半导体激光器驱动器安全保护电路的设计

高稳定半导体激光器驱动电路作者：刘富成来源：《电子技术与软件工程》2016年第11期摘要半导体激光器的稳定性取决于驱动电源，电流的起伏会引起光功率的变化，从而影响激光器的性能。

为确保半导体激光器安全可靠地工作，本文深入分析了半导体激光器电源工作原理，确定了驱动电源的主要环节的技术实施方案，设计高稳定半导体激光器的驱动电流源。

这种设计电源实际上主要就是利用取样电路、调整电路、误差放大电路等电压来实现负反馈电路，针对设计的要求为各个模块选择了合适的器件，它能够对激光器提供一个稳定的受控电流，并能实时监视。

为了使激光器稳定可靠的工作还设计了温控电路，激光器保护电路等。

【关键词】半导体激光器慢启动受控恒流源 TEC温度控制1 半导体激光器的P-I特性半导体激光器的P-I特性（又称L-I特性），这种设备实际上就是用来描述随注入电流IF 不断改变和实际变化规律的激光器光功率P，是设计和应用半导体激光器的根本依据。

只有在其PN结上合理加入正向电压，半导体激光器进入足够大电流的过程中，才可以形成激光，如图1所示为理想的输出P-I特性曲线。

从半导体激光器理论角度来说，如果在额定范围内运行半导体激光器的时候，注入电流IF 和输出光功率P需要充分满足线性的关系，其一阶微分曲线是类似于水平的一条直线。

如果一阶微分曲线上形成相对比较明显的拐点，或者是出现不是十分平滑的曲线，此时就可以表明半导体激光器上存在一定问题和缺陷。

也可以说，如果在拐点驱动电流范围内运行半导体激光器的时候，注入电流值和输出光功率之间没有形成线性比例的关系。

2 激光器驱动电路设计在仔细分析了半导体激光器的工作特性和它在使用过程中提出的具体技术指标后，设计出了以下电路方案：2.1 慢启动电路在没有慢启动措施的基础上就把半导体激光器驱动电源进行电路的接通和断开，此时电路中出现过渡的过程，也就是说在开启电源的过程中，出现很大幅度的驱动电流过冲，然后在经过过渡过程以后开始慢慢稳定。

一种半导体激光器驱动电源的设计林咏海,毛海涛,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)提要: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用中在工作温度范围内其输出功率不稳定的问题。

本文设计的电路稳定度达到4 10-4。

关键词:半导体激光器;功率增益自动控制电路;驱动电源中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2006)01-0014-01The design of driving source for semiconductor laserLIN Yong-hai,MAO Hai-tao,ZHANG Ji n-long,FENG Wei,CHAI Xiu-li,NIU J in-xing ,LI Fang-zheng(School of Physics and Information Optielectronics,Henan Universi ty,Kai feng 475001,China)Abs tract:Based on the characteris tics of electronic c urrent and optical po wer for s emiconductor las er,an applicable LD drivi ng source is desi gned and fabri cated by sl ow-start circuit,stable wavines s circuit and APC.Power control is achieved.The steadiness is 4 10 4.K ey words :semiconductor las er;auto power controller(APC);drivi ng source收稿日期:2004-04-05作者简介:李咏海(1980-),男,河南民权人,硕士生,主要从事激光电源的研究。

半导体激光器驱动电路设计
1、确定参数：首先，根据所采用的半导体激光器进行相应参数的确定，主要包括输入电压、电流以及恒流模块的参数，根据具体的需要可以完成相应的参数确定。

2、结构设计：根据参数确定进行激光器驱动电路的结构设计，结构设计应考虑激光输出能力、负荷及恒流模块的输出的特性，满足激光器输出功率的要求；
3、计算电阻：对于激光驱动电路来说，为保持电流稳定，应据恒流模块的输入电流和输出电压计算电路上的各种电阻值，以便达到设计要求。

4、电路测试：经过上述步骤确定激光驱动电路的参数，在完成电路的组装后应对原装驱动电路进行相应的测量，在测量的时候需要考虑负载的幅值、波形及相位等因素，最后，验证激光输出的功率是否满足设计要求，同时检查电路中各部分是否运行正常。

5、微调激光器参数：最后，产品上线前将对激光器的参数进行微调，确保激光器的输出参数满足所设定的要求，同时可以调节激光的输出功率等参数，以规避在实际使用中出现的误差。

以上就是关于半导体激光器驱动电路设计的介绍，希望对大家有所帮助。

第9卷第21期 2009年11月1671 1819(2009)21 6532 04科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineering2009 Sci Tech Engng9 No 21 Nov.2009 Vol通信技术半导体激光器驱动电路设计何成林(中国空空导弹研究院,洛阳471009)摘要半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。

根据半导体激光器特点,指出设计驱动电路时应当注意的问题,并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。

通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求,对类似电路设计有很好的借鉴作用。

关键词激光引信半导体激光器窄脉冲中图法分类号 TN242; 文献标志码A激光引信大部分采用主动探测式引信,主要由发射系统和接收系统组成。

发射系统产生一定频率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量,而接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信号,而后通过信号处理系统,最终给出满足最佳引爆输出信号。

由此可见,激光引信的探测识别性能很大程度上取决于激光发射系统的总体性能,即发射激光脉冲质量。

而光脉冲质量取决于激光器脉冲驱动电路的质量。

因此,半导体激光器驱动电路设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。

图1 驱动电路模型放电,从而达到驱动激光器的目的。

由于激光引信为达到一定的探测性能,通常会要求激光脉冲脉宽窄,上升沿快,一般都是十几纳秒甚至几纳秒的时间。

因此在选择开关器件时要求器件开关速度快。

同时,由于激光器阈值电流、工作电流大[1]1 脉冲半导体激光器驱动电路模型分析激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成,如图1。

图1中,时序产生电路生成驱动所需时序信号,一般为周期信号。

脉冲产生电路以时序信号为输入条件。

根据其上升或下降沿生成能够打开开关器件的正激励脉冲或负激励脉冲。

开关器件大体有三种选择:双极型高频大功率晶体管、晶体闸流管电路和场效应管。

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第9卷 第21期 2009年11月1671 1819(2009)21 6532 04科 学 技 术 与 工 程Science T echno logy and Eng i neeringV o l9 N o 21 N ov .2009 2009 Sci T ech Engng通信技术半导体激光器驱动电路设计何成林(中国空空导弹研究院,洛阳471009)摘 要 半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。

根据半导体激光器特点,指出设计驱动电路时应当注意的问题,并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。

通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求,对类似电路设计有很好的借鉴作用。

关键词 激光引信 半导体激光器 窄脉冲中图法分类号 TN 242; 文献标志码A2009年7月14日收到作者简介:何成林(1982 ),男,湖北利川人,助理工程师,硕士,研究方向:激光引信技术,E m ai:l chengli nhe @163.co m 。

激光引信大部分采用主动探测式引信,主要由发射系统和接收系统组成。

发射系统产生一定频率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量,而接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信号,而后通过信号处理系统,最终给出满足最佳引爆输出信号。

由此可见,激光引信的探测识别性能很大程度上取决于激光发射系统的总体性能,即发射激光脉冲质量。

而光脉冲质量取决于激光器脉冲驱动电路的质量。

因此,半导体激光器驱动电路设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。

1 脉冲半导体激光器驱动电路模型分析激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成,如图1。

图1中,时序产生电路生成驱动所需时序信号,一般为周期信号。

脉冲产生电路以时序信号为输入条件。

根据其上升或下降沿生成能够打开开关器件的正激励脉冲或负激励脉冲。

开关器件大体有三种选择:双极型高频大功率晶体管、晶体闸流管电路和场效应管。

当激励脉冲到来时,开关器件导通,充电元件通过开关器件和激光器构成的回路图1 驱动电路模型放电,从而达到驱动激光器的目的。

第8卷 第4期信息与电子工程Vo1．8，No．4 2010年8月INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Aug．，2010文章编号：1672-2892(2010)04-0441-04大功率半导体激光器驱动电路马良柱，宋志强，刘统玉，王 昌，陈汝波(山东科学院激光研究所山东省光纤传感器重点实验室，山东济南 250014)摘要：为实现30W连续掺Yb光纤激光器，设计一种大功率(10A)半导体激光器(LD)的驱动电路，该恒流源电路采用功率场效应管作电流控制元件，运用负反馈原理稳定输出电流，正向电流0A~10A连续可调，纹波峰值为10mV，输出电流的短期稳定度达到1×10-5，具有过流保护、防浪涌冲击的功能。

实际应用在30W连续掺Yb光纤激光器中，结果表明该驱动电路工作安全可靠。

关键词：半导体激光器；驱动电路；场效应管中图分类号：TN248 文献标识码：APower driving circuit of Laser DiodeMA Liang-zhu，SONG Zhi-qiang，LIU Tong-yu，WANG Chang，CHEN Ru-bo (Shandong key laboratory of optic fiber sensing，Laser Institute，Shandong Academy of Sciences，Tsinan Shandong 250014，China)Abstract：This paper introduces a power driving circuit for Laser Diode(LD). It adopts power Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(MOSFET) as adjust device，and apply current negativefeedback to ensure constant current output. The output current is a forward current adjustable in 0A–10Arange with ripple less than 10mV，whose short-term stability has reached 1×10-5. This circuit also bearsfunctions including maximum current，surge current limitation and slow start. It has been applied as pumpsource for a Yb doped optic fiber laser，and the experimental results has proved its reliability and safety.Key words：Laser Diode；driving circuit；Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor半导体激光器(LD)具有尺寸小、重量轻和低电压驱动、直接调制等特点，还具有高单色性、高相干性、高方向性和准直性的优良特性，广泛应用于国防、科研、医疗、光通信和光传感等领域[1]。

收稿日期:2009-07-15作者简介:刘宝元(1977-),男,内蒙古赤峰人,硕士,助教,研究方向为光电子信息与系统.・电路与控制・实用小功率半导体激光器驱动电路的设计刘宝元1,郭小云2(1.西安工业大学光电工程学院,陕西　西安　710032;21西光集团技术中心,陕西　西安　710032) 摘　要:半导体激光器的稳定性取决于驱动电源.结合消光比测试仪要求,设计了基于脉宽调制芯片UC3842的实用半导体激光器驱动电源.该驱动电源适用于功率较小的半导体激光器,输出占空比和频率可调的驱动信号,使之输出一定频率的调制光信号,实现了慢启动、高频及过压过流等保护功能,能使半导体激光器在室温下安全工作.通过实验结果分析,证明了方案的可行性,满足测试仪的要求.关键词:半导体激光器;驱动电路;UC3842;慢启动中图分类号:TH248.4;T N76 文献标识码:A 文章编号:1673-1255(2009)05-0040-04Design of Practical Driven Circuit for Small Pow er Semiconductor LasersL IU Bao 2yuan 1,GUO Xiao 2yun 2(1.Xi ’an Indust rial U niversity ,Xi ’an 710032,China ;2.S ICON G GROU P ,Xi ’an 710032,China ) Abstract :The stability of semiconductor lasers depends on the driven power.According to the requirement for light extinction ratio tester ,a practical semiconductor laser driven power based on the UC3842PWM chip was designed.The driven power is applicable to the smaller power semiconductor lasers ,the output duty cycle and frequency adjustable driven signal ,which make it put out some modulation optical signals with a certain fre 2quency ,so the protection functions ,such as slow start ,over 2current ,over 2voltage and high frequency can be re 2alized.These protections can make semiconductor lasers working safely at room temperature.The experimental results prove the feasibility of this program and meet the requirements for tester. K ey w ords :semiconductor laser diode ;drive circuit ;UC3842;slow start 随着激光技术的发展,半导体激光器(LD )已经成为应用最广泛的一类激光器,它具有体积小、质量轻、价格便宜、性能稳定而且易调制,广泛应用于通信、制导、测量、医疗以及信息的存取等领域.在光学晶体消光比检测仪中采用半导体激光器作为测试光源,由于对激光器输出功率有着比较严格的要求,为其设计一款精度较高、性能可靠、经济、耐用的驱动电源就显得尤为重要.1　半导体激光器的工作特性半导体激光器是一种相干辐射光源,使用半导体材料作激光器的工作物质,主要构成部分是一个P -N 结.如图1所示.图1　半导体激光器的原理结构示意图半导体激光器的工作特性如图2所示.当P -N结两端不加电压时,N 区中的电子与P 区中的空穴互相扩散,形成一个内电场,使P -N 结相当于一个第24卷第5期2009年10月 光电技术应用EL ECTRO -OPTIC TECHNOLO GY APPL ICA TION Vol.24,No.5October.2009图2　半导体激光器P -I 曲线阻挡层.当P -N 结加上正向电压,即N 接负极,P接正极,阻挡层被削弱,注入N 区的大量电子流向P 区,并在结区与空穴复合,放出光子形成激光.过程也可描述为,由于P -N 结未加电压时,N 区电子的能级比P 区空穴能级低,加上正向电压后,使N 区电子的能级高于P 区空穴的能级,大量电子处在高能级上,实现了粒子数的反转.要使激光器得到相干的、受激光输出,必须满足2个条件,即粒子反转条件与阈值条件.前者是必要条件,它意味着处于高能态的粒子多于低能态的粒子数.达到这一条件,有源工作物质就具有增益.后者是充分条件,它要求粒子数反转产生的增益能克服有源介质的内部损耗和输出损耗,此时增益介质就具有净增益.2　驱动电路设计驱动电路采用以脉宽调制器UC3842为核心元件设计的开关电路.UC3842是美国Unitrode 公司生产的电流型单端输出脉宽调制器(PWM ),具有管脚数量少、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点.稳压性能好,其电压调整率可达0.01%/V ,除具有输入端过压保护与输出端过流保护电路外,还设有欠压锁定电路,使工作稳定可靠.UC3842的内部结构如图3所示,主要包括:5.0V 基准电压源、振荡器、误差放大器、过流检测电压比较器、PWM 锁存器、输入欠压锁定电路、门电路、输出级、34V 稳压管.其电路设计原理框图如图4所示.图3　UC3842内部结构示意图图4　驱动电路设计原理框图2.1　驱动电路驱动电路产生一个2kHz 的方波信号,方波信号的频率和占空比是可调的;MOS 管作为一个开关使用,通过改变占空比控制半导体激光器的输出功率.电路原理图如图5所示.内部基准电压源产生5.0V 基准电压,作为UC3842内部电源,经衰减得2.5V 电压作为比较放大器基准电压,并可作为向外电路输出5V/50mA 的电源.振荡器产生方波振荡,振荡频率取决于外接定时元件.反馈电压由2管脚接误差放大器反相端.1管脚外接R 、C 网络改变误差放大器闭环增益和频率特性;6管脚输出驱动开关管的方波,为图腾柱式输出,适用于驱动VMOS 开关管,输出电流可达±200mA.3管脚为电流检测端,用于检测开关管电流,当U 3≥1V 时,可关闭输出脉冲,保护开关管不致过14第5期 刘宝元等:实用小功率半导体激光器驱动电路的设计 图5　电路原理图流损坏.UC3842包括过压、欠压保护电路,当电源电压超过17V或低于10V时,集成电路停止工作.2.2　振荡信号生成电路振荡信号生成电路是驱动电路中的重要部分,接在UC3842的4管脚和8管脚之间,以使启动UC3842的时候产生振荡.振荡信号生成电路由定时电容C T、电位器R W3、定时电阻R T和消噪电容C6构成.R W3的作用是调节振荡信号占空比和频率;C6的作用是滤除电路中电压信号的噪声,使振荡信号的波形更为理想.C T和R T的作用是以UC3842内部的振荡器为基础生成振荡信号,振荡频率由式(1)来确定f=1.8R T C T(1)2.3　补偿电路补偿电路结构如图5所示.补偿电路是UC3842内部误差放大器的外围电路.它通过一个电阻取样UC3842电源电压,通过电阻分压并输入到UC3842的2管脚,为误差放大器提供反相输入.分压电阻R1和R3取样15V的电源电压并分压达到UC3842的2管脚的电压要求后输入误差放大器反相端.误差放大器反相输入与同相端2.5V标准偏压比较后产生误差信号.该误差信号经误差放大器放大后经1管脚输出.1管脚的并联阻容元件和放大器反相输入共同作用以改善误差放大器的增益和频率特性,形成误差放大器的补偿,从而改善整个电路的特性.2.4　开关控制电路开关控制电路的核心元件是功率场效应管IRF3205,其主要起开关作用,即工作在饱和区和截止区.主要原理是:UC3842的6管脚输出信号经R5分压后提供给IRF3205栅极,当输出信号为高电平时,场效应管工作在饱和区,此时半导体激光器阳极和阴极的电流不相同,激光器输出电平为低电平.当UC3842的6管脚驱动输出为低电平时,功率场效应管截止,激光器阳极和阴极电流相同,激光器输出电平为高电平.2.5　纹波电压滤除电路纹波电压滤除电路由电容组成,可以是普通电容,也可以是电解电容.电容有滤波、消噪的作用,2个并联的而且容量不同的电容接在电压源之后不仅能够起到滤除纹波电压的作用,而且能够起到慢启动的作用,从而使直流电源特性得到改善.2.6　慢启动电路慢启动电路由R4、C0、V D1和V D2组成.电阻R4的作用是分流,以防电流过大,二极管被烧坏;电容C0的作用是消除噪声.根据二极管的伏安特性,当二极管两端的电压超过死区电压后,二极管导通,导通后正向电流迅速增大,二极管呈低阻状态.一个24 光　电　技　术　应　用 第24卷二极管的时延很小,而且性能不太稳定,所以串联一个二极管,并由大电阻分流,时延增加,电路安全性提高.慢启动电路因二极管的导通延时,使LD 和整个电路不受浪涌电流破坏.2.7　高频、过压保护电路高频、过压保护电路主要由C 7、V D 3、V D 4组成,这利用了电容的频率特性和二极管反向击穿特性实现对LD 的保护.3　实验分析驱动电路的频率由电阻R 4和电容C 6来确定,但电阻R 4的值不能过大,应控制在1k Ω以内,否则占空比过高,流过电流大,容易损坏片子;驱动电路输出信号的占空比可通过改变电阻R 4和电容C 6的值来控制;当频率固定不变时,输出平均功率随着占空比的增大而增大.驱动电路有较宽的输出频率,同时占空比的调节范围比较宽.改变输出电流可以通过改变电阻R 5的阻值,使输出电流可以满足不同功率的半导体激光器的要求.以下是结合光学晶体消光比测试要求,产生频率为2kHz 、占空比为40%的驱动信号的实验结果.振荡信号生成电路中电容C 6的输出波形,如图6所示.驱动电路中器图6　电容C 6的输出波形　图7UC3842的6管脚输出波形图8　半导体激光器的输出波形件UC3842的6管脚输出波形如图7所示.半导体激光器的输出波形如图8所示.从它的输出波形可知,其频率为2kHz ,占空比为40%,上升沿和下降沿变化较快,满足使用要求.4　结 论文中对半导体激光器的原理和特点进行了分析,并设计了一种基于脉宽调制芯片UC3842和功率场效应管IRF3205的实用半导体激光器驱动电源.通过实验验证,该驱动电源适用于小功率的半导体激光器,驱动信号占空比和频率可调,实现了慢启动、高频及过压保护等功能,能使半导体激光器在室温下安全工作.该设计电路已经随光学晶体消光比测试仪交客户使用2年,证明该驱动电源可以为半导体激光器提供稳定可靠的信号源.参考文献[1]　史金林,辛德胜,张剑家,等.连续半导体激光器驱动电源[J ].长春光学精密机械学报,2001,24(1):12-15.[2]　雷玉堂,王友庆.光电检测技术[M ].北京:中国计量出版社,1997:92-99.[3]　刘澄.半导体激光器稳功率脉冲电源设计[J ].半导体光电,2004,25(3):235-237.[4]　何希才,毛德柱.新型半导体器件及其应用[M ].北京:电子工业出版社,2002.(上接第29页)[7]　Ph Avouris ,I 2W Lyo.Observation of Quantum 2Size E f 2fects at Room Temperature on Metal Surfaces With STM [J ].Science ,1994,264:942-945.[8]　K eisuke Sagisaka ,Daisuke Fujita.Quasi 2one 2dimensionalquantum well on Si (100)surface crafted by using scan 2ning tunneling microscopy tip [J ].Appl.Phys.Lett ,2008,88:203118-203120.[9]　J Y Lao ,J Y Huang ,D Z Wang.ZnO Nanobridges andNanonails [J ].Nano Lett ,2002,3:235-238.[10]　J S K im ,M K awabe ,N K oguchi.Ordering of high 2quality InAs quantum dots on defect 2free nanoholes [J ].Appl.Phys.Lett ,2006,88:72107-72109.[11]　Z L Wang ,J H S onf.Piezoelectric NanogeneratorsBased on Z inc Oxide Nanowire Arrays [J ].Science ,2006,312:242-246.[12]　P D Lacharmoise ,N G Tonalli ,P N Bartlett.Imagingoptical near fields at metallic nanoscale voids [J ].Phys.Rev.B ,2008,78:125410-125414.34第5期 刘宝元等:实用小功率半导体激光器驱动电路的设计 。

低功率980nm波长半导体激光器驱动电路设计作者：董阳陈海燕程昌彦黄春雄来源：《现代电子技术》2014年第13期摘要：设计一种用于光生微波/毫米波信号源的低功率980 nm波长半导体激光器驱动电路，主要包括保护电路、反馈电路、功率检测、恒流源设计、温控电路及单片机显示电路等。

将所设计的驱动电路用于LDM9P603型蝶形激光器的驱动，对980 nm波长泵浦激光器的输出特性进行测试。

关键词： 980 nm波长泵浦源；恒流源；温度控制器；单片机控制器中图分类号： TN248.4⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）13⁃0119⁃03 Design of driving circuit of low⁃power 980 nm laser diodeDONG Yang， CHEN Hai⁃yan， CHENG Chang⁃yan， HUANG Chun⁃xiong（School of Physics Science and Technology， Yangtze University， Jingzhou 434023，China）Abstract： The driving circuit of a low⁃power 980 nm LD used for the photonic generation microwave and millimeter wave signal sources was designed， which consists of protection circuit，feedback circuit， optical power detection， constant⁃current source design， temperature control circuit， MCU display circuit， etc. The circuit is used to derive the LDM9P903 butterfly LD. The output characteristics of 980 nm LD were tested.Keywords： 980 nm LD； constant⁃current source； temperature controller； MCU controller0 引言高性能的980 nm波长半导体激光器（LD）在激光器、光放大器、光信息处理等领域具有重要应用[1⁃5]。

第9卷第21期 2009年11月1671 1819(200921 6532 04科学技术与工程Science T echno logy and Eng i neeringV o l9 N o 21 N ov .2009 2009 Sci T ech Engng通信技术半导体激光器驱动电路设计何成林(中国空空导弹研究院,洛阳471009摘要半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。

根据半导体激光器特点,指出设计驱动电路时应当注意的问题,并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。

通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求,对类似电路设计有很好的借鉴作用。

关键词激光引信半导体激光器窄脉冲中图法分类号 TN 242; 文献标志码A2009年7月14日收到作者简介:何成林(1982 ,男,湖北利川人,助理工程师,硕士,研究方向:激光引信技术,Emai:*******************。

激光引信大部分采用主动探测式引信,主要由发射系统和接收系统组成。

发射系统产生一定频率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量,而接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信号,而后通过信号处理系统,最终给出满足最佳引爆输出信号。

由此可见,激光引信的探测识别性能很大程度上取决于激光发射系统的总体性能,即发射激光脉冲质量。

而光脉冲质量取决于激光器脉冲驱动电路的质量。

因此,半导体激光器驱动电路设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。

1 脉冲半导体激光器驱动电路模型分析激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成,如图1。

图1中,时序产生电路生成驱动所需时序信号,一般为周期信号。

脉冲产生电路以时序信号为输入条件。

根据其上升或下降沿生成能够打开开关器件的正激励脉冲或负激励脉冲。

开关器件大体有三种选择:双极型高频大功率晶体管、晶体闸流管电路和场效应管。

当激励脉冲到来时,开关器件导通,充电元件通过开关器件和激光器构成的回路图1 驱动电路模型放电,从而达到驱动激光器的目的。

半导体激光器驱动器安全保护电路的设计
1.过电流保护电路：激光器驱动电路中加入过电流保护电路，可以防
止激光器在工作时因过载而烧毁。

过电流保护电路可以通过电流传感器检
测激光器的工作电流，当电流超过设定值时，保护电路会切断电源，保护
激光器的安全。

2.过温度保护电路：激光器工作时会产生热量，如果温度过高，会对
激光器的正常工作产生不良影响甚至损坏激光器。

因此，过温度保护电路
是必不可少的。

过温度保护电路通过温度传感器监测激光器的温度，当温
度超过设定值时，保护电路会采取相应的措施，例如关闭电源或降低输出
功率，以保护激光器的安全。

3.短路保护电路：激光器驱动器输出端可能会存在短路的情况，如果
不及时进行保护，会导致激光器过载而烧毁。

因此，短路保护电路是必要的。

短路保护电路可以通过监测输出电流来检测短路，当检测到短路时，
保护电路会切断电源或降低输出功率，以保护激光器的安全。

4.过压保护电路：激光器工作时需要一定的电压，但如果电压过高，
会对激光器产生损坏。

因此，过压保护电路是必不可少的。

过压保护电路
可以通过电压传感器监测激光器输入电压，当电压超过设定值时，保护电
路会切断电源或降低输出功率，以保护激光器的安全。

以上是一些常见的半导体激光器驱动器安全保护电路的设计。

当然，
具体的设计还需要根据激光器驱动器的具体情况和需求来进行细化和优化。

在实际设计中，还需要充分考虑电路的稳定性、可靠性和成本等因素。

半导体激光器驱动电路的研究与设计袁林成;蒋书波;宋相龙;陆志峰【摘要】The design of semiconductor laser driving circuit is an important technology to decide the stability of semiconductor laser system,and it has an important impact on the output characteristics of the laser.The variation of injection current will cause the laser emission frequencyvariation,eventually lead to jump mode or multi-mode op⁃eration. In order to ensure the quality of the laser output of semiconductor laser,a high performance laser driving cir⁃cuit is studied and designed,this driving circuit includs power supply circuit,constant current sourcecircuit,protec⁃tion circuit and time delay buffer circuit four parts;C is simulated by software Multisim. The actual circuit results compares withthe exploited result map,finally the application of photon counter to test the laser output intensity fluctuation is defined in the 200 kilo-count/s to 400 kilo-count/s range,stability and has a high precision,the experi⁃mental results show that the sufficient stability and high precision satisfy the follow-up experiment.%半导体激光器驱动电路的设计是决定半导体激光器系统稳定性的重要技术，对于激光器输出特性有重要影响。

大功率半导体激光器驱动电源保护电路方案1 引言半导体激光器（LD）具有体积小、重量轻、转换效率高、工作寿命长等优点，在工业、军事、医疗等领域得到了广泛应用。

LD 是以电流注入作为激励方式的一种激光器，其使用寿命、工作特性在很大程度上取决于所用驱动电源的性能好坏。

设计一个符合LD 技术要求、性能稳定、工作可靠的驱动电源是十分必要的。

近年来，有不少科研单位研究开发了一系列LD 用电流源，保证了LD的正常工作。

半导体激光器本身的性质决定其抗浪涌冲击能力差，这就要求驱动电源的稳定度高，浪涌冲击小，因此驱动电源中需要各种保护电路以满足实际要求。

通常用慢启动电路、TVS（瞬态抑制器）吸收电路、限流电路等来防止浪涌冲击及电流过大。

但大功率半导体激光器的工作电流较大，并且半导体激光器比较脆弱，传统的慢启动电路、TVS 吸收电路不能很好地满足实际要求。

本文在参考各种实用的保护电路基础上，设计出应用大功率器件强制吸收或隔离浪涌冲击和双限流保护电路，有效地保护半导体激光器不被损伤，具有较好的实际应用前景。

2原理分析2.1半导体激光器损坏机理分析在正常条件下使用的半导体激光器有很长的工作寿命。

但在不适当的工作条件下，会造成性能的急剧恶化乃至失效。

统计表明，半导体激光器突然失效，有一半以上的几率是由于浪涌击穿。

因而如何保护半导体激光器，延长半导体激光器的使用寿命是研制大功率半导体激光器驱动电源保护电路的重要问题。

主要应考虑：1）激光器必须工作在限制电流以内，一个安全可靠的限流电路是不可缺少的。

2）为了防止驱动电源浪涌冲击，必须有比较强的浪涌吸收电路。

3）由于激光器是一种敏感的电流元件，所以驱动电流不能直接加在激光器两端，慢启动电路对激光器的防护也是必不可少的。

2.2传统保护电路的特点1）在隔离变压器的原边和副边加上TVS器件，利用其高速响应特性抑制过高的电网浪涌电压和雷电感应电压。

这种措施比较有效，但受限于TVS的响应速度，如果响应速度达不到要求那就不能很好抑制浪涌冲击。

半导体激光器LD恒流源驱动电路的设计与实验半导体激光器LD恒流源驱动电路的设计与实验这款半导体激光器的恒流源驱动电路，是根据实际的项目需求进行设计的。

项目要求是半导体激光器得根据探测距离，能改变输出光功率，这就要求半导体激光器的驱动电路输出的电流是可调的，这样现阶段几种半导体激光器驱动电路中只有恒流源驱动电路可以做到这一点，实现这种功能是通过改变恒流源电路的基准电压而实现的。

进行恒流源驱动电路的设计的方法是在先仿真的基础上进行的，项目所需要的恒流源驱动电路的设计参数是恒流源输出电流是0-1A可调。

1 恒流源软件仿真为精确仿真出结果，为以后的设计提供理论依据，选用的电路仿真软件是NI公司的Multisim10软件，该款软件经历几代的发展，功能不断的完善，其数据库包含常用的所有元器件，能进行模拟电路的仿真、数字电路的仿真，其仿真结果的准确性高，能为设计提供设计依据。

恒流源仿真结果恒流源仿真电路选取了单电源供电的集成运放LM2900N、功率管IRF540、供电的电源电压是9V，为测量电路输出的电流，将万用表调整到电流档串联到电路中进行测量，以上图可见、设计的电路是很简单的。

集成运放U2B的作用是将采样电阻所测得电压反馈回输入端，通过集成运放U2A与输入端的基准电压进行比较。

恒流源仿真电路是一款很经典恒流源电路，具有的优点是电路稳定性很高、这款恒流源电路在基准电压不变的情况下，可以很容易的进行恒流源输出电流大小的调整，因为只需要调整电阻R3、R3的阻值即可。

仿真结果显示，当将采样电阻的阻值选为1欧姆、R3R4?13、基准电压选取为2V时，仿真结果得到的电流是1.5A。

在仿真过程中、通过选取不同的基准电压和R3、R3的值可以得到不同的电流值，这样仿真结果为实际的电路设计提供很好参考依据。

为了进一步简化恒流源驱动电路的设计、又作了如下的设计仿真。

选取的功率管是IRF530、采样R1的阻值为1欧姆、选取的电压比较器是单电源供电的集成运算放大器LM2900N，在电路仿真中，可以看见当基准电压选为1V、采样电阻为1欧姆时，恒流源的输出电流是0.9A，这与理论推导的结果完全一样。