大功率半导体激光器恒流源设计

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-),,,。

0-45A 高精度积木式LD半导体激光器恒流源(型号：PWR-45A-20V)一：功能描述应用范围：LD激光器驱动光纤激光器激光打标机高频调Q激光本电源使用了单元模块并联技术，基于一个高性能、高精度、高效率的恒流源子模块，通过n个子模块的简单叠加，实现任意大电流输出。

相比较传统电源，这一设计具有搭积木式结构，具有很多优点：第一：结构简单且容易实现任意大小电流输出，使用子模块搭积木式结构，客户维护方便快捷。

第二：基于子模块高精度、高效率的特点，系统也具有精度高，效率超高特点。

第三：系统母板上再设过流、过热保护，使得恒流源半导体激光器横流驱动源高可靠性。

系统具有操作简单的特点。

电源配套所有外部器件。

包括5k电位器调节恒流源输出，常闭开关控制恒流输出使能，数字显示表头显示当前电流，led指示灯显示过流、过热情况。

通过调节母板上三个电位器，可改变最高电流输出限制、过流保护阈值等。

图1 电源接线图注：LD负载接线完成后，才能给电源供电，否则容易顺坏LD激光器！恒流源参数：电源输入：24V±0.5V输入功率：1000W电源输出：0-45A电压输出：1-20V慢启动时间：500mS效率大于：92%电流显示：三位半数字显示过流、过热保护二：控制接口控制接口采用10芯IDC10接口，在线路板的左下角位置，参加图2所示。

图2 控制接口示意图下面分别介绍各个端口的功能:1脚：过热报警端口图3 过热报警接线图内部为npn三极管结构，外接LED指示灯，内部具有0.125W限流电阻，电源外部不必再添加限流电阻。

如果内部温度超过80度，过热报警动作，指示灯亮。

（电源正常工作）2脚：过流报警端口图4 过流报警接线图内部为SCR 结构，外接LED 指示灯，内部具有0.125W 限流电阻。

如果出现电源过流情况，过流保护动作，指示灯亮，电源停止输出。

3脚：+5V 输出端口该端口提供不超过100mA 的电流输出， 用于电流显示表头的正极供电。

８／２８３２－３５长春工程学院学报（自然科学版）２０２０年第２１卷第２期Ｊ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄｉ．），２０２０，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２ＩＳＳＮ　１００９－８９８４ＣＮ　２２－１３２３／Ｎｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－８９８４．２０２０．０２．００８高稳定度半导体激光器恒流驱动电路设计收稿日期：２０２０－６－１２基金项目：吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目（ＪＪＫＨ２０１８０９８４ＫＪ）长春市科技计划项目（１８ＳＳ００８）作者简介：黄丫（１９７８－），女（汉），长春人，讲师，博士主要研究高速光电子学。

黄　丫１，３，田小建２，于　兰１，卢　虹１，李胜男１，孟　瑜１（１．长春工程学院能源动力工程学院，长春１３００１２；２．吉林大学电子科学与工程学院，长春１３００１２；３．吉林省建筑能源供应及室内环境控制工程研究中心，长春１３００１２）摘　要：设计了一种半导体激光器恒流驱动电路，使用金属—氧化物半导体场效应晶体管作为电流控制元件，通过反馈网络稳定电流，提高驱动电路输出模块的驱动能力和稳定性。

电路中设有限流保护和软起动保护，使半导体激光器驱动电路在提供大输出电流的同时，保证其稳定性、可靠性和安全性。

经实际测试，该驱动电路能够满足设计需求，为其他类似电路的设计提供了参考。

关键词：半导体激光器；恒流驱动；稳定度；软启动中图分类号：ＴＮ２９文献标志码：Ａ 文章编号：１００９－８９８４（２０２０）０２－００３２－０４０　引言半导体激光器又称为激光二极管，是采用半导体材料作为工作物质的激光器。

半导体激光器是最实用最主要的一类激光器。

它体积小、寿命长，可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。

基于这些优点，半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面获得了广泛的应用［１－２］。

随着半导体激光器需求量的增加，其驱动电源的重要性也不断提高。

15Internet Technology互联网+技术半导体激光器相较于其他激光器具有更广泛的波长覆盖范围，这对光纤通信的发展起到了重要的推动作用。

随着输出功率的提高和相干性的优化，半导体激光器在激光扫描、精密测量等领域展现出了巨大潜力。

然而，在实际应用中，大功率半导体激光器的抗电流干扰性能较差的缺陷更为明显。

为了改善这一点，需要从电源供电的角度入手，下文将对大功率半导体激光器电源的研究现状进行说明。

一、大功率半导体激光器电源的研究现状半导体激光器在工业生产和高新技术领域中得到了广泛应用，具有转换效率高、轻量化、易调制和易集成等特点。

大功率半导体激光器（为方便论述，下文简称为激光器）的工作原理是通过注入载流子实现的，因此电源供电的稳定性与激光器的输出存在密切联系。

通常情况下，半导体激光器会采用恒流源电源，此类电源的电流稳定度在0.001左右，且波纹系数较小。

此外，激光器为结型器件，抗电冲击能力较差。

据相关统计数据，若激光器突然失效，超过50%概率是因浪涌（突发性瞬态电脉冲）击穿导致。

在激光器工作过程中，电流可达到几十安培，除设定电压外，同时也会受到负载电压、噪声电压和输出电压的影响。

只有消除上述影响，才能确保电源电流的稳定输出，并进一步提高激光器的性能。

在早期激光器的开发过程中，因供电控制不当，导致许多零部件损坏。

所以在当前提高激光器稳定性能的研究主要集中在电源设计方面。

已经有很多学者专门针对激光器的电源及控制电路进行研究和制作。

此外，文献[1]中的相关实验表明，激光器的工作温度只要提高超过30℃，便会大幅度降低激光器的工作寿命。

基于上述分析，可以得出结论，当前亟待解决的问题是如何研究和设计出能够输出稳定电流、具有抗电冲击保护电路、高安全性和小体积的激光器电源。

根据当前激光器电源研究的现状分析，从结构的角大功率半导体激光器电源的设计度来看，电源控制电路可以分为三类：①模拟控制电路。

此类电路的原理是利用分立元件或较小规模的集成电路制作调节器，从而调节电源的输出电压、电流及功率。

收稿日期:2003-03-18. 基金项目:教育部高等学校骨干教师资助计划项目(教技司2000962号)1光电器件大功率半导体激光器驱动器的研究与设计邓　军,单江东,张　娜,田小建(吉林大学电子科学与工程学院,吉林长春130023)摘　要:　介绍了大功率半导体激光器恒流源的设计方法。

该恒流源采用功率M OSFET 作电流控制元件,运用负反馈原理稳定输出电流。

实际应用表明该恒流源对激光器安全可靠,输出电流的短期稳定度达到1×10-5。

关键词:　半导体激光器;恒流源;驱动电路;功率M OSFET 中图分类号:　T N245　文献标识码:　A 文章编号:　1001-5868(2003)05-0319-02R esearch and Design of H igh 2pow er Semiconductor Laser Diode DriverDE NGJun ,SH AN Jiang 2dong ,ZH ANG Na ,TI AN X iao 2jian(School of E lectronic Science and E ngineering ,Jilin U niversity ,Ch angchun 130023,CHN )Abstract :　The design of constant 2current supply power for a high 2power semiconductor laser diode is desribed.This constant 2current power supply uses a power M OSFET as the current control device ,and which uses the principle of negative feedback to adjust and stabilize the output current.The practical application indicates that the constant 2current power supply is safe and reliable to the laser diode ,with the short term stability of output current up to 1×10-5.K ey w ords :　semiconductor laser diode ;constant 2current power supply ;drive circuit ;power M OSFET1　引言半导体激光器不仅具有一般激光器高单色性、高相干性、高方向性和准直性的特点,还具有尺寸小、重量轻、低电压驱动、直接调制等优良特性,因而被越来越广泛地用于国防、科研、医疗、光通信等领域。

半导体激光器的恒流源摘要本文主要介绍恒流源，并分析一种半导体激光器较高稳定度恒流源驱动系统的电路。

恒流源驱动器的电路主要是由电压基准电路，电压电流转换电路和调整电路组成的。

它的整体设计思路是利用高性能斩波稳零运算放大器，运用负反馈原理，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。

关键字半导体激光器；恒流源；高稳定度；闭环负反馈Abstract: This paper focuses on the analysis of a semiconductor laser to a higher stability constant current source driver circuit. The constant current source drive circuit is mainly composed of the voltage reference circuit, the voltage-current converter circuit and adjust the circuit. It's overall design concept of high-performance chopper-stabilized op amps, the use of the principle of negative feedback, so that the whole closed-loop feedback system is in dynamic equilibrium, so as to achieve stable output current.Keywords:semiconductor laser；constant current source；with high stability；closed-loopnegative feedback1、引言半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的 PN 结为工作物质的一种小型化激光器，是依靠载流子注入而工作的，注入的电流的稳定性对半导体激光器的输出有直接且明显的影响。

大功率恒流源的设计恒流源（Constant Current Source）是一种电子设备，它能够提供并保持稳定的输出电流，无论负载的电阻值如何变化。

在电路设计中，常常需要使用恒流源来驱动负载，例如LED、激光二极管等。

本文将介绍大功率恒流源的设计过程。

首先，我们需要明确设计的要求和限制条件。

在设计大功率恒流源时，需要考虑以下几个关键参数：1.输出电流范围：确定所需的输出电流范围，以满足特定负载的要求。

2.输出电压范围：选择适当的输出电压范围，以满足特定负载的工作电压需求。

3.输出功率：根据负载的功率需求，确定所需的输出功率范围。

4.稳定性：确保输出电流的稳定性，以防止负载中的电压和电流波动。

接下来，我们将介绍大功率恒流源的设计步骤：步骤1：选择适当的电流源在设计恒流源之前，我们需要选择适当的电流源。

一般来说，常用的电流源包括运算放大器、普通二极管、场效应管等。

选择电流源时要注意其输出电流范围和稳定性。

步骤2：设计电流反馈环路为了实现恒流源的稳定性，我们需要设计电流反馈环路，使输出电流与参考电流保持一致。

这可以通过负反馈来实现，其中负载电流与参考电流比较，并通过控制电流源来实现输出电流的调节。

步骤3：选择适当的功率放大器为了实现大功率输出，我们需要选择适当的功率放大器。

常见的功率放大器包括MOSFET、功率晶体管等。

选择功率放大器时要考虑其最大功率输出和效率。

步骤4：设计电源供应为了提供足够的电源供应，我们需要设计适当的电源电路。

这可以通过使用变压器、整流器和滤波电容等组件来实现。

步骤5：进行样品测试和优化完成恒流源的设计后，我们需要进行样品测试和优化。

这包括测量输出电流的稳定性、负载调整的响应速度等。

根据测试结果，我们可以对电路进行优化和改进。

最后，根据设计需求和实际应用要求，我们可以选择适当的元件和电路拓扑来实现大功率恒流源。

在设计过程中，需要综合考虑电流范围、电压范围、功率输出和稳定性等因素，并进行适当的测试和优化。

半导体激光器LD恒流源调制电路的设计
与实验
概述
半导体激光器（LD）是一种重要的光电器件，广泛应用于通信、医疗和雷达等领域。

恒流源调制电路在LD的驱动中起到关键
作用。

本文将探讨半导体激光器LD恒流源调制电路的设计与实验。

设计原理
半导体激光器的工作需要稳定的电流源来实现恒定的激发电流。

恒流源调制电路通过控制输入信号和反馈电路的结构来实现恒流输出。

常见的调制电路设计方法包括共射极电路、共基极电路和共集
极电路。

实验步骤
1. 确定实验所需元器件，包括半导体激光器、恒流源电路、反
馈电路、电源等。

2. 根据实验需求选择合适的调制电路设计方法，如共射极电路。

3. 根据调制电路设计方法，搭建实验电路。

4. 进行实验前的参数调整和校准，确保实验的准确性和稳定性。

5. 施加输入信号并观察输出结果，记录实验数据。

6. 对实验数据进行分析和处理，评估恒流源调制电路的性能。

7. 针对实验结果进行必要的改进和优化，提高恒流源调制电路
的稳定性和效果。

结论
本文探讨了半导体激光器LD恒流源调制电路的设计与实验步骤。

恒流源调制电路的设计对于半导体激光器的驱动具有重要意义，能够实现稳定恒流输出。

根据实验结果，可以进行进一步的改进和
优化，提高调制电路的性能和稳定性。

参考文献：
注：以上内容仅供参考，请根据实际需求进行修改和完善。

半导体激光器恒流源激光器是一种能够产生高度聚焦、单色和高能量的光束的装置，广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。

而恒流源是指能够在外部负载变化的情况下，保持电流恒定的电源。

半导体激光器恒流源则是一种特殊的电源，用于为半导体激光器提供恒定的工作电流。

半导体激光器是一种利用半导体材料的特性产生激光的器件。

它由一个具有高反射率的反射镜和一个具有低反射率的输出镜组成。

当电流通过半导体材料时，会激发出光子，通过反射镜和输出镜的反射和透射，最终形成一束激光输出。

半导体激光器的工作电流决定了其输出功率和工作特性。

半导体激光器的工作电流需要保持恒定才能获得稳定的激光输出。

因为半导体材料的电阻会随温度变化而变化，而工作温度的变化会导致电阻的变化，从而影响到工作电流。

因此，为了保持激光器的稳定工作，需要使用恒流源来提供恒定的工作电流。

半导体激光器恒流源的设计考虑了半导体材料的特性和工作环境的影响。

首先，它需要能够提供恒定的电流输出，以保持激光器的稳定工作。

其次，它需要具备保护功能，当激光器发生故障或过载时，能够及时切断电流，以防止损坏激光器。

此外，半导体激光器恒流源还需要具备温度补偿功能，以消除温度对电流稳定性的影响。

半导体激光器恒流源可以采用多种电路设计实现。

一种常见的设计是使用反馈控制电路，通过对激光器电流进行反馈监测和调节，来实现恒流输出。

这种设计可以根据激光器工作状态的变化，及时调整输出电流，以保持恒定的工作电流。

另一种设计是采用电流源和电流限制器相结合的方式，通过限制输出电流的上限和下限，来实现恒流输出。

这种设计可以在一定范围内保持恒定的工作电流，同时可以保护激光器免受损坏。

除了恒流源，半导体激光器的稳定工作还需要考虑其他因素。

例如，半导体激光器的散热问题。

由于激光器在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，会导致激光器温度升高，进而影响到电流稳定性和激光输出的稳定性。

因此，在设计半导体激光器恒流源的同时，还需要考虑到散热问题，采取相应的散热措施，以确保激光器的稳定工作。