Diseño de una fuente de alimentación de conducción de láser semiconductor de baja potencia

Diseño de una fuente de alimentación de conducción de láser semiconductor de baja potencia

Con el semiconductor en comunicación, medición y control, médico, óptica integrada y otros campos técnicos de amplia aplicación, su atención también está aumentando, ya que el diseño de una alta precisión, rendimiento confiable, potencia de conducción económica y duradera se ha convertido en nuestro actual más urgente. Problema, debido a las características "delicadas" del láser semiconductor, el uso de la energía debe estar en el rendimiento y la calidad del control estricto.

Características de transferencia de los láseres semiconductores

A cierta temperatura, cuando la corriente de conducción es inferior a la corriente umbral, la potencia óptica de salida P del láser es aproximadamente cero y el láser semiconductor solo puede emitir fluorescencia. Cuando la corriente de activación es superior al umbral, se emite el láser y la potencia de salida óptica aumenta rápida y linealmente con el aumento de la corriente de activación. En la aplicación práctica, se deben presentar dos requisitos para el diodo láser, uno es la corriente de umbral bajo y el otro es una curva PI estable. En principio, en el caso de una determinada sustancia de trabajo, la frecuencia del láser de salida del láser semiconductor debe estar relacionada con la longitud de la cavidad resonante y la intensidad de la fuente de excitación, en otras palabras, la frecuencia de salida del láser semiconductor depende de la temperatura de la unión PN y del tamaño de la corriente de inyección. Además, debido a que la unión PN del semiconductor es bastante frágil, un pequeño impacto de corriente causará daños, por lo que en el uso específico del láser semiconductor, tenemos requisitos muy estrictos en su circuito de suministro de energía y circuito de modulación.

Podemos reducir el umbral de corriente en dos órdenes de magnitud reemplazando la unión homogénea con una heterounión, y el problema de estabilidad solo puede mejorarse mediante una temperatura externa constante y retroalimentación óptica. Para el láser semiconductor general, el diodo láser es una unión directa, el fotodiodo es una unión inversa. La fotocorriente convertida por la luz refleja la potencia de la luz en forma de voltaje en la resistencia. El circuito de control se puede agregar para lograr el propósito de controlar la potencia luminosa.

Diseño de circuito

El tipo de diodo láser utilizado en la prueba es HT670T5, que tiene una longitud de onda de 650nm y una potencia nominal de 30mW.

La fuente de alimentación lineal del circuito fuente de corriente tiene las características de alta precisión, alta estabilidad pero baja eficiencia. Sin embargo, considerando el requisito estricto del láser semiconductor en la precisión de la fuente de alimentación, diseñamos una fuente de alimentación lineal de pequeña selección.

Para cumplir con los requisitos de precisión y estabilidad, supresión de ondulación y reducción de ruido, se ha diseñado un módulo de ajuste de dos etapas. El chip regulador de voltaje se usa en la primera etapa, que se transmite al módulo de ajuste de la segunda etapa al expandir la corriente. La red eléctrica ingresa al transformador a través del filtro de la red eléctrica y cae a 21V (valor pico). Después del filtro de rectificación (se omite el circuito específico), pasa por el circuito de regulación de primera etapa compuesto por el bloque integrado del regulador y el circuito de expansión de corriente. Después de eso, a través de la serie - muestreo - retroalimentación - ajuste de la última etapa, la salida final.

En el diseño del circuito fuente de corriente constante específico, la carga no se agrega a su extremo de salida, sino al extremo de entrada del regulador de voltaje LM317T. Para la carga real, la entrada del regulador de voltaje LM317T actúa como una fuente de corriente constante. Debido a que el terminal de salida del regulador de voltaje está conectado a la carga falsa R1, independientemente de la carga real en ambos extremos del valor real del voltaje, consume una corriente constante. El voltaje en el regulador de voltaje y la carga espuria R1 hacen que caiga el voltaje total permitido del circuito. La corriente de carga la establece R1, que es 1,25 A/Ω x R1.

Circuito de puesta a cero de ondulación Para reducir el voltaje de ondulación de la fuente de alimentación de corriente constante, es necesario agregar un circuito de puesta a cero de ondulación al circuito. En funcionamiento normal, ajustar el potenciómetro de puesta a cero de ondulación puede hacer que el voltaje de ondulación de salida sea muy pequeño. El componente de ondulación se acopla de manera capacitiva a la entrada inversora del amplificador operacional y se amplifica hasta la base del tubo regulador en un circuito específico de puesta a cero de ondulación. Por lo tanto, se puede lograr el efecto anterior.

En la aplicación práctica, el láser se daña fácilmente por la sobretensión causada por la interferencia de otros aparatos eléctricos en el mismo circuito. Para proteger el láser del impacto de la sobrecorriente, podemos agregar un circuito de arranque lento al circuito. Además, con el fin de proteger mejor el láser, podemos elegir 2SA1015 y 2SC1815 y otros tipos de tubos de succión, en el proceso de producción de la fuente de voltaje básicamente puede proteger la operación segura del láser. Combinado con el filtro de red eléctrica, el circuito se convierte en un circuito de protección limitador de corriente simple.

Resultado experimental

La fuente de alimentación de conducción diseñada en este documento, a través de un arranque lento, puesta a cero de ondulación y otros circuitos, tiene un buen efecto de aplicación en el laboratorio y resuelve mejor el problema de la inestabilidad de la potencia de salida del diodo semiconductor en uso. Teniendo en cuenta el límite de ancho de banda del osciloscopio, los resultados de la medición son los siguientes:

Fuente actual: ondulación actual y ruido: 0.1uA

Fuente de voltaje: Ondulación: 0.01mV

Ondulación actual y ruido: 0.5uA

Rango de ajuste: 0-500mA