大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，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(lì)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(dòng)電源的性能好壞。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)符合LD技術(shù)要求、性能穩(wěn)定、工作可靠的驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源的穩(wěn)定度高，浪涌沖擊小，因此驅(qū)動(dòng)電源中需要各種保護(hù)電路以滿足實(shí)際要求。通常用慢啟動(dòng)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(dòng)電路、TVS吸收電路不能很好地滿足實(shí)際要求。本文在參考各種實(shí)用的保護(hù)電路基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出應(yīng)用大功率器件強(qiáng)制吸收或隔離浪涌沖擊和雙限流保護(hù)電路，有效地保護(hù)半導(dǎo)體激光器不被損傷，具有較好的實(shí)際應(yīng)用前景。

　　2　原理分析

　　2.1　半導(dǎo)體激光器損壞機(jī)理分析

　　在正常條件下使用的半導(dǎo)體激光器有很長(zhǎng)的工作壽命。但在不適當(dāng)?shù)墓ぷ鳁l件下，會(huì)造成性能的急劇惡化乃至失效。統(tǒng)計(jì)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(hù)半導(dǎo)體激光器，延長(zhǎng)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(dòng)電源保護(hù)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(gè)安全可靠的限流電路是不可缺少的。

　　2）為了防止驅(qū)動(dòng)電源浪涌沖擊，必須有比較強(qiáng)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(dòng)電流不能直接加在激光器兩端，慢啟動(dòng)電路對(duì)激光器的防護(hù)也是必不可少的。

　　2.2　傳統(tǒng)保護(hù)電路的特點(diǎn)

　　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(dá)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(jìn)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(shí)際上就是無源濾波，對(duì)降低電源紋波和吸收比較小浪涌有效。但對(duì)于大的浪涌，這種電路將會(huì)失效。

　　3）在直流電源和激光器之間增加慢啟動(dòng)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(shí)給器件造成的沖擊，同時(shí)，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(shí)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(jì)主要特點(diǎn)

　　1）充分考慮并吸收了傳統(tǒng)保護(hù)電路一些優(yōu)秀設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了電源開啟時(shí)軟啟動(dòng)電路，防止開機(jī)浪涌對(duì)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(xì)闡述。

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

　　3）采用功率器件（MOS管）開通或關(guān)斷來強(qiáng)制吸收或隔離浪涌，防止浪涌對(duì)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(dòng)過程，以減小工作中產(chǎn)生的浪涌對(duì)激光器產(chǎn)生不良影響。