大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源保護電路方案

　1 引言

　　半導(dǎo)體激光器（LD）具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、工作壽命長等優(yōu)點，在工業(yè)、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。LD是以電流注入作為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于所用驅(qū)動電源的性能好壞。

　　設(shè)計一個符合LD技術(shù)要求、性能穩(wěn)定、工作可靠的驅(qū)動電源是十分必要的。近年來，有不少科研單位研究開發(fā)了一系列LD用電流源，保證了LD的正常工作。

　　半導(dǎo)體激光器本身的性質(zhì)決定其抗浪涌沖擊能力差，這就要求驅(qū)動電源的穩(wěn)定度高，浪涌沖擊小，因此驅(qū)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(tài)抑制器）吸收電路、限流電路等來防止浪涌沖擊及電流過大。但大功率半導(dǎo)體激光器的工作電流較大，并且半導(dǎo)體激光器比較脆弱，傳統(tǒng)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(chǔ)上，設(shè)計出應(yīng)用大功率器件強制吸收或隔離浪涌沖擊和雙限流保護電路，有效地保護半導(dǎo)體激光器不被損傷，具有較好的實際應(yīng)用前景。

　　2　原理分析

　　2.1　半導(dǎo)體激光器損壞機理分析

　　在正常條件下使用的半導(dǎo)體激光器有很長的工作壽命。但在不適當(dāng)?shù)墓ぷ鳁l件下，會造成性能的急劇惡化乃至失效。統(tǒng)計表明，半導(dǎo)體激光器突然失效，有一半以上的幾率是由于浪涌擊穿。因而如何保護半導(dǎo)體激光器，延長半導(dǎo)體激光器的使用壽命是研制大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源保護電路的重要問題。主要應(yīng)考慮：

　　1）激光器必須工作在限制電流以內(nèi)，一個安全可靠的限流電路是不可缺少的。

　　2）為了防止驅(qū)動電源浪涌沖擊，必須有比較強的浪涌吸收電路。

　　3）由于激光器是一種敏感的電流元件，所以驅(qū)動電流不能直接加在激光器兩端，慢啟動電路對激光器的防護也是必不可少的。

　　2.2　傳統(tǒng)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，利用其高速響應(yīng)特性抑制過高的電網(wǎng)浪涌電壓和雷電感應(yīng)電壓。這種措施比較有效，但受限于TVS的響應(yīng)速度，如果響應(yīng)速度達不到要求那就不能很好抑制浪涌沖擊。

　　2）在直流電源和激光器之間增加π型低通濾波網(wǎng)絡(luò)，進一步濾除浪涌電壓。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涌有效。但對于大的浪涌，這種電路將會失效。

　　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沖擊，同時，此舉還能避免電路中分布電感引起的浪涌沖擊。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，但傳統(tǒng)的限流電路通常是單路限流。

　　2.3　本電路設(shè)計主要特點

　　1）充分考慮并吸收了傳統(tǒng)保護電路一些優(yōu)秀設(shè)計思想，設(shè)計了電源開啟時軟啟動電路，防止開機浪涌對器件和半導(dǎo)體激光器的損害。由于這種電路比較成熟，本文沒有做詳細闡述。

　　2）設(shè)計了雙電流限制電路，保證通過半導(dǎo)體激光器的電流不會過流。

　　3）采用功率器件（MOS管）開通或關(guān)斷來強制吸收或隔離浪涌，防止浪涌對半導(dǎo)體激光器損壞。

　　4）在激光器開通和關(guān)斷的工作中設(shè)立慢啟動過程，以減小工作中產(chǎn)生的浪涌對激光器產(chǎn)生不良影響。