激光器恒流源驱动设计

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 15:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
        在设计一个恒流源对小型的DFB激光器(驱动电流小于200mA,输出最大功率约为5mV)进行恒定电流驱动时,如图 1所示,由数模转换器DAC1设定一个电压值Vset,送入运放U1的同相输入端;U1的输出端连接MOSFET的栅极(N沟道增强型),从而控制MOSFET的导通程度,向激光器提供一定的驱动电流同时,在激光器与恒流电源的通路上串联一精密采样电阻Rs,此电阻阻值为,精度很高,温漂极小,输出电流经过此电阻后,通过连线将电阻采样电压送入U2的正相输入端,采样电压经过U2放大连接U1的反相端,由此组成负反馈网络U1放大采样电压与Vset的差值后改变MOSFET的导通程度,从而实现电流的自动调整

     根据运放的虚短虚断原理,可知驱动电流I设定电压值Vset间满足一定的关系,即:
                                                               I= Vset/[(1+R2/R1)Rs]
     由于R1、R2、Rs确定,这样设定电压Vset和驱动电流间便满足一定的线性关系,知道了该关系,设定不同的电压Vset,就能获得相应的驱动电流。
     现在我不明白的是:MOSFET工作在饱和区,设定电压Vset和反馈放大的采样电压的差是怎样控制MOSFET的导通程度从而提供驱动电流的呢?即:它是怎样保证栅极和源级间电压恒定,从而输出恒定电流呢?(该MOSFET型号为FDV301N,栅源电压小于1.5V,可以提供连续电流最大为220mA)(图2 为电流源的电路图,OP01的5管脚为数模转换芯片输入的设定电压Vset,即图中的OUT1;OP02的6管脚为放大的采样信号AIN1,模数转换芯片对该信号采集,交给单片机处理)
          各位工程师朋友,还望你们不吝指教,谢谢!

            

电流源原理图

电流源原理图
                                                   

电流源电路图

电流源电路图


                                      图 1 电流源驱动原理图                                                                                                            图 2 电流源电路图

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 15:25 | 显示全部楼层

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 15:26 | 显示全部楼层

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 15:27 | 显示全部楼层

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 15:39 | 显示全部楼层

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 16:00 | 显示全部楼层
@mmuuss586  编辑的时候,没弄好,还望各位朋友忍耐,周边没有可以请教的人,希望大家能给予点指导,谢谢了!

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玄德| | 2015-5-17 16:03 | 显示全部楼层

MOS 是“饱和区”,那还调节什么?

只能是线性区。

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zyj9490| | 2015-5-17 16:13 | 显示全部楼层
看明白控制原理了吗?试推导下。
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zyj9490| | 2015-5-17 16:21 | 显示全部楼层
Vg=(Vset-Vf)*A1
Io=(Vg-Rs*Io)*gm
Vf=Io*Rs*A2
三个未知数Vg,Io,Vf,三个线性方程,再加上取大原则。
就可以A1,gm可以平衡约掉。Io,Vset有唯一的线性关糸,本身环路是一个负反馈。

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 16:25 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2015-5-17 16:13
看明白控制原理了吗?试推导下。

嗯,谢谢你。我那样表述也没错。只是我那表达式中,有Rs项。我看了不少**,始终弄不清Vset和反馈输入的信号是如何控制MOSEFT的导通,并得到恒定电流的。(在饱和区,moset的输出电流恒定,对于不同的栅源电压,电流值不同,不是这样吗?前面那位的解答把我弄困惑了),还望先生,耐心指导,谢谢!

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zyj9490 2015-5-17 16:35 回复TA
必须进行负反馈,来补偿这些干扰的影响。这就是负反馈的实质。 
zyj9490 2015-5-17 16:34 回复TA
可能你提的问题有点问题,在开环控制下,MOS管的输出电流当然被VGS控制,VGS一定,输出电流也一定,在实际工作中,有很多干扰因素,如温漂, 
zyj9490| | 2015-5-17 16:26 | 显示全部楼层
还有有一个理念需纠正下,栅源电压是不定的,动态变化的,并且随不同的MOS管的特性而不同,但源端电位基本上是恒定的,只要反馈回路工作正常。

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wznhust| | 2015-5-17 16:35 | 显示全部楼层
显然是工作在线性区,如果是用作开关管,可以计算其极限电流

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 16:39 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2015-5-17 16:26
还有有一个理念需纠正下,栅源电压是不定的,动态变化的,并且随不同的MOS管的特性而不同,但源端电位基本 ...

嗯,谢谢。前面的推导部分中,A1是不是可以认为很大呢。然后,我对恒流驱动这里不理解,既然你说栅源电压是变化的,那么电路怎么达到恒流输出呢。恒流驱动这里,我一直都没想明白,感觉自己对原理没有完全弄懂,看了不少**,还是这样,不晓得先生能讲细致些。

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zyj9490 2015-5-17 16:40 回复TA
是的 
zyj9490| | 2015-5-17 16:42 | 显示全部楼层
higuain_king 发表于 2015-5-17 16:39
嗯,谢谢。前面的推导部分中,A1是不是可以认为很大呢。然后,我对恒流驱动这里不理解,既然你说栅源电压 ...

只要你推导我的控制原理图的传递函数就明白了。

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 16:47 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2015-5-17 16:42
只要你推导我的控制原理图的传递函数就明白了。

哎,自己以前不是学电的,基础真烂。他们都说工作在线性区,是么?

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zyj9490| | 2015-5-17 16:51 | 显示全部楼层
不一定在包和区,可能在变阻区,也就是VG电压不能在高位包和,和低位截住。

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higuain_king|  楼主 | 2015-5-17 16:58 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2015-5-17 16:51
不一定在包和区,可能在变阻区,也就是VG电压不能在高位包和,和低位截住。 ...

嗯,可不可以加你小号,向你请教呢,有不少地方我还没弄懂,我真的想弄懂。我可以给你看下相应的datasheet

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zyj9490| | 2015-5-17 17:01 | 显示全部楼层
1036431453

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huayuliang| | 2015-5-17 17:02 | 显示全部楼层
谁告诉你“MOSFET工作在饱和区”的??

是 变阻区 。。。

这东西如果不谈温升和速度,重要的是保护。。

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zyj9490| | 2015-5-17 17:59 | 显示全部楼层
玄德 发表于 2015-5-17 16:03
MOS 是“饱和区”,那还调节什么?

只能是线性区。

MOS管的包和区就是BJT的线性区,可能术语有出入。BJT的包和区是指IB失去对IC的控制,MOS管的包和区是指ID基本不随VDS变化而变化。

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