CN113078803B - 一种半导体激光器连续型供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光器连续型供电电路，包括第一供电模块、第二供电模块、驱动电路及线性功率器件，通过设置两个供电模块，可以得到两种不同的电压，也即第一电压和第二电压，分别使用第一电压为驱动电路供电，使用第二电压为线性功率器件及激光器供电，且第二电压小于第一电压，从而可以大大减小线性功率器件的供电电压和激光器的工作电压之间的差值，进而减小线性功率器件的功耗，从而提高激光器供电的效率，降低激光器供电电路的发热。

Description

一种半导体激光器连续型供电电路

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种半导体激光器连续型供电电路。

背景技术

现有技术中，为了保证激光器能够输出稳定的激光，一般使用线性恒流源为激光器提供一个恒定的持续型电流，且线性恒流源和激光器使用同一供电电压，这种情况下，线性恒流源的转换效率较低且发热明显。具体地，使用线性恒流源为激光器供电时，由于线性恒流源内包括驱动电路和线性功率器件，且驱动电路的工作电压高于激光器的工作电压，因此，电源的输出电压(也即供电电压)为不小于驱动电路能够正常工作的电压，此时，线性功率器件会消耗掉电源的输出电压与激光器的工作电压之间的差值部分的电压。例如电源的输出电压为5V，也即线性恒流源的供电电压为5V，激光器的工作电压为2.2V时，此时将会有2.8V(5-2.2)的电压消耗在线性功率器件上，从而造成线性恒流源的效率较低且功耗较大，线性功率器件容易发热。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体激光器连续型供电电路，可以大大减小线性功率器件的供电电压和激光器的工作电压之间的差值，进而减小线性功率器件的功耗，从而提高激光器供电的效率，降低激光器供电电路的发热。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体激光器连续型供电电路，包括：

第一供电模块，用于输出第一电压为驱动电路供电；

第二供电模块，用于输出第二电压为线性功率器件及激光器供电，所述第二电压小于所述第一电压；

供电端与所述第一供电模块的输出端连接的所述驱动电路，用于在接收到所述第一电压时，向所述线性功率器件发送驱动信号；

供电端与所述第二供电模块连接，控制端与所述驱动电路的输出端连接的所述线性功率器件，用于在接收到所述第二电压及所述驱动信号时，输出恒定电流以使所述激光器以所述恒定电流工作。

优选地，所述驱动电路包括：

与所述线性功率器件的输出端连接的电流采样模块，用于采集所述线性功率器件的输出电流；

输入端与所述电流采样模块的输出端连接，输出端与所述线性功率器件的控制端连接的控制模块，用于根据用户预设的目标电流与所述输出电流的差值输出驱动信号至所述线性功率器件，以对所述线性功率器件的输出电流进行闭环控制。

优选地，所述驱动电路还包括与所述电流采样模块的输出端连接的放大模块，用于将所述输出电流放大至所述控制模块的输入范围内。

优选地，所述电流采样模块包括第一端分别与所述线性功率器件的输出端及所述控制模块的输入端连接，第二端接地的采样电阻；

所述控制模块具体用于根据用户预设的目标电压与自身输入端的电压的差值输出所述驱动信号至所述线性功率器件，以对所述线性功率器件的输出电流进行闭环控制。

优选地，所述放大模块包括第一电阻、第二电阻及第一运算放大器；

其中，所述第一电阻的第一端分别与所述第一运算放大器的第一输入端及所述第二电阻的第一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电阻的第二端接地，所述第一运算放大器的第二输入端与所述采样电阻的第一端连接。

优选地，所述控制模块为第二运算放大器；

其中，所述第二运算放大器的第一输入端与目标电压输出装置连接，所述第二运算放大器的第二输入端与所述电流采样模块的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述线性功率器件的控制端连接。

优选地，所述线性功率器件为可控开关；

其中，所述可控开关的第一端与所述第二供电模块的输出端连接，所述可控开关的第二端与所述采样电阻的第二端连接，所述可控开关的控制端与所述驱动电路的输出端连接。

优选地，所述可控开关为NMOS，其中，所述NMOS的栅极为所述可控开关的控制端，所述NMOS的源极为所述可控开关的第一端，所述NMOS的漏极为所述可控开关的第二端。

优选地，所述第一供电模块包括电源模块；

所述第二供电模块包括一端与所述电源模块的输出端连接，另一端与所述线性功率器件的供电端连接的电源转换模块，用于将所述第一电压转换为所述第二电压，以为所述线性功率器件供电。

优选地，还包括：

与所述电源模块的输出端连接的滤波模块，用于滤除所述电源模块输出的电源中的纹波。

本发明提供了一种半导体激光器连续型供电电路，包括第一供电模块、第二供电模块、驱动电路及线性功率器件，通过设置两个供电模块，可以得到两种不同的电压，也即第一电压和第二电压，分别使用第一电压为驱动电路供电，使用第二电压为线性功率器件及激光器供电，且第二电压小于第一电压，从而可以大大减小线性功率器件的供电电压和激光器的工作电压之间的差值，进而减小线性功率器件的功耗，从而提高线性功率器件激光器供电的效率，降低线性功率源激光器供电电路的发热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种半导体激光器连续型供电电路的结构框图；

图2为本发明提供的一种驱动电路的电路示意图；

图3为本发明提供的一种滤波模块的电路示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种半导体激光器连续型供电电路，可以大大减小线性功率器件的供电电压和激光器的工作电压之间的差值，进而减小线性功率器件的功耗，从而提高激光器供电的效率，降低激光器供电电路的发热。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种半导体激光器连续型供电电路的结构框图，该电路包括：

第一供电模块1，用于输出第一电压为驱动电路5供电；

第二供电模块2，用于输出第二电压为线性功率器件3及激光器4供电，第二电压小于第一电压；

供电端与第一供电模块1的输出端连接的驱动电路5，用于在接收到第一电压时，向线性功率器件3发送驱动信号；

供电端与第二供电模块2连接，控制端与驱动电路5的输出端连接的线性功率器件3，用于在接收到第二电压及驱动信号时，输出恒定电流以使激光器4以恒定电流工作。

现有技术中的激光器4使用线性恒流源为其提供一个恒定的电流，以使激光器4稳定工作，其中，线性恒流源包括驱动电路5和线性功率器件3，若线性恒流源和激光器4使用同一个供电电压供电时，由于激光器4的工作电压大于线性恒流源的工作电压，此时供电电压与激光器4的工作电压之间的差值会消耗在线性功率器件3上，从而使线性功率器件3的功耗较大，发热较严重。

为解决上述技术问题，本申请的设计思路为：以不同的供电电压分别为驱动电路5、线性功率器件3及激光器4供电，从而使线性功率器件3上的功耗较小，减小发热的现象。

基于此，本申请提供了两种供电模块，分别包括第一供电模块1及第二供电模块2，且第一供电模块1输出的第一电压大于第二供电模块2输出的第二电压，使用第一供电模块1为驱动电路5供电，使用第二供电模块2为线性功率器件3及激光器4供电，并且能保证线性功率器件3及激光器4能够正常工作，此时，可以减小线性功率器件3的供电电压和激光器4的工作电压之间的差值，进而减小线性功率器件3的功耗，从而提高线性功率器件3的效率，降低线性功率源的发热。

需要说明的是，本申请中的激光器4的工作电压可以但不限于为2.2V，此时，第二电压可以但不限于为2.6V，第一供电电压可以但不限于为5V，通过本申请中的半导体激光器连续型供电电路，本申请中的线性功率器件3上消耗的电压由2.8V减小至0.4V，从而提高了线性功率器件3的效率，降低发热的现象。本申请中的线性功率器件3可以但不限于为MOS(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)管，驱动电路5的输出的控制信号此时需要使MOS管工作在线性区，从而使MOS管输出恒定电流。

综上，本申请中的半导体激光器连续型供电电路减小线性功率器件3的供电电压和激光器4的工作电压之间的差值，进而减小线性功率器件3的功耗，从而提高线性功率器件3的效率，降低线性功率源的发热。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，驱动电路5包括：

与线性功率器件3的输出端连接的电流采样模块，用于采集线性功率器件3的输出电流；

输入端与电流采样模块的输出端连接，输出端与线性功率器件3的控制端连接的控制模块，用于根据用户预设的目标电流与输出电流的差值输出驱动信号至线性功率器件3，以对线性功率器件3的输出电流进行闭环控制。

考虑到激光器4的工作时需要输出稳定的激光器4，因此，驱动电路5输出的控制电路需要使线性功率器件3输出稳定的恒定电流。为了输出稳定的恒定电流，本申请中的驱动电流为对线性功率器件3输出的恒定电流进行闭环控制，具体的，本申请中对线性功率器件3的输出电流进行采样，然后控制模块根据采样电流和目标电流输出驱动信号，此驱动信号可以使线性功率器件3的输出电流稳定在目标电流，以保持激光器4稳定。

可见，驱动电路5包括电流采样模块及控制模块时，实现对线性功率器件3的输出电流的闭环控制，从而使其保持稳定，且实现方式简单可靠。

作为一种优选的实施例，驱动电路5还包括与电流采样模块的输出端连接的放大模块，用于将输出电流放大至控制模块的输入范围内。

考虑到电流采样模块采集到的线性功率器件3的输出电流的范围可能会比较小，这样电流控制精度会降低。

为解决上述技术问题，本申请中在电流采样模块的输出端还设置了放大模块，以放大电流采样模块的输出电流，从而使控制模块能够稳定的接收到的电流采样模块的采样得到的线性功率器件3的输出电流。

可见，通过本实施例中的放大模块可以保证驱动电路5对线性功率器件3的稳定控制，保证激光器4的稳定工作。

请参照图2，图2为本发明提供的一种驱动电路的电路示意图。

作为一种优选的实施例，电流采样模块包括第一端分别与线性功率器件3的输出端及控制模块的输入端连接，第二端接地的采样电阻；

控制模块具体用于根据用户预设的目标电压与自身输入端的电压的差值输出驱动信号至线性功率器件3，以对线性功率器件3的输出电流进行闭环控制。

具体地，本申请中的电流采样模块为采样电阻，用于采集线性功率器件3的输出电流，并通过电阻将采集到的输出电流转换为电压，在上述实现方式的情况下，控制模块具体根据目标输出电压和采样电阻的输出电压对线性功率器件3的输出电流进行闭环控制，以使线性功率器件3的输出电流保持稳定。

其中，在线性功率器件3为MOS管时，驱动信号为电压。

当然，本申请中的电流采样模块可以但不限于为采样电阻，也可以是其他的实现方式，只要能实现对线性功率器件3的输出电流进行采集即可，本申请在此不做特别的限定。

可见，在电流采样模块为采样电阻时，可以实现对线性功率器件3的输出电流的采样，且控制模块也可以根据采样电阻的输出电压对线性功率器件3的输出电流进行闭环控制。

作为一种优选的实施例，放大模块包括第一电阻、第二电阻及第一运算放大器；

其中，第一电阻的第一端分别与第一运算放大器的第一输入端及第二电阻的第一端连接，第一电阻的另一端与第一运算放大器的输出端连接，第二电阻的第二端接地，第一运算放大器的第二输入端与采样电阻的第一端连接。

具体的，在本申请中的放大模块为上述实现方式时，放大倍数＝(第一电阻+第二电阻)/第二电阻，可以根据需要的放大倍数调整第一电阻和第二电阻的阻值，以使其满足控制模块的输入范围。第一运算放大器的型号本申请在此不做特别的限定，只要能实现对应的功能即可。

当然，本申请中的放大模块可以但不限于为上述实现方式，也可以是其他的实现方式，本申请在此不做特别的限定。

可见，上述实现方式可以实现对电流采样模块输出的信号进行放大，且可以根据需要的放大倍数调整第一电阻及第二电阻的阻值，此外，电阻的成本较低，实现方式较简单。

作为一种优选的实施例，控制模块为第二运算放大器；

其中，第二运算放大器的第一输入端与目标电压输出装置连接，第二运算放大器的第二输入端与电流采样模块的输出端连接，第二运算放大器的输出端与线性功率器件3的控制端连接。

本实施例旨在提供一种控制模块的具体实现方式，具体地，本实施例中的运算放大器可以根据自身的第一输出端的目标电压及第二输出端的电压生成驱动信号，在线性功率器件3为MOS管时，此驱动信号可以但不限于为电压信号，也可以是其他的信号，本申请在此不做特别的限定。

需要说明的是，本申请中的第二运算放大器的型号本申请在此不做特别的限定，只要能实现对应的功能即可，第二运算放大器的供电电压为第一电压，可以但不限于为5V。此外，第二运算放大器的供电端可以但不限于设置两个电容，用于滤波，其中，两个电容C1和C2的第一端分别与第二运算放大器的输出端连接，第二端均接地。

需要说明的是，本申请的第二运算放大器的输出端与MOS管的栅极之间可以但不限于连接一个电阻，以保证供电系统的可靠性。

当然，控制模块的具体实现方式不限于上述举例，也可以是其他的实现方式，本申请在此不做具体地限定。

可见，上述实现方式可以实现控制模块的功能，以对线性功率器件3进行控制，且实现方式简单可靠。

作为一种优选的实施例，线性功率器件3为可控开关；

其中，可控开关的第一端与第二供电模块2的输出端连接，可控开关的第二端与采样电阻的第二端连接，可控开关的控制端与驱动电路5的输出端连接。

作为一种优选的实施例，可控开关为NMOS(Negative-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，N沟道-金属-氧化物半导体场效应晶体管)，其中，NMOS的栅极为可控开关的控制端，NMOS的源极为可控开关的第一端，NMOS的漏极为可控开关的第二端。

本实施例旨在提供一种线性功率器件3的具体实现方式，具体地，线性功率器件3可以为能输出恒定电流的可控开关，考虑到MOS管导通后工作在线性区时，MOS管的工作电流为恒定的电流，因此，本申请中的可控开关可以但不限于为NMOS管，驱动信号为电压信号，此电压信号与NMOS管的供电电压(也即第二电压)使NMOS管工作在导通后的线性区域，也即是NMOS管此时为激光器4提供恒定电流。

此外，第二供电模块2的输出端与NMOS的第一端之间还设置有稳压二极管，其中，稳压二极管的阳极与NMOS管的第一端连接，稳压二极管的阴极分别与激光器4的供电端及第二供电模块2的输出端连接，用于防止外界的静电干扰，从而避免激光器4由于外界干扰而工作不稳定。

当然，本申请中的线性功率器件3的具体实现方式并不仅限于上述举例，也可以是其他的能够输出恒定电流的器件，本申请不再限定。

可见，上述NMOS管可以实现线性功率器件3的输出恒定电流的功能，且实现方式简单可靠。

作为一种优选的实施例，第一供电模块1包括电源模块；

第二供电模块2包括一端与电源模块的输出端连接，另一端与线性功率器件3的供电端连接的电源转换模块，用于将第一电压转换为第二电压，以为线性功率器件3及激光器4供电。

具体地，为了减少电源模块的使用，本申请中的第一供电模块1包括电源模块，用于输出第一电压，从而为驱动电路5供电，这里的第一电压可以但不限于为5V，第二供电模块2使用电源转换模块将电源模块输出的第一电压转换为第二电压，从而为激光器4及线性功率器件3供电。这里的第二电压可以但不限于为2.6V。

需要说明的是，本申请对本实施例中的电源转换模块的具体实现不做特别的限定，只要能将第一电压转换为第二电压即可，本申请不再限定。

此外，第一电压的值和第二电压的值根据实际情况而定，不限于上述举例，本申请在此不再限定。

综上，本实施例中的电源模块及电源转换模块可以实现第一供电模块1及第二供电模块2的功能，且只需要使用一个电源模块即可，也可以提高电源模块输出的第一电压的范围，不受限于电源模块的输出电压。

作为一种优选的实施例，还包括：与电源模块的输出端连接的滤波模块，用于滤除电源模块输出的电源中的纹波。

请参照图3，图3为本发明提供的一种滤波模块的电路示意图，其中，L2和C8构成LC滤波电路，C9及C10均起到滤波的作用。

此外，电源模块的输出端与滤波模块的输入端之间还设置有二极管，用于在电源模块不输出电源时，防止电容中储存的能量倒灌至电源模块中，以避免电源模块被损坏。

可见，上述滤波模块可以避免供电系统受到纹波的影响，提高供电系统工作的稳定性。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种半导体激光器连续型供电电路，其特征在于，包括：

第一供电模块，用于输出第一电压为驱动电路供电；

第二供电模块，用于输出第二电压为线性功率器件及激光器供电，所述第二电压小于所述第一电压；

供电端与所述第一供电模块的输出端连接的所述驱动电路，用于在接收到所述第一电压时，向所述线性功率器件发送驱动信号；

供电端与所述第二供电模块连接，控制端与所述驱动电路的输出端连接的所述线性功率器件，用于在接收到所述第二电压及所述驱动信号时，输出恒定电流以使所述激光器以所述恒定电流工作；

所述驱动电路包括：

与所述线性功率器件的输出端连接的电流采样模块，用于采集所述线性功率器件的输出电流；

输入端与所述电流采样模块的输出端连接，输出端与所述线性功率器件的控制端连接的控制模块，用于根据用户预设的目标电流与所述输出电流的差值输出驱动信号至所述线性功率器件，以对所述线性功率器件的输出电流进行闭环控制。

2.如权利要求1所述的半导体激光器连续型供电电路，其特征在于，所述驱动电路还包括与所述电流采样模块的输出端连接的放大模块，用于将所述输出电流放大至所述控制模块的输入范围内。

3.如权利要求2所述的半导体激光器连续型供电电路，其特征在于，所述电流采样模块包括第一端分别与所述线性功率器件的输出端及所述控制模块的输入端连接，第二端接地的采样电阻；

所述控制模块具体用于根据用户预设的目标电压与自身输入端的电压的差值输出所述驱动信号至所述线性功率器件，以对所述线性功率器件的输出电流进行闭环控制。

4.如权利要求3所述的半导体激光器连续型供电电路，其特征在于，所述放大模块包括第一电阻、第二电阻及第一运算放大器；

其中，所述第一电阻的第一端分别与所述第一运算放大器的第一输入端及所述第二电阻的第一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电阻的第二端接地，所述第一运算放大器的第二输入端与所述采样电阻的第一端连接。

5.如权利要求3所述的半导体激光器连续型供电电路，其特征在于，所述控制模块为第二运算放大器；

其中，所述第二运算放大器的第一输入端与目标电压输出装置连接，所述第二运算放大器的第二输入端与所述电流采样模块的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述线性功率器件的控制端连接。

6.如权利要求1所述的半导体激光器连续型供电电路，其特征在于，所述线性功率器件为可控开关；

其中，所述可控开关的第一端与所述第二供电模块的输出端连接，所述可控开关的第二端与所述电流采样模块的第二端连接，所述可控开关的控制端与所述驱动电路的输出端连接。

7.如权利要求6所述的半导体激光器连续型供电电路，其特征在于，所述可控开关为NMOS，其中，所述NMOS的栅极为所述可控开关的控制端，所述NMOS的源极为所述可控开关的第一端，所述NMOS的漏极为所述可控开关的第二端。

8.如权利要求1-7任一项所述的半导体激光器连续型供电电路，其特征在于，所述第一供电模块包括电源模块；

所述第二供电模块包括一端与所述电源模块的输出端连接，另一端与所述线性功率器件的供电端连接的电源转换模块，用于将所述第一电压转换为所述第二电压，以为所述线性功率器件供电。

9.如权利要求8所述的半导体激光器连续型供电电路，其特征在于，还包括：

与所述电源模块的输出端连接的滤波模块，用于滤除所述电源模块输出的电源中的纹波。

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