低壓差大電流集成可調(diào)穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路的設(shè)計初級思路
二極管激光器及二極管泵浦的固體激光器現(xiàn)已成為固體激光器的發(fā)展主流,其轉(zhuǎn)換效率高,穩(wěn)定性好、可靠性高,是迄今惟一不需維護的激光系統(tǒng),具有輸出的光束質(zhì)量高、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點,已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。二極管泵浦固體激光器設(shè)計中涉及許多關(guān)鍵技術(shù),電源技術(shù)是其中之一,它涉及的主要問題是如何根據(jù)固體激光器的要求設(shè)計半導(dǎo)體激光二極管的驅(qū)動電源。半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源的基本要求是: 恒流源、電流穩(wěn)定度高(至少應(yīng)小于10-3)、紋波系數(shù)小、具有特殊的抗電沖擊措施和保護電路[1]。在實際項目中,二極管泵浦固體激光器用于機載導(dǎo)彈測距,采用808nm半導(dǎo)體大功率激光器作為泵浦源,要求驅(qū)動電源體積小,驅(qū)動電流2A,驅(qū)動方式為脈沖驅(qū)動,脈沖頻率和寬度獨立可調(diào)、蓄電池供電(5V左右)。目前許多的商用的或用于試驗研究的驅(qū)動電源很難完全滿足使用要求,因此為其設(shè)計簡單、方便、穩(wěn)定、可靠的驅(qū)動電源具有重要的意義。
1、電路結(jié)構(gòu)及原理:
該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源由脈沖電路、控制電路、穩(wěn)流電路和保護電路的四部分組成,系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2 穩(wěn)流電路
在穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源中,目前常用的是開關(guān)電源和線性電源,由于開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)較差、紋波系數(shù)較大,對瞬態(tài)特性和溫度度要求較高的半導(dǎo)體激光驅(qū)動電源采用線性電源較為合理。為了實現(xiàn)高的電流穩(wěn)定度,驅(qū)動電路大多采用負反饋的控制方法,原理圖見圖2。工作時,通過電阻電流采樣反饋為驅(qū)動電流提供有源控制。方法是在功率晶體管的源極串聯(lián)一個采樣電阻RS,用于取樣反饋,該取樣電壓經(jīng)過I/U轉(zhuǎn)后,作為反饋電壓與設(shè)定電壓進行比較,進而通過調(diào)整功率晶體管的電阻大小對輸出電流If進行調(diào)整。整個閉環(huán)反饋系統(tǒng)處于動態(tài)平衡中,以達到穩(wěn)定電流的目的。輸出電流If與設(shè)定的參考電壓Vref的關(guān)系可由負反饋原理得到 ,上式只是一個近似的表達,隨著負載的不同和輸入電壓的變化,輸出電流還是有微小的變化,但是由于前置放大器放大倍數(shù)很高,使得輸出電流變化很小,穩(wěn)定度一般能達到10-5量級。
實際上,線形穩(wěn)壓源和穩(wěn)流源的結(jié)構(gòu)原理基本相同,只是輸出方式的不一樣,即負載的加載方式不同,譬如,在圖2中,如果負載也采樣電阻并行連接,圖2 就成了一個恒定輸出電壓為Vref的穩(wěn)壓源。同樣的,基于這種方式的穩(wěn)壓源稍加調(diào)整也可作為恒流源。目前,各種可調(diào)穩(wěn)壓器集成芯片技術(shù)成熟,產(chǎn)品豐富,因此可以對這種芯片的功能進行擴展以滿足我們的設(shè)計要求。