1.2 脈沖控制電路

　　脈沖控制電路如圖4虛框所示,當(dāng)脈沖控制信號(hào)Vpulse為低電平時(shí),三極管Q1 截止,其集電極被電源電壓控制在高電平,二極管D5正向?qū)?因此NCP5662的ADJ端被強(qiáng)制在高電平,這個(gè)電平值必須高于恒定電流流過負(fù)載時(shí)ADJ端的電平值,讓R11兩端電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于0.9伏,使得NCP5662內(nèi)部的功率晶體管截止,從而使流過LD的電流近似為零。因此,與激光二極管并聯(lián)的1K電阻R11的作用是防止截止?fàn)顟B(tài)時(shí)激光二極管出現(xiàn)的高阻特性讓ADJ端的電平出現(xiàn)不穩(wěn)定,當(dāng)負(fù)載呈現(xiàn)一般的電阻特性時(shí),R11可以不要。當(dāng)Vpulse跳向高電平時(shí),晶體管Q1的集電極電位轉(zhuǎn)向低電平,從而瞬間讓ADJ端電位很低,使得R11兩端電壓遠(yuǎn)低于0.9伏,從而使NCP5662內(nèi)部的功率晶體管導(dǎo)通, ADJ的電位開始上升,最后進(jìn)入穩(wěn)定工作階段, 恒定電流流過激光二極管。二極管D5也進(jìn)入反偏狀態(tài),起隔離作用,直到下一個(gè)低電平Vpulse控制信號(hào)的到來，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)了大電流的快速開關(guān)，這主要得益于NCP5662的快速響應(yīng)特性，其本質(zhì)是因?yàn)槠鋬?nèi)部集成了高速放大器及高速功率放大晶體管。

　　脈沖控制電路是整個(gè)設(shè)計(jì)中最重要的地方,雖然還有其他方式可實(shí)現(xiàn)這一個(gè)功能,如在負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)功率MOS開關(guān),或在電源端串聯(lián)一個(gè)高邊MOS開關(guān),但理論和實(shí)驗(yàn)都證明了這兩種方式存在的問題,如電源的穩(wěn)定性和響應(yīng)特性都沒有圖4所示的工作方式好。

　　1.3 脈沖產(chǎn)生電路

　　圖4中的脈沖控制信號(hào)Vpulse來自脈沖產(chǎn)生電路[5],脈沖產(chǎn)生電路如圖5a和圖5b所示。

　　
　　5a為該電源內(nèi)部振蕩電路,由7555構(gòu)成,四個(gè)與非門的作用是選通接受內(nèi)部控制信號(hào)還是外部控制信號(hào)輸出到Vtrigger,Vtrigger 信號(hào)控制所需要的Vtrigger信號(hào)的頻率。圖5b是一個(gè)由555定時(shí)器構(gòu)成的下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)電路。該單穩(wěn)電路的特點(diǎn)是脈沖寬度與7555定時(shí)器5端的電壓成非常好的線形關(guān)系,這主要得益于應(yīng)用了由放大器LM358和電容C6構(gòu)成的自舉電路[6],因此,這就實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立控制脈沖恒流源脈沖頻率和脈沖寬度的功能,脈沖寬度能接受外部電壓信號(hào)的控制,如來自溫度傳感器熱敏電阻上的電壓信號(hào)。

　　1.4 保護(hù)電路

　　由于半導(dǎo)體激光器對(duì)于電沖擊的承受能力很差,在使用過程中,出現(xiàn)較多的電沖擊是電源開啟或關(guān)斷過程中產(chǎn)生的電壓、電流浪涌沖擊。所以電源中必須采取保護(hù)措施,傳統(tǒng)的保護(hù)電路方式很多,如采用慢啟動(dòng)電路、短路保護(hù)開關(guān)等。在該應(yīng)用中,該電源是蓄電池供電,供電電壓波動(dòng)較小,且選用的集成芯片內(nèi)部具有慢啟動(dòng)、熱保護(hù)、尖峰電流限制功能,因此只需在半導(dǎo)體激光二極管兩端反向并聯(lián)一個(gè)普通二極管以防止反向浪涌。

　　2試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　上述各個(gè)電路模塊都預(yù)先在Pspice A/D上進(jìn)行了仿真和優(yōu)化,最后制作了實(shí)物電路,試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的設(shè)想。當(dāng)負(fù)載為純電阻1Ω、脈沖控制信號(hào)周期1ms、脈寬約40us、R3兩端無并聯(lián)電容時(shí),R7兩端的電壓波形如圖6所示。從前面可知,R7兩端的電壓與流過負(fù)載的電流完全對(duì)應(yīng),只差一個(gè)比例系數(shù)。從示波器上的看出,恒流脈沖的上升時(shí)間約2us,下降時(shí)間約1us,在同樣的條件下,負(fù)載為808nm大功率半導(dǎo)體激光器時(shí)R7兩端的電壓波形如圖7所示。前面負(fù)載選用純電阻1Ω的原因是: 2A電流流過激光二極管時(shí),穩(wěn)態(tài)下該激光器的等價(jià)負(fù)載電阻約1Ω,這樣可以更好的對(duì)比他們的工作情況。從示波器上可以看出,在上升階段,有一段持續(xù)時(shí)間約5us的衰減振蕩,這主要是因激光二極管到在達(dá)穩(wěn)態(tài)之前,它的阻抗特性變化較大,如寄生電感和電容。從電路原理上分析,在R3兩端并聯(lián)一個(gè)電容C8是可以消除這種性能的惡化,通過試驗(yàn)測(cè)得,電容取值在1-2nf之間比較合適,電容取值過小，震蕩不能完全消除，取值過大會(huì)使得脈沖緩慢沿著斜坡上升，響應(yīng)變慢。圖8顯示了電容為1nf時(shí)R7兩端的電壓波形,可見,輸出特性改善了許多。這也說明對(duì)于恒流源,負(fù)載的阻抗特性，如并聯(lián)電感、串聯(lián)電容對(duì)電源輸出的瞬態(tài)特性影響很大!在用恒流源驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器時(shí)要特別注意。
　　

　　
　　電源中大多數(shù)電阻電容采用貼片式元件，兩層布線，元件雙面布置，整個(gè)電源體積可以做得非常小,可以達(dá)到4cm×4cm×1.5cm, 非常方便的應(yīng)用于如激光測(cè)距一類對(duì)電源體積要求較小的應(yīng)用中，另外,在6.5v蓄電池供電下,用該電源驅(qū)動(dòng)808nm大功率半導(dǎo)體二極管,反復(fù)進(jìn)行開了開關(guān)測(cè)試,激光器工作良好!

　　3 結(jié)果

　　基于集成穩(wěn)壓芯片NCP5662,采用最少的器件,設(shè)計(jì)了低電壓大電流脈沖半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電源,電源穩(wěn)定、可靠、體積小、控制簡(jiǎn)單、脈沖寬度和頻率獨(dú)立可調(diào)。驅(qū)動(dòng)電流2A時(shí),脈沖上升時(shí)間小于4us,下降時(shí)間小于2us,響應(yīng)迅速，無過沖、反沖,達(dá)到了機(jī)載導(dǎo)彈測(cè)距中對(duì)半導(dǎo)體激光器的電源要求。這也說明了合理選擇成熟的穩(wěn)壓芯片可以設(shè)計(jì)功能豐富的恒流源。該電源中的設(shè)計(jì)思路可應(yīng)用于其它脈沖恒流源的電源設(shè)計(jì)中。

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