没有高的尖峰电流出现，在输出电流增大至输出电流设置点时，输出电流被瞬间拉低，达到保护激光器的目的，满足了设计的要求。
 
结论
本文设计的驱动电源，采用软启动，防浪涌及限；流保护电路，有效的保证了激光器的稳定工作和使用；寿命。在实验室中测试结果良好，输出电流稳定性小；于0．06％，与国外产品还有一定差距，如何提高电源稳定性是以后的研究重点。