採用積體電路鐳射二極體驅動器提高產品性能減少生產及維護成本

設計挑戰

在設計低功耗鐳射二極體驅動電路時，設計者可以選擇使用經典的分立元件解決方案或者使用高級的全集成電路解決方案。通常設計者在選擇方案時只考慮到元器件的成本因素，沒有考慮到整個系統成本設計。生產，測試以及售後支持要在在整個產品壽命期間，主要的關鍵因素考慮如下：

• 在整個供電電壓範圍和工作溫度範圍內輸出功率的穩定性；

• 可靠性；

• 空間要求和鐳射二極體保護；

• 裝配，測試，以及調校成本；

• 電路設計和測試時間；

• 元件採購和運輸成本；

• 潛在的售後擔保成本；

通常被忽略的大多情況是鐳射模組中代價最大的部分，即鐳射二極體本身。因此，保護好鐳射二極體是一個有利的投資，儘管這個電路需要較高的元件成本。

分立元件驅動電路

如圖1所示，是一個典型的分立元件APC（自動功率控制）驅動解決方案，用於供電電壓範圍從6到12V的連續波動模式。在這種情況下通用運算放大器加1只齊納二極體，1只三極管和17只無源元件用來控制輸出功率。電路大概需要6cm²板子空間，沒有鐳射二極體反極性保護和故障保護。這個分立元件解決方案電路啟動時間大概是20毫秒。

圖1：典型的分立元件鐳射二極體驅動電路 

積體電路驅動器

     圖2所示的鐳射管驅動解決方案是使用積體電路iC-WKN，一個專用的APC鐳射二極體驅動器IC用於連續波工作，工作電壓從2.4V到15V，高達300毫安培驅動電流。此方案僅需4個附加無源元件來構建一個完整的驅動器。整個電路板佔用空間大約1.25cm²，佔用空間比分立元件方案縮小了4倍。此電路IC內建接反極性保護，過流和超溫斷電。上電軟啟動（典型值70us）。此電路也保護鐳射二極體免瞬態衝擊和在寬電壓範圍供電時保持輸出功率穩定。

圖2：積體電路鐳射二極體管驅動器

結論

圖3所示的圖表是在6至12V供電時分別測量的兩個方案的鐳射二極體輸出功率穩定性。分立元件解決方案輸出功率在供電電壓範圍內偏差大概10%，積體電路iC-WKN解決方案輸出功率在相同供電電壓範圍內偏差小於1.5%。

圖3：分立元件和積體電路解決方案功率輸出變化範圍

在可靠性方面必須考慮分立元件解決方案有46個焊接點，積體電路IC-WKN解決方案僅有17個焊接點。分立元件解決方案多於兩倍數量的焊接點和超過4倍數量的元件是直接影響MTBF(平均故障間隔時間)的因素（MIL-HDBK-217標準）。當比較分立元件解決方案和積體電路解決方案的總成本時不得不考慮以下6個方面的重要部分：

• 部件；

• 裝配；

• 調節和測試；

• 部件採購成本；

• 庫存成本；

• 潛在的售後擔保成本；

僅考慮部件成本需求，積體電路解決方案成本大約貴兩倍多於分立元件解決方案。但是較大數量元件的分立元件解決方案增加了裝配成本，同樣增加了兩個電位器的手工調節輸出功率成本。在這種情況下分立元件解決方案的裝配，調節和測試成本大約貴兩倍多於積體電路解決方案。因此兩個解決方案的成本彼此相當。積體電路解決方案整個系統的可靠性，穩定性和保護鐳射二極體明顯更好。

必須考慮到分立元件解決方案由於元件部件數量多，焊點多，替換或維修的成本。

表格1概述了兩個解決方案的比較結果。

表格1：分立元件和積體電路解決方案比較