半導體激光器驅動電路制造技術

本發明專利技術提供了一種半導體激光器驅動電路。該半導體激光器驅動電路包括：脈沖整形電路，用于對輸入的窄脈沖信號的波形進行整形，并進一步壓縮其脈寬；以及功率放大電路，與脈沖整形電路相連接，用于利用高壓，對脈沖整形電路輸出的窄脈沖信號進行功率放大，并將功率放大后的窄脈沖信號的高電平輸出至激光器正極，低電平輸出至激光器負極。本發明專利技術半導體激光器驅動電路通過脈沖整形電路進一步壓縮窄脈沖信號的脈寬，并通過功率放大電路提高窄脈沖信號的功率，從而實現了同時滿足高功率和窄脈沖兩種需求的半導體激光器驅動電路。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體激光器
，尤其涉及一種半導體激光器驅動電路。
技術介紹
隨著半導體激光器應用領域迅速擴展，在許多方面正在逐步取代He-Ne激光器，已廣泛地應用于光纖通訊、集成光學、激光印刷、激光束掃描、光盤存儲技術、激光測距、激光雷達、泵浦固體激光器、脈沖多普勒成像、3D圖像系統、光纖測溫傳感器等等領域。在該眾多領域中，特別是在激光探測和目標識別領域中，目標的識別能力、定距精度、抗干擾和低功耗等性能，都取決于半導體激光器發射的激光脈沖質量，而半導體激光器發射的光脈沖是由半導體激光器驅動電路產生的電脈沖直接調制得到的，即激光脈沖質量的好壞決定因素在于脈沖電源的質量。因此，半導體激光器驅動電路研究是激光探測和目標識別技術中的關鍵技術。為得到高峰值功率 和良好波形的窄脈沖激光輸出，需要盡量減小寄生效應帶來的影響。激光測距對激光脈沖的脈寬和上升沿要求在幾納秒到幾十納秒，在實際產生窄脈沖大電流的電路中，脈寬和上升沿主要受開關器件速度和電路寄生參數(在大電流情況下寄生電感的影響尤其嚴重)的限制。除了在電路設計時注意PCB布板，電路中還要采取必要的措施減小寄生影響。圖1為現有技術半導體激光器驅動電路一個實例的示意圖。請參照圖1，該半導體激光器驅動電路中，當方波信號為低電平時，直流為+50V的電源通過R3對Cl進行充電，電壓到U ;當方波信號為高電平時，使晶體管Ql導通，Ql的集電極就會產生驅動電流使Q2導通，這樣Cl上的電荷，就會在納秒級的時間內，通過Q2的源極到漏極，通過導線到Ql的基極再到發射極，整個過程時間只有幾個納秒，電流很大。對于該半導體激光器驅動電路而言，脈寬雖然可以達到5ns，但需要外接50V高壓電源。此外，其他還有一些驅動電路實例，輸出電流(功率)很大但脈寬是幾微秒量級，不適應激光引信等場合的需要。在實現本專利技術的過程中，申請人發現:在現有技術中，缺乏一種同時滿足高功率和窄脈沖兩種需求的半導體激光器驅動電路。
技術實現思路
(一 )要解決的技術問題為解決上述的一個或多個問題，本專利技術提供了一種導體激光器驅動電路，以同時滿足高功率和窄脈沖兩種需求。( 二 )技術方案根據本專利技術的一個方面，提供了一種半導體激光器驅動電路。該半導體激光器驅動電路包括:脈沖整形電路，用于對輸入的窄脈沖信號的波形進行整形，并進一步壓縮其脈寬；以及功率放大電路，與所述脈沖整形電路相連接，用于利用高壓，對脈沖整形電路輸出的窄脈沖信號進行功率放大，并將功率放大后的窄脈沖信號的高電平輸出至激光器正極，低電平輸出至激光器負極。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本專利技術半導體激光器驅動電路具有以下有益效果:(I)通過脈沖整形電路進一步壓縮窄脈沖信號的脈寬，并通過功率放大電路提高窄脈沖信號的功率，從而實現了同時滿足高功率和窄脈沖兩種需求的半導體激光器驅動電路；(2)在功率放大電路中，采用了低速、高內阻的M0SFET，實現了窄脈沖、大功率、陡直上升沿的激光輸出，由于MOSFET的低內阻，加之電路中的負載電阻較低，所以電信號能量主要加載在激光器上，提高了激光器輸出功率。(3)在脈沖方波信號產生電路中，采用充電、放電分開的方式，可獲得占空比可調的方波。(4)在升壓電路中，采用了斜率補償等多種方式，保證電路的穩定性和輸出電壓的可調、高效，可獲得足夠的高壓供給大功率MOSFET。附圖說明圖1為現有技術窄脈沖大功率半導體激光器驅動電路的示意圖；圖2為本專利技術實施例半導體激光器驅動電路的結構示意圖；圖3為圖2所示半導體激光器驅動電路中脈沖方波信號發生電路的示意 圖4為圖2所示半導體激光器驅動電路中脈沖整形電路的示意圖；圖5為圖2所示半導體激光器驅動電路中升壓電路的示意圖；圖6為圖2所示半導體激光器驅動電路中功率放大電路的示意圖；圖7為圖2所示半導體激光器驅動電路中保護電路的示意圖；圖8為本實施例半導體激光器驅動電路的輸出信號及探測器探測到的激光器輸出信號的波形。具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬
中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。在本專利技術的一個示例性實施例中，提供了一種半導體激光器驅動電路，請參照圖2，該半導體激光器驅動電路包括:脈沖方波信號發生電路、脈沖整形電路、功率放大電路、升壓電路、半導體激光器和保護電路。其中:脈沖方波信號發生電路，產生窄脈沖信號；脈沖整形電路，與所述脈沖方波信號發生電路相連接，用于對所述窄脈沖信號的波形進行整形，并進一步壓縮其脈寬；升壓電路，用于提供一高壓；功率放大電路，與所述脈沖整形電路和升壓電路相連接，用于利用升壓電路產生的高壓，對脈沖整形電路輸出的窄脈沖信號進行功率放大，并將功率放大后的窄脈沖信號的高電平輸出至激光器正極，低電平輸出至激光器負極；保護電路，其兩端分別與激光器的正極和負極連接，用于隔離功率放大電路輸出信號中的浪涌沖擊，以防止該浪涌沖擊對激光器帶來的損害。以下分別對本實施例半導體激光器驅動電路的各個組成部分進行詳細說明。脈沖方波信號發生電路本實施例中，脈沖方波信號發生電路用于產生窄脈沖信號，并將該窄脈沖信號輸出至所述脈沖整形電路。圖3為圖2所示半導體激光器驅動電路中脈沖方波信號發生電路的示意圖。請參照圖2,該脈沖方波信號發生電路包括:NE555集成電路芯片，第一二極管D1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3，第一電位器W1。該NE555集成電路芯片的各個管腳設置如下:GND管腳接地；TRIG管腳連接至第一二極管Dl的負極和第三電阻R3的第一端，并通過第一電容Cl接地；C VOLT管腳通過第二電容C2接地；THR管腳連接至TRIG管腳；RST管腳連接至VCC電源；VCC管腳連接至VCC電源；DISC管腳連接至第一二極管Dl的正極和第三電阻R3的第二端，且通過第一電位器Wl和第二電阻連接至VCC電源；0UT管腳通過第一電阻Rl連接至VCC電源，并作為脈沖方波信號發生電路的輸出端；VCC電源通過第三電容C3接地。其中，VCC電源為+15V直流電源。第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3的參數值采用NE555的通用值即可，此處不再詳細給出。通過在O-1Ok ohm范圍內調節第一電位器Wl，可以輸出脈寬為7 μ s-300 μ s范圍內的窄脈沖信號。本實施例中，由于脈沖方波信號產生電路采用充電、放電分開的方式，通過調節第一電位器W1，即可獲得占空比可調 的方波，從而可根據實際需求靈活調整電路參數，獲得合適的脈沖波形。脈沖整形電路本實施例中，脈沖整形電路用于對輸入的窄脈沖信號的波形進行整形，并進一步壓縮其脈寬。圖4為圖1所示半導體激光器驅動電路中脈沖整形電路的示意圖。請參照圖4，該脈沖整形電路包括:高速MOS驅動器(TPS2829)和微分電路。該TPS2829芯片的各個管腳設置如下:GND管腳接地；VCC管本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體激光器驅動電路，其特征在于，包括：脈沖整形電路，用于對輸入的窄脈沖信號的波形進行整形，并進一步壓縮其脈寬；以及功率放大電路，與所述脈沖整形電路相連接，用于利用高壓，對脈沖整形電路輸出的窄脈沖信號進行功率放大，并將功率放大后的窄脈沖信號的高電平輸出至激光器正極，低電平輸出至激光器負極。

【技術特征摘要】
1.一種半導體激光器驅動電路，其特征在于，包括: 脈沖整形電路，用于對輸入的窄脈沖信號的波形進行整形，并進一步壓縮其脈寬；以及功率放大電路，與所述脈沖整形電路相連接，用于利用高壓，對脈沖整形電路輸出的窄脈沖信號進行功率放大，并將功率放大后的窄脈沖信號的高電平輸出至激光器正極，低電平輸出至激光器負極。2.根據權利要求1所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述脈沖整形電路包括:TPS2829芯片和微分電路； 所述TPS2829芯片的各個管腳設置如下:GND管腳接地；VCC管腳接VCC電源，IN管腳連接至脈沖方波信號發生電路的輸出端；OUT管腳連接至微分電路的輸入端: 所述微分電路包括:第四電容(C4)和第二電位器(W2)，其中，第四電阻(R4)的第一端連接至TPS2829芯片的OUT管腳，第二端分為兩路，第一路直接輸出作為脈沖整形電路的C4_r輸出端，第二路通過第二電位器(W2)接地。3.根據權利要求2所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于:所述VCC電源為+15V；第四電容(C4)的電容值為680pF ;所述第二電位器(W2)的調節范圍為0_20k ohm。4.根據權利要求2所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述功率放大電路包括:第一 MOSFET管(Ql)、第五儲能電容(C5)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第八電阻(R8)及第九電阻(R9)，其中: 所述第一 MOSFET管(Ql)的柵極通過第四電阻(R4)連接至脈沖整形電路的C4_r輸出端，并通過第五電阻(R5)接地，其源極接地；第八電阻(R8)和第九電阻(R9)并聯，兩者的第一公共端連接至第一 MOSFET管(Ql)的漏極，第二公共端作為功率放大器的第二輸出端，連接至激光器的負極(LD__);第六電阻(R6)和第七電阻(R7)并聯，兩者的第一公共端接地，第二公共端通過第五電容(C5)連接至升壓電路的HV輸出端后，作為功率放大器的第一輸出端，連接至激光器的正極(LD_+)。5.根據權利要求4所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述功率放大電路中: 所述MOSFET管(Ql)截止時，通過第五電容(C5)和第六電阻(R6)、第七電阻(R7)，第五電容(C5)被充電至IJ Hv, Hv為O到100V ； 當由脈沖整形放大電路產生的觸發窄脈沖到來的時候,第一 MOSFET管(Ql)導通，第五電容(C5)通過第一 MOSFET管(Ql)和激光器形成放電回路，從而在激光器上產生一個大電流窄脈沖，驅動激光器工作。6.根據權利要求4所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述功率放大電路中，所述第一 MOSFET管(Ql)為上升時間為13ns的芯片irf7495。7.根據權利要求1至6中任一項所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，還包括: 保護電路，其兩端分別與激光器的正極和負極連接，用于隔離功率放大電路輸出信號中的浪涌沖擊，以防止該浪涌沖擊對激光器帶來的損害。8.根據權利要求7所述的半導體激光器驅動電路，其特征在于，所述保護電路包括 第二二極管(D2)，第六電容(C6)，第十電阻(RlO)，其中: 第二二極管(D2)的正極和半導體激光器的負極(LD__)相連，負極與半導體激光器的正極(LD+)相連接； 第十電阻(RlO)的第一端連接至半導體激光器LD的負極(LD_-)，其第二端連接至第六電容(C6)的第一端，第六電容(C6)的第二端連接至半導體激光器的正極(LD_+)相連接。9.根據權利要求1至6中任一項所述的半導體激光器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭紅玲，渠紅偉，張冶金，鄭婉華，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：