專利名稱：小型半導體激光器脈沖電源模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種半導體激光器電源模塊，特別是一種小型半導體激光器脈沖電源模塊。
二背景技術(shù)：
在脈沖式激光引信和激光測距機等裝置中，發(fā)射脈沖的質(zhì)量對測距的精度(對激光引信表現(xiàn)為距離銳截止特性)和抗干性等性能有非常重要意義，而半導體脈沖激光器發(fā)射激光脈沖的質(zhì)量決定于激勵脈沖電流的質(zhì)量。一般要求半導體激光器脈沖電源輸出脈沖電流峰值高、脈沖上升沿陡峭、脈寬窄。脈沖激光電源可采用VMOS管、功率雙極晶體管(Power BJT)、快速可控硅、雪崩晶體管等作為開關(guān)元件制成。比較而言，以雪崩晶體管作為開關(guān)元件可得到最快的上升時間和最窄的脈沖寬度，且開關(guān)的觸發(fā)電路簡單。但為使雪崩晶體管工作在雪崩狀態(tài)必須提供較高的電壓(通常為幾百伏)，而激光引信和便攜式激光測距機等攜帶的容量較小的初始電源不能提供這么高的電壓，通常的解決方法是使用帶變壓器的DC-DC轉(zhuǎn)換電路得到可滿足雪崩晶體管要求的高電壓，但是一般的分立器件和變壓器組成的DC-DC轉(zhuǎn)換器具有結(jié)構(gòu)復雜、體積大、可靠性低等缺點，對于便攜式激光測距機特別是激光引信等對體積要求苛刻，且工作條件惡劣(較大的振動、沖擊)的裝置，在應用中受到了很大的限制。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種體積小，在振動、沖擊條件下可靠性高，激勵電流脈沖上升時間及脈寬指標優(yōu)越，抗過載能力強的小型半導體激光器脈沖電源模塊。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)解決方案是一種小型半導體激光器脈沖電源模塊，包括殼體，殼體上設有用于連接半導體激光器的接口和用于電壓控制及重復頻率控制的數(shù)字接口，其特征在于殼體內(nèi)設置主電路板，主電路板與外殼之間灌封樹脂，主電路板主要由高壓發(fā)生器，串行DAC數(shù)字接口，雪崩三極管開關(guān)和控制雪崩三極管的放電重復頻率的儲能元件組成，其連接關(guān)系為通過串行數(shù)字接口由串行DAC轉(zhuǎn)換器控制高壓發(fā)生器，高壓發(fā)生器[7]與雪崩三極管連接并為其提供雪崩電壓。
本實用新型采用雪崩三級管作為開關(guān)元件，得到了質(zhì)量非常好的放電電流脈沖。同時為提供較高的雪崩電壓，使用單片開關(guān)電源控制器的高壓發(fā)生器電路，電路體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，可產(chǎn)生高至250V的直流輸出電壓，而且這種無變壓器的全固體結(jié)構(gòu)抗沖擊過載的能力非常強，特別適合激光引信的應用。DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓可由TTL/COMS兼容數(shù)字信號控制，從而達到在一定范圍內(nèi)調(diào)整放電電流脈沖幅度的目的。另外，這種DC-DC轉(zhuǎn)換器也非常適合于雪崩光敏二極管的偏值電壓的電源電路。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是在較小體積下實現(xiàn)了抗沖擊、振動性能優(yōu)越的半導體激光器脈沖電源，采用雪崩三極管，得到的激勵電流脈沖上升時間及脈寬指標優(yōu)越，高壓發(fā)生器電路用單片開關(guān)電源控制器實現(xiàn)，為全固體結(jié)構(gòu)，抗過載能力強。
四

圖1是本實用新型的小型半導體激光器脈沖電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型的小型半導體激光器脈沖電源模塊的電路框圖。
圖3是本實用新型的小型半導體激光器脈沖電源模塊電路圖。
五具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
結(jié)合圖1，本實用新型的小型半導體激光器脈沖激光電源的結(jié)構(gòu)由鋁合金外殼1，主電路板3、數(shù)字接口4和激光器接口5及在主電路板與外殼之間灌封的樹脂2組成。
結(jié)合圖2、圖3，本實用新型的小型半導體激光器脈沖電源模塊的電路構(gòu)成是由高壓發(fā)生器7，串行DAC數(shù)字接口9，雪崩三極管開關(guān)10和儲能元件8組成，采用雪崩晶體三級管作為放電開關(guān)元件，可產(chǎn)生上升時間tr＜3ns，脈沖寬度tw＜10ns，電流脈沖峰值Ipeak≤20A，脈沖重復頻率PRF≤5KHz的激勵電流脈沖。具體電路和連接關(guān)系為系統(tǒng)輸入3～12V的直流電壓，由全固體高壓發(fā)生器7產(chǎn)生100～250V的電壓，此高壓發(fā)生器采用全新的升壓原理，由單片開關(guān)電源控制器U1、功率場效應晶體管Q1和電感L1組成Boost升壓電路，其輸出再通過電容C2、C3和二極管D1、D2、D3組成的電荷泵進行倍壓，從而實現(xiàn)了無變壓器結(jié)構(gòu)的低壓到高壓DC-DC轉(zhuǎn)換。其輸出電壓由數(shù)字接口通過DAC控制單片開關(guān)電源控制器U1反饋引腳的分壓比進行調(diào)整，把輸入的電池電壓(3V～12V)轉(zhuǎn)換到250V以下可由數(shù)字輸入精確控制的任意輸出電壓。高壓發(fā)生器的輸出電壓為雪崩三極管Q2提供雪崩電壓，其輸出電壓首先通過限流電阻R3向儲能電容C7充電，此充電時間就決定了脈沖電源的重復頻率。當在外部觸發(fā)源在Trig引腳上加TTL/COMS兼容的觸發(fā)信號時，雪崩三極管Q2雪崩放電，產(chǎn)生上升時間短、脈沖寬度窄、峰值電流高的放電電流脈沖，此電流流過半導體脈沖激光器LD，激勵LD發(fā)射激光脈沖。電容C1、C4分別是為了對供電電源及升壓的電壓后起抗干擾穩(wěn)壓作用而接入的，二極管D4是為了保護激光器，防止放電電流反向過沖對激光器造成損壞。
權(quán)利要求1.一種小型半導體激光器脈沖電源模塊，包括殼體[1]，殼體上設有用于連接半導體激光器[6]的接口[5]和用于電壓控制及重復頻率控制的數(shù)字接口[4]，其特征在于殼體[1]內(nèi)設置主電路板[3]，主電路板與外殼之間灌封樹脂[2]，主電路板[3]主要由高壓發(fā)生器[7]，串行DAC數(shù)字接口[9]，雪崩三極管開關(guān)[10]和控制雪崩三極管[10]的放電重復頻率的儲能元件[8]組成，其連接關(guān)系為通過串行數(shù)字接口由串行DAC轉(zhuǎn)換器[9]控制高壓發(fā)生器[7]，高壓發(fā)生器[7]與雪崩三極管[10]連接并為其提供雪崩電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型半導體激光器脈沖電源模塊，其特征在于高壓發(fā)生器[7]采用無變壓器的顴骨體結(jié)構(gòu)，包括單片開關(guān)電源控制器U1、功率場效應晶體管Q1和電感L1組成Boost升壓電路，以及通過電容C2、C3和二極管D1、D2、D3組成的電荷泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型半導體激光器脈沖電源模塊，其特征在于儲能元件[8]包括儲能電容C7、電阻R3，使用電容或傳輸線作為儲能元件，其輸出電壓首先通過限流電阻R3向儲能電容C7充電。
專利摘要本實用新型涉及一種小型半導體激光器脈沖電源模塊。包括殼體，殼體上設有用于連接半導體激光器的接口和用于電壓控制及重復頻率控制的數(shù)字接口，殼體內(nèi)設置主電路板，主電路板與外殼之間灌封樹脂，主電路板主要由高壓發(fā)生器，串行DAC數(shù)字接口，雪崩三極管開關(guān)和控制雪崩三極管的放電重復頻率儲能元件組成，通過串行數(shù)字接口由串行DAC轉(zhuǎn)換器控制高壓發(fā)生器，高壓發(fā)生器與雪崩三極管連接并為其提供電壓。本實用新型采用無變壓器的全固體結(jié)構(gòu)，輸出脈沖電流的幅度可調(diào)，體積小、功耗低、抗振動沖擊能力強、在惡劣環(huán)境下工作可靠性高，適于小型便攜式激光測距機、激光近炸引信等裝置使用。
文檔編號H01S5/00GK2560133SQ0226292
公開日2003年7月9日 申請日期2002年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月5日
發(fā)明者張河, 孫全意, 李豪杰, 高桂珍, 程翔, 陳炳林 申請人:南京理工大學