一种半导体激光二极管的温控驱动电路及温度补偿系统技术方案

本发明专利技术属于半导体激光模组控制电路技术领域，公开了一种半导体激光二极管的温控驱动电路和温度补偿系统，所述温控驱动电路包括电压基准单元、采样单元和运放控制单元，所述运放控制单元包括多个能调整输出电流的电阻，还包括一个或多个温控元件，所述每个温控元件选择串联或并联在所述运放控制单元中能调整输出电流的任意电阻上。本发明专利技术克服了现有技术中结构复杂，调试加工难度大，成本高等缺点，采用恒流驱动方式将无PD的半导体激光二极管实现恒定功率控制的等同效果。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光二极管的温控驱动电路及温度补偿系统
本专利技术属于半导体激光模组控制电路
，具体涉及一种半导体激光二极管的温控驱动电路及温度补偿系统。
技术介绍
近年来，随着半导体激光二极管相关技术的成熟，其可视效果好，功耗低，工作温度范围宽，寿命长等优势已作为投线仪的核心部件，在工业及民用测量领域中得到广泛的应用。由于半导体激光二极管的P/T(光功率与温度)特性和P/I(光功率与电流)特性，致使激光二极管随工作环境温度越高，输出光功率衰减越大，因此不能满足客户使用需求。目前市场上包括有PD和无PD两种结构的二极管，针对有PD的激光二极管，可以使用恒功率电路利用激光二极管内置的PD反馈可以在高温环境下工作时减少输出光功率的衰减幅度。针对无PD激光二极管，若使用温控驱动电路，由于无PD电流反馈，所以激光二极管随环境温度升高，输出光功率衰减越大，显然这种产品只能作为低端产品使用。为了解决无PD的激光二极管存在的缺陷同时由于激光二极管封装完成后无法改变激光二极管的内部结构，故现有技术中在激光二极管的外部出光口加入外置PD，需要放置固定PD的部件，再匹配使用恒功率电路，减少激光二极管光功率输出的衰减幅度，从而实现与带PD激光二极管的等同效果。但是由于其外置PD的结构较为复杂，装配工艺要求较高，PD反馈一致性较差导致后续调试加工难度大，以及成本较高等不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种半导体激光二极管的温控驱动电路及温度补偿系统，用以解决现有技术中的无PD激光二极管在使用恒流驱动电路时，在高温环境下光功率衰减较大的缺陷。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种半导体激光二极管的温控驱动电路，所述温控驱动电路包括电压基准单元、采样单元和运放控制单元，所述运放控制单元包括多个能调整输出电流的电阻，还包括一个或多个温控元件，所述每个温控元件选择串联或并联在所述运放控制单元中能调整输出电流的任意电阻上。进一步的，所述温控驱动电路为分立元件构成的温控驱动电路或集成芯片构成温控驱动电路。进一步的，所述的温控元件为热敏电阻、热电偶或温控集成芯片。更进一步的，所述的热敏电阻为NTC热敏电阻或PTC热敏电阻。进一步的，所述的温控驱动电路由电阻R1、基准源N2、电容C1和电容C2构成电压基准单元，由运放N1、电阻R4、三极管Q1、电阻R2和电阻R3构成运放控制单元，由电阻R4构成采样单元；运放N1、电阻R1和电容C1分别连接外部输入电源VCC；基准源N2阳极接地同时连接电容C1，Vref端与阴极相接并与电阻R2一端连接，电阻R2另一端连接电阻R3，电阻R2和电阻R3同时与运放N1同向输入端相接，电阻R3另一端接地；运放N1反向输入端连接电阻R4和三极管Q1发射极，电阻R4接地，运放N1接地端接地，运放N1输出端连接三极管Q1基级，电容C2并联在基准源N2上，所述三极管Q1集电极和外部输入电源VCC还用于连接半导体激光二极管N3的阴极和阳极。进一步的，所述温控元件为热敏电阻R5，热敏电阻R5并联在电阻R2的两端。一种温度补偿系统，包括半导体激光二极管，还包括任一种半导体激光二极管的温控驱动电路。进一步的，所述半导体激光二极管为红色无PD激光二极管或绿色无PD激光二极管。本专利技术与现有技术相比具有以下技术特点：(1)本专利技术克服了现有技术中结构复杂，调试加工难度大，成本高等缺点，采用恒流驱动方式将无PD的半导体激光二极管实现恒定功率控制的等同效果。(2)本专利技术的温度补偿系统通用性强，适用所有的无PD半导体激光二极管及其所有的恒流驱动电路。(3)本专利技术使用的温控元件规格参数丰富，通过改变温控元件的参数，以达到恒功率电路的等同效果；温控元件亦可以组合使用，以得到不同的光功率衰减幅度，提高激光模组在不同温度下的光功率稳定性。附图说明图1为本专利技术的电路框架图；图2为实施例中的分立元件驱动电路原理图；图3为本专利技术的电流补偿方法示意图；图4为A型号激光二极管的P/T变化曲线及P/I变化曲线；图5为B型号激光二极管的P/T变化曲线及P/I变化曲线；图6为C型号激光二极管的P/T变化曲线及P/I变化曲线；图7为NTC热敏电阻随温度变化曲线；图8为PTC热敏电阻随温度变化曲线。具体实施方式由于半导体激光二极管的额定工作温度一般为-10℃--60℃之间，且通常情况下当环境温度高于25℃时输出光功率才会发生衰减，依照图7、8所示，同一阻值的NTC热敏电阻随温度升高，阻值逐渐降低；PTC热敏电阻随环境温度升高，阻值逐渐增大。为减小激光二极管在高温下输出光功率的衰减幅度，还需要参考激光二极管的P/T和P/I特性，如图4所示。如图5所示，激光二极管的P/T特性是：当在额定驱动电流工作时，且驱动电流始终相同时，ΔP/ΔT＝θ，其中θ表示该激光二极管随温度升高的衰减幅度，即当即当环境温度增加ΔT＝1℃时，输出光功率衰减1*θmW；同时，不同激光二极管的θ值也不相同。如图6所示，激光二极管的P/I特性是：当在额定使用环境温度时，且环境温度始终相同时，ΔP/ΔI＝η，其中η表示该激光二极管的光电转化效率，即当输出光功率变化ΔP＝1mW时，电流变化1/ηmA；同时，不同激光二极管的η值也不相同。在本实施例中公开了一种半导体激光二极管的温度补偿系统，所述温控驱动电路包括电压基准单元、采样单元和运放控制单元，所述运放控制单元包括多个能调整输出电流的电阻，所述电压基准单元用于为运放控制单元提供参考电压，所述采样单元用于通过采样电阻实时采集电路输出电流大小，所述运放控制单元用于调整运放输出电流使电路输出总电流维持不变；还包括一个或多个温控元件，所述的温控元件用于对恒流驱动模块进行电流补偿，所述的温控驱动电路用于驱动半导体激光二极管。所述每个温控元件选择串联或并联在所述运放控制单元中能调整输出电流的任意电阻上。所述任意电阻表示任意一个或多个电阻。温控元件电连接于所述驱动电路的任意电流调节端，通过温控元件在不同温度下的物理属性不同，该物理属性对所述的温控驱动电路进行电流补偿，从而改变不同温度下激光二极管的输出光功率大小。具体的，所述温控驱动电路为分立元件构成的温控驱动电路或集成芯片构成温控驱动电路。具体的，所述的温控元件为热敏电阻、热电偶或温控集成芯片。优选的，所述的热敏电阻为NTC热敏电阻或PTC热敏电阻。具体的，本实施例给出了常规的分立元件组合的温控驱动电路的组成如下：由电阻R1、基准源N2、电容C1和电容C2构成电压基准单元，由运放N1、电阻R4、三极管Q1、电阻R2和电阻R3构成运放控制单元，由电阻R4构成采样单元，其作用是根据欧姆定律U＝IR将输出的电流大小转换为电压信号作用于运放反向输入端V-，通过R2、R3电阻将Vref分压后作用于运放同向输入端V+；运放N1、半导体激光二极管N3的阳极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光二极管的温控驱动电路，所述温控驱动电路包括电压基准单元、采样单元和运放控制单元，所述运放控制单元包括多个能调整输出电流的电阻，其特征在于，还包括一个或多个温控元件，所述每个温控元件选择串联或并联在所述运放控制单元中能调整输出电流的任意电阻上。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光二极管的温控驱动电路，所述温控驱动电路包括电压基准单元、采样单元和运放控制单元，所述运放控制单元包括多个能调整输出电流的电阻，其特征在于，还包括一个或多个温控元件，所述每个温控元件选择串联或并联在所述运放控制单元中能调整输出电流的任意电阻上。


2.如权利要求1所述的半导体激光二极管的温控驱动电路，其特征在于，所述温控驱动电路为分立元件构成的温控驱动电路或集成芯片构成温控驱动电路。


3.如权利要求1所述的半导体激光二极管的温控驱动电路，其特征在于，所述的温控元件为热敏电阻、热电偶或温控集成芯片。


4.如权利要求3所述的半导体激光二极管的温控驱动电路，其特征在于，所述的热敏电阻为NTC热敏电阻或PTC热敏电阻。


5.如权利要求1所述的半导体激光二极管的温控驱动电路，其特征在于，所述的温控驱动电路由电阻R1、基准源N2、电容C1和电容C2构成电压基准单元，由运放N1、电阻R4、三极管Q1、电阻R2和电阻R3构成运放控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锋，
申请(专利权)人：西安天和激光仪器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61