一种半导体激光器隔离驱动电路及装置的制作方法

1.本技术涉及激光器驱动技术领域，更具体地，涉及一种半导体激光器隔离驱动电路及装置。

背景技术：

2.半导体二极管激光器体积小、寿命长，并且可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达ghz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在脉冲激光测距，激光雷达成像，汽车电子以及光电通信等方面得到了广泛的应用。
3.目前，采用三极管形成半导体激光器的驱动电路，利用三极管的雪崩特性驱动半导体激光器，此电路工作频率不高，一般只做到5khz。也有采用专门的脉冲驱动芯片和nmos快速场效应管组成半导体激光器的驱动电路，此电路对nmos快速场效应管的驱动信号要求极高，高电平脉冲宽度不得低于10ns，供工作电压要小于半导体激光器的工作电压，否则，极易使半导体激光器损坏，同时此电路工作频率只能达到3khz。

技术实现要素：

4.针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种半导体激光器隔离驱动电路及装置，该电路通过并联设置的场效应管，层级驱动半导体激光器发光，能够达到较高的工作频率。
5.为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种半导体激光器隔离驱动电路，该电路包括控制电路单元、光电隔离单元与驱动电路单元；其中，
6.所述控制电路单元分别与所述光电隔离单元和驱动电路单元连接，所述控制电路单元用于输出pwm控制信号，以及为所述光电隔离单元提供驱动电压，为驱动电路单元提供储能电压；
7.所述光电隔离单元用于接收所述pwm控制信号，并将pwm控制信号隔离放大后输出；
8.所述驱动电路单元包括第一场效应管、第二场效应管与半导体激光器，所述驱动电路单元与所述光电隔离单元连接，用于接收所述光电隔离单元输出的pwm控制信号；当所述pwm控制信号为低电平时，第一场效应管接通，第二场效应管截止，第一场效应管输出高电平信号以驱动半导体激光器发光。
9.进一步地，上述半导体激光器隔离驱动电路，还包括稳压电路单元，所述稳压电路单元输入端与所述控制电路单元输出端连接，所述稳压电路单元输出端分别与所述光电隔离单元和所述驱动电路单元连接，所述控制电路单元向稳压电路单元提供第一驱动电压，所述稳压电路用于将所述第一驱动电压转换为第二驱动电压，并输入至所述光电隔离单元和驱动电路单元。
10.进一步地，上述导体激光器隔离驱动电路，其中，所述稳压电路单元包括三端稳压
器、第一电容、第二电容、第三电容与第四电容；
11.所述三端稳压器的第一输入端与所述稳压电路单元输入端连接，所述三端稳压器的第二输出端与所述稳压电路单元输出端连接，所述三端稳压器的第三端接地；
12.所述第一电容与所述第二电容并联形成第一并联支路，所述第一并联支路连接在所述三端稳压器的第一输入端与第三端之间，第三电容与所述第四电容并联形成第二并联支路，所述第二并联支路连接在所述三端稳压器的第二输出端与第三端之间。
13.进一步地，上述半导体激光器隔离驱动电路，其中，所述光电隔离单元包括光耦合器、第一二极管与第一电阻；
14.所述光耦合器第一输入端与所述第一电阻一端连接，所述第一电阻另一端与所述控制电路输出端连接，所述控制电路输出的驱动电压驱动光耦合器工作；所述光耦合器第二输入端与所述控制电路单元连接，以接收pwm控制信号，所述光耦合器输出端与光电隔离单元输出端连接；
15.所述第一二极管负极与所述光耦合器接地端连接，所述第一二极管正极与所述光耦合器使能端连接。
16.进一步地，上述半导体激光器隔离驱动电路，其中，所述光电隔离单元还包括第二电阻、第三电阻与第五电容；
17.所述第二电阻一端与所述稳压电路单元输出端连接，所述第二电阻另一端与所述光耦合器电源输入端连接；所述第三电阻一端与所述稳压电路单元输出端连接，所述第三电阻另一端与所述光耦合器输出端连接；所述第五电容并联在所述第一二极管的两端。
18.进一步地，上述半导体激光器隔离驱动电路，其中，所述驱动电路单元还包括第三场效应管、第四电阻、第五电阻与第六电阻；
19.所述第一场效应管栅极和所述第二场效应管栅极均与所述驱动电路单元输入端连接，所述第一场效应管源极与第四电阻一端连接，第一场效应管漏极与第二场效应管源极均与第五电阻一端连接，所述第二场效应管漏极与第六电阻一端连接；所述第四电阻另一端与所述稳压电路单元输出端连接，所述第五电阻另一端与第三场效应管栅极连接，所述第六电阻另一端接地；所述第三场效应管漏极接地。
20.进一步地，上述半导体激光器隔离驱动电路，其中，所述驱动电路单元还包括第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第二二极管、第七电阻、第八电阻与第九电阻；
21.所述第二二极管与所述半导体激光器并联形成第三并联支路；所述第六电容一端与所述驱动电路单元输入端连接，所述第六电容另一端接地；所述第七电容一端与所述第三场效应管栅极连接，所述第七电容另一端接地；所述第七电阻一端与所述第三场效应管源极连接，所述第七电阻另一端与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻另一端与控制电路输出端连接，所述第八电容一端连接在第七电阻和第八电阻之间，另一端与第三并联支路连接，第三并联支路另一端接地；所述第九电容一端与所述第八电阻连接，所述第九电容另一端接地。
22.进一步地，上述半导体激光器隔离驱动电路，所述驱动电路单元还包括储能电路单元，所述储能电路单元包括所述第六电阻、所述第七电容与所述第八电容，所述储能电路单元用于存储所述控制电路单元输出的储能电压。
23.进一步地，上述半导体激光器隔离驱动电路，其中，当所述pwm控制信号输出低电
平时，所述光电隔离单元输出低电平，此时所述第二场效应管导通，所述第六电容将储存的电能释放，导通所述第三场效应管，所述半导体激光器被驱动输出一定波长的激光。
24.按照本发明的第二个方面，还提供了一种半导体激光器隔离驱动装置，该装置包括上述半导体激光器隔离驱动电路。
25.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
26.本发明提供的半导体激光器隔离驱动电路，通过并联设置的场效应管，层级驱动半导体激光器发光，能够达到较高的工作频率；驱动电路可靠性较高，不易损坏贵重的半导体激光器。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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技术的一些实施例，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。
28.图1为本技术实施例提供的一种半导体激光器隔离驱动电路原理示意图；
29.图2为本技术实施例提供的稳压电路单元电路结构示意图；
30.图3为本技术实施例提供的光电隔离单元与驱动电路单元电路结构示意图；
31.图4为本技术实施例提供的pwm控制信号、第六电容与第七电容波形对比示意图；
32.图5为本技术实施例提供的半导体激光器输出波形示意图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
34.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
35.一方面，本实施例提供了一种半导体激光器隔离驱动电路，图1为本技术实施例提供的一种半导体激光器隔离驱动电路原理示意图。请参阅图1，该电路包括控制电路单元、光电隔离单元与驱动电路单元；其中，控制电路单元分别与光电隔离单元和驱动电路单元连接，控制电路单元用于输出pwm控制信号，以及为光电隔离单元提供驱动电压，为驱动电路单元提供储能电压；光电隔离单元用于接收pwm控制信号，并将pwm控制信号隔离放大后输出；驱动电路单元包括第一场效应管、第二场效应管与半导体激光器，驱动电路单元与光电隔离单元连接，用于接收光电隔离单元输出的pwm控制信号；当pwm控制信号为低电平时，第一场效应管接通，第二场效应管截止，第一场效应管输出高电平信号以驱动半导体激光器发光。
36.作为一个优选的实施例，半导体激光器隔离驱动电路还包括稳压电路单元，稳压电路单元输入端与控制电路单元输出端连接，稳压电路单元输出端分别与光电隔离单元和驱动电路单元连接，控制电路单元向稳压电路单元提供第一驱动电压，稳压电路用于将控制电路单元输出的第一驱动电压转换为第二驱动电压，并输入至与光电隔离单元和驱动电路单元。
37.具体地，图2为本技术实施例提供的稳压电路单元电路结构示意图，请参阅图2。稳压电路单元包括三端稳压器n1、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3与第四电容c4；三端稳压器的第一输入端与稳压电路单元输入端连接，三端稳压器n1的第二输出端与所述稳压电路单元输出端连接，所述三端稳压器n1的第三端接地；第一电容c1与第二电容c2并联形成第一并联支路，第一并联支路连接在三端稳压器的第一输入端与第三端之间，第三电容c3与第四电容c4并联形成第二并联支路，第二并联支路连接在三端稳压器的第二输出端与第三端之间。
38.优选的，控制电路单元为稳压电路单元提供的第一驱动电压为+24v。
39.优选的，当第一电容c1的电容值为1uf，第二电容c2的电容值为0.01uf，第三电容c3的电容值为0.1uf，第四电容c4的电容值为2.2uf时，稳压电路单元将第一驱动电压+24v转换为第二驱动电压+12v，并稳定输入至与光电隔离单元和驱动电路单元。
40.图3为本技术实施例提供的光电隔离单元与驱动电路单元电路结构示意图，请参阅图3。光电隔离单元包括光耦合器v1、第一二极管v2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3与第五电容c5；光耦合器v1第一输入端与第一电阻r1一端连接，所述第一电阻r1另一端与控制电路输出端连接，控制电路输出的驱动电压驱动光耦合器v1；光耦合器v1第二输入端与控制电路单元连接，接收pwm控制信号，光耦合器v1输出端与光电隔离单元输出端连接；第一二极管v2负极与所述光耦合器v1接地端连接，第一二极管v2正极与光耦合器v1使能端连接。第二电阻r2一端与稳压电路单元输出端连接，第二电阻r2另一端与所述光耦合器v1电源输入端连接；第三电阻r3一端与稳压电路单元输出端连接，所述第三电阻r3另一端与光耦合器输出端连接；第五电容c5并联在第一二极管v2的两端。
41.优选的，光耦合器v1的型号为gh0611，第一二极管v2选用mm3z5v1型号的稳压二极管。
42.优选的，第一电阻r1的阻值为390ω、第二电阻r2的阻值为510ω、第三电阻r3的阻值为1kω，第五电容的c5电容值为0.1uf。
43.控制电路单元为光电隔离单元提供+3.3v驱动电压，稳压电路单元为光电隔离单元提供+12v工作电压，其中，稳压二极管将光耦合器的电源输入端的电压降为7v以供光耦合器v1正常工作。当控制电路单元输出的pwm控制信号为高电平时，光耦合器v1中的发光二极管为截止状态，光耦合器v1不工作，此时光电隔离单元输出高电平信号；当控制电路单元输出的pwm控制信号为低电平时，光耦合器v1中的发光二极管为导通状态，光耦合器开始工作，此时光电隔离单元输出低电平信号。其中，光耦合器v1实现了输入端与输出端的电气隔离，传输效率较高。
44.具体地，驱动电路单元包括第一场效应管v3、第二场效应管v4、第三场效应管v5、半导体激光器v7、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电c9、第二二极管v6、第七电阻r7、第八电阻r8与第九电阻r9；第一场效应管v3栅
极和第二场效应管v4栅极均与所述驱动电路单元输入端连接，第一场效应管v3源极与第四电阻r4一端连接，第一场效应管v3漏极与第二场效应管v4源极均与第五电阻r5一端连接，第二场效应管v4漏极与第六电阻r6一端连接；第四电阻r4另一端与稳压电路单元输出端连接，第五电阻r5另一端与第三场效应管v5栅极连接，第六电阻r6另一端接地；第三场效应管v5漏极接地；第二二极管v6与半导体激光器v7并联形成第三并联支路；第六电容c6一端与驱动电路单元输入端连接，第六电容c6另一端接地；第七电容c7一端与第三场效应管v5栅极连接，第七电容c7另一端接地；第七电阻r7一端与第三场效应管v5源极连接，第七电阻r7另一端与第八电阻r8的一端连接，第八电阻r8另一端与控制电路输出端连接，第八电容c8一端连接在第七电阻r7和第八电阻r8之间，另一端与第三并联支路连接，第三并联支路另一端接地；第九电容c9一端与第八电阻r8连接，第九电容c9另一端接地。
45.优选的，控制电路输出至驱动电路单元的驱动电压的范围在100v～150v。
46.优选的，第一场效应管选用ap2301n型号的p-mos场效应管，第二场效应管选用ap2302n型号的n-mos场效应管，第三场效应管选用vbze20n20型号的n-mos场效应管，第二二极管选用1n5817型号的肖特基二极管。
47.优选的，第四电阻r4、第五电阻r5与第六电阻r6的阻值均为10ω，第七电阻r7的阻值为24kω，第八电阻r8的阻值为0.1ω，第九电阻r9的阻值为56ω，第六电容c6的电容值为15pf，第七电容c7的电容值为220pf，第八电容c8的电容值为10000pf、第九电c9的电容值为0.22uf。
48.优选的，驱动电路单元还包括储能电路单元，储能电路单元包括第六电阻r6、第七电容c7与第八电容c8，储能电路单元用于存储所述控制电路单元输出的储能电压。
49.进一步地，第六电容c6、第五电阻r5、第三场效应管v5与第二场效应管v6形成放电电路，通过放电电路放电驱动半导体激光器v7发光。
50.图4为本技术实施例提供的pwm控制信号、第六电容与第七电容波形对比示意图，图5为本技术实施例提供的半导体激光器输出波形示意图。当pwm控制信号为高电平时，光电隔离单元输出高电平时，第一场效应管截止，第二场效应管导通，第一场效应管输出低电平，第三场效应管截止，放电电路未接通，半导体激光器不发光；当pwm控制信号为低电平时，光电隔离单元输出低电平，第一场效应管导通，第二场效应管截止，第一场效应管输出高电平，第三场效应管导通，放电电路接通，第六电容c6将存储的电压经第五电阻r5、第三场效应管v5、第二二极管v6放电，半导体激光器被驱动，产生波长为1550nm的激光。
51.另一方面，本实施例还提供了一种半导体激光器隔离驱动装置，该装置包括上述半导体激光器隔离驱动电路。本实施例的工作原理参照上述实施例，在此不再赘述。
52.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
53.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
54.以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依
本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。
55.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
56.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种半导体激光器隔离驱动电路，其特征在于，包括控制电路单元、光电隔离单元与驱动电路单元；其中，所述控制电路单元分别与所述光电隔离单元和驱动电路单元连接，所述控制电路单元用于输出pwm控制信号，以及为所述光电隔离单元提供驱动电压，为驱动电路单元提供储能电压；所述光电隔离单元用于接收所述pwm控制信号，并将pwm控制信号隔离放大后输出；所述驱动电路单元包括第一场效应管、第二场效应管与半导体激光器，所述驱动电路单元与所述光电隔离单元连接，用于接收所述光电隔离单元输出的pwm控制信号；当所述pwm控制信号为低电平时，第一场效应管接通，第二场效应管截止，第一场效应管输出高电平信号以驱动半导体激光器发光。2.如权利要求1所述的半导体激光器隔离驱动电路，还包括稳压电路单元，所述稳压电路单元输入端与所述控制电路单元输出端连接，所述稳压电路单元输出端分别与所述光电隔离单元和所述驱动电路单元连接，所述控制电路单元向稳压电路单元提供第一驱动电压，所述稳压电路用于将所述第一驱动电压转换为第二驱动电压，并输入至所述光电隔离单元和驱动电路单元。3.如权利要求2所述的半导体激光器隔离驱动电路，其中，所述稳压电路单元包括三端稳压器、第一电容、第二电容、第三电容与第四电容；所述三端稳压器的第一输入端与所述稳压电路单元输入端连接，所述三端稳压器的第二输出端与所述稳压电路单元输出端连接，所述三端稳压器的第三端接地；所述第一电容与所述第二电容并联形成第一并联支路，所述第一并联支路连接在所述三端稳压器的第一输入端与第三端之间，第三电容与所述第四电容并联形成第二并联支路，所述第二并联支路连接在所述三端稳压器的第二输出端与第三端之间。4.如权利要求1所述的半导体激光器隔离驱动电路，其中，所述光电隔离单元包括光耦合器、第一二极管与第一电阻；所述光耦合器第一输入端与所述第一电阻一端连接，所述第一电阻另一端与所述控制电路输出端连接，所述控制电路输出的驱动电压驱动光耦合器工作；所述光耦合器第二输入端与所述控制电路单元连接，以接收pwm控制信号，所述光耦合器输出端与光电隔离单元输出端连接；所述第一二极管负极与所述光耦合器接地端连接，所述第一二极管正极与所述光耦合器使能端连接。5.如权利要求4所述的半导体激光器隔离驱动电路，其中，所述光电隔离单元还包括第二电阻、第三电阻与第五电容；所述第二电阻一端与所述稳压电路单元输出端连接，所述第二电阻另一端与所述光耦合器电源输入端连接；所述第三电阻一端与所述稳压电路单元输出端连接，所述第三电阻另一端与所述光耦合器输出端连接；所述第五电容并联在所述第一二极管的两端。6.如权利要求1所述的半导体激光器隔离驱动电路，其中，所述驱动电路单元还包括第三场效应管、第四电阻、第五电阻与第六电阻；所述第一场效应管栅极和所述第二场效应管栅极均与所述驱动电路单元输入端连接，所述第一场效应管源极与第四电阻一端连接，第一场效应管漏极与第二场效应管源极均与
第五电阻一端连接，所述第二场效应管漏极与第六电阻一端连接；所述第四电阻另一端与所述稳压电路单元输出端连接，所述第五电阻另一端与第三场效应管栅极连接，所述第六电阻另一端接地；所述第三场效应管漏极接地。7.如权利要求6所述的半导体激光器隔离驱动电路，其中，所述驱动电路单元还包括第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第二二极管、第七电阻、第八电阻与第九电阻；所述第二二极管与所述半导体激光器并联形成第三并联支路；所述第六电容一端与所述驱动电路单元输入端连接，所述第六电容另一端接地；所述第七电容一端与所述第三场效应管栅极连接，所述第七电容另一端接地；所述第七电阻一端与所述第三场效应管源极连接，所述第七电阻另一端与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻另一端与控制电路输出端连接，所述第八电容一端连接在第七电阻和第八电阻之间，另一端与第三并联支路连接，第三并联支路另一端接地；所述第九电容一端与所述第八电阻连接，所述第九电容另一端接地。8.如权利要求7所述的半导体激光器隔离驱动电路，所述驱动电路单元还包括储能电路单元，所述储能电路单元包括所述第六电阻、所述第七电容与所述第八电容，所述储能电路单元用于存储所述控制电路单元输出的储能电压。9.如权利要求8所述的半导体激光器隔离驱动电路，其中，当所述pwm控制信号输出低电平时，所述光电隔离单元输出低电平，此时所述第二场效应管导通，所述第六电容将储存的电能释放，导通所述第三场效应管，所述半导体激光器被驱动输出一定波长的激光。10.一种半导体激光器隔离驱动装置，其特征在于，所述半导体激光器隔离驱动装置包括权利要求1-9任一项所述的半导体激光器隔离驱动电路。

技术总结

本申请公开了一种半导体激光器隔离驱动电路及装置，该电路包括控制电路单元、光电隔离单元与驱动电路单元；控制电路单元分别与光电隔离单元和驱动电路单元连接，控制电路单元用于输出PWM控制信号，为光电隔离单元提供驱动电压，为驱动电路单元提供储能电压；光电隔离单元将接收的PWM控制信号隔离放大后输出；驱动电路单元包括第一场效应管、第二场效应管与半导体激光器，驱动电路单元接收光电隔离单元输出的PWM控制信号；当PWM控制信号为低电平时，第一场效应管接通，第二场效应管截止，第一场效应管输出高电平信号以驱动半导体激光器发光。本申请通过并联设置的场效应管，层级驱动半导体激光器发光，能够达到较高的工作频率。率。率。