一种带负电压过流保护的恒温恒流半导体激光器驱动电路

本发明属于激光器驱动，具体涉及一种带负电压过流保护的恒温恒流半导体激光器驱动电路。

背景技术：

1、半导体激光器(ld)具有体积小，转换效率高，使用寿命长等优点，在通信、激光雷达、光学传感、医疗设备和精密测量等领域具有广泛的应用场景。常需要对ld的输出进行调制，实现光信号的调制和解调。而对ld输出的调制包括内调制和外调制。无论内调制和外调制都需要对ld提供稳定的驱动电流和温度来保证ld的正常工作，因此对ld驱动的设计至关重要。

2、ld是一个较脆弱的结型器件，电流和温度的微弱变化都会对ld的输出光的参数产生影响，甚至可能会损坏激光器。因此需要设计一个稳定恒流源电路来驱动ld，高精度的温度控制电路来控制温度，同时设计过流保护电路来防止受负载影响带来的电流突增以及工作电流设计超限制值对ld的损坏。另外，ld由于使用范围不同，其内部二极管阳极引脚在工艺设计上会考虑与管壳地短接或者隔离。若二极管阳极引脚与管壳地短接，则需要在二极管阴极提供负电压可使激光器正常工作，而若与管壳地隔离，则在设计上可以在二极管阳极提供正电压，阴极接地或者二极管阴极提供负电压，阳极接地两种方式进行设计。因此，针对现有ld引脚设计的不同，设计为负电压驱动具有更广泛的适用范围。

3、半导体激光器驱动需要为ld提供一个稳定的驱动电流以及恒定的温度。在提供稳定驱动电流上，传统压控恒流源电路一般采用howland恒流源电路或者在此基础上加入三极管增强输出电流能力，但是在传统howland恒流源电路所带负载不可过大，否则会影响效率以及精度，高输出电流以及压摆率的精密运放可以解决此问题，但是其成本较高；而在此基础上加入三极管可以高效率的解决此问题，但三极管是电流控制电流器件，但三极管导通后，其流过采样电阻电流并不完全是负载电流，还有基极电流，因此对于高精度的恒流源，三极管的使用会存在一定的误差。在温度控制上面，现有的温度控制已经具有更高的精度，但是其控制算法较为复杂，电路结构也相对复杂。在保护ld上，现有的研究的过流保护功能无论是前向反馈式还是后向反馈式保护电路一般根据正电压反馈点进行判断，在负电压驱动激光器二极管电路中很少涉及。

4、综上所述，在恒流源电路上，传统howland恒流源对运放选型要求较高，运放和三极管构成的恒流源电路精度会存在一定误差；温度控制电路上，现有的控制算法以及电路结构上相对复杂；过流保护电路上，负电压反馈涉及很少。因此，针对现有技术所存在的缺陷是激光器驱动亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的不足，提供了如下方案：

2、一种带负电压过流保护的恒温恒流半导体激光器驱动电路，包括：恒流源电路、温度控制电路和过流保护电路；

3、所述恒流源电路用于为所述半导体激光器提供稳定的驱动电流；

4、所述温度控制电路用于实现所述半导体激光器的高精度温度控制；

5、所述过流保护电路用于保护所述半导体激光器不会因驱动电流设置过大或者电流突增而损坏。

6、优选的，所述恒流源电路包括：第一运算放大器u1、第一外围比例电阻r1、第二外围比例电阻r2、第三外围比例电阻r3、第四外围比例电阻r4、采样电阻rtest和mos管；

7、所述第一外围比例电阻r1分别与所述第二外围比例电阻r2和所述第一运算放大器u1的反相输入端连接；

8、所述第二外围比例电阻r2还与所述采样电阻rtest连接；

9、所述采样电阻rtest还与所述mos管的漏极连接；

10、所述第三外围比例电阻r3分别与所述第四外围比例电阻r4和所述第一运算放大器u1的同相输入端连接；

11、所述第一运算放大器u1的输出端与所述mos管的栅极连接；

12、所述第四外围比例电阻r4还与所述mos管的漏极连接；

13、所述采样电阻rtest、所述第四外围比例电阻r4和所述mos管的漏极的连接点处构成电压反馈点fb。

14、优选的，所述温度控制电路采用max1978集成温度控制芯片。

15、优选的，所述过流保护电路包括：第二运算放大器u2、第三运算放大器u3、第四运算放大器u4、第一电压比较器u5、第二电压比较器u6、第一肖特基二极管d1、第二肖特基二极管d2、第一电阻r5、第二电阻r6、第三电阻r7、第四电阻r8、第五电阻r9、下拉电阻r10、三极管q3和继电器k1；

16、所述第二运算放大器u2的同相输入端与所述电压反馈点连接fb，所述第二运算放大器u2的输出端与所述第一电阻r5连接，所述第二运算放大器u2的反相输入端连接在所述第二运算放大器u2的输出端和所述第一电阻r5之间的通路上；

17、所述第三运算放大器u3的同相输入端接地，所述第三运算放大器u3的反相输入端与所述第一电阻r5连接，所述第三运算放大器u3的输出端与所述第一肖特基二极管d1和所述第二肖特基二极管d2连接；

18、所述第一电阻r5还分别与所述第二电阻r6和第三电阻r7连接，所述第二电阻r6还分别与所述第一肖特基二极管d1和所述第四电阻r8连接，所述第三电阻r7还分别与所述第二肖特基二极管d2和所述第四运算放大器u4的同相输入端连接；

19、所述第四运算放大器u4的反相输入端分别与所述第四电阻r8和所述第五电阻r9连接，所述第四运算放大器u4的输出端分别与所述第五电阻r9和所述第一电压比较器u5的同相输入端连接；

20、所述第一电压比较器u5的反相输入端输入限流电压v限流电压，所述第一电压比较器u5的输出端与分别与所述三极管q3的基极和所述下拉电阻r10连接；

21、所述第二电压比较器u6的同相输入端输入设置电压vin，所述第二电压比较器u6的反相输入端输入限流电压v限流电压，所述第二电压比较器u6的输出端与所述分别与所述三极管q3的基极和所述下拉电阻r10连接；

22、所述三极管q3的集电极连接所述继电器k1，所述三极管q3的发射极接地；

23、所述继电器k1的被控制端与所述半导体激光器连接。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

25、本发明针对偏置电路是负电压所设计的带负电压过流保护电路，具有更广泛的适用范围，可靠性高，且对半导体激光器具有高稳定度的驱动电流控制及温度控制。

技术特征：

1.一种带负电压过流保护的恒温恒流半导体激光器驱动电路，其特征在于，包括：恒流源电路、温度控制电路和过流保护电路；

2.根据权利要求1所述一种带负电压过流保护的恒温恒流半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述恒流源电路包括：第一运算放大器u1、第一外围比例电阻r1、第二外围比例电阻r2、第三外围比例电阻r3、第四外围比例电阻r4、采样电阻rtest和mos管；

3.根据权利要求1所述一种带负电压过流保护的恒温恒流半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述温度控制电路采用max1978集成温度控制芯片。

4.根据权利要求2所述一种带负电压过流保护的恒温恒流半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述过流保护电路包括：第二运算放大器u2、第三运算放大器u3、第四运算放大器u4、第一电压比较器u5、第二电压比较器u6、第一肖特基二极管d1、第二肖特基二极管d2、第一电阻r5、第二电阻r6、第三电阻r7、第四电阻r8、第五电阻r9、下拉电阻r10、三极管q3和继电器k1；

技术总结本发明公开了一种带负电压过流保护的恒温恒流半导体激光器驱动电路，主要包括：恒流源电路、温度控制电路和过流保护电路；所述恒流源电路用于为所述半导体激光器提供稳定的驱动电流；所述温度控制电路用于实现所述半导体激光器的高精度温度控制；所述过流保护电路用于保护所述半导体激光器不会因驱动电流设置过大或者电流突增而损坏。本发明针对偏置电路是负电压所设计的带负电压过流保护电路，具有更广泛的适用范围，可靠性高，且对半导体激光器具有高稳定度的驱动电流控制及温度控制。技术研发人员：王子雄,张世雨,罗浩,于晋龙,江阳受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29