半導體雷射器驅動裝置的製作方法
2023-05-28 02:11:36
專利名稱：半導體雷射器驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體雷射器技術領域，尤其涉及一種半導體雷射器驅動裝置。
背景技術：
穩定的雷射器在光纖傳感系統中作為信號源，要求發出高穩定性、光功率可調的光信號。雷射器的性能不僅會影響到光纖傳感系統整體的穩定性，同時對測量靈敏度精確度等方面都有一定影響。目前，光纖傳感系統多採用半導體雷射器，其體積小，功耗少，輸出波長可與單模光纖直接連接，十分適合在光纖傳感系統中運用。根據半導體雷射器的結構，一般採用電流驅動雷射器。雷射器電流源應有最低的電子噪聲和儘可能高的穩定性。雷射器輸出噪聲的增大及輸出波長的加寬，都能明顯引起電流的起伏，電流噪聲電平隨驅動器最大輸出能力的增加而逐漸增加。所以，電流源必須同使用的雷射器相匹配。還應考慮雷射器電流源的溫度係數，典型實驗室環境溫度起伏度數，這些都可引起電源電流的起伏。通常雷射器的電流源以兩種方式工作:一種是恆定電流工作方式，另一種是恆定光功率工作方式。在恆定電流工作方式中，通過電學反饋控制迴路，直接提供驅動電流電平的有效控制，由此獲得最低的電流偏差和最高LD輸出的穩定性。當LD的溫度也受控制時，會產生最好效果。在恆定光功率工作方式中，通過設置在雷射器後出光面的光電二級管監視雷射器的光輸出功率，雷射二極體的輸出被反饋給驅動電路，當光輸出功率下降時，驅動電流增加，反之亦然，始終保持光輸出功率為一個恆定值。影響光強穩定的因素有光源電壓或電流的波動、電路元件的老化、外界雜光、環境溫度以及光源自身老化等。對於光源光功率的控制，目前普遍採用的方法是通過精密恆流源提供電流，同時用製冷器進行溫控，從而穩定光源輸出光功率，該方案控制精度低、響應速度慢、靈活性差、長期穩定性差。
發明內容
本發明的目的在於提出一種半導體雷射器驅動裝置，相比於現有驅動裝置提高了響應速度，提升了控制精度以及雷射器內部溫度的穩定性。為達此目的，本發明採用以下技術方案:—種半導體雷射器驅動裝置，包括:恆溫控制模塊和功率驅動模塊；所述恆溫控制模塊包括:恆溫控制晶片，熱敏電阻，差分放大電路，比例-積分-微分(Proportional-1ntegral-Derivative, PID)控制器，H 橋驅動電路和 LC 濾波電路；所述熱敏電阻設置於所述雷射器內，通過雷射器引腳與所述恆溫控制晶片連接，所述差分放大電路將所述熱敏電阻產生的電壓與預設的標誌電壓進行比較後產生偏差電壓並將所述偏差電壓進行放大，同時通過所述PID控制器調節所述恆溫控制模塊的相位延遲，所述H橋驅動電路的輸出端與雷射器中的半導體製冷器連接，以控制所述半導體製冷器調節雷射器內的溫度，所述LC濾波電路用於濾除H橋驅動電路的開關頻率以穩定輸出；所述功率驅動模塊包括:光源驅動晶片，雷射二極體和數字變阻器，所述雷射二極體設置於雷射器內部，所述光源驅動晶片IBIAS管腳與所述雷射二極體正極連接，所述雷射二極體的負極接地，所述光源驅動晶片的IBMON管腳與PSET管腳連接以構成閉環功率控制系統，所述數字變阻器的一端與所述PSET管腳連接，另一端接地，用於對所述光源驅動晶片的輸出電流進行調整。所述熱敏電阻為負溫度係數的熱敏電阻。所述差分放大電路由所述恆溫控制晶片內部的放大器以及外部的外圍電阻組成。所述H橋驅動電路由MOS場效應管組成。所述光源驅動晶片的MODE管腳與ALS管腳連接構成單獨驅動模式。本發明通過採用閉環功率控制系統、PID系統及H橋驅動電路，可快速且精確的驅動雷射器功率，並能滿足雷射器內部溫度恆定的要求。
圖1是本發明實施例提供的半導體雷射器驅動裝置中的恆溫控制模塊的結構示意圖。圖2是本發明實施例提供的半導體雷射器驅動裝置中的功率驅動模塊的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖並通過具體實施方式
來進一步說明本發明的技術方案。圖1是本發明實施例提供的半導體雷射器驅動裝置中的恆溫控制模塊的結構示意圖。所述恆溫控制模塊包括:恆溫控制晶片1，熱敏電阻2，差分放大電路3，比例-積分 _ 微分(Proportional-1ntegral_Derivative,PID)控制器 4, H 橋驅動電路 5 和 LC 濾波電路6。在雷射器內部設置一熱敏電阻2，其可以測量雷射器的溫度，為了提高溫度的準確性和穩定性，熱敏電阻2應儘可能地靠近雷射器內的半導體製冷器。所述恆溫控制模塊採用的是負溫度係數的熱敏電阻，阻值隨著溫度的升高而變小。在所述恆溫控制晶片I外部布置外圍電阻，結合晶片內部的放大器構成差分放大電路3，其可將實時電壓和預設溫度點的電壓進行比較之後按比例放大。補償網絡採用硬體PID (比例一積分一微分)4控制，由運放、電阻、電容組成，它的優點是可靠性高。比例調節的作用是按比例反應系統的偏差，一旦系統有偏差，比例調節立即產生作用以減小系統偏差。比例作用大可加快系統調節，但過大的比例係數會到導致系統的不穩定。積分調節的作用是使系統消除穩態誤差，提高系統的準確度，但同時也會導致系統的響應變慢。微分調節的作用是反應系統偏差信號的變化率，能預見偏差信號的變化趨勢，因此能產生超前的控制作用，改變系統的動態性能。在實際調節過程中應注意折中超調和快速響應的問題，當超調較嚴重時，應適當減小比例係數、增加積分時間、減小微分時間，響應速度慢時，調節方法與上面相反。所述H橋驅動電路5是由四個功率MOSFET組成的H橋驅動電路。為了提高雷射器內半導體製冷器溫度的穩定性，流過所述半導體製冷器的紋波電流應儘可能的小，在H橋之後必須加LC濾波電路6濾除PWM的開關頻率以達到穩定所述半導體製冷器電壓的目的。所述恆溫控制晶片I可選用ADN8831。圖2是本發明實施例提供的半導體雷射器驅動裝置中的功率驅動模塊的結構示意圖。所述功率驅動模塊包括:光源驅動晶片7，雷射二極體11和數字變阻器14，所述光源驅動晶片7可選用ADN2830，ADN2830是一種用於對光纖系統中的連續雷射器進行控制的平均功率控制器，該晶片減少了分立器件的數量、印製電路板(PCB)面積和系統成本，而不犧牲任何功能。首先所述功率控制模塊採用單獨控制模式，將ADN2830中的MODE管腳8與ALS管腳9相連接，獨立對雷射器功率進行控制。其次，將ADN2830中的IBIAS管腳10與雷射二極體11的正極進行連接，所述雷射二極體11的負極接地，從而通過ADN2830產生的偏至電流對雷射器功率的幅值進行控制。然後，將ADN2830的IBMON管腳12與PSET管腳13進行連接，構成閉環功率控制系統，最後所述數字變阻器的一端與所述PSET管腳連接，另一端接地，通過數字變阻器14對輸出電流進行調整，從而達到控制輸出功率的目的。本發明通過採用閉環功率控制系統、PID系統及H橋驅動電路，可快速且精確的驅動雷射器功率，並能滿足雷射器內部溫度恆定的要求。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種半導體雷射器驅動裝置，其特徵在於，包括:恆溫控制模塊和功率驅動模塊； 所述恆溫控制模塊包括:恆溫控制晶片，熱敏電阻，差分放大電路，比例-積分-微分(Proportional-1ntegral-Derivative, PID)控制器，H 橋驅動電路和 LC 濾波電路； 所述熱敏電阻設置於所述雷射器內，通過雷射器引腳與所述恆溫控制晶片連接，所述差分放大電路將所述熱敏電阻產生的電壓與預設的標誌電壓進行比較後產生偏差電壓並將所述偏差電壓進行放大，同時通過所述PID控制器調節所述恆溫控制模塊的相位延遲，所述H橋驅動電路的輸出端與雷射器中的半導體製冷器連接，以控制所述半導體製冷器調節雷射器內的溫度，所述LC濾波電路用於濾除H橋驅動電路的開關頻率以穩定輸出； 所述功率驅動模塊包括:光源驅動晶片，雷射二極體和數字變阻器，所述雷射二極體設置於雷射器內部，所述光源驅動晶片IBIAS管腳與所述雷射二極體正極連接，所述雷射二極體的負極接地，所述光源驅動晶片的IBMON管腳與PSET管腳連接以構成閉環功率控制系統，所述數字變阻器的一端與所述PSET管腳連接，另一端接地，用於對所述光源驅動晶片的輸出電流進行調整。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述熱敏電阻為負溫度係數的熱敏電阻。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述差分放大電路由所述恆溫控制晶片內部的放大器以及外部的外圍電阻組成。
4.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述H橋驅動電路由MOS場效應管組成。
5.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述光源驅動晶片的MODE管腳與ALS管腳連接構成單獨驅動模式。
全文摘要
本發明公開了一種半導體雷射器驅動裝置，其特徵在於，包括恆溫控制模塊和功率驅動模塊；所述恆溫控制模塊包括恆溫控制晶片，熱敏電阻，差分放大電路，PID控制器，H橋驅動電路和LC濾波電路；所述功率驅動模塊包括光源驅動晶片，雷射二極體和數字變阻器。本發明通過採用閉環功率控制系統、PID系統及H橋驅動電路，可快速且精確的驅動雷射器功率，並能滿足雷射器內部溫度恆定的要求。
文檔編號H01S5/042GK103208738SQ201310135049
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月18日 優先權日2013年4月18日
發明者周瑩, 高然, 苟武侯 申請人:北京航天易聯科技發展有限公司