1.2 脉冲控制电路

　　脉冲控制电路如图4虚框所示,当脉冲控制信号Vpulse为低电平时,三极管Q1 截止,其集电极被电源电压控制在高电平,二极管D5正向导通,因此NCP5662的ADJ端被强制在高电平,这个电平值必须高于恒定电流流过负载时ADJ端的电平值,让R11两端电压远远高于0.9伏,使得NCP5662内部的功率晶体管截止,从而使流过LD的电流近似为零。因此,与激光二极管并联的1K电阻R11的作用是防止截止状态时激光二极管出现的高阻特性让ADJ端的电平出现不稳定,当负载呈现一般的电阻特性时,R11可以不要。当Vpulse跳向高电平时,晶体管Q1的集电极电位转向低电平,从而瞬间让ADJ端电位很低,使得R11两端电压远低于0.9伏,从而使NCP5662内部的功率晶体管导通, ADJ的电位开始上升,最后进入稳定工作阶段, 恒定电流流过激光二极管。二极管D5也进入反偏状态,起隔离作用,直到下一个低电平Vpulse控制信号的到来，如此反复，实现了大电流的快速开关，这主要得益于NCP5662的快速响应特性，其本质是因为其内部集成了高速放大器及高速功率放大晶体管。

　　脉冲控制电路是整个设计中最重要的地方,虽然还有其他方式可实现这一个功能,如在负载上串联一个功率MOS开关,或在电源端串联一个高边MOS开关,但理论和实验都证明了这两种方式存在的问题,如电源的稳定性和响应特性都没有图4所示的工作方式好。

　　1.3 脉冲产生电路

　　图4中的脉冲控制信号Vpulse来自脉冲产生电路[5],脉冲产生电路如图5a和图5b所示。

　　
　　5a为该电源内部振荡电路,由7555构成,四个与非门的作用是选通接受内部控制信号还是外部控制信号输出到Vtrigger,Vtrigger 信号控制所需要的Vtrigger信号的频率。图5b是一个由555定时器构成的下降沿触发的单稳电路。该单稳电路的特点是脉冲宽度与7555定时器5端的电压成非常好的线形关系,这主要得益于应用了由放大器LM358和电容C6构成的自举电路[6],因此,这就实现了独立控制脉冲恒流源脉冲频率和脉冲宽度的功能,脉冲宽度能接受外部电压信号的控制,如来自温度传感器热敏电阻上的电压信号。

　　1.4 保护电路

　　由于半导体激光器对于电冲击的承受能力很差,在使用过程中,出现较多的电冲击是电源开启或关断过程中产生的电压、电流浪涌冲击。所以电源中必须采取保护措施,传统的保护电路方式很多,如采用慢启动电路、短路保护开关等。在该应用中,该电源是蓄电池供电,供电电压波动较小,且选用的集成芯片内部具有慢启动、热保护、尖峰电流限制功能,因此只需在半导体激光二极管两端反向并联一个普通二极管以防止反向浪涌。

　　2试验结果及分析

　　上述各个电路模块都预先在Pspice A/D上进行了仿真和优化,最后制作了实物电路,试验结果达到了预期的设想。当负载为纯电阻1Ω、脉冲控制信号周期1ms、脉宽约40us、R3两端无并联电容时,R7两端的电压波形如图6所示。从前面可知,R7两端的电压与流过负载的电流完全对应,只差一个比例系数。从示波器上的看出,恒流脉冲的上升时间约2us,下降时间约1us,在同样的条件下,负载为808nm大功率半导体激光器时R7两端的电压波形如图7所示。前面负载选用纯电阻1Ω的原因是: 2A电流流过激光二极管时,稳态下该激光器的等价负载电阻约1Ω,这样可以更好的对比他们的工作情况。从示波器上可以看出,在上升阶段,有一段持续时间约5us的衰减振荡,这主要是因激光二极管到在达稳态之前,它的阻抗特性变化较大,如寄生电感和电容。从电路原理上分析,在R3两端并联一个电容C8是可以消除这种性能的恶化,通过试验测得,电容取值在1-2nf之间比较合适,电容取值过小，震荡不能完全消除，取值过大会使得脉冲缓慢沿着斜坡上升，响应变慢。图8显示了电容为1nf时R7两端的电压波形,可见,输出特性改善了许多。这也说明对于恒流源,负载的阻抗特性，如并联电感、串联电容对电源输出的瞬态特性影响很大!在用恒流源驱动半导体激光器时要特别注意。
　　

　　
　　电源中大多数电阻电容采用贴片式元件，两层布线，元件双面布置，整个电源体积可以做得非常小,可以达到4cm×4cm×1.5cm, 非常方便的应用于如激光测距一类对电源体积要求较小的应用中，另外,在6.5v蓄电池供电下,用该电源驱动808nm大功率半导体二极管,反复进行开了开关测试,激光器工作良好!

　　3 结果

　　基于集成稳压芯片NCP5662,采用最少的器件,设计了低电压大电流脉冲半导体激光驱动电源,电源稳定、可靠、体积小、控制简单、脉冲宽度和频率独立可调。驱动电流2A时,脉冲上升时间小于4us,下降时间小于2us,响应迅速，无过冲、反冲,达到了机载导弹测距中对半导体激光器的电源要求。这也说明了合理选择成熟的稳压芯片可以设计功能丰富的恒流源。该电源中的设计思路可应用于其它脉冲恒流源的电源设计中。

　　参考文献
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