低壓差大電流集成可調穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)半導體激光器驅動電路的設計初級思路
二極管激光器及二極管泵浦的固體激光器現(xiàn)已成為固體激光器的發(fā)展主流,其轉換效率高,穩(wěn)定性好、可靠性高,是迄今惟一不需維護的激光系統(tǒng),具有輸出的光束質量高、體積小、結構緊湊等優(yōu)點,已經獲得了廣泛的應用。二極管泵浦固體激光器設計中涉及許多關鍵技術,電源技術是其中之一,它涉及的主要問題是如何根據(jù)固體激光器的要求設計半導體激光二極管的驅動電源。半導體激光器驅動電源的基本要求是: 恒流源、電流穩(wěn)定度高(至少應小于10-3)、紋波系數(shù)小、具有特殊的抗電沖擊措施和保護電路[1]。在實際項目中,二極管泵浦固體激光器用于機載導彈測距,采用808nm半導體大功率激光器作為泵浦源,要求驅動電源體積小,驅動電流2A,驅動方式為脈沖驅動,脈沖頻率和寬度獨立可調、蓄電池供電(5V左右)。目前許多的商用的或用于試驗研究的驅動電源很難完全滿足使用要求,因此為其設計簡單、方便、穩(wěn)定、可靠的驅動電源具有重要的意義。
1、電路結構及原理:
該半導體激光器驅動電源由脈沖電路、控制電路、穩(wěn)流電路和保護電路的四部分組成,系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2 穩(wěn)流電路
在穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源中,目前常用的是開關電源和線性電源,由于開關電源的瞬態(tài)響應較差、紋波系數(shù)較大,對瞬態(tài)特性和溫度度要求較高的半導體激光驅動電源采用線性電源較為合理。為了實現(xiàn)高的電流穩(wěn)定度,驅動電路大多采用負反饋的控制方法,原理圖見圖2。工作時,通過電阻電流采樣反饋為驅動電流提供有源控制。方法是在功率晶體管的源極串聯(lián)一個采樣電阻RS,用于取樣反饋,該取樣電壓經過I/U轉后,作為反饋電壓與設定電壓進行比較,進而通過調整功率晶體管的電阻大小對輸出電流If進行調整。整個閉環(huán)反饋系統(tǒng)處于動態(tài)平衡中,以達到穩(wěn)定電流的目的。輸出電流If與設定的參考電壓Vref的關系可由負反饋原理得到 ,上式只是一個近似的表達,隨著負載的不同和輸入電壓的變化,輸出電流還是有微小的變化,但是由于前置放大器放大倍數(shù)很高,使得輸出電流變化很小,穩(wěn)定度一般能達到10-5量級。
實際上,線形穩(wěn)壓源和穩(wěn)流源的結構原理基本相同,只是輸出方式的不一樣,即負載的加載方式不同,譬如,在圖2中,如果負載也采樣電阻并行連接,圖2 就成了一個恒定輸出電壓為Vref的穩(wěn)壓源。同樣的,基于這種方式的穩(wěn)壓源稍加調整也可作為恒流源。目前,各種可調穩(wěn)壓器集成芯片技術成熟,產品豐富,因此可以對這種芯片的功能進行擴展以滿足我們的設計要求。