專利名稱：激光二極管用電源控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)半導(dǎo)體激光器中PN結(jié)流過(guò)電流，對(duì)進(jìn)行激光振蕩的激光二極管進(jìn)行電流供給控制的激光二極管用電源控制裝置。


圖10是表示現(xiàn)有激光二極管用電源控制裝置總體電路構(gòu)成的電路圖。
圖10中，電源1由直流電源等恒流源構(gòu)成。電流控制用開(kāi)關(guān)元件2與電源1連接，按外部信號(hào)即輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)PL進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。電源1連接有電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和反接的二極管3組成的串聯(lián)電路。電流控制用開(kāi)關(guān)元件2與二極管3串聯(lián)的接點(diǎn)a連接有電抗器4，該電抗器4的另一端與多個(gè)串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極一側(cè)連接。這里，令電抗器4與激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極一側(cè)的接點(diǎn)為接點(diǎn)b。而激光二極管LD1～LDn陰極一側(cè)同電源1與二極管3之間的接點(diǎn)連接。令激光二極管LD1～LDn陰極一側(cè)與電源1與二極管3的接點(diǎn)為接點(diǎn)c。
對(duì)激光二極管LD1～LDn的供電是通過(guò)對(duì)電流控制用開(kāi)關(guān)元件2的開(kāi)關(guān)控制，經(jīng)電抗器4進(jìn)行的。
該激光二極管LD1～LDn將其輸出的激光8照在固體激光介質(zhì)5(棒)上，通過(guò)全反射鏡7和半反射鏡6激勵(lì)它，進(jìn)行激光振蕩，從半反射鏡6一側(cè)獲得激光8。提供給激光二極管LD1～LDn的電流，由電流檢測(cè)器9檢測(cè)電抗器4所流電流，該電流檢測(cè)器9的檢測(cè)輸出通過(guò)反饋給誤差比較器10，與指令器11的指令值I TH比較，以應(yīng)提供等于指令值I TH的電流對(duì)電流控制用開(kāi)關(guān)元件2進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。該指令值I TH由按輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)PL動(dòng)作的模擬門(mén)12導(dǎo)通·截止，結(jié)果對(duì)提供給激光二極管LD1～LDn的電流進(jìn)行導(dǎo)通·截止控制，提供設(shè)定為指令值I TH的穩(wěn)恒電流。
圖11是用于說(shuō)明圖10激光二極管用電源控制裝置動(dòng)作的波形圖和時(shí)序圖。
圖11中，圖11(a)是使模擬開(kāi)關(guān)12導(dǎo)通·截止的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)PL的波形，圖11(b)是提供給激光二極管LD1～LDn電流的激光二極管輸入電流(I)的波形，圖11(c)是提供給激光二極管LD1～LDn的激光二極管外接電壓(V)的波形。
首先，在時(shí)刻T1輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)PL一旦信號(hào)導(dǎo)通，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2便導(dǎo)通，由于電抗器4的電感作用，按規(guī)定的時(shí)間常數(shù)使電流增加。在時(shí)刻T2，電抗器4的電流一旦達(dá)到指令值I TH，便對(duì)電流控制用開(kāi)關(guān)元件2進(jìn)行導(dǎo)通·截止控制，使之成為穩(wěn)恒電流。具體來(lái)說(shuō)，電流檢測(cè)器9的檢測(cè)輸出輸入誤差比較器10，通過(guò)與另一端輸入的指令器11指令值I TH比較，以應(yīng)提供等于指令值ITH的電流對(duì)電流控制用開(kāi)關(guān)元件2進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。在時(shí)刻T3，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)PL一旦信號(hào)截止，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2便截止，電抗器4的電流按規(guī)定的時(shí)間常數(shù)減少。該電抗器4貯存由電感和電流值所確定的能量，因而，要使電流截止，需要花時(shí)間直至?xí)r刻T4。而且，電流增加的時(shí)刻T1～T2這段時(shí)間也向電抗器4的電感貯存能量，電感大則費(fèi)時(shí)。尤其是接下來(lái)在時(shí)刻T5～T6間所要輸出的脈沖其脈沖寬度較短的話，如時(shí)刻T5～T7間輸出電流波形I11所示，會(huì)無(wú)法形成矩形波。
現(xiàn)有的激光二極管用電源控制裝置，由這種電路構(gòu)成，因而即便在時(shí)刻T5～T6間要輸出脈沖寬度較短的脈沖，提供給激光二極管LD1～LDn電流的激光二極管輸入電流(I)的波形，也會(huì)如時(shí)刻T5～T7間輸出電流波形I11所示，無(wú)法形成矩形波，輸出電流響應(yīng)速度慢，無(wú)法輸出正確的脈沖電流波形。
因此，本發(fā)明正是要解決上述問(wèn)題，其目的在于提供一種使供給激光二極管的電流迅速響應(yīng)的激光二極管用電源控制裝置。
權(quán)項(xiàng)1的激光二極管用電源控制裝置，包括1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管；與所述激光二極管連接的恒流源；未得到所述激光二極管輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，形成使所述恒流源輸出的電流循環(huán)的環(huán)路，而得到所述激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，則形成所述恒流源向所述激光二極管供電的電路的電流切換電路。
權(quán)項(xiàng)2的激光二極管用電源控制裝置，包括1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管；與所述激光二極管串聯(lián)連接的電抗器；與所述激光二極管和電抗器串聯(lián)連接、進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制以向所述激光二極管提供穩(wěn)恒電流的電流控制用開(kāi)關(guān)元件；通過(guò)串聯(lián)連接的所述電流控制用開(kāi)關(guān)元件和所述電抗器向所述激光二極管供電的電源；未從所述激光二極管得到輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，形成使所述電流控制用開(kāi)關(guān)元件和所述電抗器通電的環(huán)路，而得到所述激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，則形成向所述電流控制用開(kāi)關(guān)元件、所述電抗器和所述激光二極管供電的電路的電流切換電路。
權(quán)項(xiàng)3的激光二極管用電源控制裝置，未得到所述輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，預(yù)先使電流控制用開(kāi)關(guān)元件動(dòng)作，所述電抗器電流等于指令值后，對(duì)所述激光器輸出指令信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)通·截止，并且在使所述激光器輸出截止之后，使電流控制用開(kāi)關(guān)元件停止動(dòng)作。
權(quán)項(xiàng)4的激光二極管用電源控制裝置，所述1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管中每一激光二極管并聯(lián)連接反向二極管和電阻當(dāng)中的至少一種。
權(quán)項(xiàng)5的激光二極管用電源控制裝置，所述1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管，并聯(lián)連接有在所述激光二極管附近且反向連接的二極管和相對(duì)于所述二極管并聯(lián)連接并由所述電阻和電容器組成的串聯(lián)電路。
權(quán)項(xiàng)6的激光二極管用電源控制裝置，向所述激光二極管供電的電源電壓設(shè)定為所述激光二極管正向壓降經(jīng)合計(jì)后的2倍左右。
權(quán)項(xiàng)7的激光二極管用電源控制裝置，所述激光二極管所輸出的激光是激勵(lì)固體激光介質(zhì)，得到激光的。
圖1是示意本發(fā)明實(shí)施例1激光二極管用電源控制總體電路的電路圖。
圖2是示意本發(fā)明實(shí)施例1激光二極管用電源控制裝置激光二極管一側(cè)電路的電路概念圖。
圖3是用以說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例1激光二極管用電源控制裝置動(dòng)作的時(shí)序圖和波形圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1激光二極管用電源控制裝置在激光二極管通電時(shí)實(shí)測(cè)的電流波形圖。
圖5是示意本發(fā)明實(shí)施例2激光二極管用電源控制裝置激光二極管一側(cè)電路的電路圖。
圖6是示意本發(fā)明實(shí)施例2激光二極管用電源控制裝置激光二極管一側(cè)電路的電路概念圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例2激光二極管用電源控制裝置在激光二極管通電時(shí)實(shí)測(cè)的電流波形圖。
圖8是示意本發(fā)明實(shí)施例3激光二極管用電源控制裝置總體電路的電路圖。
圖9是用以說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例3激光二極管用電源控制裝置動(dòng)作的時(shí)序圖和波形圖。
圖10是示意現(xiàn)有激光二極管用電源控制裝置總體電路構(gòu)成的電路圖。
圖11是用以說(shuō)明圖10激光二極管用電源控制裝置動(dòng)作的波形圖和時(shí)序圖。
以下說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖1是示意本發(fā)明實(shí)施例1激光二極管用電源控制裝置總體電路的電路圖。圖2是示意本發(fā)明實(shí)施例1激光二極管用電源控制裝置采用4個(gè)激光二極管的情形激光二極管一側(cè)電路的電路概念圖。
圖1中，電源1是直流電源等恒流源。MOSFET(MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管)組成的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2與電源1正極一端連接，按外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。該電源1與現(xiàn)有例相同，連接有電流控制用開(kāi)關(guān)元件2與二極管3連接而成的串聯(lián)電路，二極管3相對(duì)于電源1反向連接，二極管3起到后面述及的包含電抗器4、激光二極管LD1～LDn等在內(nèi)的電路等的續(xù)流作用。電流控制用開(kāi)關(guān)元件2與二極管3的接點(diǎn)d連接電抗器4的一端，該電抗器4的另一端與激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極一側(cè)連接。令該電抗器4另一端與激光二極管LD1～LDn的連接點(diǎn)為接點(diǎn)e。而激光二極管LD1～LDn的陰極一端通過(guò)后面述及的第一開(kāi)關(guān)元件23同電源1與二極管3的接點(diǎn)f一側(cè)連接。這里，令激光二極管LD1～LDn陰極一側(cè)與第一開(kāi)關(guān)元件23的連接點(diǎn)為接點(diǎn)g。并且，令激光二極管LD1～LDn的陽(yáng)極和陰極分別連接至上述電抗器4一側(cè)接點(diǎn)e和第一開(kāi)關(guān)元件23一側(cè)接點(diǎn)g的實(shí)際引線31、32的連接端子為輸出端子DA、DK。
提供給激光二極管LD1～LDn的電流，是由電流檢測(cè)器9檢測(cè)電抗器4的電流，該電流檢測(cè)器9的檢測(cè)輸出通過(guò)反饋給誤差比較器10，與指令器11所設(shè)定的指令值I TH比較，以指令值I TH的電流進(jìn)行電流供給對(duì)電流控制用開(kāi)關(guān)元件2進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。該指令值I TH由驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST所驅(qū)動(dòng)的模擬門(mén)12導(dǎo)通·截止。該模擬門(mén)12由控制激光8開(kāi)始和停止的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST進(jìn)行通導(dǎo)·截止控制。
這里，就驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST而言，所占用的時(shí)間超過(guò)按照與電抗器4時(shí)間常數(shù)所確定的時(shí)間之和求出的值，其中至少包含激光二極管LD1～LDn輸出激光8這種輸出指令信號(hào)即激光器輸出指令信號(hào)PO的時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST可以在電源接通時(shí)以規(guī)定脈沖寬度按重復(fù)脈沖頻率連續(xù)發(fā)生，也可以使激光器輸出指令信號(hào)PO一側(cè)信號(hào)延遲，在該激光器輸出指令信號(hào)PO上升沿之前發(fā)生規(guī)定脈沖寬度的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST。不論哪一種，只要能夠在激光器輸出指令信號(hào)PO之前，即激光器輸出指令信號(hào)PO上升沿之前，由驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST使電抗器4通電的電源值達(dá)到或接近指令器11所設(shè)定的指令值I TH就行。
作為使激光二極管LD1～LDn輸出激光8這種輸出指令信號(hào)的激光器輸出指令信號(hào)PO，由AND(“與”門(mén))電路21得到其與驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST的邏輯積，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器22驅(qū)動(dòng)MOSFET等組成的第一開(kāi)關(guān)元件23，并由反相驅(qū)動(dòng)器27使AND電路21的輸出反相，驅(qū)動(dòng)第二開(kāi)關(guān)元件25。具體來(lái)說(shuō)，發(fā)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST和激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，按照AND電路21的輸出，第一開(kāi)關(guān)元件23和第二開(kāi)關(guān)元件25中某一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)，另一個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)。第二開(kāi)關(guān)元件25同電源1與二極管3的接點(diǎn)f和與電抗器4輸出一側(cè)即激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極一側(cè)的接點(diǎn)e連接。而第一開(kāi)關(guān)元件23連接在電源1與二極管3的接點(diǎn)f和與激光二極管LD1～LDn陰極一側(cè)的接點(diǎn)g之間。而電源1的正極和激光二極管LD1～LDn一側(cè)的接點(diǎn)e之間反向連接有二極管26。此外，電源1和激光二極管LD1～LDn陰極一側(cè)的接點(diǎn)g之間也反向連接有二極管24。
輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST和激光輸出指令信號(hào)PO的AND電路21，使該ADN電路21輸出放大的驅(qū)動(dòng)器22以及反相放大的反相驅(qū)動(dòng)器27，第二開(kāi)關(guān)元件25以及二極管26，和第一開(kāi)關(guān)元件23以及二極管24，構(gòu)成本實(shí)施例電流切換電路200，尤其是其中第二開(kāi)關(guān)元件25以及二極管26和第一開(kāi)關(guān)元件23以及二極管24構(gòu)成切換部200A。
而且，由指令器11、模擬門(mén)12、誤差比較器10、該誤差比較器10驅(qū)動(dòng)的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2、二極管3、電抗器4和檢測(cè)該電抗器4電流的電流檢測(cè)器9，構(gòu)成靠開(kāi)關(guān)動(dòng)作形成穩(wěn)恒電流發(fā)生源的恒流源100。
另外，恒流源100的輸出通過(guò)切換部200A，在其輸出端子DA、DK之間經(jīng)引線31、32連接有多個(gè)串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn。
通常，恒流源100的輸出經(jīng)切換部200A，其輸出端子DA、DK與多個(gè)串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn(圖2實(shí)施例中為4個(gè))間如圖2實(shí)施例所示，由陽(yáng)極一側(cè)引線31和陰極一側(cè)引線32連接，引線31和引線32分別具有自感L31和自感L32。
如圖1和圖2所示，各個(gè)激光二極管LD1～LD2反向并聯(lián)連接有二極管D1～Dn和電阻R1～Rn。
這里，激光二極管LD1～LDn將其輸出的激光8照在固體激光介質(zhì)5(棒)上，通過(guò)由全反射鏡7和半反射鏡6使之激勵(lì)，進(jìn)行激光振蕩，從半反射鏡6一側(cè)得到激光輸出，因而實(shí)施本發(fā)明時(shí)，激光二極管LD1～LDn可以根據(jù)規(guī)定的激光輸出，按1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管加以利用。這時(shí)，雖未圖示，各個(gè)激光二極管LD1～LDn可以反向并聯(lián)連接二極管D1～Dn和電阻R1～Rn，也可以反向并聯(lián)連接二極管D1～Dn和電阻R1～Rn其中一種。這時(shí)，反向的二極管D1～Dn和電阻R1～Rn是用于反向電壓吸收的，也可以根據(jù)反向感生電動(dòng)勢(shì)的大小僅僅為二極管D1～Dn或電阻R1～Rn。
圖3是說(shuō)明圖1所示本發(fā)明實(shí)施例1激光二極管用電源控制裝置動(dòng)作的時(shí)序圖和波形圖。
圖3中，圖3(a)是示意驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST的波形圖，圖3(b)是電源輸出的輸出電流的波形圖，圖3(c)是示意激光器輸出指令信號(hào)PO的波形圖，圖3(d)是激光二極管LD1～LDn通電的電流波形圖，圖3(e)是示意電源負(fù)極和輸出端子DA電位的波形圖，圖3(f)是示意電源負(fù)極和輸出端子DK電位的波形圖。
首先圖3(a)驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST為時(shí)刻t1導(dǎo)通(“H”)、時(shí)刻t6截止(“L”)的信號(hào)。未獲得激光輸出時(shí)，輸出信號(hào)PO如圖3(c)所示為截止(“L”)，因而AND電路21的輸出為“L”，第二開(kāi)關(guān)元件25便導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)元件23截止。驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST一旦為“H”，模擬門(mén)12便導(dǎo)通，因而誤差比較器10電流控制用開(kāi)關(guān)元件2導(dǎo)通，如圖3(b)中電源1輸出的電源輸出電流波形的上升沿波形I21所示，電流按電抗器4的時(shí)間常數(shù)增加。該電流值一旦達(dá)到指令值I TH，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2便反復(fù)導(dǎo)通、截止，以使電流保持一定值，以便維持在指令值I TH。另外，此時(shí)第二開(kāi)關(guān)元件25導(dǎo)通，因而電抗器4的電流全部通過(guò)該第二開(kāi)關(guān)元件25，輸出端子DA電壓即接點(diǎn)e的電壓僅僅為第二開(kāi)關(guān)元件25的壓降，如圖3(e)所示大致為零。而且，由于第一開(kāi)關(guān)元件23截止，輸出端子DK電壓即接點(diǎn)g的電壓如圖3(f)所示，低于激光二極管LD1～LDn正向壓降，為零。
但在時(shí)刻t2，圖3(c)的激光器輸出指令信號(hào)PO一旦為“H”電平，第二開(kāi)關(guān)元件25便截止，第一開(kāi)關(guān)元件23導(dǎo)通。輸出端子DA與輸出端子DK之間連接的激光二極管LD1～LDn，通過(guò)電抗器4和第一開(kāi)關(guān)元件23與電源1連接，在此之前流過(guò)電抗器4的電流，切換流至激光二極管LD1～LDn一側(cè)。此電流如圖3(d)激光二極管輸入電流波形I31所示，電抗器4沒(méi)有隨電流通路的切換而發(fā)生電流變化，因而沒(méi)有電抗器4所具有的電感影響，電流上升沿非常迅速。這時(shí)，輸出端子DK的電壓即接點(diǎn)g的電壓僅為第一開(kāi)關(guān)元件23的壓降，如圖3(f)所示，大致為零。輸出端子DA的電壓即接點(diǎn)e的電壓，為大致等于激光二極管LD1～LDn正向壓降的電壓。
另外，短時(shí)間的峰值電壓波形(尖峰信號(hào))E41、E42在時(shí)刻t2(和時(shí)刻t4)初期如圖3(e)所示，是第一開(kāi)關(guān)元件23與第二開(kāi)關(guān)元件25切換時(shí)，因引線31和32本身具有的自感L31、L32所造成的電流上升沿延遲產(chǎn)生的。
而時(shí)刻t3一旦激光器輸出指令信號(hào)PO為“L”，第二開(kāi)關(guān)元件25便處于導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)元件23處于截止。因而，輸出端子DA電壓大致為零，輸出端子DK電壓產(chǎn)生引線31和32本身具有的自感L31、L32所造成的反向感生電壓的期間，形成有二極管24、電源1、二極管3、電抗器4、激光二極管LD1～LDn的環(huán)路，向電源1回饋能量，激光二極管LD1～LDn的電流一旦為零，輸出端子DK便成為開(kāi)路狀態(tài)。時(shí)刻t3(和時(shí)刻t5)初期，如圖3(f)所示的短時(shí)間峰值電壓波形(尖峰信號(hào))E51、E52正是這種因素所造成的。
這樣，電抗器4沒(méi)有隨電流通路的切換產(chǎn)生電流變化，因而沒(méi)有電抗器4所具有的電感的影響，圖3(d)所示的電流上升沿、下降沿非常迅速，因而即便是時(shí)刻t4～t5間寬度較窄的激光器輸出指令信號(hào)PO，也能使正確的脈沖電流流過(guò)激光二極管LD1～LDn。
在時(shí)刻t6，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST一旦截止，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2便截止，電抗器4的電流如圖3(b)波形I22所示，在第二開(kāi)關(guān)元件25和二極管3之間循環(huán)，逐步減小。這樣減小時(shí)電抗器4的電流未給激光二極管LD1～LDn帶來(lái)任何影響。
這樣，作為本實(shí)施例1激光二極管用電源控制裝置的基本動(dòng)作，控制成驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST為“H”且電抗器4的電流達(dá)到指令值ITH之后，使激光器輸出指令信號(hào)PO導(dǎo)通·截止，激光器輸出指令信號(hào)PO截止之后一旦驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST為“L”，便總能如激光二極管輸出電流波形I31、I32所示，將激光二極管LD1～LDn的輸入電流，作為上升沿、下降沿迅速且峰值等于指令值I TH的脈沖信號(hào)輸出。而且，即便輸出端子DA、DK與激光二極管LD1～LDn的距離較長(zhǎng)，也能得到迅速的電流響應(yīng)，因而對(duì)輸出大的激光收發(fā)器即激光二極管LD1～LDn同輸出端子DA、DK間的距離較長(zhǎng)，激光二極管LD1～LDn輸入電流較大的情形尤其有效。
串聯(lián)連接的激光二極管LD1-LDn分別反向連接有二極管D1～Dn，但實(shí)施本發(fā)明的場(chǎng)合，由于激光二極管用電源控制裝置的輸出電流上升沿、下降沿非常迅速，所以很可能因引線31、32的電感L31、L32，第一開(kāi)關(guān)元件23、第二開(kāi)關(guān)元件25、二極管24、26、激光二極管LD1～LDn的靜電電容和配線間的雜散電容等而產(chǎn)生振蕩電流。這時(shí)，利用二極管D1～Dn防止反向感生電壓加在高成本的激光二極管LD1～LDn上，以免損壞。電阻R1～Rn采取相同電阻值，在激光二極管LD1～LDn間電壓截止時(shí)取得平衡，防止電壓集中于特定的激光二極管LD1～LDn。而電流流過(guò)激光二極管LD1～LDn時(shí)，即便所用的電阻為例如20Ω這樣低的電阻值，消耗功率相對(duì)于激光二極管也小到可以忽略。此外，對(duì)于振蕩電流具有防止該振蕩的作用。連接二極管D1～Dn和電阻R1～Rn兩者，當(dāng)然也具有相同效果。
電源I相對(duì)于激光二極管LD1～LDn串聯(lián)連接的正向電壓越高，上升沿速度越迅速，但下降沿與之無(wú)關(guān)。而電源1電壓較高的話，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2的開(kāi)關(guān)損耗便增加，或者噪聲增多，因而不希望太高的電壓。正向電壓的合計(jì)值設(shè)定為電源1電壓2倍左右的話，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2導(dǎo)通時(shí)電抗器4一旦電流增加，便與截止時(shí)電流的減少相同，流過(guò)電流控制用開(kāi)關(guān)元件2與二極管3的電流的平均值相同，因而電流均衡，總體上可以低成本地構(gòu)成高輸出的電源1。
本發(fā)明實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置，如上所述，具有直流電壓的最佳值，但直流電壓的變動(dòng)不會(huì)給輸出電流波形帶來(lái)影響，因而即便是僅對(duì)工頻交流電壓進(jìn)行整流的電壓，也能相對(duì)于電壓的變動(dòng)，向激光二極管LD1～LDn提供足夠穩(wěn)定的脈沖電流。此外，靠本實(shí)施例激光二極管用電源控制裝置對(duì)激光二極管LD1～LDn提供電流，通過(guò)由所輸出的激光8激勵(lì)固體激光介質(zhì)(YAG激光棒)，在對(duì)置的半反射鏡6和全反射鏡7之間進(jìn)行激光振蕩，可以高效率地輸出激光8?；谶@種激光二極管LD1～LDn對(duì)YAG激光器激勵(lì)的效果在于，效率非常高，而且可以由該激光二極管用電源控制裝置輸出的電流其響應(yīng)速度迅速的脈沖電流獲得脈沖形式的激光8，在激光加工用途方面較出色。
(實(shí)施例2)仔細(xì)研究上述實(shí)施例1，會(huì)發(fā)生下述現(xiàn)象。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2激光二極管用電源控制裝置的具體波形圖，圖4(d)是激光二極管LD1～LDn通電的電流波形圖，圖4(e)是示意電源負(fù)極和輸出端子DA電位的波形圖實(shí)測(cè)值。
具體來(lái)說(shuō)，在時(shí)刻t3使激光器輸出指令信號(hào)PO從“H”變?yōu)椤癓”，則第二開(kāi)關(guān)元件25從截止變?yōu)閷?dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)元件23從導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。這時(shí)，輸出端子DA的電壓，產(chǎn)生引線31、32所具有的自感L31、L32造成的反向感應(yīng)電壓，形成有二極管24、電源1、二極管3、電抗器4、激光二極管LD1～LDn的環(huán)路，激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極一側(cè)很可能產(chǎn)生負(fù)電壓的尖峰電壓E43。而且，這在圖4(d)中也會(huì)出現(xiàn)為負(fù)電壓的尖峰電流I33。這是激光二極管LD1～LDn同自感L31、L32以及二極管D1～Dn結(jié)電容的諧振造成的。
具體來(lái)說(shuō)，該負(fù)電壓是由于激光二極管LD1～LDn具有普通二極管的電氣特性，所以引線31、32的電感L31、L32，第一開(kāi)關(guān)元件23、第二開(kāi)關(guān)元件25、二極管24、26、激光二極管LD1～LDn的結(jié)電容，和配線間的雜散電容等的諧振所產(chǎn)生的電壓作為負(fù)電壓保留的。
該負(fù)電壓由反向并聯(lián)連接的二極管D1～Dn所吸收，但激光二極管LD1～LDn加上的是反向電壓，因而無(wú)法說(shuō)是較佳的。
積極解決該問(wèn)題的方案是實(shí)施例2。
圖5是示意本發(fā)明實(shí)施例2激光二極管用電源控制裝置激光二極管一側(cè)電路的電路圖，是用于替代圖1電路中輸出端子DA、DK激光二極管一側(cè)電路的。圖6是示意本發(fā)明實(shí)施例2激光二極管用電源控制裝置激光二極管一側(cè)電路的電路概念圖，是與圖2相當(dāng)?shù)碾娐穲D。圖7是本發(fā)明實(shí)施例2激光二極管用電源控制裝置的具體波形圖，圖7(d)是激光二極管LD1～LDn通電的電流波形圖，圖7(e)是示意電源負(fù)極和輸出端子DA電位的波形圖實(shí)測(cè)值，與圖4相對(duì)應(yīng)。
由誤差比較器10、該誤差比較器10驅(qū)動(dòng)的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2、二極管3、電抗器4、檢測(cè)該電抗器4電流的電流檢測(cè)器9，以及使第一開(kāi)關(guān)元件23和第二開(kāi)關(guān)元件25中某一個(gè)導(dǎo)通、另一個(gè)截止以切換流經(jīng)電抗器4的電流通路的電流切換電路所組成的恒流源100，其輸出通過(guò)切換部200A，在該輸出端子DA、DK之間通過(guò)引線31、32連接多個(gè)串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn。
恒流源100的輸出通過(guò)切換部200A在該輸出端子DA、DK同多個(gè)串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn(圖6實(shí)施例中為4個(gè))之間，如圖5和圖6所示，通過(guò)陽(yáng)極一側(cè)引線31和陰極一側(cè)引線32連接，引線31和引線32分別具有自感L31和自感L32。
如圖5和圖6所示，各個(gè)激光二極管LD1～LDn反向并列連接有二極管D1～Dn和電阻R1～Rn。
本實(shí)施例中，激光二極管LD1～LDn將其輸出的激光8照在固體激光介質(zhì)5(棒)上，通過(guò)由全反射鏡7和半反射鏡6激勵(lì)它，進(jìn)行激光振蕩，從半反射鏡6一側(cè)獲得激光輸出，因而在本實(shí)施本發(fā)明的場(chǎng)合，激光二極管LD1～LDn可以根據(jù)規(guī)定的激光輸出按1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接激光二極管。各個(gè)激光二極管LD1～LDn可以反向并聯(lián)連接二極管D1～Dn和電阻R1～Rn，也可以僅僅反向并聯(lián)連接二極管D1～Dn和電阻R1～Rn中任意一種。這時(shí)，反向二極管D1～Dn和電阻R1～Rn用于反向電壓無(wú)吸收，也可以根據(jù)反向感生電動(dòng)勢(shì)的大小僅僅采取二極管D1～Dn或電阻R1～Rn。
從激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極和陰極附近起連接引線51和引線52，相對(duì)于激光二極管LD1～LDn連接有反向的二極管41，和與該二極管41并聯(lián)連接的電阻42與電容器43的串聯(lián)電路(緩沖器)。
這里，引線31、32如圖6所示通過(guò)雙絞線等辦法減小電感L31、L32，但總有一些電感。與經(jīng)處理減小電感L31、L32的引線31、32不同，連接在激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極的陰極之間的串聯(lián)引線51、52相對(duì)較短，但無(wú)法做成雙絞線等，因而有自感L51、L52。激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極和陰極之間的二極管41，與該二極管41并聯(lián)連接的電阻42與電容器43的串聯(lián)電路的引線較短，一般可忽略自感。
本實(shí)施例中，未連接二極管41、電阻42、電容器43時(shí)，如圖4(e)所示，構(gòu)成電流切換電路的第一開(kāi)關(guān)元件23和第二開(kāi)關(guān)元件25，當(dāng)恒流源100的輸出通過(guò)切換部200A使該輸出端子DA、DK間所流電流ILD未截止時(shí)，在激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極一側(cè)很可能發(fā)生為負(fù)電壓的尖峰電壓。但該負(fù)的尖峰電壓由于激光二極管LD1～LDn的二極管功能，引線31、32，引線51、52的電感，激光二極管LD1～LDn的結(jié)電容和二極管D1～Dn的結(jié)電容等造成的諧振所產(chǎn)生的電壓作為負(fù)電壓留下。
該負(fù)電壓向激光二極管LD1～LDn供電時(shí)，二極管41(這以高速二極管為宜，但若是肖特基勢(shì)壘二極管則更好)反向連接，因而電阻42和電容器43串聯(lián)連接而成的電路設(shè)定為抑制電感器L51、L52和雜散電容諧振的值。因而，本實(shí)施例中采用10Ω和0.047μF。在此狀態(tài)下，電源1截止時(shí)，此前流過(guò)的電流I LD減小。此外，電流連續(xù)流過(guò)，輸出端子DA一側(cè)相對(duì)于輸出端子DK一側(cè)為負(fù)電壓時(shí)，二極管41便導(dǎo)通動(dòng)作以避免電壓低于二極管41正向電壓。若該二極管41為肖特基勢(shì)壘二極管，正向電壓比其他結(jié)型二極管低，因而反向電壓可以更低(約0.3～0.5V)。
二極管41導(dǎo)通時(shí)所流電流i流經(jīng)電感L51、激光二極管LD1～LDn，電感L52，而且電流I LD為零之后，還短時(shí)間繼續(xù)流過(guò)，如圖7(e)所示的尖峰電壓E430所示，大致為零，而且圖7(d)所示的在激光二極管LD1～LDn流過(guò)的尖峰電流I330也如波形所示大致為零。這時(shí)，電流i為零之后，二極管41間的電壓緊接著升為正電壓，但可以借助電阻42和電容器43組成的緩沖器的作用，維持大致為零的電壓。
這樣，本實(shí)施例中，激光器二極管LD1～LDn陽(yáng)極與陰極之間連接二極管41和電阻42以及電容器43組成的緩沖器，所以可以防止電流截止時(shí)反向電壓，并通過(guò)連接二極管41可以防止所流電流截止時(shí)正向電壓的上升，能安全驅(qū)動(dòng)容易為反向電壓損壞的激光二極管LD1～LDn。
(實(shí)施例3)圖8是示意本發(fā)明實(shí)施例3激光二極管用電源控制裝置總體電路的電路圖。圖9是用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例3激光二極管電源控制裝置動(dòng)作的時(shí)序圖和波形圖。另外，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，這里僅說(shuō)明與實(shí)施例1不同的構(gòu)成。
輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST和激光器輸出指令信號(hào)PO的AND電路21，使該AND電路21的輸出反相放大的反相驅(qū)動(dòng)器27和開(kāi)關(guān)元件35及二極管26構(gòu)成本實(shí)施例的電流切換電路200，具體來(lái)說(shuō)，其中開(kāi)關(guān)元件35和二極管26構(gòu)成切換部200B。
各個(gè)激光二極管LD1～LDn的陽(yáng)極與陰極之間分別相應(yīng)連接由MOSFET、IGBT、SIT、晶體三極管等構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件35，使得其導(dǎo)通時(shí)激光二極管LD1～LDn短路。該開(kāi)關(guān)元件35的導(dǎo)通電阻即正向壓降采用比激光二極管LD1～LDn正向電壓1.5～2.5V低的元件。也就是說(shuō)，開(kāi)關(guān)元件35處于導(dǎo)通狀態(tài)下，多個(gè)激光二極管LD1～LDn短路，形成環(huán)路，避免全部電流流過(guò)激光二極管LD1～LDn。
圖9中，圖9(a)是示意驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST的波形圖，圖9(b)是電源輸出電流的波形圖，圖9(c)是示意激光器輸出指令信號(hào)PO的波形圖，圖9(d)是激光二極管LD1～LDn通電的電流波形圖，圖9(e)是示意電源負(fù)極和輸出端子DA電位的波形圖。
首先圖9(a)驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST設(shè)定為時(shí)刻t1導(dǎo)通(“H”)，時(shí)刻t6截止(“L”)的信號(hào)。未獲得激光輸出時(shí)，輸出信號(hào)PO如圖9(c)所示處于截止(“L”)，因而AND電路21的輸出為“L”，開(kāi)關(guān)元件35便導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST一旦處于“H”狀態(tài)，模擬門(mén)12便導(dǎo)通，因而電流控制用開(kāi)關(guān)元件2借助誤差比較器10而導(dǎo)通，圖9(b)電源1輸出的電源輸出電流波形上升沿如波形I21所示，按電抗器4的時(shí)間常數(shù)使電流增加。該電流值一旦達(dá)到指令值ITH，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2反復(fù)導(dǎo)通、截止，使電流確保為一定值，以便維持指令值I TH。另外，這時(shí)開(kāi)關(guān)元件35處于導(dǎo)通狀態(tài)，因而電抗器4的電流全部通過(guò)該開(kāi)關(guān)元件35，輸出端子DA電壓即接點(diǎn)e的電壓僅僅為開(kāi)關(guān)元件35的壓降，如圖9(e)所示，低于激光二極管LD1～LDn正向壓降，大致為零。
但時(shí)刻t2圖9(c)激光器輸出指令信號(hào)PO一旦為“H”，開(kāi)關(guān)元件35便截止。輸出端子DA與輸出端子DK之間連接的激光二極管LD1～LDn，通過(guò)電抗器4與電源1連接，此前電抗器4所流的電流切換流至激光二極管LD1～LDn一側(cè)。此電流如圖9(d)激光二極管輸入電流波形I31所示，電抗器4未隨電流通路的切換發(fā)生電流變化，因而沒(méi)有電抗器4所具有的電感的影響，電流上升沿非常迅速。輸出端子DA的電壓即接點(diǎn)e的電壓為大致等于激光二極管LD1～LDn正向壓降的電壓。
另外，時(shí)刻t2(和時(shí)刻t4)的初期，短時(shí)間的峰值電壓波形(尖峰信號(hào))E41、E42如圖9(e)所示，是第一開(kāi)關(guān)元件23和開(kāi)關(guān)元件35切換時(shí)引線31和32本身的自感L31、L32引起的電流上升沿延遲所產(chǎn)生的。
而且，在時(shí)刻t3激光器輸出指令信號(hào)PO一旦為“L”，開(kāi)關(guān)元件35便導(dǎo)通。因而，輸出端子DA的電壓在引線31和32本身具有的自感L31、L32產(chǎn)生反向感生電壓期間，由于在二極管3、電抗器4、激光二極管LD1～LDn的循環(huán)，電流I31a、I32a衰減，然后激光二極管LD1～LDn的電流為零。
這樣，電抗器4未隨電流通路的切換而產(chǎn)生電流變化，沒(méi)有電抗器4所具有的電感的影響，圖9(d)所示的電流上升沿、下降沿非常迅速，因而對(duì)于時(shí)刻t4～t5寬度較窄的激光器輸出指令信號(hào)PO，也能使正確的脈沖電流流過(guò)激光二極管LD1～LDn。另外，與實(shí)施例1相比較的話，由于在激光二極管LD1～LDn的循環(huán)而電流I31a、I32a衰減的時(shí)間，只是按自然衰減關(guān)系慢慢地衰減，故而其衰減時(shí)間較長(zhǎng)。
在時(shí)刻t6，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST一旦截止，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2便截止，電抗器4的電流如圖9(b)波形I22所示，在開(kāi)關(guān)元件35和二極管3之間循環(huán)，慢慢地減小。這樣減小時(shí)電抗器4的電流未給激光二極管LD1～LDn帶來(lái)任何影響。
這樣，作為本實(shí)施例3激光二極管用電源控制裝置的基本動(dòng)作，控制成驅(qū)動(dòng)信號(hào)ST為“H”且電抗器4的電流達(dá)到指令值I TH之后，使激光器輸出指令信號(hào)PO導(dǎo)通·截止，并在激光器輸出指令信號(hào)PO截止后，使驅(qū)動(dòng)信號(hào)為“L”的話，便總能如激光二極管輸入電流波形I31、I32所示，將激光二極管LD1～LDn的輸入電流作為上升沿、下降沿迅速且峰值等于指令值I TH的脈沖信號(hào)輸出。而且，即便輸出端子DA、DK同激光二極管LD1～LDn的距離較長(zhǎng)，也可獲得迅速的電流響應(yīng)，因而對(duì)于輸出大的激光收發(fā)器，即激光二極管LD1～LDn同輸出端子DA、DK間距離較長(zhǎng)，激光二極管LD1～LDn輸入電流較大的情形尤其有效。
本發(fā)明實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置，如上所述存在直流電壓最佳值，但直流電壓的變動(dòng)未給輸出電流波形帶來(lái)影響，因而即便是工頻交流電壓僅僅經(jīng)過(guò)整流的電壓，也能相對(duì)于電壓變動(dòng)向激光二極管LD1～LDn提供足夠穩(wěn)定的脈沖電流。利用本實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置，通過(guò)向激光二極管LD1～LDn提供電流，輸出激光8對(duì)固體激光介質(zhì)(YAG激光棒)進(jìn)行激勵(lì)，使之在對(duì)置的半反射鏡6和全反射鏡7之間激光振蕩，可以高效率地輸出激光8。借助于這種激光二極管LD1～LDn的YAG激光激勵(lì)其效果在于，效率非常高，而且可由這種激光二極管用電源控制裝置輸出的電流其響應(yīng)迅速的脈沖電流獲得脈沖形式的激光8，在激光加工用途方面較為出色。
本發(fā)明實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置，包括1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn；與激光二極管LD1～LDn連接的恒流源100；未得到激光二極管LD1～LDn輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，形成使恒流源100輸出的電流循環(huán)、由開(kāi)關(guān)元件35和二極管26構(gòu)成的切換部200B所組成的環(huán)路，得到激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，形成恒流源100向激光二極管LD1～LDn供電電路的電流切換電路200。
因而，激光二極管LD1～LDn輸出激光以前，由電流切換電路200形成使恒流源100的輸出循環(huán)的環(huán)路，并預(yù)先對(duì)恒流源100將規(guī)定的穩(wěn)恒電流設(shè)定為指令值或與指令值近似，發(fā)生激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，由電流切換電路200形成恒流源100向激光二極管LD1～LDn通電的電路。這時(shí)，恒流源100輸出的電流變化(di/dt)小到幾乎可以忽略，因而可以忽略構(gòu)成該恒流源100的電感的影響，可以借助于電流切換電路200的作用提供上升沿和下降沿陡急的恒流脈沖。因而，可以使提供給激光二極管LD1～LDn的電流響應(yīng)迅速。
本發(fā)明實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置，包括1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn；與激光二極管LD1～LDn串聯(lián)連接的電抗器4；與激光二極管LD1～LDn和電抗器4串聯(lián)連接，并進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制以向激光二極管LD1～LDn提供穩(wěn)恒電流的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2；通過(guò)串聯(lián)連接的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和電抗器4向激光二極管LD1～LDn供電的電源1；未得到激光二極管LD1～LDn得到輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和電抗器4、由開(kāi)關(guān)元件35和二極管26構(gòu)成的切換部200B所組成的環(huán)路，得到激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，形成向激光二極管LD1～LDn供電電路的電流切換電路200。
因而，激光二極管LD1～LDn輸出激光以前，由電流切換電路200形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和電抗器4通電、由開(kāi)關(guān)元件35和二極管26構(gòu)成的切換部200B所組成的環(huán)路，并預(yù)先對(duì)電抗器4將規(guī)定穩(wěn)恒電流設(shè)定為指令值或與指令值近似，發(fā)生激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，由電流切換電路200形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2、電抗器4和激光二極管LD1～LDn通電的電路。這時(shí)，電抗器所流電流變化(di/dt)小到幾乎可以忽略，因而可忽略其電感的影響，可以借助電流切換電路200的作用提供上升沿和下降沿陡急的恒流脈沖。因而，可以使提供給激光二極管LD1～LDn的電流響應(yīng)迅速。
上述實(shí)施例中，說(shuō)明的是多個(gè)激光二極管LD1～LDn串聯(lián)連接的例子，但實(shí)施本發(fā)明的時(shí)候，也可以將激光二極管LD1～LDn視為一體，因此根據(jù)激光8的輸出進(jìn)行設(shè)定為宜。
上述實(shí)施例中，說(shuō)明的是恒流源100采用經(jīng)開(kāi)關(guān)控制以向激光二極管LD1～LDn提供穩(wěn)恒電流的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2的例子，但實(shí)施本發(fā)明的時(shí)候，只要是恒流源就行，并不限定得到其穩(wěn)恒電流的電路構(gòu)成。
上述實(shí)施例中，未得到激光二極管LD1～LDn輸出激光8這種激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，切換部200A形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和電抗器4通電的環(huán)路，得到激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，形成向電流控制用開(kāi)關(guān)元件2、電抗器4和激光二極管LD1～LDn供電電路的電流切換電路200，盡管是由其第一開(kāi)關(guān)元件23和第二開(kāi)關(guān)元件25等構(gòu)成切換部200A的，但實(shí)施本發(fā)明的時(shí)候，也可以由開(kāi)關(guān)電路、模擬門(mén)等構(gòu)成。
當(dāng)然，如實(shí)施例3形成向激光二極管LD1～LDn供電電路的電流切換電路200，也可以由其開(kāi)關(guān)元件35等構(gòu)成切換部200A。
上述各實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置中，包括1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn；與激光二極管LD1～LDn串聯(lián)連接的電抗器4；與激光二極管LD1～LDn和電抗器4串聯(lián)連接，經(jīng)開(kāi)關(guān)控制以向激光二極管LD1～LDn提供穩(wěn)恒電流的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2；通過(guò)串聯(lián)連接的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和電抗器4向激光二極管LD1～LDn供電的電源1；未得到激光二極管LD1～LDn輸出激光8這種激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和電抗器4通電的電路形成第二開(kāi)關(guān)元件25或開(kāi)關(guān)元件35所組成的環(huán)路，得到激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，形成向電流控制用開(kāi)關(guān)元件2、電抗器4和激光二極管LD1～LDn供電的電路，由第一開(kāi)關(guān)元件23和第二開(kāi)關(guān)元件25或開(kāi)關(guān)元件35組成的電流切換電路200。
按照上述各種實(shí)施例的構(gòu)成，激光二極管LD1～LDn產(chǎn)生輸出激光8這種激光器輸出指令信號(hào)PO以前，使構(gòu)成電流切換電路200的例如第一開(kāi)關(guān)元件23截止，第二開(kāi)關(guān)元件25導(dǎo)通，形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和電抗器4通電的環(huán)路，并預(yù)先對(duì)電抗器4將規(guī)定穩(wěn)恒電流設(shè)定為指令值I TH或與指令值I TH近似，發(fā)生激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，使構(gòu)成電流切換電路200的第一開(kāi)關(guān)元件23導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)元件25截止，形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件23導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)元件25截止，形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2、電抗器4和激光二極管LD1～LDn通電的電路。這時(shí)，電抗器4所流電流變化(di/dt)小到幾乎可以忽略，因此可忽略其電感的影響，能借助電流切換電路200的作用，提供上升沿和下降沿陡急的恒流脈沖。
因而，根據(jù)激光器輸出指令信號(hào)的發(fā)生，向激光二極管LD1～LDn提供恒流源100所輸出的電流，未發(fā)生激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，使恒流源100的輸出短路，并且使激光二極管LD1～LDn所流電流設(shè)法按回饋方向與電源1連接，因而使提供給單個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn的電流迅速響應(yīng)，可以在激光二極管LD1～LDn未加反向電壓的情況下獲得電源電壓變動(dòng)影響小的激光二極管用電源控制裝置，并且可以使提供給激光二極管LD1～LDn的電流響應(yīng)迅速。
上述各實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置中，未得到輸出激光8這種激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，預(yù)先使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2動(dòng)作，電抗器4的電流等于指令值I TH之后，使激光器輸出指令信號(hào)PO導(dǎo)通·截止，并在激光器輸出截止之后使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2停止動(dòng)作，因而可以使向激光二極管LD1～LDn通電的穩(wěn)恒電流上升沿和下降沿急劇變化?？色@得對(duì)激光器輸出指令信號(hào)PO這種信號(hào)響應(yīng)性良好的恒流脈沖，可以從激光二極管LD1～LDn獲得正確的激光輸出。
上述各實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置中，1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn中每一激光二極管LD1～LDn反向并聯(lián)連接二極管D1～Dn和電阻R1～Rn當(dāng)中至少一種。因而，提供給激光二極管LD1～LDn的穩(wěn)恒電流的上升沿和下降沿非常迅速，因而由于電路存在的引線自感、電流切換電路200、激光二極管LD1～LDn的靜電電容和引線間的雜散電容等很可能產(chǎn)生振蕩電流，但用二極管D1～Dn來(lái)防止高成本的激光二極管LD1～LDn加上反向感生電壓，避免損壞。而且，電阻R1～Rn取相同電阻值，取得激光二極管LD1～LDn間電壓截止時(shí)電壓分布的均衡，防止電壓集中于特定的激光二極管LD1～LDn。而且，對(duì)于振蕩電流還有防止這種振蕩的作用。無(wú)論采取激光二極管D1～Dn和電阻R1～Rn兩者還是其中一種，都有相同效果。
上述各實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置中，1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn，并聯(lián)連接有在激光二極管LD1～LDn附近且反向連接的二極管41和相對(duì)于該二極管41并聯(lián)連接、由電阻42和電容器43組成的串聯(lián)電路。因而，可以防止激光二極管LD1～LDn電流截止時(shí)的反向電壓，并可以通過(guò)連接二極管41防止所流電流截止時(shí)正電壓升高，可以安全驅(qū)動(dòng)容易為反向電壓損壞的激光二極管LD1～LDn。
另外，在激光二極管LD1～LDn附近是指距激光二極管LD1～LDn陽(yáng)極和陰極的距離較短，但由引線31、32的相對(duì)關(guān)系決定，無(wú)法一概指定為多少cm。通常為10～30cm左右。
上述各實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置，向激光二極管LD1～LDn供電的電源電壓設(shè)定為激光二極管LD1～LDn正向壓降經(jīng)合計(jì)后的2倍大小。一般來(lái)說(shuō)，電源1相對(duì)于激光二極管LD1～LDn串聯(lián)連接時(shí)的正向電壓，越高上升沿速度越迅速，但下降沿?zé)o關(guān)。但電源1的電壓高的話，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2的開(kāi)關(guān)損耗增加，或噪聲較多，因而不希望太高的電壓。正向電壓的合計(jì)值按2倍左右的大小設(shè)定電源1電壓的話，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2導(dǎo)通時(shí)電抗器4一旦電流增加，截止時(shí)電流的減小便大致相同，電流控制用開(kāi)關(guān)元件2與二極管3所流電流的平均值相同，可以使電流平均化，總體上低成本地構(gòu)成高輸出電源1。
另外，實(shí)施本發(fā)明的時(shí)候，供電的電源電壓為激光二極管LD1～LDn正向壓降合計(jì)的2倍左右，并非是指2倍正向電壓值之和才正確，根據(jù)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，即便是1.5～3倍左右也沒(méi)有不良影響，2倍左右的概念實(shí)際包含1.5至3倍范圍。
上述各實(shí)施例的激光二極管用電源控制裝置中，激光二極管LD1～LDn所輸出的激光8是激勵(lì)固體激光介質(zhì)5，得到激光5的。因而，直流電壓的變動(dòng)未給輸出電流波形帶來(lái)影響，因而即便是工頻交流電壓僅僅經(jīng)過(guò)整流的電壓，也能相對(duì)于電壓變動(dòng)向激光二極管LD1～LDn提供足夠穩(wěn)定的脈沖電流，可通過(guò)由輸出的激光8激勵(lì)固體激光介質(zhì)(YAG激光棒)，進(jìn)行激光振蕩，高效率地輸出激光8。而且，可由響應(yīng)迅速的脈沖電流得到脈沖形式的激光8，用于激光加工用途較為出色。
上述各實(shí)施例說(shuō)明的激光二極管用電源控制裝置的恒流源，包括與激光二極管LD1～LDn串聯(lián)連接的電抗器4；與激光二極管LD1～LDn和電抗器4串聯(lián)連接，并進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制以向激光二極管LD1～LDn提供穩(wěn)恒電流的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2；以及通過(guò)串聯(lián)連接的電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和電抗器4向激光二極管LD1～LDn供電的電源1。實(shí)施本發(fā)明的場(chǎng)合，并非限于特定電路的恒流源。具體來(lái)說(shuō)，不論何種恒流源，由于存在構(gòu)成電路的電抗器分量，屬于恒流源中沒(méi)有電流變化的構(gòu)成，因而也可以構(gòu)成如下。
具體來(lái)說(shuō)，包括與1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管LD1～LDn連接的恒流源；未得到激光二極管LD1～LDn輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，形成使恒流源輸出的電流循環(huán)的環(huán)路，得到激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，形成恒流源向激光二極管LD1～LDn供電電路、由第一開(kāi)關(guān)元件23和第二開(kāi)關(guān)元件25組成的電流切換電路200。激光二極管LD1～LDn輸出激光8以前，由第一開(kāi)關(guān)元件23和第二開(kāi)關(guān)元件25組成的電流切換電路200形成使恒流源100的輸出循環(huán)的環(huán)路，并預(yù)先對(duì)恒流源100將規(guī)定穩(wěn)恒電流設(shè)定為指令值或與指令值近似，發(fā)生激光器輸出指令信號(hào)PO時(shí)，由電流切換電路200形成恒流源向激光二極管LD1～LDn通電的電路。這時(shí)，恒流源100輸出的電流變化(di/dt)小到幾乎可以忽略，可忽略構(gòu)成該恒流源100的電感的影響，可借助電流切換電路200的作用提供上升沿和下降沿陡急的恒流脈沖。因而，可以使提供給激光二極管LD1～LDn的電流響應(yīng)迅速。
另外，通常在本實(shí)施例中所用的激光二極管，是由半導(dǎo)體產(chǎn)生激光的器件，并以具有二極管層積的方式為前提說(shuō)明的，但實(shí)施本發(fā)明的時(shí)候，可以應(yīng)用于由半導(dǎo)體產(chǎn)生激光的器件，當(dāng)然是指包含上述半導(dǎo)體在內(nèi)的概念。
綜上所述，權(quán)項(xiàng)1的激光二極管用電源控制裝置，包括與1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管連接的恒流源；未得到所述激光二極管輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，形成使所述恒流源輸出的電流循環(huán)的環(huán)路，而得到所述激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，則形成所述恒流源向所述激光二極管供電的電路的電流切換電路。因而，激光二極管輸出激光以前，由電流切換電路形成使恒流源的輸出循環(huán)的環(huán)路，并預(yù)先對(duì)恒流源將規(guī)定的穩(wěn)恒電流設(shè)定為指令值或與指令值近似，發(fā)生激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，由電流切換電路形成恒流源向激光二極管通電的電路。這時(shí)，恒流源輸出的電流變化(di/dt)，小到幾乎可以忽略，構(gòu)成該恒流源的電感的影響可以忽略，可借助電流切換電路的作用提供上升沿和下降沿陡急的恒流脈沖。因而，可以使供給激光二極管的電流迅速響應(yīng)。
權(quán)項(xiàng)2的激光二極管用電源控制裝置，包括與1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管串聯(lián)連接的電抗器；與所述電抗器串聯(lián)連接、進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制以向所述激光二極管提供穩(wěn)恒電流的電流控制用開(kāi)關(guān)元件；通過(guò)串聯(lián)連接的所述電流控制用開(kāi)關(guān)元件和所述電抗器向所述激光二極管供電的電源；未得到所述激光二極管輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，形成使所述電流控制用開(kāi)關(guān)元件和所述電抗器通電的環(huán)路，而得到所述激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，則形成向所述電流控制用開(kāi)關(guān)元件、所述電抗器和所述激光二極管供電的電路的電流切換電路。因而，激光二極管輸出激光以前，由電流切換電路形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件和電抗器通電的環(huán)路，并預(yù)先對(duì)電抗器將規(guī)定的穩(wěn)恒電流設(shè)定為指令值或與指令值近似，發(fā)生激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，由電流切換電路形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件、電抗器和激光二極管通電的電路。這時(shí)，電抗器所流的電流變化(di/dt)，小到幾乎可以忽略，其電感的影響可以忽略，可借助電流切換電路的作用提供上升沿和下降沿陡急的恒流脈沖。因而，可以使供給激光二極管的電流迅速響應(yīng)。
權(quán)項(xiàng)3的激光二極管用電源控制裝置，是權(quán)項(xiàng)2中未得到所述輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，預(yù)先使電流控制用開(kāi)關(guān)元件動(dòng)作，所述電抗器電流等于指令值后，對(duì)所述激光二極管輸出進(jìn)行導(dǎo)通·截止，并且在使所述激光器輸出截止之后，使電流控制用開(kāi)關(guān)元件停止動(dòng)作。因而，除了權(quán)項(xiàng)1的效果以外，還可以使向激光二極管通電的穩(wěn)恒電流的上升沿和下降沿變化陡急，可獲得對(duì)激光器輸出指令信號(hào)這種信號(hào)響應(yīng)好的恒流脈沖，可以由激光二極管按正確的定時(shí)獲得激光輸出。
權(quán)項(xiàng)4的激光二極管用電源控制裝置，是權(quán)項(xiàng)2或權(quán)項(xiàng)3中，所述1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管中每一激光二極管并聯(lián)連接反向二極管和電阻當(dāng)中的至少一種。因而，除了權(quán)項(xiàng)2或權(quán)項(xiàng)3的效果以外，還防止由于提供給激光二極管的穩(wěn)恒電流的上升沿和下降沿非常迅速，靠電路存在的引線自感、電流切換電路、激光二極管的靜電電容、引線間的雜散電容等所產(chǎn)生的振蕩電流使激光二極管迭加反向感生電壓而損壞。而且，電阻可以靠相同電阻值的分壓，取得激光二極管間電壓截止時(shí)的均衡，防止電壓集中于特定激光二極管。而且，對(duì)于振蕩電流還有防止其振蕩的作用。
權(quán)項(xiàng)5的激光二極管用電源控制裝置，是權(quán)項(xiàng)2至權(quán)項(xiàng)4中任一項(xiàng)當(dāng)中，所述1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管，并聯(lián)連接有在1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管附近且反向連接的二極管和相對(duì)于該二極管并聯(lián)連接并由電阻和電容器組成的串聯(lián)電路。因而，除了權(quán)項(xiàng)2至權(quán)項(xiàng)4中任一項(xiàng)的效果以外，由于并聯(lián)連接有在所述激光二極管附近且反向連接的二極管和相對(duì)于所述二極管并聯(lián)連接并由所述電阻和電容器組成的串聯(lián)電路，因而可以防止激光二極管電流截止時(shí)的反向電壓，并可以通過(guò)連接二極管防止所流電流截止時(shí)正電壓升高，可以安全驅(qū)動(dòng)容易為反向電壓損壞的激光二極管。
權(quán)項(xiàng)6的激光二極管用電源控制裝置，是權(quán)項(xiàng)2至權(quán)項(xiàng)5中任一項(xiàng)當(dāng)中，向所述激光二極管供電的電源電壓設(shè)定為所述激光二極管正向壓降經(jīng)合計(jì)后的2倍左右。因而，除了權(quán)項(xiàng)2至權(quán)項(xiàng)5中任一項(xiàng)的效果以外，若按正向電壓合計(jì)值的2倍設(shè)定電源電壓的話，電流控制用開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)電抗器一旦電流增加，便與截止時(shí)電流的減小大致相同，電流控制用開(kāi)關(guān)元件與二極管所流電流的平均值相同，可以使電流均衡，總體上低成本地構(gòu)成高輸出電源。
權(quán)項(xiàng)7的激光二極管用電源控制裝置，是權(quán)項(xiàng)2至權(quán)項(xiàng)6中任一項(xiàng)當(dāng)中，所述激光二極管所輸出的激光是激勵(lì)固體激光介質(zhì)，得到所述固體激光器激光的。因而，除了權(quán)項(xiàng)2至權(quán)項(xiàng)6中任一項(xiàng)的效果以外，由于直流電壓的變動(dòng)未給輸出電流波形帶來(lái)影響，因而即便是工頻交流電壓僅僅經(jīng)過(guò)整流的電壓，也能相對(duì)于電壓變動(dòng)向激光二極管提供足夠穩(wěn)定的脈沖電流，可通過(guò)由輸出的激光激勵(lì)固體激光介質(zhì)(YAG激光棒)，進(jìn)行激光振蕩，高效率地輸出激光。而且，可由響應(yīng)迅速的脈沖電流得到脈沖形式的激光，用于激光加工用途的特性很好。
權(quán)利要求
1．一種激光二極管用電源控制裝置，其特征在于包括1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管；與所述激光二極管連接的恒流源；以及未得到所述激光二極管輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，形成使所述恒流源輸出的電流循環(huán)的環(huán)路，而得到所述激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，則形成所述恒流源向所述激光二極管供電的電路的電流切換電路。
2．一種激光二極管用電源控制裝置，其特征在于包括1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管；與所述激光二極管串聯(lián)連接的電抗器；與所述激光二極管和電抗器串聯(lián)連接，并進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制以向所述激光二極管提供穩(wěn)恒電流的電流控制用開(kāi)關(guān)元件；通過(guò)串聯(lián)連接的所述電流控制用開(kāi)關(guān)元件和所述電抗器向所述激光二極管供電的電源；以及未得到所述激光二極管得到輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，形成使所述電流控制用開(kāi)關(guān)元件和所述電抗器通電的環(huán)路，而得到所述激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，則形成向所述電流控制用開(kāi)關(guān)元件、所述電抗器和所述激光二極管供電的電路的電流切換電路。
3．如權(quán)利要求2所述的激光二極管用電源控制裝置，其特征在于，未得到所述輸出激光這種激光器輸出指令信號(hào)時(shí)，預(yù)先使電流控制用開(kāi)關(guān)元件動(dòng)作，所述電抗器電流等于指令值后，對(duì)所述激光器輸出指令信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)通·截止，并且在使所述激光器輸出截止之后，使電流控制用開(kāi)關(guān)元件停止動(dòng)作。
4．如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的激光二極管用電源控制裝置，其特征在于，所述1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管中，每一激光二極管并聯(lián)連接反向二極管和電阻當(dāng)中的至少一種。
5．如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的激光二極管用電源控制裝置，其特征在于，所述1個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)連接的激光二極管，并聯(lián)連接有在所述激光二極管附近且反向連接的二極管，和相對(duì)于所述二極管并聯(lián)連接并由電阻和電容器組成的串聯(lián)電路。
6．如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的激光二極管用電源控制裝置，其特征在于，向所述激光二極管供電的電源電壓設(shè)定為所述激光二極管正向壓降經(jīng)合計(jì)后的2倍左右。
7．如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的激光二極管用電源控制裝置，其其特征在于，所述激光二極管所輸出的激光是激勵(lì)固體激光介質(zhì)，得到激光的。
全文摘要
本發(fā)明目的在于使供給激光二極管的電流迅速響應(yīng)。激光二極管LD1～LDn輸出激光8之前,使第一開(kāi)關(guān)元件23截止,第二開(kāi)關(guān)元件25導(dǎo)通,形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2和電抗器4通電的環(huán)路,并預(yù)先相對(duì)于電抗器4將規(guī)定穩(wěn)恒電流設(shè)定為指令值ITH,產(chǎn)生激光器輸出指令信號(hào)時(shí),使第一開(kāi)關(guān)元件23導(dǎo)通,第二開(kāi)關(guān)元件25截止,形成使電流控制用開(kāi)關(guān)元件2、電抗器4和激光二極管LD1～LDn通電的電路。這時(shí),可忽略電抗器4電感的影響,可提供上升沿和下降沿陡急的恒流脈沖。
文檔編號(hào)H01S3/094GK1211093SQ9811834
公開(kāi)日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1998年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月9日
發(fā)明者金原好秀 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社