[發明專利]一種數字式阻抗自適應激光二極管驅動器

有效

• 申請號: 201811598300.9
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109659811B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 霍佳雨;袁浩鈞;莫思銘;李凡;黎鈞中;唐偉;高博
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S3/0941
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

本發明的一種數字式阻抗自適應激光二極管驅動器屬于電子設備的技術領域，主要結構有單片機(1)、數模轉換模塊(2)、功率輸出模塊(3)、負載判斷模塊(4)、延時補償模塊(5)、電壓跟蹤模塊(6)、和斷電保護模塊(8)等。本發明在工作時能夠主動適應負載的變化，具有效率高、負載適應范圍寬、安全性高、可靠性高等優點。

技術領域

本發明屬于電子設備的技術領域。特別涉及一種數字式阻抗自適應激光二極管驅動器。

背景技術

光纖激光器以其效率高、散熱好、光束質量好、結構簡單、體積小、質量輕等優點被廣泛應用于國防、軍工、高精度工業加工等領域。光纖激光器基本組成為泵浦源、光纖增益介質和光學諧振腔。其中泵浦源是整個光纖激光器系統最基礎的部件，對光纖激光器系統的整體性能有著重要影響。泵浦源主要由大功率半導體激光二極管和驅動與控制電路構成，由于半導體激光二極管是一種高功率密度并具有極高量子效率的器件，對于電沖擊的承受能力較差，其驅動電流的微小變化將導致輸出性能參數(如激射波長，噪聲性能，模式跳動)和輸出光功率的極大變化，這些變化直接影響泵浦源輸出激光的質量。因此，在實際應用中對半導體激光器的驅動與控制電路有著極高的要求。具體來說，對驅動與控制電路的主要要求如下：1、驅動電流的穩定度要高；2、具有上電沖擊保護、過流保護、超溫保護等完善的保護措施；3、效率要高，在激光二極管的電光轉換效率一定時，驅動器自身效率會影響整個激光器系統的整體效率，因此驅動器內部損耗要盡可能地小；4、由于激光二極管經常以陣列方式工作，因此其等效阻抗是不確定的，當激光器陣列的等效阻抗發生變化時，驅動器要能主動適應負載的變化。

與本申請最接近的現有技術是專利號為ZL200710056012.6的中國專利“大功率激光二極管驅動器”(本課題組早期申請的)。該專利利用末級場效應管(也稱MOS管)的非線性特點，采用深度負反饋技術，通過對輸出電流進行取樣并反饋，使輸出驅動電流的穩定度大大提高，同時，該專利還實現了軟啟動保護、限流保護等功能。

但上述專利中的方案還存在諸多缺點：

首先，ZL200710056012.6公開的驅動器負載適應能力差。當所驅動的激光二極管(或陣列)的等效阻抗增大時會導致末級控制電流輸出的MOS管進入飽和區，進而導致最大輸出電流迅速下降，無法保持恒流驅動；而當負載等效阻抗減小時則會使MOS管進入到欠壓區(因為負載小，負載兩端產生的電壓也小，在本領域內稱為欠壓)，由于MOS管與負載同處一個串聯回路中，且MOS管是非線性器件，因此負載電壓的減小導致MOS管自動承擔回路多余的電壓，進而導致MOS管的內部功耗急劇上升，而這種功耗屬于驅動器的“副產物”，對系統百害而無一利：一方面管功耗的增加會使管子溫度急劇升高而增加管子燒壞的風險(降低儀器的使用壽命)，另一方面當負載變化時不能及時調整功率供給導致整個驅動器的效率大幅度降低，造成功率的浪費，這在將激光器系統用于移動設備時是非常不利的。因為在移動平臺上工作時，為了保證系統的續航時間，效率往往是需要重點考慮的一項指標。

其次，ZL200710056012.6沒有過流斷電和超溫斷電的保護功能，一旦限流模塊失效時會導致輸出驅動電流超過安全電流的風險，造成被驅動的激光二極管的損壞。

綜上，現有的激光二極管驅動技術還需要進一步完善。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的缺點，提供一種基于單片機控制的阻抗自適應激光二極管驅動器，當所驅動的激光二極管或激光二極管陣列的等效阻抗發生變化時，能夠自動調節驅動器內部的參數，以適應負載的阻抗變化，保持高效率，且具備過流斷電及超溫斷電等多重安全保護功能。

本發明的具體的技術方案是：