一种半导体激光线性驱动电源的控制电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光线性驱动电源的控制电路及方法，所述控制电路包括差分电路、延时电路、PID调节电路、启动电流设定电路、驱动电路、及MCU。本发明专利技术采用分阶段控制的方法调节控制电路，所述分阶段控制的方法包括设置两个阶段，所述两个阶段为作为起始的延时阶段的阶段一和作为惯性阶段的阶段二。本发明专利技术通过分析半导体激光驱动系统工作特性，实现了将驱动过程分段进行控制，既保证了驱动电源的快速响应，又避免了上电就有启动电流，造成能源浪费。费。费。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光线性驱动电源的控制电路及方法


[0001]本专利技术属于半导体激光驱动电源领域，具体涉及一种半导体激光线性驱动电源的控制电路及方法。

技术介绍

[0002]半导体激光器及光纤激光器的驱动电源常见的有开关电源，线性电源两种。其中线性电源具有比较快的响应速度、较低的驱动电流纹波得到了广泛的应用。
[0003]在激光驱动电源的众多性能指标中，驱动电流响应速度是其重要的要求之一。影响线性驱动电源响应速度的因素有线性驱动电源功率器件的响应速度(影响因素包含器件内部驱动内阻、寄生电容等)、系统寄生电感(包含连接线寄生电感、半导体激光器寄生电感等)、半导体激光器本体的结电容等，这些因素对响应速度的影响可以分为两类，一类是功率器件寄生电容、半导体激光器结电容等因素造成的延时环节；另外一类是功率器件内部驱动内阻、线电感等因素造成的惯性环节。
[0004]目前半导体驱动电源主要有两种方式解决以上问题，一是传统的处理方式将延时环节等效为惯性环节，这种方式系统输出稳定，控制环路调试简单，但当延时环节并非远小于惯性环节时，会造成系统响应速度慢，至少驱动电流上升沿，比较慢；
[0005]二是在驱动电源系统上电时输出小电流(下文统称为启动电流)，使驱动电源有电流输出，但半导体激光器未输出激光，当有出光信号后，驱动系统在将输出电流加大到设定电流。这种控制方式有效避免了延时环节，提高了系统响应速度，但由于小电流的存在，造成能源浪费；且在大功率应用中，由于非线性等因素的影响，器件不一致性在小电流时表现的尤为明显，加上温漂等因素的影响，需每台设备反复调试，不利于批量生产。

技术实现思路

[0006]针对以上技术问题，本专利技术提出了一种半导体激光线性驱动电源的控制电路及方法，该控制电路将半导体激光线性驱动电源分为两个阶段进行控制，阶段一为起始的延时阶段；阶段二为惯性阶段，在避免了电源启动就有启动电流输出的同时减少了电流上升时间，提高了驱动电源的性能。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种半导体激光线性驱动电源的控制电路，包括差分电路、延时电路、PID调节电路、加法电路、驱动电路、及MCU；其中所述PID调节电路前增加所述差分电路及延时电路；差分及延时电路并联作为PID调节电路的输入；PID调节电路和启动电流设定电路并联做加法作为驱动电路输入；驱动电路驱动功率器件Q进行电流输出。
[0009]本专利技术还提供一种半导体激光线性驱动电源的控制电路的控制方法，其采用分阶段控制的方法调节控制电路，所述分阶段控制的方法包括设置两个阶段，所述两个阶段为作为起始的延时阶段的阶段一和作为惯性阶段的阶段二；
[0010]所述阶段一为开环控制，当MCU检测到出光信号后，通过DAC输出启动电流设定
UFbSet，完成启动电流输出，此时激光器出光信号延时信号GateDelay为高，UDelta信号为0，所述PID调节电路输出同样为0；功率器件Q输出只有由UFbSet设定的启动电流；
[0011]所述阶段二的延时由MCU存储并计时触发，将激光器出光信号延时信号GateDelay置低，所述PID调节电路开始工作，在UFbSet的基础上，调节功率器件Q输出工作电流，保证其快速响应到设定电流。
[0012]有益效果：
[0013]本专利技术通过分析半导体激光驱动系统工作特性，实现了将驱动过程分阶段进行控制，既保证了驱动电源的快速响应，又避免了上电就有启动电流，造成能源浪费。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的一种半导体激光线性驱动电源的控制电路原理框图；
[0015]图2为本专利技术的分阶段及PID调节电路示意图；
[0016]图3为本专利技术的加法电路及驱动电路示意图。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0018]本专利技术提供一种半导体激光线性驱动电源的控制电路及方法，所述控制电路将半导体激光线性驱动电源分为两个阶段进行控制。其中，阶段一为起始的延时阶段；阶段二为惯性阶段。本专利技术的分阶段控制方法由MCU控制实现，根据试验可得到系统延时时间及启动电流设定UFbSet，将结果存储于MCU。MCU根据出光信号触发定时器开始计时，达到系统延时后输出激光器出光信号延时信号GateDelay，实现控制电路的阶段切换。
[0019]本专利技术的控制电路由差分电路、延时电路、PID调节电路、加法电路、驱动电路、及MCU实现，其控制电路原理框图如图1所示。其中所述PID调节电路前增加所述差分电路及延时电路；差分电路及延时电路并联作为PID调节电路的输入；所述PID调节电路和启动电流设定电路并联做加法作为驱动电路输入；驱动电路驱动其包含的功率输出器件Q进行电流输出。所述控制电路还包括半导体激光器DL，其中，IFed为反馈电流，ISet为设定电流，GateDelay为激光器出光信号延时信号，UFbSet为启动电流设定，UDelta为设定电流ISet与反馈电流IFed的差分信号，Qg为延时信号，UDriver为功率器件驱动信号。
[0020]在阶段一，当MCU检测到出光信号后，通过DAC输出启动电流设定UFbSet，完成启动电流输出，此时激光器出光信号延时信号GateDelay为高，UDelta信号为0，PID调节电路输出同样为0。此时UDriver只包含启动电流设定UFbSet，此时为电流开环控制。当MCU判断到延时时间后，将激光器出光信号延时信号GateDelay置低，PID调节电路开始工作，进入阶段二，驱动电路的功率输出器件Q输出工作电流，驱动控制电路形成电流闭环控制。
[0021]由于系统在阶段二才形成闭环控制，因此闭环调节PID调节电路不包含延时环节，系统响应时间要快，起码电流上升时间要快。同时输出电流是从出光时刻开始启动，避免了能源浪费。需要进一步说明的是，目前半导体激光器应用场合大部分为光功率开环控制，所
以本专利技术所加的延时开环启动和传统的上电就有启动电流的控制方式，驱动输出上升时间具有同样的效果，但对于光功率闭环系统，本专利技术不适用。
[0022]本专利技术在传统的PID调节电路中插入延时电路，保证在阶段一积分PID电路不起作用，否则不能实现分阶段控制。具体的分阶段及PID调节电路的原理图如图2所示。
[0023]在图2中，阶段一时MCU产生的延时信号GateDelay和故障信号Err经对管D2相或后，驱动三极管Q2将差分调节电路运算放大器U4A输出UDelta拉低为0，进一步的，PID调节电路运算放大器U2B输出信号USet为0；在阶段二且无故障产生时，驱动三极管Q2截止，差分调节电路运算放大器U4A输出UDelta为正常输出，进一步的，PID调节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光线性驱动电源的控制电路，其特征在于：包括差分电路、延时电路、PID调节电路、启动电流设定电路、驱动电路和MCU；其中，所述控制电路在所述PID调节电路前设置所述差分电路及延时电路；所述差分电路及延时电路并联作为所述PID调节电路的输入；所述PID调节电路和启动电流设定电路并联做加法作为所述驱动电路的输入；所述驱动电路驱动功率输出器件Q进行电流输出。2.根据权利要求1所述的一种半导体激光线性驱动电源的控制电路的控制方法，其特征在于：采用分阶段控制的方法调节控制电路，所述分阶段控制的方法包括设置两个阶段，所述两个阶段为作为起始的延时阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉泉，徐飞，史黎明，李子欣，高范强，赵聪，李耀华，张法瑞，高志宣，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：