CN205960420U - 一种窄脉冲半导体激光器驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种窄脉冲半导体激光器驱动电路，包括升压电路,半导体激光器发光电路和开关管驱动电路。升压电路用于产生激励激光管发光的高压；半导体激光器发光电路用于控制激光管发光；开关管驱动电路用于放大整形外部驱动信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种激光驱动电路，并且更具体地，涉及一种窄脉冲半导体激光器驱动电路。
背景技术
激光雷达传感器被广泛应用于交通、医疗、制造等行业，激光雷达传感器的测距性能和扫描精准度受半导体激光器驱动电路性能的制约。
目前普遍应用的半导体激光器脉冲驱动电路存在以下不足：例如结构比较复杂，输入端口多，通用性低；驱动信号上升沿大，半导体激光器功率低，发光不稳定；需要外部提供高压电源，造成半导体激光器驱动模块体积较大，不利于多线扫描小型化集成等。
发明内容
根据本实用新型的一个方面，提供了一种窄脉冲半导体激光器驱动电路，包括：
升压电路(101),包括：外接的第一电源(V1)、升压脉冲信号(TTLOUT1)、第一电感(L1)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电容(C1)和第一开关管(Q1)，其中所述升压电路的输入端的一端与外接的第一电源(V1)相连接，另一端与升压脉冲信号(TTLOUT1)相连接，输出端与半导体激光器发光电路(102)相连接，用于产生激励激光管发光的高压；
半导体激光器发光电路(102),包括：放电脉冲信号(TTLOUT2)、半导体激光器(LD)、第三二极管(D3)、第二开关管(Q2)、第二电容(C2)、第三电容(C3)和第二电阻(R2)，用于控制激光管发光；以及
开关管驱动电路103,包含外部升压驱动信号(TTLIN1)、外部放电驱动信号(TTLIN2)、外接的第二电源(V2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、开关管驱动芯片(U1)、升压脉冲信号(TTLOUT1)和放电脉冲信号(TTLOUT2)，用于放大整形外部驱动信号。
优选地，其中所述第一电源(V1)与第一电感(L1)相连接，所述第一电感(L1)分别与第一二极管(D1)的正极和第一开光管(Q1)相连接，所述第一开关管(Q1)的信号输入端与升压脉冲信号(TTLOUT1)相连接，所述第一电容(C1)为升压电路储能电容，一端接地，另一端与第二二极管(D2)相连接，所述第二二极管(D2)作用为整流。
优选地，其中所述第三二极管(D3)与半导体激光器(LD)反向并联，用于消除半导体激光器(LD)产生的反向过冲，延长LD使用寿命；所述第二开关管(Q2)可以是三极管或者是场效应晶体管；所述第二电容(C2)为半导体激光器发光电路储能电容，其容量小于或者等于第一电容(C1)的容量，第二电容(C2)一端连接第二开关管(Q2)，另一端连接半导体激光器(LD)；所述第三电容(C3)，用于隔直流，防止第二开关管(Q2)长时间导通。
优选地，其中所述开关管驱动电路(103)输出分别为升压脉冲信号(TTLOUT1)和放电脉冲信号(TTLOUT2)。
优选地，其中所述外接的第二电源(V2)用于对开关管驱动芯片(U1)供电，所述外部升压驱动信号(TTLIN1)为单脉冲TTL信号，用于控制第一开关管(Q1)开合产生高压，所述外部放电驱动信号(TTLIN2)为单脉冲TTL信号，用于控制第二开关管(Q2)开合产生激光脉冲，并且所述外部升压驱动信号(TTLIN1)和外部放电驱动信号(TTLIN2)的频率一致。
优选地，其中所述开关管驱动芯片(U1)用于放大整形外部升压驱动信号(TTLIN1)和外部放电驱动信号(TTLIN2)。
本实用新型的有益效果在于：
1.内部集成了驱动半导体激光器的高压模块，电路简单，解决了现有半导体激光器脉冲驱动电路体积大、成本高、结构复杂等问题。
2.输出稳定，峰值功率大，脉冲响应迅速，激光脉宽达到7ns，重复频率在1kHz-72kHz内可调。
3.外部输入两路驱动信号分别驱动升压电路和半导体激光器发光电路，解决了半导体激光器误触发问题，发光稳定，参数便于调节，通用性强，适用于多种半导体激光器。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本实用新型的示例性实施方式：
图1为根据本实用新型实施方式的窄脉冲半导体激光器驱动电路的结构示意图；以及
图2为根据本发明实用新型实施方式的窄脉冲半导体激光器驱动电路中双脉冲驱动信号(TTLOUT)作用下储能电容升压与放电过程波形图。
其中，V1是第一电源，V2是第二电源，L1是第一电感，D1是第一二极管，D2是第二二极管，D3是第三二极管，Q1是第一MOS管，Q2是第二MOS管，C1是第一电容，C2是第二电容，C3是第三电容，C4是第四电容，C5是第五电容，R1是第一电阻，R2是第二电阻，LD是半导体激光器，TTLIN1是外部升压驱动信号，TTLIN2是外部放电驱动信号，TTLOUT1是升压脉冲信号，TTLOUT2是放电脉冲信号，U1是开关驱动芯片。
具体实施方式
现在参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本实用新型实施方式的窄脉冲半导体激光器驱动电路的结构示意图。如图1所示，其中所述窄脉冲半导体激光器驱动电路包括：升压电路101、半导体激光器发光电路102和开关管驱动电路103。
升压电路101包括：外接的第一电源(V1)、升压脉冲信号(TTLOUT1)、第一电感(L1)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电容(C1)和第一开关管(Q1)，其中所述升压电路的输入端的一端与外接的第一电源(V1)相连接，另一端与激光驱动双脉冲信号(TTLOUT)相连接，输出端与半导体激光管的正极相连接，用于产生激励激光管发光的高压。优选地，其中所述第一电源(V1)与第一电感(L1)相连接，所述第一电感(L1分别与第一二极管(D1的)正极和第一开光管(Q1)相连接，所述第一开关管(Q1)的信号输入端与升压脉冲信号(TTLOUT1)相连接，所述第一电容(C1)为升压电路储能电容，一端接地，另一端与第二二极管(D2)相连接，所述第二二极管(D2)作用为整流。
优选地，半导体激光器发光电路102包括：半导体激光器(LD)、第三二极管(D3)、第二开关管(Q2)、第二电容(C2)、第三电容(C3)和第二电阻(R2)，用于控制激光管发光。
优选地，其中所述第三二极管(D3)与半导体激光器(LD)反向并联，用于消除半导体激光器(LD)产生的反向过冲，延长LD使用寿命；所述第二开关管(Q2)可以是三极管或者是场效应晶体管；所述第二电容(C2)为半导体激光器发光电路储能电容，其容量小于或者等于第一电容(C1)的容量，第二电容(C2)一端连接第二开关管(Q2)，另一端连接半导体激光器(LD)；所述第三电容(C3)，用于隔直流，防止第二开关管(Q2)长时间导通。
优选地，开关管驱动电路103包含外部升压驱动信号(TTLIN1)、外部放电驱动信号(TTLIN2)、外接的第二电源(V2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)和开关管驱动芯片(U1)，用于放大整形外部驱动信号。
优选地，其中所述开关管驱动电路输出分别为升压脉冲信号(TTLOUT1)和放电脉冲信号(TTLOUT2)。
优选地，其中所述外接的第二电源(V2)用于对开关管驱动芯片(U1)供电，所述外部升压驱动信号(TTLIN1)为单脉冲TTL信号，用于控制第一开关管(Q1)开合产生高压，所述外部放电驱动信号(TTLIN2)为单脉冲TTL信号，用于控制第二开关管(Q2)开合产生激光脉冲，并且所述外部升压驱动信号(TTLIN1)和外部放电驱动信号(TTLIN2)的频率一致。
优选地，其中所述开关管驱动芯片(U1)用于放大整形外部升压驱动信号(TTLIN1)和外部放电驱动信号(TTLIN2)。
外部升压驱动信号(TTLIN1)经开关管驱动电路整形放大后，输出升压脉冲信号(TTLOUT1)；升压脉冲信号(TTLOUT1)作用到第一开关管(Q1)，第一开关管(Q1)导通，外接的第一电源(V1)经过第一电感(L1)对地放电，此过程第一电感(L1)储能；升压脉冲信号(TTLOUT1)结束后，放电脉冲信号(TTLOUT2)到来前，第一开关管(Q1)关断，第一电感(L1)给第一电容(C1)充电，第一电容(C1)给第二电容(C2)充电；外部放电驱动信号(TTLIN2)经开关管驱动电路整形放大后，输出放电脉冲信号(TTLOUT2)；放电脉冲信号(TTLOUT2)作用到第二开关管(Q2)，第二开光管(Q2)导通，第二电容(C2)产生高压大电流脉冲对地构成放电回路，大电流脉冲经过半导体发光管(LD)，令其产生激光脉冲；放电脉冲信号(TTLOUT2)结束后，第二开关管(Q2)关断，等待新的触发脉冲输入。
例如，外部升压驱动信号(TTLIN1)和外部放电驱动信号(TTLIN2)频率都是20kHz，TTL电平幅值为3.3V，前者相位超前后者50度，前者脉宽为9us，后者脉宽为50ns，本实施例第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2)均选用N沟道MOS管，开关管驱动芯片(U1)选用双通道MOS管栅极驱动芯片，第一电源V1＝5V，第二电源V2＝15V。外部升压驱动信号(TTLIN1)经开关管驱动电路整形放大后，输出升压脉冲信号(TTLOUT1)。图2为根据本发明实用新型实施方式的窄脉冲半导体激光器驱动电路中双脉冲驱动信号(TTLOUT)作用下储能电容升压与放电过程波形图，如图2所示，升压脉冲信号(TTLOUT1)高电平经第一电阻(R1)作用到第一开关管(Q1)的栅极，第一开关管(Q1)导通，第一电源(V1)经第一电感(L1)对地放电，此过程第一电感(L1)储能，升压脉冲信号(TTLOUT1)低电平时，第一电感(L1)对第一电容(C1)和第二电容(C2)充电，HV_C2升压至130V，完成升压储能过程。外部放电驱动信号(TTLIN2)经开关管驱动电路整形放大后，输出放电脉冲信号(TTLOUT2)，放电脉冲信号(TTLOUT2)高电平作用到第二开关管(Q2)栅极，第二开关管(Q2)导通，第二电容(C2)与半导体激光器(LD)构成放电回路，第二电容(C2)电压迅速变为零，放电下降沿为4ns，产生大电流脉冲驱动半导体激光器(LD)发出脉冲激光。本实施例中，调节外部升压驱动信号(TTLIN1)和外部放电驱动信号(TTLIN2)的频率与脉宽，可以改变半导体激光器(LD)的峰值功率和重复频率。
已经通过参考少量实施方式描述了本实用新型。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本实用新型以上公开的其他的实施例等同地落在本实用新型的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (6)
1.一种窄脉冲半导体激光器驱动电路，其特征在于,所述电路包括：
升压电路(101)，包括：外接的第一电源(V1)、升压脉冲信号(TTLOUT1)、第一电感(L1)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电容(C1)和第一开关管(Q1)，其中所述升压电路的输入端的一端与外接的第一电源(V1)相连接，另一端与升压脉冲信号(TTLOUT1)相连接，输出端与半导体激光器发光电路(102)相连接，用于产生激励激光管发光的高压；
半导体激光器发光电路(102),包括：放电脉冲信号(TTLOUT2)、半导体激光器(LD)、第三二极管(D3)、第二开关管(Q2)、第二电容(C2)、第三电容(C3)和第二电阻(R2)，用于控制激光管发光；以及开关管驱动电路(103),包括：外部升压驱动信号(TTLIN1)、外部放电驱动信号(TTLIN2)、外接的第二电源(V2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、开关管驱动芯片(U1)、升压脉冲信号(TTLOUT1)和放电脉冲信号(TTLOUT2)，用于放大整形外部驱动信号。
2.根据权利要求1所述的一种窄脉冲半导体激光器驱动电路，其特征在于,所述第一电源(V1)与第一电感(L1)一端相连接，所述第一电感(L1)另一端分别与第一二极管(D1)的正极和第一开光管(Q1)相连接，所述第一开关管(Q1)的信号输入端与升压脉冲信号(TTLOUT1)相连接，所述第一二极管(D1)的负极与第一电容(C1)一端相连接，所述第一电容(C1)为升压电路储能电容，另一端与第一开关管(Q1)相连并接地，所述第二二极管(D2)正极与第一二极管(D1)负极相连接，所述第二二极管(D2)作用为整流。
3.根据权利要求1所述的一种窄脉冲半导体激光器驱动电路，其特征在于所述第二电容(C2)一端与第二二极管(D2)负极和第二开关管(Q2)相连接，另一端与半导体激光器(LD)负极和第三二极管(D3)正极相连接，第三二极管(D3)负极与半导体激光器(LD)正极相连并接地，第三二极管(D3)用于消除半导体激光器(LD)产生的反向过冲，延长LD使用寿命；所述第二开关管(Q2)信号输入端与第三电容(C3)一端和第二电阻(R2)一端相连接，第二开关管(Q2)接地端与第二电阻(R2)另一端和半导体激光器(LD)正极和第三二极管(D3)负极相连接；所述第三电容(C3)另一端与放电脉冲信号(TTLOUT2)相连接，用于隔直流，防止第二开关管(Q2)长时间导通。
4.根据权利要求1所述的一种窄脉冲半导体激光器驱动电路，其特征在于,所述开关管驱动电路103输出分别为升压脉冲信号(TTLOUT1)和放电脉冲信号(TTLOUT2)。
5.根据权利要求1所述的一种窄脉冲半导体激光器驱动电路，其特征在于,所述外接的第二电源(V2)用于对开关管驱动芯片(U1)供电，所述外部升压驱动信号(TTLIN1)为单脉冲TTL信号，与第四电容(C4)一端相连接，用于控制第一开关管(Q1)开合产生高压，第四电容(C4)另一端与开关管驱动芯片(U1)相连接，所述外部放电驱动信号(TTLIN2)为单脉冲TTL信号，与第五电容(C5)一端相连接，用于控制第二开关管(Q2)开合产生激光脉冲，第五电容(C5)另一端与开关管驱动芯片(U1)相连接，所述外部升压驱动信号(TTLIN1)和外部放电驱动信号(TTLIN2)的频率一致。
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