《激光二極管點火用驅(qū)動電路設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《激光二極管點火用驅(qū)動電路設(shè)計（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 激光二極管點火用驅(qū)動電路設(shè)計 2004年3門 火_T品 INITIATORS&PYR0TECHNICS2004年第l期 文章編號:1003-I480(2004)0I-0004-03 激光二極管點火用驅(qū)動 電路設(shè)計 李繼峰,嚴楠,高頌 (北京理_T人學爆炸災害預防與控制圍家重點實驗室,北京,10008I) 摘要:激光點火系統(tǒng)中需要設(shè)計激光二極管驅(qū)動I【l路.奉文分析了激光二極管的幾種簡單驅(qū)動【乜源電路, 按其原理提…r激光二極管點火系統(tǒng)的驅(qū)動I【I路設(shè)計方案,并做了激光二極管點火試驗,得到了較好的點火效果. 關(guān)鍵詞:激光二極管;點火:驅(qū)動I路設(shè)計 中圖分類號:

2、TQ560文獻標識碼:A DesignofLaserDiodeDriverforIgnition LIJi-feng.YANNan,GAOSong (StateKeyLaboratoryofPreventionandControlofExplosionDisasters.Beijing,100081) Abstract:Itisnecessarytodesignthelaserdiodedriverinthelaserignitionsystem,Severalsimpledriversoflaser diodeareanalyzedinthearticleThedriverdesi

3、gnmethodoflaserdiodeignitionsystemispresented.Atthesametime thelaserdiodeignitionexperimentisdoneandsatisfiedignitingeffectisobtained. Keywords:Laserdiode:Ignition:Drivercircuitdesign 我國自20世紀70年代就已經(jīng)開始研究激光點 火系統(tǒng),但由于傳統(tǒng)的同體激光器和驅(qū)動電源部分 體積較大未能實際應(yīng),而小型化激光二極管的誕 生為激光點火技術(shù)的應(yīng)川帶米了新的機遇,目前人 功率激光二極管體積可以小劍1~5cm:

4、義由于激光 二極管為低電壓啟動,可以使剛導彈,火箭彈上電 源作為驅(qū)動電能. 驅(qū)動電路為激光二極管提供預定幅值和脈沖 寬度的電能,是激光點火系統(tǒng)的發(fā)火控制部件,一 直以米都是設(shè)計者關(guān)注的焦點.激光二極管在使川 中要求采剛電流驅(qū)動¨l,因此驅(qū)動電源的設(shè)計要為 激光器提供所要求的電流信號.要使激光二極管的 輻射功率保持穩(wěn)定,必須使注入電流恒定,即采川 恒流源供電【2l.由于激光二極管點火技術(shù)建議輸山 激光功率火于1w,由激光二極管的P-,特性曲 線可知,需要驅(qū)動電流為安培級.本文討論可用于 點火刖途激光二極管的兒種驅(qū)動電源電路,為激光 點火系統(tǒng)提供設(shè)計方案. 1激光二極管

5、驅(qū)動電路分析 1.1單晶體管穩(wěn)流驅(qū)動電路 單晶體管穩(wěn)流電路由一個品體管和穩(wěn)壓器組 成,是一個連續(xù)電源,如圖1所示【2】a激光二極管 的驅(qū)動電流與電路參數(shù)的關(guān)系為: II1):IE—IB≈B—UBE)/Re(II,) 式中:,D——流過激光_22極管LD的電流,A; 收稿日期:2003.12.26 作者簡介:李繼鋒(1979.),男,在讀碩=I:,主要從事激光二極管點火技術(shù)研究. 2O04年35 ,.——品體管發(fā)射極電流,A; ,——品體管基極電流,A; —— 品體管基極電壓,V; —— 品體管發(fā)射極與基極電壓差,V; —— 電阻值,Q. 由_丁穩(wěn)壓管D使

6、恒定,療約為0.3V(鍺 管),'T是,,lJ叵定,所以使該L乜路成為恒流源.另 外,凡需要選擇人功率電阻,電阻值為0.1一l0Q, 功率為l一2W. ,c 幽1品休管穩(wěn)流驅(qū)動I【i路幽 該電路解決了驅(qū)動激光二極管的恒流問題,恒 流效果較好,消除了輸山電壓,負載電壓變動對激 光二極管的影響,激光二極管輸山功率穩(wěn)定. 但是若于激光二極管驅(qū)動電路,經(jīng)過多次電 路測試發(fā)現(xiàn),剛接通或切斷電源的瞬間有電流流 過.激光二極管的連續(xù)電源輸山要求不應(yīng)該有瞬時 的尖峰脈沖,否則極易使激光二極管的PN結(jié)遭受 電擊穿,損壞激光二極管;在激光二極管點火中, 還極易發(fā)生誤點火.岡而,必須采取

7、一些保護措施 米防.I卜在電源接通和切斷時的瞬時尖峰脈沖,該單 品體管穩(wěn)流驅(qū)動電源才可以作為激光二極管的連 續(xù)電源. 針對這個問題采取在l所示電路的激光二極 管輸入兩端添加保護電路的方法,如圖2所示L31, 在圖2(a)中的激光二極管輸入兩端添加保護電路 轉(zhuǎn)變成圖2(b)的電路.圖2(b)中的開關(guān)保護 式驅(qū)動電路在同類驅(qū)動電路中最為簡易.在原恒流 電路中,激光二極管LD的兩端并聯(lián)了一個短路開 關(guān)和一個反向保護二極管Dz.保護開關(guān)caJ合和 斷開的順序為:在接通激光二極管的電源之前,先 faJ合短路開關(guān),等l乜源接通經(jīng)過過渡過程趨于穩(wěn) 定后,再斷開短路開關(guān);在切斷激光二

8、極管驅(qū)動電 源時,順序止好相反,先閉合短路開關(guān),再切斷 激光二極管的電源.這樣就有效地抑制了接通和切 斷電源瞬間產(chǎn)生的尖峰脈沖的影響.反向二極管 Dz選內(nèi)阻小的管子(等效丁白身爪降小的管子), 一 般選鍺管.它起保護作,可以保護激光二極 管兩端可能山現(xiàn)的負脈沖,使負脈沖通過反向二極 管釋放. (a),(b) 幽2開關(guān)保護式驅(qū)動【乜路圖 圖2的保護電路說明了如何消除電源接通和切 斷時產(chǎn)生的瞬時尖峰脈沖的簡便方法,類似電路可 以參見軟啟動電路【I1,軟啟動電路可以利用電容, 放人器等元器件實現(xiàn)電流慢啟動,從而取代開關(guān)保 護式電路中的開關(guān). 1.2可調(diào)運算放大式恒流驅(qū)

9、動電路 可調(diào)恒流驅(qū)動電路如圖3所示【4J,使用運算放 人器,穩(wěn)壓管和若干電阻.根據(jù)放火器的特性,又 岡為R2>>該電路有以下關(guān)系: D 幽3連續(xù)可調(diào)恒流r【i源IU路幽 D/RI=,^D【/+2)】(2) 則有: I,)=/RIxl+R2/R)(3) 式中:D——穩(wěn)壓管D穩(wěn)壓值,V; .——電阻.的電阻值,Q; 廣電阻2的電阻值,Q; ,一電阻.的電阻值,Q: 『廠流過激光二極管的電流,A. 負載電流的確定與D,,,有關(guān), 6拿繼峰等:激光二極管點火用驅(qū)動lU路設(shè)計2004年第l期 與放火器參數(shù)無關(guān),與輸出端的激光二極管的參數(shù) (主要是其可變內(nèi)

10、阻阻值)無關(guān),所以使之成為恒 流源,而簡單地調(diào)1就可以凋'1恒流人小;同時 這義是一個電流并聯(lián)負反饋電路,故當凡變化時, ,,l,J可白行穩(wěn)定.另外,.需要選擇人功率電阻. 為了解決同圖1的剛接通或切斷L【土源的瞬間有 瞬時尖峰脈沖一樣的問題,該電路使川等效于短路 開關(guān)的初始人電阻.岡為是可調(diào)L【土阻,適當?shù)脑O(shè) 置初始火電阻值可以使通過激光二極管的初始電 流d,N可以忽略,從而減少電路接通時對激光二極 管的沖擊,延K激光二極管的一I:作壽命. 尺2電阻值從火往小調(diào)過中,通過激光二極 管的電流由d,N人,激光二極管可以輸山不同的輻 射功率,實現(xiàn)不同的點火要求. 2討論

11、 (1)從以上兒個方案可以看出,激光二極管 的驅(qū)動電源L【土路并不是十分復雜,簡單的驅(qū)動電源 就可以實現(xiàn)驅(qū)動激光二極管的功能,這些方案是繼 續(xù)設(shè)計完整驅(qū)動電路的基礎(chǔ); (2)3所示的可調(diào)放人式恒流驅(qū)動電路仍 然可以和開關(guān)式保護電路結(jié)合,做成安全系數(shù)更高 的電路,能有效地抑制尖峰脈沖的影響; (3)如上提及,采川加上開關(guān)式保護電路, 兒個剛于濾波的電容后做成的驅(qū)動電路,能正常驅(qū) 動激光二極管,川引燃B/KNO3,得到了較好的 點火效果.白制的驅(qū)動電路外形照片如4所示. 使川該驅(qū)動電路可使1.5W激光二極管驅(qū)動可靠點 火.試驗結(jié)果表明,不同壓藥密度下的B/KNO點 火約的

12、99.99%激光點火功率為0.5～0.8W,點火 4帶激光二極管的驅(qū)動I【l源 延遲時間小丁10ms.激光點火性能參數(shù)與國外文 獻【】中的數(shù)據(jù)十分接近. (4)該系統(tǒng)川在激光點火系統(tǒng)中有必要考慮 使激光二極管以脈沖方式工作【們,那么只要在以上 兒種電路上的輸入端設(shè)計脈沖產(chǎn)生電路即可,目前 國內(nèi)外通常采取的設(shè)計方法就是使川觸發(fā)器產(chǎn)生 脈沖,關(guān)丁觸發(fā)器產(chǎn)生脈沖的設(shè)計方法可參見相關(guān) 一 I5. 3結(jié)論 通過對兩個驅(qū)動電路的分析,改進和試驗,得 山了如F結(jié)論: (1)電流的穩(wěn)定性對激光二極管的工作狀態(tài) 有直接的,明顯的影響,故設(shè)計電路時恒流是首先 要考慮的問題.文中提及

13、的兩個電路的電流關(guān)系式 (1),式(3)說明了其具有恒流的特點. (2)岡為是安培級的I乜流通過,需要考慮大 電流對電源雨I電路器什的損耗,以保證電路的安全 性. (3)值得一提的是電源接通,切斷瞬間有可 能對激光二極管產(chǎn)生電壓,電流沖擊,可采用開關(guān) 式保護電路,初始火電阻值米有效地消除. (4)這些電路可以川作驅(qū)動1.5W激光二極 管點火川途,試驗效果良好. 參考文獻: 【I】黃德修,劉雪峰.半導體激光器及應(yīng)用【M】.北京: 國防丁業(yè)m版社.1999. 【2】宏志,_拿育林,張培B,忽滿利.半導體激光器驅(qū)動 I也源的致計【J】.用激光,1999,(8):181-182, 【3】高備青.激光二極管采iIIjI司休激光器技術(shù)研究【D】. 北京:北京工人學,l992:36—37. 【4】薛水毅,淑英等.新型l【l源I乜路應(yīng)用實例【M】.北 京:lr了工業(yè)出版社.200I:I9—20. 【5】符綠化,工凱民.激光點火技術(shù)的發(fā)展【R】.中國兵器 科技情報研究報告,I994:I-21. 【6】梁困忠,梁作亮.激光I【l源I【l路【M】.北京:兵器工 業(yè)f11版社.1995:I5I. 【7】張矬華.數(shù)字l【i予I【l路【M】.北京:機械工業(yè);_I;版禮, l996:28l-282.