半導體(ti) 激光器（LD）具有體(ti) 積小、重量輕、轉換效率高、工作壽命長等優(you) 點，在工業(ye) 、軍(jun) 事、醫療等領域得到了廣泛應用。LD是以電流注入作為(wei) 激勵方式的一種激光器，其使用壽命、工作特性在很大程度上取決(jue) 於(yu) 所用驅動電源的性能好壞。

　　設計一個(ge) 符合LD技術要求、性能穩定、工作可靠的驅動電源是十分必要的。近年來，有不少科研單位研究開發了一係列LD用電流源，保證了LD的正常工作。

　　半導體(ti) 激光器本身的性質決(jue) 定其抗浪湧衝(chong) 擊能力差，這就要求驅動電源的穩定度高，浪湧衝(chong) 擊小，因此驅動電源中需要各種保護電路以滿足實際要求。通常用慢啟動電路、TVS（瞬態抑製器）吸收電路、限流電路等來防止浪湧衝(chong) 擊及電流過大。但大功率半導體(ti) 激光器的工作電流較大，並且半導體(ti) 激光器比較脆弱，傳(chuan) 統的慢啟動電路、TVS吸收電路不能很好地滿足實際要求。本文在參考各種實用的保護電路基礎上，設計出應用大功率器件強製吸收或隔離浪湧衝(chong) 擊和雙限流保護電路，有效地保護半導體(ti) 激光器不被損傷(shang) ，具有較好的實際應用前景。

　　2　原理分析

　　2.1　半導體(ti) 激光器損壞機理分析

　　在正常條件下使用的半導體(ti) 激光器有很長的工作壽命。但在不適當的工作條件下，會(hui) 造成性能的急劇惡化乃至失效。統計表明，半導體(ti) 激光器突然失效，有一半以上的幾率是由於(yu) 浪湧擊穿。因而如何保護半導體(ti) 激光器，延長半導體(ti) 激光器的使用壽命是研製大功率半導體(ti) 激光器驅動電源保護電路的重要問題。主要應考慮：

　　1）激光器必須工作在限製電流以內(nei) ，一個(ge) 安全可靠的限流電路是不可缺少的。

　　2）為(wei) 了防止驅動電源浪湧衝(chong) 擊，必須有比較強的浪湧吸收電路。

　　3）由於(yu) 激光器是一種敏感的電流元件，所以驅動電流不能直接加在激光器兩(liang) 端，慢啟動電路對激光器的防護也是必不可少的。

　　2.2　傳(chuan) 統保護電路的特點

　　1）在隔離變壓器的原邊和副邊加上TVS器件，自動點膠機利用其高速響應特性抑製過高的電網浪湧電壓和雷電感應電壓。這種措施比較有效，但受限於(yu) TVS的響應速度，如果響應速度達不到要求那就不能很好抑製浪湧衝(chong) 擊。

　　2）在直流電源和激光器之間增加π型低通濾波網絡，進一步濾除浪湧電壓。如能采用屏蔽電感和無感突波吸收電容則性能更佳。這實際上就是無源濾波，對降低電源紋波和吸收比較小浪湧有效。但對於(yu) 大的浪湧，這種電路將會(hui) 失效。

　　3）在直流電源和激光器之間增加慢啟動電路使供給激光器的電壓緩慢升高，避免突然上電或斷開電源時給器件造成的衝(chong) 擊，同時，此舉(ju) 還能避免電路中分布電感引起的浪湧衝(chong) 擊。這種電路是必不可少的而且是切實有效的。

　　4）限流電路。這種電路也是必不可少的，但傳(chuan) 統的限流電路通常是單路限流。

　　2.3　本電路設計主要特點

　　1）充分考慮並吸收了傳(chuan) 統保護電路一些優(you) 秀設計思想，設計了電源開啟時軟啟動電路，防止開機浪湧對器件和半導體(ti) 激光器的損害。由於(yu) 這種電路比較成熟，本文沒有做詳細闡述。

　　2）設計了雙電流限製電路，保證通過半導體(ti) 激光器的電流不會(hui) 過流。

　　3）采用功率器件（MOS管）開通或關(guan) 斷來強製吸收或隔離浪湧，防止浪湧對半導體(ti) 激光器損壞。

　　4）在激光器開通和關(guan) 斷的工作中設立慢啟動過程，以減小工作中產(chan) 生的浪湧對激光器產(chan) 生不良影響。

　　3　保護電路的設計原理

　　3.1　限流電路的設計

　　這是個(ge) 雙限流電路，兩(liang) 個(ge) 限流電路確保通過激光二極管（LD）電流不會(hui) 超過設定值。具體(ti) 工作原理如圖1所示。

　　Q1為(wei) P型MOS#p#分頁標題#e#管，Q2為(wei) N型MOS管。流過Q1的電流通過采樣電路1變為(wei) 電壓信號與(yu) 基準電壓相比較，通過負反饋電路1控製，可使得流過Q1的電流恒定。通過半導體(ti) 激光器LD的電流經過采樣電路2變為(wei) 電壓信號與(yu) 電流調節端電壓相比較，如果流過半導體(ti) 激光器的電流超過設定值，經過負反饋電路2調節使得通過Q2的電流增加，導致通過LD電流減小；流過LD的電流太小，經過采樣電路2、負反饋電路2調節可使得流過Q2的電流變小，導致流過LD的電流變大，如此反複，通過負反饋電路的控製可使得流過半導體(ti) 激光器的電流恒定，這種負反饋過程建立的時間很快。

　　3.2　浪湧吸收電路及慢啟動電路的設計

　　浪湧多發生在功率器件開通和關(guan) 斷的瞬間，因為(wei) 這個(ge) 瞬間電路會(hui) 有很大電流流過或者電路中某個(ge) 器件兩(liang) 端會(hui) 有很大的電壓。圖2為(wei) 浪湧吸收及慢啟動電路原理圖。

　　這種電路是利用功率器件的開通或關(guan) 斷來強製吸收或隔離浪湧對器件的衝(chong) 擊。這個(ge) 電路作用分三個(ge) 階段：

　　1）在使能端電壓為(wei) 低電平階段。使能端電壓為(wei) 低電平，Q3導通，通過負反饋電路1的控製，Q1斷開，強製隔離電源V+對半導體(ti) 激光器LD的衝(chong) 擊；使能端為(wei) 低電平，Q4導通，通過負反饋電路2控製，使Q2導通，這樣即使有浪湧衝(chong) 擊，也會(hui) 被Q2強製吸收，不會(hui) 影響半導體(ti) 激光器LD。

　　2）使能端從(cong) 低電平到高電平階段。Q3、Q4斷開。設C1上的電壓從(cong) V+降到基準電壓值所要的時間為(wei) t1,C2從(cong) V+降到電流調節端設定電壓值的時間為(wei) t2。

　　調節R5、C1和R6、C2參數可以使得t2mt1。這樣在t1階段，通過負反饋電路1的控製使得Q1慢慢導通，流過Q1電流從(cong) 零直到恒定，這時由於(yu) t2mt1,C2上還有電壓，通過負反饋電路2的控製使得Q2處於(yu) 導通狀態，這樣流過Q1的電流，以及由於(yu) Q1開通產(chan) 生的浪湧電流全部由Q2吸收，然後隨著時間的增加C2電壓慢慢降為(wei) 零，流過Q2的電流慢慢減小，LD上電流慢慢增加直到達到設定值。

　　3）使能端從(cong) 高電平到低電平階段。使能端為(wei) 低電平Q3,Q4導通。C1由於(yu) R5存在，電壓從(cong) 基準電壓慢慢升至V+,通過負反饋電路1的控製使得Q1慢慢關(guan) 斷；Q4導通，V+直接給C2充電，電壓迅速升為(wei) V+,通過負反饋電路2的控製使得Q2迅速導通，這樣由於(yu) Q1關(guan) 斷產(chan) 生的浪湧將會(hui) 被 Q2強製吸收。

　　4　實驗結果及分析

　　驅動電源一個(ge) 重要技術參數為(wei) 電流穩定度。

　　電流穩定度是在一定時間內(nei) ，多次測量通過負載的電流大小，然後通過數學計算得出輸出電流穩定度大小。實驗中每間隔一分鍾測量一次，測量時間持續一個(ge) 小時。測量時，用1.2Ω50W電阻作為(wei) 模擬負載，測量模擬負載的兩(liang) 端電壓，用模擬負載兩(liang) 端電壓穩定性來標定電流穩定性。測量儀(yi) 器為(wei) ：電壓測量儀(yi) 器：Agilent34401A61/2digitmultime2ter上海logo設計,其精度可以達到0.00001V;供電電源為(wei) Agi2lentE3631AtripleoutputDCpowersupply12V,1A。電流穩定度實驗數據如表1所示。

　　通過計算，其平均值為(wei) 0.538623V。

　　電流穩定度計算公式如下：

　　此保護電路已經應用於(yu) 實踐，由於(yu) 限流措施穩定可靠，半導體(ti) 激光器的使用壽命得到了保證。利用功率器件的開通與(yu) 關(guan) 斷強製吸收和隔離浪湧衝(chong) 擊，使得在脈衝(chong) 工作狀態下的浪湧衝(chong) 擊也被很好地抑製，圖3是電源工作在脈衝(chong) 狀態下，負載實際的電壓波形。

　　從(cong) 圖中可以看出脈衝(chong) 的上升沿和下降沿沒有過衝(chong) ，滿足使用要求。

　　5　結語

　　本文在分析半導體(ti) 激光器損壞機理的基礎上得出半導體(ti) 激光器驅動電源設計的關(guan) 鍵在於(yu) 保護電路的設計。通過深入分析傳(chuan) 統半導體(ti) 激光器驅動電源保護電路的特點，找出其設計的優(you) 點和不足，並在充分吸收傳(chuan) 統半導體(ti) 激光器驅動電源保護電路優(you) 秀設計思想的基礎上，設計出雙限流電路，保證了流過半導體(ti) 激光器的電流不會(hui) 超過設計值，設計出了浪湧強製吸收或隔離電路，解決(jue) 了浪湧衝(chong) 擊對激光器的損壞的難題。設計的驅動電源已應用於(yu) 實踐，電流穩定度很高，浪湧被很好抑製，具有較好的應用前景。