專利名稱：大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及激光器直流驅(qū)動電路技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種 大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體激光已廣泛應(yīng)用于信息通信、醫(yī)療與軍事等許多領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷發(fā) 展對激光器的功率要求也越來越高，隨之而來的是要求對大功率激光器穩(wěn)定可靠高效的驅(qū)動。 因為激光器驅(qū)動電路是激光系統(tǒng)的最重要組成部分。這也就要求相應(yīng)的大功率激光器驅(qū)動電 路的性能的提升。就目前而言激光器驅(qū)動采用的方法都是用MOSFET，大功率三極管，或功 率運放的驅(qū)動，請參閱圖1所示。這些驅(qū)動電路在驅(qū)動小功率激光器(一般驅(qū)動電流〈1A) 時是一種可行有效的方法，但在驅(qū)動大功率激光器( 一般驅(qū)動電流> 2A,甚至達到幾十安培 以上)時，由于流過器件的電流很大，而一般這些器件為了方便控制輸出電流都工作在器件 的線性放大區(qū)。由于半導(dǎo)體器件固有特性，單工作于線性區(qū)時，器件壓降很大，這也是采用 這些器件用于控制電流的原因通過器件本身的壓降來控制輸出的電流。
但在大功率激光器驅(qū)動中，由于電流4艮大，如果器件壓降太大，則器件本身功耗很大， 會導(dǎo)致以下問題
(1) 器件本身發(fā)熱量很大，對系統(tǒng)的散熱要求非常高；
(2) 器件長期在高溫下工作，器件的壽命降低；
(3) 供電電源功率需求大，效率低；
(4) 在極端情況下，根本就很難做到大電流驅(qū)動。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種能夠有效控制激光器的功 率輸出、電路功耗較小、工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠、高效實用、適用范圍較為廣泛的大功率激光器 中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)。
為了實現(xiàn)上述的目的，本實用新型的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)具有如下構(gòu)成該大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，包括外部控制信號輸入端，其主要特點是，所 述的電路結(jié)構(gòu)中包括方波發(fā)生功能模塊、功率驅(qū)動功能模塊和濾波功能模塊，所述的外部控 制信號輸入端依次通過所述的方波發(fā)生功能模塊、功率驅(qū)動功能模塊和濾波功能模塊與激光 器功能電路相連接。
該大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)中的方波發(fā)生功能才莫塊可以為電流開關(guān)整形器、 PWM發(fā)生器或者單片機方波發(fā)生器。
該大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)中的單片機方波發(fā)生器為LTC3729方波發(fā)生功能 芯片。
該大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)中的功率驅(qū)動功能才莫塊可以為MOSFET場效應(yīng) 管電流開關(guān)電路或者功率三極管電流開關(guān)電路。
該大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)中的MOSFET場效應(yīng)管電流開關(guān)電路包括第一 場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管和第四場效應(yīng)管，所述的第一場效應(yīng)管和第二場效 應(yīng)管串聯(lián)跨接于電源和地之間，所述的第三場效應(yīng)管和第四場效應(yīng)管也串聯(lián)跨接于電源和地 之間，所述的第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管和第四場效應(yīng)管的柵極分別與方 波發(fā)生功能模塊的輸出端相連接，所述的濾波功能模塊的輸入端接于所述的第 一場效應(yīng)管和 第二場效應(yīng)管之間，且所述的濾波功能模塊的輸入端還接于所述的第三場效應(yīng)管和第四場效 應(yīng)管之間。
該大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)中的MOSFET場效應(yīng)管電流開關(guān)電路中還包括 第 一穩(wěn)壓保護二極管和第二穩(wěn)壓保護二極管，所述的第 一穩(wěn)壓保護二極管的正極接地，其負(fù)
極接于第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管之間，所述的第二穩(wěn)壓保護二極管的正極接地，其負(fù)極 接于第三場效應(yīng)管和第四場效應(yīng)管之間。
該大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)中的濾波功能模塊可以為LC濾波電路或者RC濾 波電路。
該大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)中的LC濾波電路包括第一電感、第二電感第一 電容和第二電容，所述的第一電感和第一電容串聯(lián)跨接于所述的功率驅(qū)動功能模塊的輸出端 與地之間，所述的第二電感和第二電容也串聯(lián)跨接于所述的功率驅(qū)動功能模塊的輸出端與地 之間，所述的激光器功能電路的輸入端接于所述的第一電感和第一電容之間，且所述的激光 器功能電路的輸入端還接于所述的第二電感和第二電容之間。
采用了該實用新型的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，由于其中的功率器件工作在 飽和區(qū)，降低器件本身的壓降，從而降低了器件的功耗，同時工作于飽和區(qū)'使器件只有開和關(guān)兩種工作狀態(tài)，通過一個可控的方波發(fā)生器來控制器件開和關(guān)的時間，以控制流過器件 的電功率。同時通過一個LC濾波系統(tǒng)，將開關(guān)的大電流信號濾波成穩(wěn)定的大電流直流，用 該直流電流去驅(qū)動激光器，能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，而且高效，開關(guān)器件功耗小，同時穩(wěn)定直流 的激光器驅(qū)動電流，并獲得大電流的驅(qū)動能力，使得能夠?qū)崿F(xiàn)大電流輸出，可以達到20A直 流，同時實現(xiàn)了低紋波，紋波<1%，并實現(xiàn)了驅(qū)動激光器的穩(wěn)定性〈i0.1dB,而且電流可調(diào) 整可控，通過控制信號(CS)實現(xiàn)了 0.5-20A的大范圍電流調(diào)整，同時整個電路轉(zhuǎn)換效率 >80%;另外，將CS控制信號接到檢流電路，實現(xiàn)了穩(wěn)定的電流源形成恒電流輸出的恒流 源；將CS信號接到輸出功率檢測電路，實現(xiàn)了恒輸出功率的電3各，工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，高 效實用，適用范圍較為廣泛。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)激光器驅(qū)動電路原理圖。
圖2為本實用新型的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)的功能模塊原理框圖。 圖3為本實用新型的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)的電路原理圖。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本實用新型的^^支術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細(xì)說明。
請參閱圖1所示，該大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，包括外部控制信號CS輸入 端，其中，所述的電路結(jié)構(gòu)中包括方波發(fā)生功能模塊SS、功率驅(qū)動功能模塊IS和濾波功能 模塊FT,所述的外部控制信號輸入端依次通過所述的方波發(fā)生功能模塊、功率驅(qū)動功能模塊 和濾波功能模塊與激光器功能電路LD相連接。
其中，所述的方波發(fā)生功能模塊可以為電流開關(guān)整形器、PWM發(fā)生器或者單片機方波發(fā) 生器，該單片機方波發(fā)生器可以采用Linear公司的LTC3729方波發(fā)生功能芯片。
同時，所述的功率驅(qū)動功能模塊可以為MOSFET場效應(yīng)管電流開關(guān)電路或者功率三極管 電流開關(guān)電路。
其中，所述的MOSFET場效應(yīng)管電流開關(guān)電路包括第一場效應(yīng)管Ml、第二場效應(yīng)管 M2、第三場效應(yīng)管M3和第四場效應(yīng)管M4,所述的第一場效應(yīng)管Ml和第二場效應(yīng)管M2 串聯(lián)跨接于電源和地之間，所述的第三場效應(yīng)管M3和第四場效應(yīng)管M4也串聯(lián)跨接于電源 和地之間，所述的第一場效應(yīng)管M1、第二場效應(yīng)管M2、第三場效應(yīng)管M3和第四場效應(yīng)管 M4的柵極分別與方波發(fā)生功能模塊的輸出端相連接，所述的濾波功能模塊的輸入端接于所述 的第一場效應(yīng)管Ml和第二場效應(yīng)管M2之間，且所述的濾波功能模塊的輸入端還接于所述的第三場效應(yīng)管M3和第四場效應(yīng)管M4之間。
不僅如此，該MOSFET場效應(yīng)管電流開關(guān)電路中還可以包括第一穩(wěn)壓保護二極管Dl和 第二穩(wěn)壓保護二極管D2，所述的第一穩(wěn)壓保護二極管Dl的正極接地，其負(fù)極接于第一場效 應(yīng)管Ml和第二場效應(yīng)管M2之間，所述的第二穩(wěn)壓保護二極管D2的正極接地，其負(fù)極接于 第三場效應(yīng)管M3和第四場效應(yīng)管M4之間。
同時，所述的濾波功能模塊可以為LC濾波電路或者RC濾波電路。
其中，該LC濾波電路包括第一電感Ll、第二電感L2第一電容和第二電容，所述的第 一電感Ll和第一電容串聯(lián)跨接于所述的功率驅(qū)動功能模塊的輸出端與地之間，所述的第二電 感L2和第二電容也串聯(lián)跨接于所述的功率驅(qū)動功能模塊的輸出端與地之間，所述的激光器功 能電路的輸入端接于所述的第一電感Ll和第一電容之間，且所述的激光器功能電路的輸入端 還接于所述的第二電感L2和第二電容之間。
在實際應(yīng)用當(dāng)中，由于激光器的驅(qū)動需要低噪聲的穩(wěn)定的恒流驅(qū)動，本實用新型就是通 過對方波發(fā)生器的精確控制大功率電流開關(guān)器件來達到控制大電流驅(qū)動電流的目的，以開關(guān) 脈沖的方式產(chǎn)生大電流方波，通過對方波的濾波獲得穩(wěn)定的直流電流輸出，該方波占空比可 通過輸入信號調(diào)整，通過調(diào)整占空比可以調(diào)整輸出電流的大小用于激光器可調(diào)的驅(qū)動電流。
請參閱圖l所示，其中控制信號CS,根據(jù)選擇的方波發(fā)生器的電路，可以是電壓信號， 電流信號或數(shù)字信號?？刂菩盘朇S控制方波發(fā)生器SS,方波發(fā)生器根據(jù)控制信號的來決定 發(fā)出方波信號的占空比，如果要求驅(qū)動電流很大，則輸出方波占空比4艮大，反之，如果驅(qū)動 電流需要很d、，則方波發(fā)生器輸出方波占空比很'J 、。
方波發(fā)生器驅(qū)動電流功率開關(guān)IS,電流功率開關(guān)器件#4居方波發(fā)生器送來的方波的高電 平和低電平時間，來開關(guān)電源電流。也就是說當(dāng)方波發(fā)生器送來的是高電平的時間內(nèi)，開 關(guān)IS打開，電流通過；反之，如果是低電平，則開關(guān)IS關(guān)斷，無電流通過。
由大電流開關(guān)IS送出的開關(guān)電流，經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)FT,將其開關(guān)的大電流濾波，變成穩(wěn) 定的直流電源，供給激光器LD,從而實現(xiàn)激光器小紋波直流的驅(qū)動。
再請參閱圖2所示
CS控制信號——在此處為外部送來的電壓信號，電壓高，系統(tǒng)輸出電流大；反之，電 壓低輸出電流小。同時該輸入信號包括但不限于模擬電壓信號、模擬電流信號、或者數(shù)字 信號《
SS方波發(fā)生器——采用Linear公司的LTC3729芯片來產(chǎn)生方波信號，CS信號連接 LTC3279的EAIN腳。同時該方波發(fā)生器是本實用新型中的核心器件，該方波發(fā)生器包括但不限于電流開關(guān)整形器、PWM發(fā)生器、單片機以及其它的方波發(fā)生器。
IS電流開關(guān)■^采用4只大功率MOS管來實現(xiàn)，Ml、M3選用1RF公司的IRF7811W，
M2、 M4選用IRF公司的IRF7822， D1和D2為保護二極管，采用UP5840。該功率驅(qū)動器件
可以是但不限于MOSFET、功率三極管或其它電壓控制輸出電流的器件。
FT濾波電路——采用2只0.8pH 20A電感，和2只并聯(lián)的1000pF耐壓> 16V的鋁電
解電容構(gòu)成LC濾波器。該濾波電路包括-f旦不限于LC濾波，RC濾波或其它的電壓濾波電路。
該方案可以提供最大10A的低波動(<1% )的直流電流。依此電路設(shè)計的大功率光源 的輸出功率穩(wěn)定度在士0.1dB左右。
采用了上述的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，由于其中的功率器件工作在飽和區(qū)， 降低器件本身的壓降，從而降低了器件的功耗，同時工作于飽和區(qū)，使器件只有開和關(guān)兩種 工作狀態(tài)，通過一個可控的方波發(fā)生器來控制器件開和關(guān)的時間，以控制流過器件的電功率。 同時通過一A LC濾波系統(tǒng)，將開關(guān)的大電流信號濾波成穩(wěn)定的大電流直流，用該直流電流 去驅(qū)動激光器，能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，而且高效，開關(guān)器件功耗小，同時穩(wěn)定直流的激光器驅(qū) 動電流，并獲得大電流的驅(qū)動能力，使得能夠?qū)崿F(xiàn)大電流輸出，可以達到20A直流，同時實 現(xiàn)了低紋波，紋波<1%，并實現(xiàn)了驅(qū)動激光器的穩(wěn)定性〈i0.1dB,而且電流可調(diào)整可控，通 過控制信號(CS)實現(xiàn)了 0.5-20A的大范圍電流調(diào)整，同時整個電路轉(zhuǎn)換效率〉80%;另 外，將CS控制信號接到檢流電路，實現(xiàn)了穩(wěn)定的電流源形成恒電流輸出的恒流源；將CS信 號接到輸出功率檢測電路，實現(xiàn)了恒輸出功率的電路，工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，高效實用，適用 范圍較為廣泛。
在此說明書中，本實用新型已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出 各種修改和變換而不背離本實用新型的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性 的而非限制性的。
權(quán)利要求1、一種大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，包括外部控制信號輸入端，其特征在于，所述的電路結(jié)構(gòu)中包括方波發(fā)生功能模塊、功率驅(qū)動功能模塊和濾波功能模塊，所述的外部控制信號輸入端依次通過所述的方波發(fā)生功能模塊、功率驅(qū)動功能模塊和濾波功能模塊與激光器功能電路相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的方 波發(fā)生功能模塊為電流開關(guān)整形器、PWM發(fā)生器或者單片機方波發(fā)生器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的單 片機方波發(fā)生器為LTC3729方波發(fā)生功能芯片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的功 率驅(qū)動功能模塊為MOSFET場效應(yīng)管電流開關(guān)電路或者功率三極管電流開關(guān)電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的 MOSFET場效應(yīng)管電流開關(guān)電路包括第一場效應(yīng)管(Ml)、第二場效應(yīng)管(M2)、第三場效 應(yīng)管(M3)和第四場效應(yīng)管(M4)，所述的第一場效應(yīng)管(Ml)和第二場效應(yīng)管(M2)串 聯(lián)跨接于電源和地之間，所述的第三場效應(yīng)管(M3)和第四場效應(yīng)管(M4)也串聯(lián)跨接于 電源和地之間，所述的第一場效應(yīng)管(Ml)、第二場效應(yīng)管(M2)、第三場效應(yīng)管(M3)和 第四場效應(yīng)管(M4)的柵極分別與方波發(fā)生功能模塊的輸出端相連接，所述的濾波功能模塊 的輸入端接于所述的第一場效應(yīng)管(Ml)和第二場效應(yīng)管(M2)之間，且所述的濾波功能 模塊的輸入端還接于所述的第三場效應(yīng)管(M3)和第四場效應(yīng)管(M4)之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的 MOSFET場效應(yīng)管電流開關(guān)電路中還包括第一穩(wěn)壓保護二極管(Dl )和第二穩(wěn)壓保護二極管(D2)，所述的第一穩(wěn)壓保護二極管(Dl)的正極接地，其負(fù)極接于第一場效應(yīng)管(Ml)和 第二場效應(yīng)管(M2)之間，所述的第二穩(wěn)壓保護二極管(D2)的正極接地，其負(fù)極接于第三 場效應(yīng)管(M3)和第四場效應(yīng)管(M4)之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的濾波功能模塊為LC濾波電路或者RC濾波電路。
8、 才艮據(jù)權(quán)利要求7所述的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的 LC濾波電路包括第一電感(Ll )、第二電感(L2 )第一電容和第二電容，所述的第一電感(Ll ) 和第一電容串聯(lián)跨接于所述的功率驅(qū)動功能模塊的輸出端與地之間，所述的第二電感(L2)和第二電容也串聯(lián)跨接于所述的功率驅(qū)動功能模塊的輸出端與地之間，所述的激光器功能電 路的輸入端接于所述的第一電感(Ll)和第一電容之間，且所述的激光器功能電路的輸入端 還接于所述的第二電感(L2)和第二電容之間。
專利摘要本實用新型涉及一種大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，包括外部控制信號輸入端/方波發(fā)生功能模塊、功率驅(qū)動功能模塊和濾波功能模塊，外部控制信號輸入端依次通過方波發(fā)生功能模塊、功率驅(qū)動功能模塊和濾波功能模塊與激光器功能電路連接。采用該種結(jié)構(gòu)的大功率激光器中的直流驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，高效穩(wěn)定，并獲得大電流的驅(qū)動能力和低紋波，驅(qū)動激光器穩(wěn)定性高，而且電流可調(diào)整可控，通過控制信號CS實現(xiàn)了大范圍電流調(diào)整，整個電路轉(zhuǎn)換效率高；將CS控制信號接到檢流電路，實現(xiàn)了穩(wěn)定的電流源形成恒電流輸出的恒流源；將CS信號接到輸出功率檢測電路，實現(xiàn)了恒輸出功率的電路，工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，高效實用，適用范圍較為廣泛。
文檔編號H01S5/00GK201247906SQ20082015041
公開日2009年5月27日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者濤 張, 陳鋒華 申請人:上海拜安信息科技有限公司