激光二極管驅(qū)動電路

1、激光二極管的驅(qū)動電路日期：2011-01-05來源：  作者：字體：大 中 小 當(dāng)激光二極管流過閾值以上的電流時會產(chǎn)生激光，但溫度的變化會影響光輸出量，下圖是光輸出量和管芯溫度的關(guān)系。為了保證激光二極管的光輸出量恒定，在光輸出量下降時就要增大正向電流。而光輸出量增大時就要減小正向龜流，即需要自動控制電流的大小來恒定光輸出量。下圖是恒流驅(qū)動與APCAutomatIC Power Contr0l）驅(qū)動對于溫度變化的特性，由圖中可見恒流驅(qū)動時溫度變化會影響光輸出量，而用APC驅(qū)動時。光輸出量與溫度無關(guān)。1.APC電路因?yàn)镻D的電流與光輸出量成正比，故只要保證PD的電流恒定光輸出量也就是恒定

2、值。下圖是APC電路的框圖。激光射入光電二極管PD，PD產(chǎn)生輸出電流，甩電阻將此電流轉(zhuǎn)換為反饋電壓，該電壓與基準(zhǔn)電壓相等以控制激光二極管正向電流，就得到了穩(wěn)定的光輸出。2.APC電路舉例（1）連續(xù)驅(qū)動電路 下圖是最簡單的APC電路，它是一種負(fù)反饋電路。Tr2為正向電流控制管，Rld為正向電流限流電阻，基極的33F電容器為軟啟動電容，穩(wěn)壓二極管確定基準(zhǔn)電壓值，激光二極管兩端 并接的1F電容用來作過電壓保護(hù)，吸收過電壓，電源端的22F電容用來旁路過電壓及紋波。10k電阻是它的放電電阻。電源電壓為3V，用干電池供電。 激光二極管的工作電流和光電二極管的輸出電流隨激光元件的型號而各不相同，據(jù)此再確定外

3、部元件的參數(shù)。Rf、Rv是決定光輸出調(diào)整范圍或光電二極管輸出電流調(diào)整范圍的電阻。Rf決定光電二極管輸出電流的最大值，Rv是可變電阻，Rf+Rv決定輸出電流的最小值。首先，確定光輸出的調(diào)整范圍，根據(jù)光輸出-PD輸出特性。求出光電二極管輸出電流的范圍：Rf+Rv=（Vz-Vbe）Im，式中：Vz是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值，Vbe是Trl的基極、發(fā)射極間電壓，Im是光電二極管的輸出電流。當(dāng)Rv的值為零時，光電二極管輸出電流Im達(dá)到最大值。必須限制這個最大值，以保證激光二極管的光輸出不超過自身的額定值，否則會損壞激光二極管。決定激光二極管最大正向電流的電阻Rld由下式計算：Rld=VCC-Vop-Vce（s

4、at）Iop，式中：Vcc為電源電壓，Vop為激光二極管工作電壓，Vce（sat）為Tr2的集電極一發(fā)射極間飽和壓降，Iop為激光二極管的工作電流。電路動作的確認(rèn)：1）基準(zhǔn)電壓的確認(rèn)：基準(zhǔn)電壓為穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值2.2V。2）光電二極管正極電位的確認(rèn)：電路工作正常時。光電二極管正極電位，由穩(wěn)壓二極 管的穩(wěn)壓值和Tr2的基極一發(fā)射極間電壓確定，約1.5V。3）激光二極管的正向電流：可以測量電阻Rld兩端的壓降來推算，也可在電路中串入電流表，確 認(rèn)流過激光二極管的正向電流大小是否正常。（2）脈沖驅(qū)動電路可以讓流過激光二極管的電流脈沖化而實(shí)現(xiàn)脈沖驅(qū)動。但仍然需要輔以APC電路。下圖是這種電路。使三極

5、管Tr3工作在開關(guān)狀態(tài)。激光就被脈沖化。開關(guān)頻率一般為數(shù)百赫茲。 （3）完善的驅(qū)動電路這是一個通用的驅(qū)動電路，其原理框圖見下圖。該電路采用了雙重負(fù)反饋控制，外部控制信號為連續(xù)調(diào)制方式，驅(qū)動電壓6V15V，驅(qū)動電流最大100mA，限制電流65mA。驅(qū)動電路具有以下功能：1）恒流驅(qū)動的電流負(fù)反饋，恒光輸出的光負(fù)反饋。2）用外部信號發(fā)生器對驅(qū)動電流進(jìn)行控制的電流調(diào)制功能。3）不超過額定電流的限流功能。4）限制開、關(guān)機(jī)沖擊電流的軟開、軟關(guān)功能。5）指示切斷電源最佳時刻的LED指示功能。整機(jī)電路見下圖。激光二極管選用日立公司的HL6722G，光輸出功率5mW，工作電流小于70mA，工作電壓2.

6、7V，波長670nm，內(nèi)部光電二極管電流3mA。在下圖中。用R1檢出流過激光二極管的電流lo，若Rl兩端電壓為Vs，則驅(qū)動電流Io=VsRl。電阻R2檢出光輸出，若R2兩端電壓為Vp，則光輸出功率Po=2.5Is=2.5VpR2。驅(qū)動三極管Trl的集電極電阻R4，應(yīng)由電源電壓VCC和激光二極管的最大電流Io（max）來決定，見右圖。Vcc=Vf（max）+R4×1o（max）+Vce（Sat）+Rl×Io（max）式中：Vf（max）=2.7V，Io（max）取 70nA，Vce（Sat）為0.5V，Vcc=6V，Rl取10，則可由上式求得R4=30，其功率為Q.15W，取

7、0.5W。下圖中ICla和1.2V穩(wěn)壓二極管組 成基準(zhǔn)電壓發(fā)生器。并由VRl設(shè)定驅(qū)動電流中的直流成分。R14、R15和C2構(gòu)成軟開、軟關(guān)的RC電路。使驅(qū)動電流或光輸出量在開、關(guān)機(jī)的5秒鐘內(nèi)緩慢 變化，以防止電源通、斷時的突變電流。 IClb為比較器，把電流檢測器的電壓Vs和預(yù)先設(shè)定的關(guān)斷電壓作比較。當(dāng)驅(qū)動電流在5.5mA以下時，LED熄滅，表示激光二極管被關(guān)斷。IClc為同相加法器，把來自外部信號發(fā)生器產(chǎn)生的調(diào)制電壓Vm與來自ICla的基準(zhǔn)電壓相加，產(chǎn)生反饋控制的目標(biāo)值。ICld為誤差比較器，使Vs或Vp始終保持與IClc輸出的目標(biāo)值相一致。連接在三極管Tl基極的T2用于限制驅(qū)動電流，若T1、

8、T2的Vbe（on）為0.65V，則Io×Rl=0.65V時，T2導(dǎo)通，限制了Tl的基極電流，使Io不能超過65mA。該電路調(diào)整方法如下：首先把方式選擇開關(guān)S1置某種反饋方式，把Vm端與外部振蕩器相連，但振蕩器的輸出調(diào)到零，并把VRl的中心頭調(diào)到最下端后，加上vcc，這時一邊旋轉(zhuǎn)VRl，一邊監(jiān)測Vs或Vp，以設(shè)定需要的直流工作點(diǎn)Io或P0。注意Vm端阻抗很高，易受外部干擾，不用外部調(diào)制時應(yīng)將Vm端接地。在使用外部正弦波調(diào)制的場合。可用示波器監(jiān)測Vs或Vp，調(diào)整Io使正弦波被鉗位于以直流工作點(diǎn)為中心的上下對稱位置，并確認(rèn)驅(qū)動電流被限制在65mA以內(nèi)。如要關(guān)斷電源，可按下復(fù)位開關(guān)S2，流

9、過激光二極管的電流徐徐減小，約5秒鐘后降為零，LED熄滅，此時可關(guān)斷電源。在接通電源時，因復(fù)位開關(guān)S2未按下，驅(qū)功電流徐徐增加，直至達(dá)到穩(wěn)定的Io或P0值。在用開關(guān)Sl改變工作方式時要先斷開電源，否則只要反饋電路瞬間開路，也會造成電流突變而損壞激光二極管。R5、Cl用來吸收可能出現(xiàn)在LD兩端的突變電壓。肖特基二極管ISSl74反向電壓為3V，當(dāng)LD兩端電壓超過3V時，ISSl74快速擊穿，以保護(hù)激光二極管LD。（4）驅(qū)動集成電路國產(chǎn)電路型號：EG-04；主要應(yīng)用產(chǎn)品：弱激光治療儀（LLLT）、激光工量具、激光條碼器、遠(yuǎn)距離測量儀器、激光測試儀器。工作電壓2.45.25VDC；驅(qū)動電流80mA；適合LD波長65