具有保护功能的压控激光电流源设计

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1、具有保护功能的压控激光电流源设计摘要：采用模拟电路设计出一种最大输出可达10A的压控电流源，针对半导体激光器的工作特性增加了设定电流工作点功能，同时具有上电保护、慢启动、输出使能延时、输出限流等保护功能。给出了电流源输出的推导过程;使用单5V供电，具有体积小、高可靠性等特点。关键词：半导体激光器;压控电流源;系统保护;模拟电路中图分类号：TN710?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）02?0161?02DesignofvoltagecontrolledlasercurrentsourcewithprotectionWANGSheng?jun（TheAcade

2、myofEquipment，Beijing101416，China）Abstract：Aanalogcircuitisadoptedtodesignavoltagecontrolcurrentsource，whoseoutputisupto10A.AfunctionforDCoperatingpointsettingisaddedaccordingtooperatingcharacteristicsofsemiconductorlaser.Ithasthefunctionsofpoweronprotection，slowstart?up，outputenableddelay，out

3、putcurrentlimitation.Thederivation6processofcurrentsourceoutputisgiveninthispaper.Thesingle5Vpowersupplyisselectedinthisdesign，whichhasthecharacteristicsoflittlesizeandhighreliability.Keywords：semiconductorlaser;voltagecontrolledcurrentsource;systemprotection;analogcircuit近年来，激光技术广泛应用于工业生产、医疗卫

4、生、环境监测、军事航天和生活中。可靠、稳定的驱动电源是激光应用的重要前提。半导体激光器属于精密的器件，稍有不慎便可造成永久损坏或减少其使用寿命[1]。通过检索有很多有关于激光器驱动电源的设计，具有保护电路的设计比较少，不利于产品的长期使用[2?3]。因此采用电流负反馈技术，用模拟器件设计出一高稳定、低成本，同时具有上电保护、慢启动、输出使能延时、输出限流等保护功能的小体积驱动电路。1系统原理压控电流源的系统原理如图1所示，可调电阻R1可调节整个电路工作点，R8设置输出电流的上限，压控电流源电路由电流串联负反馈实现。系统采用单5V供电，通过模拟输入电压控制输出电流，实现0.1～106

5、A电流可调[4]。输出电流在取样电阻Rs上产生取样电压后经单运放A2放大后经电阻输入到A1的反相输入端，与同相端的两路输入叠加运算后控制达林顿管Q1。如整个系统处于平衡后，输入与输出的关系利用运放的特性进行如下推导如图1所示。<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼27t1.tif>图1系统原理框图设采样电阻输出为Vs，R1设置电压为V1，模拟输入电压为V0，运放A2输出为Uo2，正端电压为采样电阻输出Vs，由电阻分压得出：[UA2-=Uo2R7R6+R7]（1）推出：[Uo2=Vs1+R6R7]（2）由运放的特性，得到：[V1-UA1+R2+Vo-UA1+

6、R3=0]（3）[UA1+=UA1-]（4）[UA1-=Uo2]（5）[VS=ISRS]（6）推出：[IS=V1R2+VoR3R2

7、

8、R3RS1+R6R7]（7）式中[IS]为采样电阻的电流，即为驱动激光管的电流。6从式（7）中可以看出，电阻为常数，输出电流只与V0和V1有关，通过选定合适的电阻值设定电路参数。压控电流源使用单电源供电，调节V1有两个作用，可使驱动管Q1工作于线性区域，另一方面当有调制信号V0时，可以调整激光管的静态工作点，获得失真的调制电流。2系统保护在理想情况下，图1的压控电流源可正常工作，但激光管属于精密器件，一旦过流或反流，静电都会减少器件的使用寿命，甚至造

9、成器件永久损坏。因此必须进行合理、有效的电路保护，主要考虑有以下几方面：（1）上电保护。系统加电时会引起电压和电流的急剧变化，电路处于不稳定状态，有可能在产生大的脉冲电压或电流，使得末级驱动三极管导通，造成驱动管或激光器损坏。因此在运放的输入端和末级驱动三极管输入端加入延时电路，形成慢启动电路。电路如图2所示。上电时，电容为短路状态，MOS管栅极电压为正，电路导通，控制端电压为0V，电容充电完成后，栅极电压为0V，MOS管截止，完成保护功能。通过选择R和C的参数设定不