連續(xù)或脈沖輸出功率可調(diào)LD驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

LD(激光二極管)不僅具有一般激光器高單色性、高相干性、高方向性和準(zhǔn)直性的特點(diǎn)，還具有尺寸小、重量輕、低電壓驅(qū)動(dòng)、直接調(diào)制等特性，因而廣泛應(yīng)用于國防、科研、醫(yī)療、光通信等領(lǐng)域。然而，由于LD是一種高功率密度并具有極高量子效率的器件，對(duì)于電沖擊的承受能力差，微小的電流波動(dòng)將導(dǎo)致光功率輸出的極大變化和器件參數(shù)的變化，這些變化直接危及器件的安全使用，因而在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)驅(qū)動(dòng)
電源的性能和安全保護(hù)有著很高的要求。在驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)過程中，同時(shí)考慮對(duì)LD進(jìn)行安全有效保護(hù)，如防止浪涌沖擊，慢啟動(dòng)等問題。

1 電路結(jié)構(gòu)及原理
LD是依靠載流子直接注入而工作的，注入電流的穩(wěn)定性對(duì)激光器的輸出有直接、明顯的影響，因此，LD驅(qū)動(dòng)電源需要為LD提供一個(gè)紋波小，毛刺少的穩(wěn)恒電流。該LD驅(qū)動(dòng)電源包括4部分：基準(zhǔn)電壓源，恒流源電路，脈沖控制電路，保護(hù)電路。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1．1 基準(zhǔn)電壓源電路
基準(zhǔn)電壓源電路構(gòu)成如圖2所示，其作用是為恒流源電路提供一個(gè)高精度，低溫漂的電壓參考，同時(shí)，為電路中的集成電路(如光耦合器、運(yùn)算放大器、反相器等)提供穩(wěn)定工作電壓。

LM317是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路，輸出電壓范圍是1．2～37 V，負(fù)載電流最大為1．5 A，使用簡(jiǎn)單。其工作過程如下：輸出電壓Vout通過R1、VQ1，對(duì)C2充電，開始時(shí)VQ1飽和導(dǎo)通，Vout最低(約1．5 V)。隨著C2上電壓的升高，VQ1逐漸退出飽和并趨于截止，Vout逐漸升高至額定電壓。改變R1、C2的常數(shù)可改變軟啟動(dòng)的時(shí)間。改變可變電阻R2的值，可調(diào)整輸出電壓Vout的值。VD1用于關(guān)機(jī)后使C2上的電荷快速泄放。其輸出電壓為：

1．2 恒流源電路
為了實(shí)現(xiàn)高的電流穩(wěn)定度，驅(qū)動(dòng)電路大多采用負(fù)反饋的控制方法，恒流控制原理如圖3所示。穩(wěn)流電路由基準(zhǔn)電壓電路、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路、恒流輸出電路和反饋電路組成。電路工作時(shí)，基準(zhǔn)電壓經(jīng)過適當(dāng)放大后送入運(yùn)放A1的同相端，運(yùn)放A1控制VQ1基極電流的大小，從而獲得相應(yīng)的輸出電流，輸出電流在取樣電阻R上產(chǎn)生取樣電壓，該取樣電壓經(jīng)A2放大后作為反饋電壓反饋回電壓放大器A1的反相輸入端，并與同相輸入端的電壓進(jìn)行比較，對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而對(duì)VQ1基極的輸出電流進(jìn)行調(diào)整，使整個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)的平衡中，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電流的目的。

輸出電流I與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓Vc的關(guān)系可由負(fù)反饋原理得到：

式中，Vc為基準(zhǔn)電壓，Ra、Rb為反饋網(wǎng)絡(luò)中的電阻，R為取樣電阻，在理想情況下R、Ra、Rb恒定不變。
由式(2)可知，輸出電流I與基準(zhǔn)電壓Vc呈線性關(guān)系。