[发明专利]一种程控式阻抗自适应激光二极管驱动模块

说明书

本发明的一种程控式阻抗自适应激光二极管驱动模块属于电子设备的技术领域，主要结构有单片机模块(1)、数模转换模块(2)、功率输出模块(3)、负载判断模块(4)、延时补偿模块(5)、电压跟踪模块(6)和断电保护模块(8)等。本发明在工作时能够主动适应负载的变化，具有效率高、负载适应范围宽、安全性高、可靠性高等优点。

技术领域

本发明属于电子设备的技术领域。特别涉及一种程控式阻抗自适应激光二极管驱动模块。

背景技术

光纤激光器以其效率高、散热好、光束质量好、结构简单、体积小、质量轻等优点被广泛应用于国防、军工、高精度工业加工等领域。光纤激光器基本组成为泵浦源、光纤增益介质和光学谐振腔。其中泵浦源是整个光纤激光器系统最基础的部件，对光纤激光器系统的整体性能有着重要影响。泵浦源主要由大功率半导体激光二极管和驱动与控制电路构成，由于半导体激光二极管是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件，对于电冲击的承受能力较差，其驱动电流的微小变化将导致输出性能参数(如激射波长，噪声性能，模式跳动)和输出光功率的极大变化，这些变化直接影响泵浦源输出激光的质量。因此，在实际应用中对半导体激光器的驱动与控制电路有着极高的要求。具体来说，对驱动与控制电路的主要要求如下：1、驱动电流的稳定度要高；2、具有上电冲击保护、过流保护、超温保护等完善的保护措施；3、效率要高，在激光二极管的电光转换效率一定时，驱动器自身效率会影响整个激光器系统的整体效率，因此驱动器内部损耗要尽可能地小；4、由于激光二极管经常以阵列方式工作，因此其等效阻抗是不确定的，当激光器阵列的等效阻抗发生变化时，驱动器要能主动适应负载的变化。

与本申请最接近的现有技术是专利号为ZL200710056012.6的中国专利“大功率激光二极管驱动器”(本课题组早期申请的)。该专利利用末级场效应管(也称MOS管)的非线性特点，采用深度负反馈技术，通过对输出电流进行取样并反馈，使输出驱动电流的稳定度大大提高，同时，该专利还实现了软启动保护、限流保护等功能。

但上述专利中的方案还存在诸多缺点：

首先，ZL200710056012.6公开的驱动器负载适应能力差。当所驱动的激光二极管(或阵列)的等效阻抗增大时会导致末级控制电流输出的MOS管进入饱和区，进而导致最大输出电流迅速下降，无法保持恒流驱动；而当负载等效阻抗减小时则会使MOS管进入到欠压区(因为负载小，负载两端产生的电压也小，在本领域内称为欠压)，由于MOS管与负载同处一个串联回路中，且MOS管是非线性器件，因此负载电压的减小导致MOS管自动承担回路多余的电压，进而导致MOS管的内部功耗急剧上升，而这种功耗属于驱动器的“副产物”，对系统百害而无一利：一方面管功耗的增加会使管子温度急剧升高而增加管子烧坏的风险(降低仪器的使用寿命)，另一方面当负载变化时不能及时调整功率供给导致整个驱动器的效率大幅度降低，造成功率的浪费，这在将激光器系统用于移动设备时是非常不利的。因为在移动平台上工作时，为了保证系统的续航时间，效率往往是需要重点考虑的一项指标。

其次，ZL200710056012.6没有过流断电和超温断电的保护功能，一旦限流模块失效时会导致输出驱动电流超过安全电流的风险，造成被驱动的激光二极管的损坏。

综上，现有的激光二极管驱动技术还需要进一步完善。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺点，提供一种能够阻抗自适应的激光二极管驱动器，当所驱动的激光二极管或激光二极管阵列的等效阻抗发生变化时，能够自动调节驱动器内部的参数，以适应负载的阻抗变化，保持高效率，且具备过流断电及超温断电等多重安全保护功能。

本发明的具体的技术方案是：