半导体激光器LD脉冲驱动电路的设计与实验

半导体激光器LD脉冲驱动电路的设计与实验

进行脉冲驱动电路的设计主要是由于，半导体激光器在脉冲驱动电路驱动时，其结温会在半导体激光器不工作的时刻进行散热，因此半导体激光器在脉冲电源驱动下，对半导体激光器的散热要求不高。在设计半导体激光器的脉冲驱动电源时，也是先仿真后设计的思想，在电路选型上也是力求简单。

1 脉冲电源的仿真

在进行脉冲电源仿真时，同样选用的NI公司的这款Multisim10这款电路仿真软件。选用的器件是IRF530，信号源是5V，占款比为50%，频率为50Hz的方波信号源；用电阻1R代替半导体激光器、且将1R的阻值设置为1Ω，用Multisim10的自带示波器对电阻1R两端的电信号进行测量。

脉冲电源仿真

在仿真电路设计的过程中，选用了功率管IRF530作为主开关，对电阻1R上的电压进行采样，信号源选取的是输出5V方波的、频率是50Hz、占款比是50%的信号源。在进行仿真前、将示波器的A通道接在电阻1R的两端，对整个电路的电流信号进行监测。将示波器的B通道接在信号源的两端，对信号源的输出

电信号进行采样，这样通过A、B两通道的电信号进行对比，看脉冲驱动电路能否满设计要求。

根据仿真示波器监测到的数据显示，电阻1R两端的电信号完全是跟信号源的电信号同步变化的，而且波形完全一致。仿真结果显示电阻1R的峰值电压是为1.145V，说明电路的峰值电流也是1.145A。

在仿真过程中，通过不断的调整信号源的特性，发现电阻1R两端的电压值的大小只与信号源的电压值大小有关系，而与信号源的频率和占空比关系不大，这说明此脉冲仿真电路输出电流值的大小只与信号源输出的电压值大小有关。出现这样的结果主要是选取的信号源的频率过低，功率管IRF530完全可以做到对电路的开断控制。

以上仿真结果显示，当信号源的峰值电压是5V的时候，所对应的流过IRF530的峰值电流是1.145A。根据IRF530的输出特性，通过调节信号源的加载在IRF530GS

V的电压就可以改变功率管IRF530的输出电流值，从而改变整个脉冲电源输出电流的值。

2 脉冲电源的设计

从上面的电路仿真可以看出，脉冲电源的设计主要是脉冲信号源的设计、电路的主体部分还是用IRF530来实现的，通过控制信号源的加载在GS

V的电压来控制流通IRF530的电流。要调整输出电流信号的频率得通过信号源进行控制。

图 3-25 基于单片机脉冲电源

在信号源的选取上，首先选取了基于单片机STC89C52的脉冲电源的信号源设计，在设计时设定P0.0端口为频率发出端口、P0.1端口为判别端口，整个程序设计采用中断处理函数加延时函数组成。在电路结构设计很简单、设置了中断、利用中断控制频率发生器是否继续工作。

用单片机作脉冲信号源的好处在于、成本低廉，开发周期短。不足在于，书写单片机代码的时候，发现单片机作为信号源，其输出的信号的频率和占宽比之间的矛盾较为明显，很难得到频率高的信号源。

为得到较为理想的信号源输出，随后选取了Altera公司性价比较高的MAXII 系列的CPLD产品EPM240T100C5N。该芯片有240个逻辑单元，等效宏单元是192个，资源比较丰富，内有8Kbit Flash的存储空间；使用的晶振是50MHz 有源晶振，具有低电平复位，各个相邻引脚间的时延在ns级。而且EPM240T100C5N这款芯片的价格也在20元以内，无论从性能还是价位上讲都是不错的选择。

在基于EPM240的脉冲电源设计中，主要是分频代码的书写。主时钟的频率是50MHz，一个周期是20ns。采用不同位数的计数器进行循环计数，就可以得到不同的频率脉冲信号。

在EPM240的代码设计中，采用了verilog语言进行代码设计。在设计中只使用了EPM240的一个引脚作为信号源的输出。在进行代码设计时，首先进了如下定义，将clk定为时钟信号、频率是50MHz；rst_n是EPM240的复位信号、低电平有效；clk_div分频信号输出端口。代码设计的思想是通过改变计数器的位数得到不同的频率的输出。

芯片RTL视图

在代码调试通过后，首先使用quartus ii软件进行RTL视图仿真，从RTL 视图可以看出，当计数器cnt计满两次，clk_div就会有一个周期的时钟变化，通过clk_div输出分频后的信号，从而实现脉冲信号的输出。

芯片时序仿真

如图是芯片EPM240的时序仿真、可以看出得到脉冲信号的周期是640ns。当改变cnt计数器的位数后，可以得到不通频率的脉冲信号。很明显、这种设计电路较单片的电路设计要简单，只是对芯片的代码进行一些修改，就可以得到多个端口输出不同频率的信号。