激光光源的驱动电路设计概述
设计是决定半导体激光器系统稳定性的重要技术。半导体激光器自身抗电流冲击的能力较弱，工作状态下，电路中电流的细微波动，都会引起激光二极管发光强度和工作效率的变化。这些变化严重影响了激光二极管的正常工作效率。因此在实际电路设计中，激光二激光驱动电路的稳定性和安全性是很重要的设计指标。本文主要从半导体激光器驱动电路的安全性、抗干扰性、可靠性三部分进行研究。根据PL-TB450B蓝光激光器的伏安特性，以及工作原理，设计了基于AMC7150芯片的恒流源电路。驱动电路的工作电压为12V，工作电流为1.2A，满足激光光源的工作要求。
关键词 激光光源;系统稳定性;驱动电路;AMC7150芯片
前言
本文根据蓝色激光二极管的参数及伏安特性，确定设计驱动电路为工作电压12V，工作电流为1.2A的开关电源恒流源。恒流源是负载工作电流一直保持不变的电流源，理想工作的恒流源不会因为输出电压的变化而发生改变，不受工作温度的影响。综上，此次设计的开关恒流源电路就是要能够提供一个稳定的输出电流的恒流源电路。
1 半导体激光器工作原理
此次设计采用的是欧司朗公司型号为PL-TB450B的蓝色激光二极管，工作电压为4.8V-6V，工作电流1.2A-1.5A，阈值电流0.2mA;发射波长440nm-460nm。
激发出的光线是相干光源，想要得到相干光输出，必须需要满足两个条件：粒子数反转和阀值。要求高能态的粒子数量多于低能态的粒子数量，才会使激光器产生增益输出光波[1]。激光器阀值条件表示为：
式中是阈值的增益。是半导体介质损耗能量，为激光器的输出损耗。
2 设计要求
正常工作情况下的激光二极管有较长的使用寿命。但不了解激光器工作条件下，操作不当会造成激光二极管的性能大幅度衰弱甚至损坏。PN被击穿或者激光震荡强腔的表面受到损伤这两种情况都会造成半导体激光器损坏。PN结一旦被击穿后，二极管就不能再发光。根据激光二极管的本身特点，对激光二极管驱动电路有以下要求：半导体激光器驱动电路需要是有很小的纹波电流的开关恒流源;激光二极管工作频率和发光功率较高，正常工作时会产生大量热量，在电路设计中应考虑散热处理[2]。
3 光源驱动芯片AMC7150
此次设计的恒流源驱动电路以AMC7150芯片为核心。AMC7150是一款功率LED驱动芯片。驱动电流从几毫安到1.5A，高达200kHz的外部控制操作频率，外部电阻器将最大输出电流控制为单个LED或LED串。该芯片能够广泛应用于驱动电路设计[3]。
4 电路原理及实物
通过LD的电流IF由下式表示：
激光二激光上的平均电流由电感L的峰间纹波决定。此次设计要求LD上的平均电流为1.2A，所以Rsense=275mΩ。
通过下式可以计算出电感值：
式中，VRsense =330mV，VLED为激光二极管工作电压5V，D为占空比，设定为85%， f是工作频率为100kHz。得出L=220uH。
根据芯片的结构设计外围电路，得到了工作电压为12V，工作电流为1.2A的恒流源驱动电路。
印制电路板前，对电源效率和电路板散热情况进行仿真。当电路中电流在达到0.2A左右时趋于稳定，而0.2A为激光二极管的阈值电流，电路稳定后，电源效率保持在90%以上。
电路板散热仿真图中可以得出：电路板上部激光二极管所在位置，温度较高，达到70摄氏度左右，电路板下部激光二极管所在位置达到60摄氏度左右。激光二极管正常工作温度范围为-40摄氏度到85摄氏度，均满足设计要求[4]。
5 结束语
本文介绍了以AMC7150芯片为核心的激光二极管恒流源驱动电路。在完成电路设计的基础上，对电源效率进行仿真计算，得出：电路中电流达到0.2A左右时电路趋于稳定，电源效率保持在90%以上。对电路板进行热仿真，得出：激光二极管工作时温度在60-70摄氏度左右，满足正常工作时的温度范围。
参考文献
[1] 陈少武，韩勤，胡传贤，等.大功率半导体激光器光纤耦合模块的耦合光学系统.半导体学报，2001，22（12）：1572-1575.
[2] 江劍平.半导体激光器[M].北京：电子工业出版社，2000：19.
[3] 赵忠伟，吴广业，张玉钧，等.半导体激光器驱动电源设计[J].中国电子科学研究院学报，2011，6（6）：657-660.
[4] 张国雄，黄春晖.一种高稳定连续可调半导体激光器驱动源[J].激光与红外，2011，（2）：160-163.
下一篇：光阵重生
