[发明专利]一种半导体激光器电源电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种半导体激光器电源电路及其控制方法。

背景技术

半导体激光器是实际应用中最重要的一类激光器之一，近年来发展迅速、应用较广，其具有电光效率高、寿命长、体积小、稳定度高等优点。

半导体激光器电源电路按照工作模式可以分为：连续模式、准连续模式以及脉冲模式，准连续工作模式是指其工作电流为脉冲形式的非连续模式，脉冲频率从1Hz到数十kHz，脉宽从20微秒到数百微秒不等，在诸如激光传感器以及光纤激光器的很多应用中都有这种准连续的使用需求。

此外，半导体激光器中的激光二极管对电源输出的电流质量要求较高，具体来说，要求驱动电源输出的电流波形尽可能接近一个矩形波，矩形波的上升沿和下降沿应尽量短；同时，由于电流上升过程中出现的超调量会对半导体激光器造成冲击，因此，要求上升沿到达设定值后不能有超调。于是，就需要半导体激光器的驱动电源能在一定时间内完成对能量的储存，并在恰当时刻将存储的能量瞬间释放。现有技术中有以下几种电路可以为半导体激光器提供能量：

1、电容储能的线性控制电路。

电容储能的线性控制电路如图1所示，前级DC-DC(直流-直流)变换器工作在恒压模式，其输出为电容C₁充电，开关管Q₁工作在线性模式，通过控制开关管Q₁的驱动电压来实现输出电流的线性闭环调节。这种方法输出的电流稳定度较好，但是由于开关管导通时相当于一个电阻，导致电容C₁和负载半导体激光器LD之间电压差完全被开关管Q1所消耗，所以，该电路的效率比较低。

2、储能电容开关控制电路。

如图2所示，该电路的原理是当开关管Q₁断开时，前级DC-DC变换器为电容C₁充电，当开关管Q₁闭合时，储能电容C₁对负载LD放电，提供驱动电流。该电路结构简单，前级DC-DC变换器所需的功率较小，但是这种方法所需电容较大，并且由于电容放电是瞬时完成的，导致该电路无法输出矩形波，所以无法工作在连续模式和准连续模式，此外，电容输出电流的幅值也受电容充电电压影响，实际使用效果较差。

3、电感储能并联开关控制电路。

如图3所示，该电路通过电感存储能量，当负载LD不导通时，开关管Q₂导通，此时电流通过电感L和开关管Q₂。当半导体激光器需要导通工作时，开关管Q₂断开，这时能量从输入侧直接传递给了半导体激光器。这种方法可以使电流脉冲波形具有较好的上升沿，但是由于采用电感作为主要储能器件，感性元件的能量存储密度较低，导致需要的电感值较大，因此，这种方法实际使用的电感很笨重，造成电路体积和重量较大，不方便实际应用。

此外，上述电路中，控制功能与储能释放功能都由一个元件完成，难以同时满足在输出矩形波时，电流上升速度和电流输出稳定性两个条件。因此，现有的半导体激光器电源电路在准连续模式下的输出效率较低，且不能很好的满足半导体激光器对电源电路输出电流稳定性的需求。

发明内容

本发明提供一种半导体激光器电源电路及其控制方法，用以解决现有技术的如下问题：现有的半导体激光器电源电路在准连续模式下的输出效率较低，且不能很好的满足半导体激光器对其电源电路输出电流稳定性的需求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体激光器电源电路及其控制方法，包括：同步降压式变换电路、控制器、传感器采样电路、第一驱动电路、第一开关管、负载；其中，所述控制器与所述同步降压式变换电路中第二驱动电路连接；所述传感器采样电路一端与所述同步降压式变换电路中第一电感的输出端连接，另一端与所述控制器连接；所述第一驱动电路的一端与所述第一开关管的第一端连接，另一端与所述控制器连接；所述第一开关管的第二端与所述负载的连接，第三端与所述同步降压式变换电路中的第二电容连接。

可选的，所述同步降压式变换电路包括：第一直流电压源、第二驱动电路、第二开关管、第三开关管、所述第一电感、所述第二电容；其中，所述第一直流电压源的正极与所述第二开关管的第二端连接，负极与所述第三开关管的第三端和所述第二电容的负极连接；所述第二开关管的第一端与所述第二驱动电路连接，第三端与所述第一电感的输入端和所述第三开关管的第二端连接；所述第三开关管的第一端与所述第二驱动电路连接；所述第一电感的输出端与所述第二电容的正极连接。