一种半导体激光器恒功率控制电路及工作方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光器恒功率控制电路及工作方法，其中的一种半导体激光器恒功率控制电路，包括：程控开关电压源模块101、半导体激光器LD、限流电阻R14、PIN光电二极管PD、I/V转换模块102及闭环控制模块103；所述程控开关电压源模块101连接闭环控制模块103；所述闭环控制模块103连接I/V转换模块102；所述程控开关电压源模块101输出端连接半导体激光器LD；所述限流电阻R14分别连接半导体激光器LD和地；所述PIN光电二极管PD正极连接地，负极连接I/V转换模块102输出端。本发明专利技术采用闭环功率控制系统、高效率开关电源电路、低温漂光电传感器及精密光电转换电路，可快速且精确的控制激光器光输出功率，并能满足宽电压、宽温度工作的要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，其中的一种半导体激光器恒功率控制电路，包括：程控开关电压源模块101、半导体激光器LD、限流电阻R14、PIN光电二极管PD、I/V转换模块102及闭环控制模块103；所述程控开关电压源模块101连接闭环控制模块103；所述闭环控制模块103连接I/V转换模块102；所述程控开关电压源模块101输出端连接半导体激光器LD；所述限流电阻R14分别连接半导体激光器LD和地；所述PIN光电二极管PD正极连接地，负极连接I/V转换模块102输出端。本专利技术采用闭环功率控制系统、高效率开关电源电路、低温漂光电传感器及精密光电转换电路，可快速且精确的控制激光器光输出功率，并能满足宽电压、宽温度工作的要求。【专利说明】
本专利技术涉及半导体激光器
，具体涉及。
技术介绍
稳定的激光器模组在激光投线仪、测距仪、扫平仪等系统中作为核心光源，要求能够发出稳定性高、光功率可调的连续型和/或脉冲型光信号。激光器的性能不仅直接影响系统的整体稳定性和使用寿命，同时对测量精度和灵敏度也会造成一定的影响。 根据半导体激光器的工作原理，通常采用基于电流源的电路来驱动激光器，主要包含恒电流和恒功率两种工作方式:在恒电流工作方式中，通过电流反馈控制回路，可精确控制激光器驱动电流，但由于激光器存在光衰特性，在散热条件一般的环境中使用，其输出光功率随着温度的升高而急剧下降甚至灭灯，即便驱动电流恒定，光功率也无法恒定。此外，相比电压源的产生，电流源尤其脉冲电流源的产生较难实现，该方案动态响应差、驱动能力差、温度特性差、功耗大。 在恒功率工作方式中，通过安装在激光器后出光面的光电二极管监测激光器的光输出功率，并反馈给电流源驱动电路，当光输出功率下降时，驱动电流增加，反之亦然，最终使光输出功率恒定。影响光输出稳定性的因素有光源电压或电流的波动，电路元件的老化、外界杂光、环境温度及光源自身老化等。对于光源光功率的控制，目前普遍采用的方法是通过精密电流源提供驱动电流、同时用制冷器进行恒温控制，从而实现光源光功率的稳定输出，该方案控制精度低、灵活性差、系统庞大、成本高、长期稳定性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，相比现有控制装置提高了响应速度和电源效率、提升了控制精度和功率稳定性，精简了电路拓扑和元件数量、降低了电路体积和成本。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种半导体激光器恒功率控制电路，包括:程控开关电压源模块101、半导体激光器LD、限流电阻R14、PIN光电二极管PD、I/V转换模块102及闭环控制模块103 ;所述程控开关电压源模块101连接闭环控制模块103 ;所述闭环控制模块103连接I/V转换模块102 ;所述程控开关电压源模块101输出端连接半导体激光器LD ;所述限流电阻R14分别连接半导体激光器LD和地；所述PIN光电二极管H)阳极连接地，阴极连接I/V转换模块102输入端。 进一步地，所述半导体激光器恒功率控制电路中，所述程控开关电压源模块101由输入电容C11、开关电源芯片U11、输出电压取样电阻R13和R11、输出电容C12及用于控制输出电压的电阻R12组成，所述开关电源模块Ull输入端、输入电容Cll的正极均与正电压源VIN相连，开关电源模块输出端与输出电容C12正极相连，输出电压为V0UT，取样电阻R13连接于Ull的输出端和反馈端FB之间，取样电阻Rll连接于Ull的反馈端与电源地之间，电阻R12—端连接在Ul I反馈端FB，另一端与闭环控制模块103的VSET端相连，半导体激光器LD阳极与VOUT相连，LD阴极与限流电阻R14串联后接电源地。 更进一步地，所述半导体激光器恒功率控制电路中，所述I/V转换模块102是由运算放大器U12与反馈电阻R15组成的互阻放大器，其中U12的同相输入端接电源地，反相输入端与输出端之间接反馈电阻R15，U12输出端VFB与闭环控制模块103相连，PIN光电二极管H)的阳极接电源地，阴极连接至U12的反相输入端。 更进一步地，所述半导体激光器恒功率控制电路中，所述闭环控制模块103由误差放大器U13和环路补偿电容C13组成，其中U13同相输入端与I/V模块102的VFB端相连，环路补偿电容C13连接于U13的输出端与反相输入端，用于消除反馈环路过长可能引起的振荡，U13的输出端为VSET，U13的反相输入端与基准电压VREF相连。 更进一步地，所述半导体激光器恒功率控制电路，还包括N型场效应管Q21、I/V转换模块202及闭环控制模块203 ;所述程控开关电压源模块101连接闭环控制模块203 ;所述闭环控制模块203连接I/V转换模块202 ;所述程控开关电压源模块101输出端连接半导体激光器LD ;所述限流电阻R14分别连接半导体激光器LD和场效应管Q21的D极，S极接电源地，G极接闭环控制模块203的PWM输出端；所述PIN光电二极管H)阳极连接电源地，阴极连接I/V转换模块202输入端。 更进一步地，所述I/V转换模块202是由运算放大器U22、反馈电阻R25及积分电容C23组成的带有积分功能的互阻放大器，其中U22的同相输入端接电源地，反馈电阻R25与积分电容C23并联后连接于U22反相输入端与输出端之间，U22输出端经过R26和R27串联分压后产生反馈电压VFB，并与闭环控制模块203的ADC输入端相连，PIN光电二极管H)的阳极接电源地，阴极连接至U22的反相输入端。 更进一步地，所述闭环控制模块203由单片机U23组成，U23的ADC输入端与光电压VFB相连，PWM输出端与N型场效应管的G极相连，DAC输出端与程控开关电压源模块201的输入端VSET相连，TTL输入端由外部输入脉冲调制信号。根据本专利技术的一个方面，提供了一种半导体激光器恒功率控制电路工作方法，包括以下步骤:SI，通过设置VSET端电压，能控制输出电压V0UT，关系式为: V0UT=(l+R13/R12+R13/Rll)*Vf-R13/R12*VSET，其中 Vf 为所采用开关电源模块Ull 的反馈端FB的参考电压，由于限流电阻R14的存在，进而控制流过半导体激光器LD的电流10UT，进而控制LD光输出功率；S2，所述PIN光电二极管H)监测LD后出光面的光输出功率，并产生正比于光输出功率的光电流IFB，经过I/V转换模块102将短路电流IFB转换为正比于光输出功率的光电压VFB，关系式为:VFB=-R11*IFB，因此反馈电阻Rll决定I/V转换的放大倍数；S3，误差放大器U13比较基准电压VREF和反馈光电压VFB的大小，当光输出功率偏大时，反馈光电压VFB大于基准电压VREF，U13输出电压VSET升高，进而程控开关电压源模块101的输出电压VOUT降低，半导体激光器LD的驱动电流减小，光输出功率减小，反之亦然，系统最终闭环，实现恒功率控制，通过改变基准电压VREF，能调节激光器输出功率；S4，所述I/V转换模块102采用互阻放大器U12，能实现对H)短路电流取样。 进一步地，所述半导体激光器恒功率控制电路工作方法，还包括以下步骤: S5，所述PIN光电二极管ro监测LD后出光面的脉冲光输出功率，并产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器恒功率控制电路，其特征在于，包括：程控开关电压源模块101、半导体激光器LD、限流电阻R14、PIN光电二极管PD、I/V转换模块102及闭环控制模块103；所述程控开关电压源模块101连接闭环控制模块103；所述闭环控制模块103连接I/V转换模块102；所述程控开关电压源模块101输出端连接半导体激光器LD；所述限流电阻R14分别连接半导体激光器LD和电源地；所述PIN光电二极管PD阳极连接电源地，阴极连接I/V转换模块102输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹，
申请(专利权)人：王莹，
类型：发明
国别省市：陕西;61