2024年9月8日发(作者：改问梅)
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
53 . 采用限流式保护电路 。若长时间工作于短路的情况
下 ,过热仍然会导致调整管的损坏 。此时可以采取
【责任编辑 邢怀民】
A Design of Driving Source f or Semicon ductor La ser
MAO Ha iΟtao ,L IN YongΟha i , ZHA NG JinΟlong , FENG Wei , C HAI
XiuΟl i , NIU JinΟxing ,L I FangΟzheng
( )School of Physics and Info r matio n Op tielicho nics , Henan U
niversit y , Kaifeng 475001 ,China
Abstract : Based o n t he characteristics of elect ro nic current
and op tical power fo r semico nducto r laser , an applicable L D
driving so urce is designed and f abricated by slowΟstart circult ,
stable waviness circult and A PC.
- 4 Power co nt rol is achieved. The steadiness is 4 ×10 .
() Key words : semico nducto r laser ; auto power co nt roller A PC;
driving so urce
2024年9月8日发(作者：改问梅)
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
53 . 采用限流式保护电路 。若长时间工作于短路的情况
下 ,过热仍然会导致调整管的损坏 。此时可以采取
【责任编辑 邢怀民】
A Design of Driving Source f or Semicon ductor La ser
MAO Ha iΟtao ,L IN YongΟha i , ZHA NG JinΟlong , FENG Wei , C HAI
XiuΟl i , NIU JinΟxing ,L I FangΟzheng
( )School of Physics and Info r matio n Op tielicho nics , Henan U
niversit y , Kaifeng 475001 ,China
Abstract : Based o n t he characteristics of elect ro nic current
and op tical power fo r semico nducto r laser , an applicable L D
driving so urce is designed and f abricated by slowΟstart circult ,
stable waviness circult and A PC.
- 4 Power co nt rol is achieved. The steadiness is 4 ×10 .
() Key words : semico nducto r laser ; auto power co nt roller A PC;
driving so urce