大功率半導體激光器驅動(dòng)電源保護電路方案

　1 引言

　　半導體激光器（LD）具有體積小、重量輕、轉換效率高、工作壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、軍事、醫療等領(lǐng)域得到了廣泛應用。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動(dòng)電源的性能好壞。

　　設計一個(gè)符合LD技術(shù)要求、性能穩定、工作可靠的驅動(dòng)電源是十分必要的。近年來(lái)，有不少科研單位研究開(kāi)發(fā)了一系列LD用電流源，保證了LD的正常工作。

　　半導體激光器本身的性質(zhì)決定其抗浪涌沖擊能力差，這就要求驅動(dòng)電源的穩定度高，浪涌沖擊小，因此驅動(dòng)電源中需要各種保護電路以滿(mǎn)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(lái)防止浪涌沖擊及電流過(guò)大。但大功率半導體激光器的工作電流較大，并且半導體激光器比較脆弱，傳統的慢啟動(dòng)電路、TVS吸收電路不能很好地滿(mǎn)足實(shí)際要求。本文在參考各種實(shí)用的保護電路基礎上，設計出應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，有效地保護半導體激光器不被損傷，具有較好的實(shí)際應用前景。

　　2　原理分析

　　2.1　半導體激光器損壞機理分析

　　在正常條件下使用的半導體激光器有很長(cháng)的工作壽命。但在不適當的工作條件下，會(huì )造成性能的急劇惡化乃至失效。統計表明，半導體激光器突然失效，有一半以上的幾率是由于浪涌擊穿。因而如何保護半導體激光器，延長(cháng)半導體激光器的使用壽命是研制大功率半導體激光器驅動(dòng)電源保護電路的重要問(wèn)題。主要應考慮：

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

　　2）為了防止驅動(dòng)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，所以驅動(dòng)電流不能直接加在激光器兩端，慢啟動(dòng)電路對激光器的防護也是必不可少的。

　　2.2　傳統保護電路的特點(diǎn)

　　1）在隔離變壓器的原邊和副邊加上TVS器件，利用其高速響應特性抑制過(guò)高的電網(wǎng)浪涌電壓和雷電感應電壓。這種措施比較有效，但受限于TVS的響應速度，如果響應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(jìn)一步濾除浪涌電壓。如能采用屏蔽電感和無(wú)感突波吸收電容則性能更佳。這實(shí)際上就是無(wú)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(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(kāi)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，但傳統的限流電路通常是單路限流。

　　2.3　本電路設計主要特點(diǎn)

　　1）充分考慮并吸收了傳統保護電路一些優(yōu)秀設計思想，設計了電源開(kāi)啟時(shí)軟啟動(dòng)電路，防止開(kāi)機浪涌對器件和半導體激光器的損害。由于這種電路比較成熟，本文沒(méi)有做詳細闡述。

　　2）設計了雙電流限制電路，保證通過(guò)半導體激光器的電流不會(huì )過(guò)流。

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

　　4）在激光器開(kāi)通和關(guān)斷的工作中設立慢啟動(dòng)過(guò)程，以減小工作中產(chǎn)生的浪涌對激光器產(chǎn)生不良影響。