一种QCL光源驱动电路的制作方法

一种qcl光源驱动电路
技术领域
1.本实用新型涉及驱动电路技术领域，具体而言，涉及一种qcl光源驱动电路。


背景技术：

2.量子级联激光器(qcl)是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器，随着量子级联激光器技术的日趋成熟，它开始被较多地应用于科学和工程研究。由于其显著优势，在气体检测领域得到了迅速推广。基于量子级联激光器的红外光谱气体检测技术具有灵敏度高、检测速度快等优点，特别是在高精度光谱检测方面所具有的显著优势，使其成为研究和应用的热点。
3.在光学检测系统中，需要使用qcl光源，qcl光源不同于小型激光器，其发光阈值电压及发光阈值电流都较大，正常发光情况下，其驱动电流及电压都较大，qcl采用恒流驱动方式时需要保证流过qcl的电流恒定不变，保持足够的精度。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的采用恒流驱动方式对qcl进行驱动时精度不够高，导致qcl不稳定的技术问题。
5.为此，本实用新型第一方面提供了一种qcl光源驱动电路。
6.本实用新型提供了一种qcl光源驱动电路，包括：控制器、第一级运放单元、第二级运放单元和驱动输出单元，其中，控制器与第一级运放单元的输入端连接，第一级运放单元的输出端与驱动输出单元的输入端连接，驱动输出单元的输出端与第二级运放单元的输入端连接，第二级运放单元的输出端与第一级运放单元的输入端连接。
7.本实用新型提出的一种qcl光源驱动电路，采用32位单片机作为控制器，实现数控直流电源驱动功能，利用第一级运放单元和第二级运放单元的精密运放放大器构成恒流源，第一级运放单元对控制信号进行转换与合成，控制器的调制信号输入至第一级运放单元，第一级运放单元实现对驱动输出单元的驱动，第二级运放单元与驱动输出单元的输出端相连，采集激光器驱动电流采样电压并进行放大运算，运算结果输出到第一级运放单元，再通过第一级运放单元调整，完成电压-电流的转换，实现对驱动输出单元电压电流的实时监测与实时控制。
8.根据本实用新型上述技术方案的一种qcl光源驱动电路，还可以具有以下附加技术特征：
9.在上述技术方案中，所述控制器包括mcu(微控制单元)和dac(数字模拟转换器)，所述mcu与dac连接，所述dac的输出端与第一级运放单元的输入端连接。
10.在该技术方案中，dac的输出端与第一级运放单元中的第一运算放大器的正向输入端相连。
11.在上述技术方案中，所述第一级运放单元包括第一运算放大器和第一电阻，第一运算放大器的正向输入端与控制器的输出端相连，第一电阻的一端与第一运算放大器的输
出端相连，第一电阻的另一端与驱动输出单元的输入端相连。
12.在该技术方案中，第一运算放大器的正向输入端与mcu-dac的输出端相连，获取调制信号，第一电阻的一端与第一运算放大器的输出端相连，第一电阻的另一端与驱动输出单元中功率管的基极相连，其中第一电阻为高精度采样电阻，阻值为100r。
13.在上述技术方案中，所述第二级运放单元包括第二运算放大器、第二电阻和第三电阻，驱动输出单元的输出端与第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端与第二运算放大器的正向输入端相连，第二运算放大器的输出端与第一级运放单元的输入端相连，第三电阻并联与第二运算放大器的输出端和反向输入端。
14.在该技术方案中，驱动输出单元中功率管的发射极与第二电阻的一端相连第二运算放大器的输出端与第一运算放大器的反向输入端相连，其中，第二电阻为高精度采样电阻，第二电阻的阻值为1k，第三电阻的阻值为47k。
15.在上述技术方案中，所述驱动输出单元包括功率管，功率管的基级与第一级运放单元的输出端相连，功率管的发射极与第二级运放单元的输入端相连。
16.在该技术方案中，功率管的基极与第一电阻相连，功率管的发射极与第二电阻相连。
17.在上述技术方案中，所述驱动输出单元还包括第四电阻，所述功率管的发射极与第四电阻的一端相连，第四电阻的另一端接地。
18.在该技术方案中，第四电阻的阻值为150mr，精度为1％。
19.在上述任一技术方案中，所述驱动输出单元还包括发光二极管，发光二极管的阳极与电源连接，发光二极管的阴极与功率管的集电极连接。
20.在该技术方案中，电源电压为15v。
21.在上述任一技术方案中，所述控制器还连接有温控单元。
22.在该技术方案中，温控单元用于感知激光器内部温度，并对激光器内部的tec(制冷器)进行调节。
23.综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：提供一种适用于qcl光源的驱动电路，缩小了驱动电流的误差，具有较高的精度与稳定性，实现了输出电流的实时监测与实时控制，利用温控单元对激光器温度进行调节，减少了温度对输出光中心波长的影响，得到更稳定的光源。
24.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
25.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
26.图1是本实用新型一个实施例的一种qcl光源驱动电路的结构图；
27.图2是本实用新型一个实施例的一种qcl光源驱动电路的电路图；。
28.其中，图1至图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
29.1、控制器；2、第一级运放单元；3、第二级运放单元；4、驱动输出单元；5、温控单元；lm1、第一运算放大器；lm2、第二运算放大器；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、
第四电阻；led、发光二极管；vt、功率管。
具体实施方式
30.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
32.下面参照图1至图2来描述根据本实用新型一些实施例提供的一种qcl光源驱动电路。
33.本技术的一些实施例提供了一种qcl光源驱动电路。
34.如图1至图2所示，本实用新型第一个实施例提出了一种qcl光源驱动电路，包括：控制器1、第一级运放单元2、第二级运放单元3和驱动输出单元4，其中，控制器1与第一级运放单元2的输入端连接，第一级运放单元2的输出端与驱动输出单元4的输入端连接，驱动输出单元4的输出端与第二级运放单元3的输入端连接，第二级运放单元3的输出端与第一级运放单元2的输入端连接。
35.在该实施例中，采用32位单片机作为控制器1，实现数控直流电源驱动功能，利用第一级运放单元2和第二级运放单元3的精密运放放大器构成恒流源，第一级运放单元2对控制信号进行转换与合成，控制器1的调制信号输入至第一级运放单元2，第一级运放单元2实现对驱动输出单元4的驱动，第二级运放单元3与驱动输出单元4的输出端相连，采集激光器驱动电流采样电压并进行放大运算，运算结果输出到第一级运放单元2，再通过第一级运放单元2调整，完成电压-电流的转换，实现对驱动输出单元4电压电流的实时监测与实时控制。
36.本实用新型第二个实施例提出了一种qcl光源驱动电路，且在第一个实施例的基础上，如图1至图2所示，所述控制器1包括mcu(微控制单元)和dac(数字模拟转换器)，所述mcu与dac连接，所述dac的输出端与第一级运放单元2的输入端连接。
37.在该实施例中，dac的输出端与第一级运放单元2中的第一运算放大器lm1的正向输入端相连。
38.本实用新型第三个实施例提出了一种qcl光源驱动电路，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述第一级运放单元2包括第一运算放大器lm1和第一电阻r1，第一运算放大器lm1的正向输入端与控制器1的输出端相连，第一电阻r1的一端与第一运算放大器lm1的输出端相连，第一电阻r1的另一端与驱动输出单元4的输入端相连。
39.在该实施例中，第一运算放大器lm1的正向输入端与mcu-dac的输出端相连，获取调制信号，第一电阻r1的一端与第一运算放大器lm1的输出端相连，第一电阻r1的另一端与驱动输出单元4中功率管vt的基极相连，其中第一电阻r1为高精度采样电阻，阻值为100r，第一运算放大器lm1采用型号为lm193的精密运算放大器。
40.本实用新型第四个实施例提出了一种qcl光源驱动电路，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述第二级运放单元3包括第二运算放大器lm2、第二电阻r2和第
三电阻r3，驱动输出单元4的输出端与第二电阻r2的一端相连，第二电阻r2的另一端与第二运算放大器lm2的正向输入端相连，第二运算放大器lm2的输出端与第一级运放单元2的输入端相连，第三电阻r3并联与第二运算放大器lm2的输出端和反向输入端。
41.在该实施例中，驱动输出单元4中功率管vt的发射极与第二电阻r2的一端相连第二运算放大器lm2的输出端与第一运算放大器lm1的反向输入端相连，其中，第二电阻r2为高精度采样电阻，第二电阻r2的阻值为1k，第三电阻r3的阻值为47k，第二运算放大器lm2采用型号为lm193的精密运算放大器。
42.本实用新型第五个实施例提出了一种qcl光源驱动电路，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述驱动输出单元4包括功率管vt，功率管vt的基级与第一级运放单元2的输出端相连，功率管vt的发射极与第二级运放单元3的输入端相连。
43.在该实施例中，功率管vt的基极与第一电阻r1相连，功率管vt的发射极与第二电阻r2相连，功率管vt型号为tip122g。
44.本实用新型第六个实施例提出了一种qcl光源驱动电路，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述驱动输出单元4还包括第四电阻r4，所述功率管vt的发射极与第四电阻r4的一端相连，第四电阻r4的另一端接地。
45.在该实施例中，第四电阻r4的阻值为150mr，精度为1％。
46.本实用新型第七个实施例提出了一种qcl光源驱动电路，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述驱动输出单元4还包括发光二极管led，发光二极管led的阳极与电源连接，发光二极管led的阴极与功率管vt的集电极连接。
47.在该实施例中，电源电压为15v。
48.本实用新型第八个实施例提出了一种qcl光源驱动电路，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述控制器1还连接有温控单元5。
49.在该实施例中，温控单元5用于感知激光器内部温度，并对激光器内部的tec(制冷器)进行调节。
50.根据上述实施例，对驱动电路的输出电流及工作时间进行测试，测量设定驱动电流与实际测量驱动电流误差，并对驱动电路的长期稳定性进行验证，测试数据如下：
51.1.输出电流测试数据：
[0052][0053]
2.工作时间测试：
[0054]
[0055]
从测试数据看控制效果较为稳定。
[0056]
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。