激光二極管驅(qū)動(dòng)電路

1、激光二極管的驅(qū)動(dòng)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(shí)會(huì)產(chǎn)生激光，但溫度的變化會(huì)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(shí)就要增大正向電流。而光輸出量增大時(shí)就要減小正向龜流，即需要自動(dòng)控制電流的大小來恒定光輸出量。下圖是恒流驅(qū)動(dòng)與APCAutomatIC Power Contr0l）驅(qū)動(dòng)對(duì)于溫度變化的特性，由圖中可見恒流驅(qū)動(dòng)時(shí)溫度變化會(huì)影響光輸出量，而用APC驅(qū)動(dòng)時(shí)。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(dòng)電路 下圖是最簡(jiǎn)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(dòng)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(hào)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(shí)，光電二極管輸出電流Im達(dá)到最大值。必須限制這個(gè)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(huì)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(jì)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(dòng)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(shí)。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(cè)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(dòng)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(dòng)。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(dòng)電路這是一個(gè)通用的驅(qū)動(dòng)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(hào)為連續(xù)調(diào)制方式，驅(qū)動(dòng)電壓6V15V，驅(qū)動(dòng)電流最大100mA，限制電流65mA。驅(qū)動(dòng)電路具有以下功能：1）恒流驅(qū)動(dòng)的電流負(fù)反饋，恒光輸出的光負(fù)反饋。2）用外部信號(hào)發(fā)生器對(duì)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)的突變電流。 IClb為比較器，把電流檢測(cè)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(dòng)電流在5.5mA以下時(shí)，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(hào)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(dòng)電流，若T1、

8、T2的Vbe（on）為0.65V，則Io×Rl=0.65V時(shí)，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(shí)一邊旋轉(zhuǎn)VRl，一邊監(jiān)測(cè)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(shí)應(yīng)將Vm端接地。在使用外部正弦波調(diào)制的場(chǎng)合?？捎檬静ㄆ鞅O(jiān)測(cè)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(duì)稱位置，并確認(rèn)驅(qū)動(dòng)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(shí)可關(guān)斷電源。在接通電源時(shí)，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(shí)要先斷開電源，否則只要反饋電路瞬間開路，也會(huì)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(shí)，ISSl74快速擊穿，以保護(hù)激光二極管LD。（4）驅(qū)動(dòng)集成電路國(guó)產(chǎn)電路型號(hào)：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(cè)量?jī)x器、激光測(cè)試儀器。工作電壓2.45.25VDC；驅(qū)動(dòng)電流80mA；適合LD波長(zhǎng)65