專利名稱：半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
穩(wěn)定的激光器在光纖傳感系統(tǒng)中作為信號(hào)源，要求發(fā)出高穩(wěn)定性、光功率可調(diào)的光信號(hào)。激光器的性能不僅會(huì)影響到光纖傳感系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)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(tǒng)多采用半導(dǎo)體激光器，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(tǒng)中運(yùn)用。根據(jù)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)，一般采用電流驅(qū)動(dòng)激光器。激光器電流源應(yīng)有最低的電子噪聲和盡可能高的穩(wěn)定性。激光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(qū)動(dòng)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激光器相匹配。還應(yīng)考慮激光器電流源的溫度系數(shù)，典型實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度起伏度數(shù)，這些都可引起電源電流的起伏。通常激光器的電流源以兩種方式工作:一種是恒定電流工作方式，另一種是恒定光功率工作方式。在恒定電流工作方式中，通過電學(xué)反饋控制回路，直接提供驅(qū)動(dòng)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(wěn)定性。當(dāng)LD的溫度也受控制時(shí)，會(huì)產(chǎn)生最好效果。在恒定光功率工作方式中，通過設(shè)置在激光器后出光面的光電二級(jí)管監(jiān)視激光器的光輸出功率，激光二極管的輸出被反饋給驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)光輸出功率下降時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流增加，反之亦然，始終保持光輸出功率為一個(gè)恒定值。影響光強(qiáng)穩(wěn)定的因素有光源電壓或電流的波動(dòng)、電路元件的老化、外界雜光、環(huán)境溫度以及光源自身老化等。對(duì)于光源光功率的控制，目前普遍采用的方法是通過精密恒流源提供電流，同時(shí)用制冷器進(jìn)行溫控，從而穩(wěn)定光源輸出光功率，該方案控制精度低、響應(yīng)速度慢、靈活性差、長期穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置，相比于現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)裝置提高了響應(yīng)速度，提升了控制精度以及激光器內(nèi)部溫度的穩(wěn)定性。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:—種半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置，包括:恒溫控制模塊和功率驅(qū)動(dòng)模塊；所述恒溫控制模塊包括:恒溫控制芯片，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(qū)動(dòng)電路和 LC 濾波電路；所述熱敏電阻設(shè)置于所述激光器內(nèi)，通過激光器引腳與所述恒溫控制芯片連接，所述差分放大電路將所述熱敏電阻產(chǎn)生的電壓與預(yù)設(shè)的標(biāo)志電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生偏差電壓并將所述偏差電壓進(jìn)行放大，同時(shí)通過所述PID控制器調(diào)節(jié)所述恒溫控制模塊的相位延遲，所述H橋驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與激光器中的半導(dǎo)體制冷器連接，以控制所述半導(dǎo)體制冷器調(diào)節(jié)激光器內(nèi)的溫度，所述LC濾波電路用于濾除H橋驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)頻率以穩(wěn)定輸出；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括:光源驅(qū)動(dòng)芯片，激光二極管和數(shù)字變阻器，所述激光二極管設(shè)置于激光器內(nèi)部，所述光源驅(qū)動(dòng)芯片IBIAS管腳與所述激光二極管正極連接，所述激光二極管的負(fù)極接地，所述光源驅(qū)動(dòng)芯片的IBMON管腳與PSET管腳連接以構(gòu)成閉環(huán)功率控制系統(tǒng)，所述數(shù)字變阻器的一端與所述PSET管腳連接，另一端接地，用于對(duì)所述光源驅(qū)動(dòng)芯片的輸出電流進(jìn)行調(diào)整。所述熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。所述差分放大電路由所述恒溫控制芯片內(nèi)部的放大器以及外部的外圍電阻組成。所述H橋驅(qū)動(dòng)電路由MOS場效應(yīng)管組成。所述光源驅(qū)動(dòng)芯片的MODE管腳與ALS管腳連接構(gòu)成單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式。本發(fā)明通過采用閉環(huán)功率控制系統(tǒng)、PID系統(tǒng)及H橋驅(qū)動(dòng)電路，可快速且精確的驅(qū)動(dòng)激光器功率，并能滿足激光器內(nèi)部溫度恒定的要求。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置中的恒溫控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置中的功率驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置中的恒溫控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。所述恒溫控制模塊包括:恒溫控制芯片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(qū)動(dòng)電路 5 和 LC 濾波電路6。在激光器內(nèi)部設(shè)置一熱敏電阻2，其可以測量激光器的溫度，為了提高溫度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，熱敏電阻2應(yīng)盡可能地靠近激光器內(nèi)的半導(dǎo)體制冷器。所述恒溫控制模塊采用的是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，阻值隨著溫度的升高而變小。在所述恒溫控制芯片I外部布置外圍電阻，結(jié)合芯片內(nèi)部的放大器構(gòu)成差分放大電路3，其可將實(shí)時(shí)電壓和預(yù)設(shè)溫度點(diǎn)的電壓進(jìn)行比較之后按比例放大。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)采用硬件PID (比例一積分一微分)4控制，由運(yùn)放、電阻、電容組成，它的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高。比例調(diào)節(jié)的作用是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，一旦系統(tǒng)有偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生作用以減小系統(tǒng)偏差。比例作用大可加快系統(tǒng)調(diào)節(jié)，但過大的比例系數(shù)會(huì)到導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)的作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的響應(yīng)變慢。微分調(diào)節(jié)的作用是反應(yīng)系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，能預(yù)見偏差信號(hào)的變化趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在實(shí)際調(diào)節(jié)過程中應(yīng)注意折中超調(diào)和快速響應(yīng)的問題，當(dāng)超調(diào)較嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小比例系數(shù)、增加積分時(shí)間、減小微分時(shí)間，響應(yīng)速度慢時(shí)，調(diào)節(jié)方法與上面相反。所述H橋驅(qū)動(dòng)電路5是由四個(gè)功率MOSFET組成的H橋驅(qū)動(dòng)電路。為了提高激光器內(nèi)半導(dǎo)體制冷器溫度的穩(wěn)定性，流過所述半導(dǎo)體制冷器的紋波電流應(yīng)盡可能的小，在H橋之后必須加LC濾波電路6濾除PWM的開關(guān)頻率以達(dá)到穩(wěn)定所述半導(dǎo)體制冷器電壓的目的。所述恒溫控制芯片I可選用ADN8831。圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置中的功率驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括:光源驅(qū)動(dòng)芯片7，激光二極管11和數(shù)字變阻器14，所述光源驅(qū)動(dòng)芯片7可選用ADN2830，ADN2830是一種用于對(duì)光纖系統(tǒng)中的連續(xù)激光器進(jìn)行控制的平均功率控制器，該芯片減少了分立器件的數(shù)量、印制電路板(PCB)面積和系統(tǒng)成本，而不犧牲任何功能。首先所述功率控制模塊采用單獨(dú)控制模式，將ADN2830中的MODE管腳8與ALS管腳9相連接，獨(dú)立對(duì)激光器功率進(jìn)行控制。其次，將ADN2830中的IBIAS管腳10與激光二極管11的正極進(jìn)行連接，所述激光二極管11的負(fù)極接地，從而通過ADN2830產(chǎn)生的偏至電流對(duì)激光器功率的幅值進(jìn)行控制。然后，將ADN2830的IBMON管腳12與PSET管腳13進(jìn)行連接，構(gòu)成閉環(huán)功率控制系統(tǒng)，最后所述數(shù)字變阻器的一端與所述PSET管腳連接，另一端接地，通過數(shù)字變阻器14對(duì)輸出電流進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到控制輸出功率的目的。本發(fā)明通過采用閉環(huán)功率控制系統(tǒng)、PID系統(tǒng)及H橋驅(qū)動(dòng)電路，可快速且精確的驅(qū)動(dòng)激光器功率，并能滿足激光器內(nèi)部溫度恒定的要求。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，包括:恒溫控制模塊和功率驅(qū)動(dòng)模塊； 所述恒溫控制模塊包括:恒溫控制芯片，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(qū)動(dòng)電路和 LC 濾波電路； 所述熱敏電阻設(shè)置于所述激光器內(nèi)，通過激光器引腳與所述恒溫控制芯片連接，所述差分放大電路將所述熱敏電阻產(chǎn)生的電壓與預(yù)設(shè)的標(biāo)志電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生偏差電壓并將所述偏差電壓進(jìn)行放大，同時(shí)通過所述PID控制器調(diào)節(jié)所述恒溫控制模塊的相位延遲，所述H橋驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與激光器中的半導(dǎo)體制冷器連接，以控制所述半導(dǎo)體制冷器調(diào)節(jié)激光器內(nèi)的溫度，所述LC濾波電路用于濾除H橋驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)頻率以穩(wěn)定輸出； 所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括:光源驅(qū)動(dòng)芯片，激光二極管和數(shù)字變阻器，所述激光二極管設(shè)置于激光器內(nèi)部，所述光源驅(qū)動(dòng)芯片IBIAS管腳與所述激光二極管正極連接，所述激光二極管的負(fù)極接地，所述光源驅(qū)動(dòng)芯片的IBMON管腳與PSET管腳連接以構(gòu)成閉環(huán)功率控制系統(tǒng)，所述數(shù)字變阻器的一端與所述PSET管腳連接，另一端接地，用于對(duì)所述光源驅(qū)動(dòng)芯片的輸出電流進(jìn)行調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述差分放大電路由所述恒溫控制芯片內(nèi)部的放大器以及外部的外圍電阻組成。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述H橋驅(qū)動(dòng)電路由MOS場效應(yīng)管組成。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光源驅(qū)動(dòng)芯片的MODE管腳與ALS管腳連接構(gòu)成單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，包括恒溫控制模塊和功率驅(qū)動(dòng)模塊；所述恒溫控制模塊包括恒溫控制芯片，熱敏電阻，差分放大電路，PID控制器，H橋驅(qū)動(dòng)電路和LC濾波電路；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括光源驅(qū)動(dòng)芯片，激光二極管和數(shù)字變阻器。本發(fā)明通過采用閉環(huán)功率控制系統(tǒng)、PID系統(tǒng)及H橋驅(qū)動(dòng)電路，可快速且精確的驅(qū)動(dòng)激光器功率，并能滿足激光器內(nèi)部溫度恒定的要求。
文檔編號(hào)H01S5/042GK103208738SQ201310135049
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者周瑩, 高然, 茍武侯 申請人:北京航天易聯(lián)科技發(fā)展有限公司