慢启动半导体激光器驱动电源的设计

慢启动半导体激光器驱动电源的设计毛海涛 ,林咏海 ,张锦龙 ,冯伟 ,柴秀丽 ,牛金星 ,李方正

()河南大学物理与信息光电子学院 ,河南 ,开封 ,475001

摘要 :根据半导体激光器的光功率与电流的关系 ,通过慢启动电路、纹波调零电路、功率稳恒电路等解决了使

- 4 用中的电源在工作温度范围内其输出功率不稳定的问题。设计的电路稳定度达到4 ×10 。

关键词 :半导体激光器 ;功率增益自动控制电路 ;驱动电源

() 文章编号:1008Ο7613 200505Ο0021Ο03 中图分类号 : TN2484?4 文献标识码 :A

0 引言半导体激光器的发光功率与通过的电流关系如

3 所示 ,为便于分辨 ,图中底部的近似直线有所抬图 () 半导体激光器 L D 具有体积小、重量轻、价格高。从图 3 中可以看出 ,在某一温度下 ,当驱动电流 ( ) 低、驱动电源简单且不需要高电压 2 . 5 V 等独特低于阈值电流时 ,激光器输出光功率 P 近似为零 , 优点。目前 ,广泛应用于光纤通讯、集成光学、激光半导体激光器只能发出荧光 ,当驱动电流高于阈值印刷、激光束扫描等技术领域。在实际应用中 ,遇到时输出激光 ,并且光输出功率随着驱动电流的增大

而迅速增加并近似呈线性上升关系。的问题之一是激光器在发光时阻值不断上升 ,造成

输出光功率的下降。这可能导致激光器永久性的破 2 半导体激光器驱动电路设计坏或使发光强度达不到作为光源时的参量要求。因本例以 H TL 670 T5 为例 ,介绍一种半导体激光

器稳功率驱动电路。该管输出波长为 650 nm ,额定此 ,研制性能可靠、经济、耐用的半导体激光器具有

广泛的应用价值。功率 30 mW ,其工作特性曲线与图 3 所示接近。 1 L 的驱动电流与输出光功率的特性 D

半导体激光器的结构如图 1 所示 ,对一般的半

() 导体激光器来说 , 激光二极管 L 是正向接法 , 光 D

( ) 电二极管 P是反向接法。P受光后转换出的光 D D

电流 I 在串联电阻 R 上以电压信号反映出射光功 m 2

率的大小 ,如图 2 所示 ,因此添加控制电路即可达到

稳定发光功率的目的。

2 . 1 慢启动电路

半导体激光器往往会由于接在同一电网上的日

迟电路。如图 4 所示 ,图中输入端接上经过稳压后 ,因此一般要选用低温度系数稳压管 ,本电度造成的

路选用 MC1403 。其在输入 5 V , 15 V 时 ,其输出的直流电压 ,右边是输入级的输出端 ,为半导体激光 o 电压为 2 . 5 V ,温漂仅为 60 pp m/ C 。取样电阻 R2 器的功率稳定输出提供工作电压 ,整个电路的结构的影响大体与基准电压相同 ,且要承受较大的功率可以看作是在射级输出器上添加了两个П型滤波损耗 ,其温升高 ,阻值变化较大。解决的办法是选择网络 ,分别由 L 、C、C和L 、C、C组成。电容 C1 1 2 2 6 7 5 低温度系数的电阻材料 ,通过严格的热处理工艺进

行热处理 ,以保证电阻材料的性能稳定 ,同时在结构构成的 C 型滤波网络以及一个时间延迟网络。慢

设计上考虑冷却措施 ,保证在长时间工作时 ,温升不启动输入电压 U 在开关闭合的瞬间产生了大量的

要太高 ,以便增强电阻的稳定性。误差放大器一般高频成分 ,经过两个П型滤波网络滤除了大部分高

选用低温漂、低噪声运算放大器。本例采用频分量 ,直流及低频分量则可顺利地通过。到达由

N E5534 。μ电阻 R 和 C 组成的时间延迟网络 ,0 . 047F 的电容

2 .

3 纹波调零电路纹波电压的大小是衡量稳定电与电解电容 C并联是为了减少电解电容对高频分 2

源的重要参数之量的电感效应。

一。为了减小稳定电源的纹波电压 ,特增设了纹波调零电路。在图 6 所示电路中 ,纹波成分通过电容耦合至运算放大器的反相输入端 ,纹波电压经反相放大后加至调整管的基极 ,因此 ,在正常工作中 ,调节纹波调零电位器可使输出端纹波电压非常小。

2 . 2 恒定的电流源

该电路的工作原理如图 5 所示 ,当输入电压增

大或负载变化使得输出电流发生变化时 ,取样电路将获取一定比例的输出电压误差信息 ,然后与基准

电压比较后 ,放大电路把放大了的误差信号施加到

调整管 ,从而实现了对输出电压的自动调节 ,达到稳

流的目的。显然 ,这是一种电压负反馈电路 ,由于这

种电路可实现很高的稳压电流技术性能 ,故称由此电路生成的高指标电源为精密稳流电源。

2 . 4 稳功率电路

激光二极管的工作电流由电压比较器 L M358

同相输入端 A 点电压来控制。激光二极管工作电

流的调节范围为 25 mA,50 mA ,电路中 A 点输入

电压U = U = I × R ,A 点电压调节范围为 1A B C 2

ΩV,2 V , 激光二极管电流采样电阻 R 为 30 。光 2

电探测器与激光二极管封装在一起形成一体化器

Ω 件。精密可调电阻器 P的阻值为 200 k, 实际阻 1

Ω 值调整到 45 k左右。

在稳流电源中 ,基准电压 U R EF 的选取直接影 22

() 器 L M358 中 L : A与电阻 R 、R 、R 及 R 构成3 结论 3 3 4 5 7 减法器电路 ,当 R = R , R = R , R = R 时 ,减本文所设计的驱动电源 ,通过慢启动电路、纹波调 4 5 3 7 5 7

法器输出电压 U 为零电路、功率稳恒电路等 ,解决了使用中在工作温度范 E - 4 U = U- U 围内其输出功率不稳定的问题 ,其稳定度为 4 ×10 , E D F 当半导体激光器管壳温度升高后 ,激光二极管取得了较好的稳流效果 ,在实验室的应用中效果良好。的输出光功率要下降 ,输出光强降低。光电探测器反向电阻值随之升高。D 点电压降低 ,经过减法器参考文献 : 电路处理 , E 点电压随之降低 , 经过反相放大器放刘澄. 半导体激光器稳功率脉冲电源设计J . 半导体光 1 大 ,A 点电压随之大幅度提高 ,通过三极管 9013 的 ()

电,2004 ,25 3;235Ο237 . 控制 ,使激光器的工作电流增加 ,从而避免了激光汪礼兵 . 半导体激光器驱动电源的设计 J . 华侨大学学 2 器输出功率的降低。() 报自然科学版,1992 ,7 ;322Ο327 . 2 . 5 保护电路虽然慢启动电路消除了高频冲击电陆耀华 . 仪器用的高稳定半导体激光电源 J . 电子技 3 流的危害 , 术,1994 ,6 ; 245Ο247 .

但不能有效地防止直流或低频电流过载对半导体激王熙 ,张建江 ,杨保平 ,李德才. 半导体激光器稳功率电 4 ( ) 路设计 J . 黑龙江八一农垦大学学报 , 2001 , 13 2; 49Ο 光器的危害 ,因此 ,应当设立过载保护电路。一般可