作者简介：李继锋（1979-），男，在读硕士，主要从事激光二极管点火技术研究。

火　　工　　品

2004年3月5

I——晶体管发射极电流，A；

I——晶体管基极电流，A；

U——晶体管基极电压，V；

BE

U——晶体管发射极与基极电压差，V；

R——

R电阻值，Ω。

由于稳压管D

使U

恒定，

BE

U约为0.3V（锗

管），于是

I恒定，所以使该电路成为恒流源。另

外，R

需要选择大功率电阻，电阻值为0.1∼10Ω，

功率为1∼2W。

图1单晶体管稳流驱动电路图

该电路解决了驱动激光二极管的恒流问题，恒

流效果较好，消除了输出电压、负载电压变动对激

光二极管的影响，激光二极管输出功率稳定。

但是若用于激光二极管驱动电路，经过多次电

路测试发现，刚接通或切断电源的瞬间有电流流

过。激光二极管的连续电源输出要求不应该有瞬时

的尖峰脉冲，否则极易使激光二极管的PN结遭受

电击穿，损坏激光二极管；用在激光二极管点火中，

还极易发生误点火。因而，必须采取一些保护措施

来防止在电源接通和切断时的瞬时尖峰脉冲，该单

晶体管稳流驱动电源才可以作为激光二极管的连

续电源。

针对这个问题采取在图1所示电路的激光二极

管输入两端添加保护电路的方法，如图2所示

在图2（a）中的激光二极管输入两端添加保护电路

转变成图2（b）的电路。图2（b）中的开关保护

式驱动电路在同类驱动电路中最为简易。在原恒流

电路中，激光二极管LD的两端并联了一个短路开

关K和一个反向保护二极管D

。保护开关闭合和

断开的顺序为：在接通激光二极管的电源之前，先

闭合短路开关K，等电源接通经过过渡过程趋于稳

定后，再断开短路开关；在切断激光二极管驱动电

源时，顺序正好相反，先闭合短路开关K，再切断

激光二极管的电源。这样就有效地抑制了接通和切

断电源瞬间产生的尖峰脉冲的影响。反向二极管

选用内阻小的管子（等效于自身压降小的管子），

一般选用锗管。它起保护作用，可以保护激光二极

管两端可能出现的负脉冲，使负脉冲通过反向二极

管释放。

（a）（b）

图2开关保护式驱动电路图

图2的保护电路说明了如何消除电源接通和切

断时产生的瞬时尖峰脉冲的简便方法，类似电路可

以参见软启动电路

，软启动电路可以利用电容、

放大器等元器件实现电流慢启动，从而取代开关保

护式电路中的开关。

１．２　　可调运算放大式恒流驱动电路

可调恒流驱动电路如图3所示

，使用运算放

大器、稳压管和若干电阻。根据放大器的特性，又

因为R

>>R

，该电路有以下关系：

图3 连续可调恒流电源电路图

( )

2 1

/ / R R R I R D

F F LD W

+ =

（2）

则有：

( )( )

F W LD

R R R D I / 1 /

2 1

+ =

（3）

式中：

D ——稳压管D

稳压值，V；

——电阻R

的电阻值，Ω；

——电阻R

的电阻值，Ω；

——电阻R

的电阻值，Ω；

LD

——流过激光二极管的电流，A。

负载电流的确定与 D

、R

、R

、R

有关，I

LD

R0

DW Re

LD

IB

B C

IE

IC

DZ C K LD

LD

RF

RL

LD

-15V

A1

+15V

R2

R1

R3

李继峰等：激光二极管点火用驱动电路设计

6 2004 年第1 期

与放大器参数无关、与输出端的激光二极管的参数

（主要是其可变内阻阻值）无关，所以使之成为恒

流源，而简单地调节R

就可以调节恒流大小；同时

这又是一个电流并联负反馈电路，故当R

变化时，

LD

可自行稳定。另外，R

需要选择大功率电阻。

为了解决同图1 的刚接通或切断电源的瞬间有

瞬时尖峰脉冲一样的问题，该电路使用等效于短路

开关的初始大电阻R

。因为是可调电阻，适当的设

置初始大电阻值可以使通过激光二极管的初始电

流小到可以忽略，从而减少电路接通时对激光二极

管的冲击，延长激光二极管的工作寿命。

电阻值从大往小调节过程中，通过激光二极

管的电流由小到大，激光二极管可以输出不同的辐

射功率，实现不同的点火要求。

２　　讨论

（1）从以上几个方案可以看出，激光二极管

的驱动电源电路并不是十分复杂，简单的驱动电源

就可以实现驱动激光二极管的功能，这些方案是继

续设计完整驱动电路的基础；

（2）图 3 所示的可调放大式恒流驱动电路仍

然可以和开关式保护电路结合，做成安全系数更高

的电路，能有效地抑制尖峰脉冲的影响；

（3）如上提及，采用加上开关式保护电路、

几个用于滤波的电容后做成的驱动电路，能正常驱

动激光二极管，用于引燃 B/KNO

，得到了较好的

点火效果。自制的驱动电路外形照片如图4 所示。

使用该驱动电路可使 1.5W 激光二极管驱动可靠点

火。试验结果表明，不同压药密度下的 B/KNO

火药的 99.99%激光点火功率为 0.5~0.8W，点火

图4 带激光二极管的驱动电源图

延迟时间小于 10ms。激光点火性能参数与国外文

中的数据十分接近。

（4）该系统用在激光点火系统中有必要考虑

使激光二极管以脉冲方式工作

，那么只要在以上

几种电路上的输入端设计脉冲产生电路即可，目前

国内外通常采取的设计方法就是使用触发器产生

脉冲，关于触发器产生脉冲的设计方法可参见相关

书籍

３　　结　　论

通过对两个驱动电路的分析、改进和试验，得

出了如下结论：

（1）电流的稳定性对激光二极管的工作状态

有直接的、明显的影响，故设计电路时恒流是首先

要考虑的问题。文中提及的两个电路的电流关系式

（1）、式（3）说明了其具有恒流的特点。

（2）因为是安培级的电流通过，需要考虑大

电流对电源和电路器件的损耗，以保证电路的安全

性。

（3）值得一提的是电源接通、切断瞬间有可

能对激光二极管产生电压、电流冲击，可采用开关

式保护电路、初始大电阻值来有效地消除。

（4）这些电路可以用作驱动1.5W激光二极

管点火用途，试验效果良好。