大功率半导体激光器驱动电源及温控系统设计张龙1，陈建生1,2，高静1,2，檀慧明1，武晓东1(1.中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室，江苏苏州215163；2.苏州国科医疗科技发展有限公司，江苏苏州215163)摘要:为了解决大功率半导体激光器的输出波长和功率的稳定性问题，设计了一套大功率激光器恒流驱动电源及温控系统。
利用深度负反馈电路实现对激光器驱动电流的恒流控制，采用硬件比例-积分(Proportional⁃Integral ，PI)温控电路结合恒流驱动，控制半导体制冷器(Thermoelectric Cooler ，TEC)的工作电流，实现激光器工作温度的精确控制。
所设计的驱动电源可实现输出电流0~12.5A 连续可调，同时具有电流检测、过流保护、晶体管-晶体管逻辑(Transistor⁃Transistor Logic ，TTL)信号调制等功能。
所设计的温控系统的控制精度可达到±0.05℃，同时设定温度连续可调，温度可实时监测。
实验结果表明该设计能够保证稳定的电流输出和温度控制，满足大功率激光器的使用要求。
关键词:半导体激光器；恒流驱动电源；温控系统中图分类号:TN248.4文献标志码:ADOI :10.3788/IRLA201847.1005003Design of driving power and temperature control system for highpower semiconductor laserZhang Long 1,Chen Jiansheng 1,2,Gao Jing 1,2,Tan Huiming 1,Wu Xiaodong 1(1.Jiangsu Key Laboratory of Medical Optics,Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology,Chinese Academy of Sciences,Suzhou 215263,China;2.Suzhou Guoke Medical Science &Technology Development Co.,Ltd.,Suzhou 215163,China)Abstract:In order to solve the output wavelength and power stability of high power semiconductor laser,high power semiconductor laser constant current driver and temperature control system were designed.Deep negative feedback circuit was used to control the laser drive current,the analog Proportional⁃Integral (PI)circuit and constant current driver were adopted to control the working current of Thermoelectric Cooler (TEC),the laser working temperature can be kept accurately.The design can realize the linear adjustment of output current from 0-12.5A,and has the function of current detection,over⁃current protection and Transistor⁃Transistor Logic (TTL)modulation.The control precision of the temperature control system can achieve ±0.05℃.Temperature can be adjusted continuously and can be monitored in real time.Experiment results show that the design can guarantee the output current and temperature control stably,which satisfies the requirement of high power semiconductor laser.Key words:semiconductor laser;constant current driver;temperature control system收稿日期:2018-05-11;修订日期:2018-06-10基金项目:(BE2016090,BE2016005-2);(2016YFB0402202)作者简介:(1987-),,,。
半导体激光管驱动电源电路原理图半导体激光管(LD)和普通二极管采用不同工艺，但电压和电流特性基本相同。
在工作点时，小电压变化会导致激光管电流变化较大。
此外电流纹波过大也会使得激光器输出不稳定。
二极管激光器对它的驱动电源有十分严格的要求；输出的直流电流要高、电流稳定及低纹波系数、高功率因数等。
随着激光器的输出功率不断加大，需要高性能大电流的稳流电源来驱动。
为了保证半导体激光器正常工作，需要对其驱动电源进行合理设计。
并且随着高频、低开关阻抗的MOSFET技术的发展，采用以MOSFET为核心的开关电源出现，开关电源在输出大电流时，纹波过大的问题得到了解决。
由于大电流激光二极管价格昂贵，而且很容易受到过电压，过电流损伤，所以高功率仅仅有大电流开关模块还不能满足高功率二极管激光器的要求，还需要相应的保护电路。
要保证电压、电流不要过冲。
因此，需要提出一整套切实可行的技术措施，来满足高功率二极管激光器的需要。
1系统构成装置输入电压为24V，输出最大电流为20A，根据串联激光管的数量输出不同电压。
如果采用交流供电，前端应该采用AC／DC作相应的变换。
该装置主要部分为同步DC／DC变换器，其原理图如图1所示。
Vin为输入电压，VM1、VM2为MOSFET，VM1导通宽度决定输出电压大小，快恢复二极管和VM2共同续流电路，整流管的导通损耗占据最主要的部分，因此它的选择至关重要，试验中选用通态电阻很低的M0SFET。
电感、电容组成滤波电路。
测量电阻两端电压与给定值比较后，通过脉冲发生器产生相应的脉宽，保持负载电流稳定。
VM1关断，快恢复二极管工作，快恢复二极管通态损耗大，VM2接着开通续流，减少系统损耗。
2工作原理VM1导通ton时，可得：公式，电流纹波为：公式，VM1关断，电流通过VD续流，接着VN2导通。
由于VM2的阻抗远小于二极管阻抗，因此通过VM2续流。
VMl、VN2触发脉冲如图2所示。
图2中td为续流二极管导通时间。
半导体激光器驱动电源半导体激光器是一种应用广泛的激光设备，在通信、医疗、材料加工等领域发挥着重要作用。
而激光器的工作需要稳定而高效的驱动电源来提供电能，以保证其正常运行。
本文将介绍半导体激光器驱动电源的基本原理、设计要求和现有的几种常用方案。
一、基本原理半导体激光器需要一个稳定的电流源来进行驱动，以产生稳定的激光输出。
驱动电源的主要任务是提供所需的电流，并确保输出电流的稳定性和精确性。
为了实现这一目标，驱动电源通常采用了反馈控制的方式，通过不断监测和调节输出电流，以使其保持在设定值附近。
二、设计要求在设计半导体激光器驱动电源时，需要考虑以下几个关键要求：1. 稳定性：驱动电源必须能够提供稳定的输出电流，以确保激光器的工作正常。
任何电流的波动都可能导致激光输出功率的变化，甚至影响激光器的寿命。
2. 精确性：激光器的工作需要精确的电流控制，因此驱动电源必须能够输出精确的电流值。
这对于一些要求高精度的应用尤为重要，如光学仪器和精密加工。
3. 效率：激光器工作时产生的热量较大，因此驱动电源的效率也是一个重要考虑因素。
高效的驱动电源可以减少能量的损耗，同时也减少热量的产生，有助于延长激光器的寿命。
4. 保护功能：驱动电源应具备多种保护功能，如短路保护、过热保护、过压保护等，以确保驱动电源本身和激光器的安全运行。
三、常用方案根据不同的需求和应用场景，目前有多种常用的半导体激光器驱动电源方案。
以下将介绍其中的几种：1. 线性稳压电源：线性稳压电源是一种简单且成本较低的方案。
其原理是通过稳压二极管等器件来实现电流的稳定输出。
然而，由于其工作效率较低并且对输入电压波动较为敏感，因此在某些高功率激光器驱动场景下并不适用。
2. 开关电源：开关电源是目前广泛应用于半导体激光器驱动的一种方案。
它采用开关电路来实现高效能的转换，可以提供稳定的输出电流并适应不同的输入电压波动。
开关电源还具备较好的保护功能和反馈控制能力，适用于各种激光器的驱动需求。
半导体激光器的驱动方式特点及工作原理半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件，想要更多了解半导体激光器，从以下的几方面了解。
一、半导体激光器的驱动方式半导体激光器的激励方法通常多采用电流注入形式，当注入电流大于阈值电流Ith时，辐射功率随电流的增加而迅速地增大。
因此，可以通过改变半导体激光器的注入电流来调整其输出的光功率。
而对半导体激光器进行控制，通常采用自动控制的方法，它包括恒电流控制(ACC)，恒功率控制(APC),电压恒定控制(AVC)。
在APC工作方式下，采用光电探测器(PD)接收一小部分激光功率并转化为监测电流，改监测电流经过测电流经过电流/电压转换后，通过APC反馈网络与设定值比较，从而形成闭环负反馈控制。
当激光输出功率受温度等因素影响发生变化时，该负反馈可控制光功率使其稳定不变。
AVC是特定场合下简单而又游泳的模式，当要求LD的驱动电压恒定时，可以采用此模式。
在ACC工作方式中，通过电流采样反馈为电流驱动单元提供有源控制，从而是电流漂流最小且使LD输出稳定性最大，与温度控制配合使用效果更好。
现如今常用的半导体激光设备工作用恒流源，主要是应用了场效应管的导通特性以及晶体管的对称连接镜像恒流原理来实现。
要得到稳定的输出，必须使注入电流稳定，这就要采用恒流源。
半导体激光器二、半导体激光器的工作原理1、高精度半导体激光器驱动电源系统的设计半导体激光器(LD)是一种固体光源，由于其具有单色性好，体积小，重量轻，价格低廉，功耗小等一系列优点，已被广泛应用。
LD是卵想的电子-光子直接转换器件，有很高的量子效率，微小的电流和温度变化都将导致其输出光功率的很大变化。
因此，LD的驱动...2、半导体激光器驱动器输出电路的设计特殊性能提出半导体激光器驱动电源的输出电路的设计方案。
1 半导体激光器驱动器的理论分析半导体激光器的应用广泛，因而其相应的驱动技术也显得越来越重要。
半导体激光器的驱动技术通常采用恒电流驱动方式，在此工作方式中，通过电学反馈控制回路，直接提供...3、半导体激光器℃，半导体激光器的发光强度会相应地减少1%左右，封装散热;时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。
