一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路，适用于环境气体的光声光谱监测中量子级联激光器的驱动，也可用于红外对抗、毒品和爆炸物监测、太赫兹成像等领域应用量子级联激光器或其它脉冲式激光器的场合，属于电子设备的技术领域。本发明专利技术在12V直流电源和等效电阻2.73Ω的激光器下可输出幅值超过1.7安培的电流，且其上升/下降时间不超过20纳秒，脉冲宽度可随意调节，最小脉宽低至20纳秒，最大重复频率超过1MHz，比已有的激光器脉冲驱动电路的边沿时间短，脉冲参数的调节范围更宽、更灵活。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路，适用于环境气体的光 声光谱监测中量子级联激光器的驱动，也可用于红外对抗、毒品和爆炸物监测、太赫兹成像 等领域应用量子级联激光器或其它脉冲式激光器的场合，属于电子设备的

技术介绍
脉冲式激光器工作在脉冲供电模式下，避免了连续大电流工作下发热严重的问 题，对温度控制要求降低，有利于节约成本，方便使用。作为一种脉冲式激光器的量子级联 激光器（QuantumCascadeLaser,QCL)是一种新型红外相干光源，具有小型、相干、可调谐 等特点，在国家安全、环境污染监测（如汽车尾气、矿井瓦斯气体、工业废气等）、医疗疾病 诊断（病人呼出气体监测等）、工农业生产生活等领域具有重要的应用价值，应用场合非常 广。然而驱动此类脉冲式激光器的脉冲电源所输出脉冲电流的上升/下降沿时间、幅值、脉 宽、稳定度和重复频率等参数都对脉冲式激光器的输出光功率的稳定性和工作效率产生重 要影响。目前国内外很多研究机构和相关的高科技企业在激光器脉冲驱动电路的研制和 开发上取得一系列成果，尤其是美国和德国等研制的相关产品处于国际领先地位，引领着 激光器脉冲驱动技术的发展。美国ILXLightwave公司是激光器脉冲驱动器领域的佼佼 者，相关产品包括LDP-3830、LDP-3811、LDP-3840B以及高功率驱动器系列如LDX-3690等， 另外德国Artifex公司也拥有相关产品如LDD-100等。这些产品的总体性能都很好，除了 能够实现一定幅值脉冲电流外，在激光器的保护上也做得很到位，但其具体参数并没有达 到十分出色的状态，仍有改进余地，另外这些产品售价也较昂贵，增加了使用和维护成本， 也很有国产化的必要。对这些产品的最优参数进行统计列表如下：【主权项】1. 一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路，其特征在于：该驱动电路包括控制 电路（1)、高速驱动电路（2)、储能元件充放电电路（3)、脉冲式激光器及其保护电路（4)、充 电能量调节电路（5)、平均电流监视电路（6)、脉冲峰值监视电路（7)和能量快速泄放电路 ⑶； 其中，控制电路（1)输出控制信号至高速驱动电路（2)，使储能元件充放电电路（3)工 作，通过采集来自储能元件充放电电路（3)的放电电流的电流状态，从而调整输出给充电 能量调节电路（5)的电压，改变储能元件充放电电路（3)中ClO和C9的能量，调节储能元 件充放电电路（3)的放电电流的脉冲电流幅值和变化规律； 高速驱动电路⑵包括电阻R30、电阻R31、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C5和MOS驱动器U4 ; 电阻R30的一端与MOS驱动器U4的输入通道A连接，电阻R30的另一端与地、R31的 一端、MOS驱动器U4的GND端连接，R31的另一端与MOS驱动器U4的输入通道B连接，MOS 驱动器U4的输出通道A与电阻Rll的一端、电阻R12的一端连接，电阻Rll的另一端与电 容C5的一端连接，电容C5的另一端与电阻R12的另一端、电阻R13的一端连接；电阻R13 的另一端接地；MOS驱动器U4的VCC接+5V电源； 电阻R30的一端与控制电路（1)中的MCU的I/O端口 1连接，电阻R31的另一端与控 制电路⑴中的MCU的I/O端口 2连接；电阻R13的一端与储能元件充放电电路（3) N沟道 MOS场效应管Ql的栅极连接，MOS驱动器U4的输出通道B与能量快速泄放电路⑶的电阻 R28的一端连接； 储能元件充放电电路（3)包括N沟道MOS场效应管Ql、二极管Dl、二极管D2、二极管 D6、电阻R14、电阻R15、电阻R23、电容C8、电容C9、电容C10、电容C6和电感Ll ; N沟道MOS场效应管Ql的漏极与二极管Dl的阴极、电容C6的一端、电容C9的一端、 电容ClO的一端连接，二极管Dl的阳极与地、N沟道MOS场效应管Ql的源极、电阻R14的 一端、二极管D2的阴极、电阻R15的一端连接；电容C6的另一端与电阻R14的另一端连接； 电容ClO的另一端与电容C9的另一端、二极管D2的阳极、电容C8的一端、电阻R23的一端 连接；电容C8的另一端与电阻R23的另一端、电感Ll的一端连接；电感Ll的另一端与二极 管D6的阴极连接； 电阻R15的另一端与脉冲式激光器及其保护电路（4)二极管D3的阴极连接；二极管D6 的阳极与脉冲式激光器及其保护电路（4)中二极管D3的阳极连接； 脉冲式激光器及其保护电路（4)包括二极管D3、瞬态电压抑制二极管D4、电阻R22、电 容C7和脉冲式激光器D5 ; 二极管D3的阴极与瞬态电压抑制二极管D4的阴极、电阻R22的一端、脉冲式激光器D5 的阳极连接，二极管D3的阳极与瞬态电压抑制二极管D4的阳极、电容C7的一端、脉冲式激 光器D5的阴极连接；电阻R22的另一端与电容C7的另一端连接； 充电能量调节电路（5)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R24、电阻R25、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容 C13、N沟道MOS场效应管Q2和集成运算放大器Ul; 电阻Rl的一端与电容Cl的一端、电阻R2的一端、集成运算放大器Ul的同相输入端4 连接，电容Cl的另一端接地，电阻R2的另一端接地；电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端 与集成运算放大器Ul的反相输入端3、电容C2的一端、电阻R4的一端连接；电容C2的另 一端与电阻R4的另一端、集成运算放大器Ul的输出端2、电阻R5的一端连接；电阻R5的 另一端与集成运算放大器Ul的同相输入端8连接，集成运算放大器Ul的反相输入端9与 电容C3的一端、电阻R7的一端连接，电容C3的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另 一端与集成运算放大器Ul的输出端10、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电阻R9的 一端、电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻RlO的一端连接，电阻R9的另一端与电 阻RlO的另一端、N沟道MOS场效应管Q2的栅极连接，N沟道MOS场效应管Q2的漏极与电 容C13的一端、电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与+12V电源连接，电容C13的另一 端接地；N沟道MOS场效应管Q2的源极与电阻R7的另一端、电阻R25的一端连接；集成运 算放大器Ul的正电源端与+12V连接；集成运算放大器Ul的负电源端与-12V连接； 电阻Rl的另一端与控制电路（1)的D/A输出端口连接，电阻R25的另一端与储能元件 充放电电路（3)的电容ClO的另一端连接； 平均电流监视电路（6)包括电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21 和集成运算放大器U2 ; 电阻R16的一端与集成运算放大器U2的同相输入端4连接；电阻R17的一端与地连 接；电阻R17的另一端与电阻R18、集成运算放大器U2的反相输入端3连接；电阻R18的另 一端与集成运算放大器U2输出端2、电阻R19的一端连接；电阻R19的另一端与电阻R21的 一端、集成运算放大器U2的反相输入端9连接；电阻R20的一端与地连接；电阻R20的另一 端与集成运算放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路，其特征在于：该驱动电路包括控制电路(1)、高速驱动电路(2)、储能元件充放电电路(3)、脉冲式激光器及其保护电路(4)、充电能量调节电路(5)、平均电流监视电路(6)、脉冲峰值监视电路(7)和能量快速泄放电路(8)；其中，控制电路(1)输出控制信号至高速驱动电路(2)，使储能元件充放电电路(3)工作，通过采集来自储能元件充放电电路(3)的放电电流的电流状态，从而调整输出给充电能量调节电路(5)的电压，改变储能元件充放电电路(3)中C10和C9的能量，调节储能元件充放电电路(3)的放电电流的脉冲电流幅值和变化规律；高速驱动电路(2)包括电阻R30、电阻R31、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C5和MOS驱动器U4；电阻R30的一端与MOS驱动器U4的输入通道A连接，电阻R30的另一端与地、R31的一端、MOS驱动器U4的GND端连接，R31的另一端与MOS驱动器U4的输入通道B连接，MOS驱动器U4的输出通道A与电阻R11的一端、电阻R12的一端连接，电阻R11的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与电阻R12的另一端、电阻R13的一端连接；电阻R13的另一端接地；MOS驱动器U4的VCC接+5V电源；电阻R30的一端与控制电路(1)中的MCU的I/O端口1连接，电阻R31的另一端与控制电路(1)中的MCU的I/O端口2连接；电阻R13的一端与储能元件充放电电路(3)N沟道MOS场效应管Q1的栅极连接，MOS驱动器U4的输出通道B与能量快速泄放电路(8)的电阻R28的一端连接；储能元件充放电电路(3)包括N沟道MOS场效应管Q1、二极管D1、二极管D2、二极管D6、电阻R14、电阻R15、电阻R23、电容C8、电容C9、电容C10、电容C6和电感L1；N沟道MOS场效应管Q1的漏极与二极管D1的阴极、电容C6的一端、电容C9的一端、电容C10的一端连接，二极管D1的阳极与地、N沟道MOS场效应管Q1的源极、电阻R14的一端、二极管D2的阴极、电阻R15的一端连接；电容C6的另一端与电阻R14的另一端连接；电容C10的另一端与电容C9的另一端、二极管D2的阳极、电容C8的一端、电阻R23的一端连接；电容C8的另一端与电阻R23的另一端、电感L1的一端连接；电感L1的另一端与二极管D6的阴极连接；电阻R15的另一端与脉冲式激光器及其保护电路(4)二极管D3的阴极连接；二极管D6的阳极与脉冲式激光器及其保护电路(4)中二极管D3的阳极连接；脉冲式激光器及其保护电路(4)包括二极管D3、瞬态电压抑制二极管D4、电阻R22、电容C7和脉冲式激光器D5；二极管D3的阴极与瞬态电压抑制二极管D4的阴极、电阻R22的一端、脉冲式激光器D5的阳极连接，二极管D3的阳极与瞬态电压抑制二极管D4的阳极、电容C7的一端、脉冲式激光器D5的阴极连接；电阻R22的另一端与电容C7的另一端连接；充电能量调节电路(5)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R24、电阻R25、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C13、N沟道MOS场效应管Q2和集成运算放大器U1；电阻R1的一端与电容C1的一端、电阻R2的一端、集成运算放大器U1的同相输入端4连接，电容C1的另一端接地，电阻R2的另一端接地；电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与集成运算放大器U1的反相输入端3、电容C2的一端、电阻R4的一端连接；电容C2的另一端与电阻R4的另一端、集成运算放大器U1的输出端2、电阻R5的一端连接；电阻R5的另一端与集成运算放大器U1的同相输入端8连接，集成运算放大器U1的反相输入端9与电容C3的一端、电阻R7的一端连接，电容C3的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与集成运算放大器U1的输出端10、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电阻R9的一端、电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的另一端、N沟道MOS场效应管Q2的栅极连接，N沟道MOS场效应管Q2的漏极与电容C13的一端、电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与+12V电源连接，电容C13的另一端接地；N沟道MOS场效应管Q2的源极与电阻R7的另一端、电阻R25的一端连接；集成运算放大器U1的正电源端与+12V连接；集成运算放大器U1的负电源端与‑12V连接；电阻R1的另一端与控制电路(1)的D/A输出端口连接，电阻R25的另一端与储能元件充放电电路(3)的电容C10的另一端连接；平均电流监视电路(6)包括电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21和集成运算放大器U2；电阻R16的一端与集成运...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郗洪柱，边文宾，彭泳卿，周建发，郑义，杨显涛，郑林，赵汗青，蒙瑰，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11