半導體激光器（Laser Device，LD）作為一種新型激光光源以其小型高效結構簡單、價格便宜等優點，在通訊、醫療和測量等各個領域得到了越來越廣泛的應用。激光電源是激光裝置的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到整個激光器裝置的技術指標。所以激光電源的開發設計與改進就顯得尤為重要。最初的半導體激光器采用直流線性電源和RC 充電電路，這種電源效率不高，體積和重量較大。利用專用的驅動芯片和微處理器控制技術， 能有效地提高激光電源的性價比，簡化激光電源的硬件結構，增強整機的自動化程度，為整機功能的擴展提供有利的條件。隨著半導體激光器與電子技術的發展， 有關LD 驅動電源性能的研究越來越受到人們的重視，專用電源驅動芯片不斷出現，數字化控制技術逐步得到應用，性能優異的驅動電源為半導體激光器技術的發展提供了必要條件。

　　1 半導體激光電源的設計分析

　　1.1 元器件的選用。

　　元器件直接決定電源的可靠性，故元器件的選用非常重要。元器件的失效主要集中在以下4 個方面：

　　1）制造質量問題質量問題造成的失效與電應力無關。

　　質量不合格的可以通過嚴格的檢驗加以剔除，在工程應用時應選用定點生產廠家的成熟產品，不允許使用沒有經過認證的產品。

　　2）元器件可靠性問題元器件可靠性問題即基本失效率的問題，這是一種隨機性質的失效，與質量問題的區別是元器件的失效率取決于電應力。在一定的電應力下，元器件的失效率會大大下降。為剔除不符合使用要求的元器件，包括電參數不合格、密封性能不合格、外觀不合格、穩定性差、早期失效等，應進行篩選試驗，這是一種非破壞性試驗。電源設備主要元器件的篩選試驗一般要求：電阻在室溫下按技術條件進行100％測試，剔除不合格品；普通電容器在室溫下按技術條件進行100％測試，剔除不合格品。接插件按技術條件抽樣檢測各種參數；半導體器件按以下程序進行篩選：目檢→初測→高溫貯存→高低溫沖擊→電功率老化→高溫測試→低溫測試→常溫測試。

　　3）設計問題設計方面的不完善可進行人為的改善，首先須恰當選用合適的元器件，其次須優化設計電路。選用合適元器件可從以下幾點著手：盡量選用硅半導體器件，少用或不用鍺半導體器件；多采用集成電路，減少分立器件的數目；輸出整流管盡量采用具有軟恢復特性的二極管；應選擇金屬封裝、陶瓷封裝、玻璃封裝的器件。禁止選用塑料封裝的器件；吸收電容器與開關管和輸出整流管的距離應當很近，因流過高頻電流，故易升溫，所以要求這些電容器具有高頻低損耗和耐高溫的特性。

　　4）損耗問題損耗引起的元器件失效取決于工作時間的長短，與工作應力無關。

　　1.2 電路保護設置

　　為使電源能在各種惡劣環境下可靠地工作， 應設置多種保護電路，如防浪涌沖擊、過壓、欠壓、過載、短路、過熱等保護電路。對于激光電源而言，主要是抑制干擾源。干擾源集中在開關電路與輸出整流電路。采用的技術包括濾波技術、布局與布線技術、接地技術、密封技術等。良好的布局和布線技術也是控制噪聲的一個重要手段。為減少噪聲的發生和防止由噪聲導致的誤動作，應注意以下幾點：盡量縮小由高頻脈沖電流所包圍的面積； 緩沖電路盡量貼近開關管和輸出整流二極管； 脈沖電流流過的區域遠離輸入輸出端子，使噪聲源和出口分離；控制電路和功率電路分開，采用單點接地方式，大面積接地容易引起天線作用，所以不要采用大面積接地方式； 必要時可以將輸出濾波電感安置在地回路上；采用多只低ESR（等效串聯電阻）的電容并聯濾波；相鄰印制線之間不應有過長的平行線，走線盡量避免平行，采用垂直交叉方式，線寬不要突變，也不要突然拐角，禁止環形走線。

　　1.3 電源設備可靠性熱設計

　　溫度是影響設備可靠性最重要的因素。電源設備內部的溫升將導致元器件的失效，當溫度超過一定值時，失效率將呈指數規律增加，溫度超過極限值時將導致元器件失效。國外統計資料表明電子元器件溫度每升高2 ℃， 可靠性下降10％；溫升50 ℃時的壽命只有溫升25 ℃時的1/6。需要在技術上采取措施限制機箱及元器件的溫升，這就是熱設計。熱設計的原則，一是減少發熱量，即選用更優的控制方式和技術，如移相控制技術、同步整流技術等，另外就是選用低功耗的器件，減少發熱器件的數目，加大加粗印制線的寬度，提高電源的效率。二是加強散熱，即利用傳導、輻射、對流技術將熱量轉移，這包括采用散熱器、風冷（自然對流和強迫風冷）、液冷（水、油）、熱電致冷、熱管等方法。

　　1.4 安全性設計

　　對于電源而言， 安全性歷來被確定為最重要的性能之一，不安全的產品不但不能完成規定的功能，而且還有可能發生嚴重事故，造成機毀人亡的巨大損失。為保證產品具有相當高的安全性，必須進行安全性設計。電源產品安全性設計的內容主要是防止觸電和燒傷。為了防止燒傷，對于可能與人體接觸的暴露部件（散熱器、機殼等），當環境溫度為25 ℃時，其最高溫度不應超過60 ℃，面板和手動調節部分的最高溫度不超過50 ℃。

　　2 系統總體方案設計

　　2.1 總體實現框圖

　　基于上述設計的考慮，設計了如圖1 所示的系統總體實現框圖。

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圖1 系統設計框圖

　　2.2 框圖說明

　　模塊電源：將220 V 的交流輸入轉變為5 V4 A 或者12 V的直流輸出，給激光電源供電。

　　濾波調壓：通過電容接地濾除干擾，使輸入波形完整。同時通過電位器調節集成運放的輸入電壓。

　　恒流電路：通過電流反饋將輸出電流穩定在3.3 A。

　　TTL 控制：用來輸入TTL 電平，控制輸出一個同頻率的2 V3.3 A 的脈沖信號。

　　傳感器：進行溫度采樣，轉換為電壓輸出。

　　比例電路：將傳感器輸入的電壓信號進行一定比例的轉換，使其滿足TEC 驅動電路的工作電壓。

　　比較電路：將比例調節電路的輸出與基準電壓（1.2～2.5 V 根據傳感器的工作性能設定）進行比較，超出此范圍發出警報信號。

　　TEC 驅動：根據比例調節電路輸出的電壓來控制TEC 內部電流的方向，從而調節TEC 的制冷或者制熱功能。

　　TEC：根據驅動狀態來對激光器進行制冷或者制熱，使其溫度穩定。

　　報警電路： 接受比較電路的輸出電壓與極限電壓比較，如有超出則發出一個警報信號，通過蜂鳴器發出警報，同時電源停止工作。

　　2.3 實現功能

　　該電路可以將市電的220 V 交流電通過濾波調壓電路和恒流穩壓電路轉換為穩定的2 V3.3 A 的恒流輸出， 用以給激光器供電。在有TTL 信號輸入的情況下，通過TTL 信號以及光電耦合器件來控制Q2（T092C）的導通與截止，使整個電路可以輸出一個與TTL 信號同頻率的峰值為2V 3.3 A 的脈沖輸出。

　　電路正常工作時，傳感器對激光器的溫度狀況實時監控。如果溫度偏高，高于25 ℃，則傳感器的電壓大于3 V，則比例電路的輸出大于1.5 V， 一方面， 將此電壓傳遞給TEC 驅動，則其輸出Vos1＞Vos2，TEC 制冷， 導致激光器的溫度降低； 另一方面， 將比例電路的輸出傳遞給比較電路，當電壓大于2.5 V 時， 輸出一個高電平信號作為警報信號，同時此信號傳遞給恒流電路，使電路不工作。反之，工作原理一樣。