驱动电路的制作方法

1.本发明涉及一种用于驱动激光二极管的驱动电路。


背景技术：

2.在经由半导体开关供给充电到电容器的电荷来脉冲驱动激光二极管(以下也称为ld)的情况下(参照专利文献1、2)，半导体开关的开关速度越快，越能够使脉冲形状良好。因此，在ld的脉冲驱动时，存在使用gan-fet(field effect transistor：场效应晶体管)作为半导体开关的需求。
3.但是，通常的ld阵列是阴极共用型的阵列，因此在希望分别独立且高速地脉冲驱动通常的ld阵列的各ld的情况下使用gan-fet时，优选在各ld的阳极连接gan-fet的源极。
4.在将ld的阳极连接到gan-fet的源极的情况下，若因gan-fet的导通而使电流流过ld，则ld的阳极电位(即，gan-fet的源极电位)发生较大变化。并且，由于gan-fet的vgs耐压较低(6v左右)，因此难以在将vgs抑制在该电压以下的同时，对连接在ld的阳极侧的gan-fet进行导通/断开控制。
5.专利文献1：日本特表2009-544022号公报
6.专利文献2：日本专利第5509537号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的技术问题
8.本发明是鉴于上述问题而完成的发明，本发明的目的在于提供能够通过gan-fet良好地驱动阴极接地的ld(例如，阴极共用型的ld阵列中的ld等)的驱动电路。
9.用于解决技术问题的手段
10.一种驱动激光二极管的驱动电路，具备：gan-fet，所述gan-fet的源极与所述激光二极管的阳极连接，所述gan-fet的漏极与所述激光二极管的电力源连接；栅极驱动电路，具有正侧电压端口、负侧电压端口、输入端口以及输出端口，在规定电平的信号输入到所述输入端口的情况下，从所述输出端口输出向所述正侧电压端口输入的输入电压，所述输出端口、所述负侧电压端口分别与所述gan-fet的栅极、所述gan-fet的源极连接；电容器，配置在所述栅极驱动电路的所述正侧电压端口与所述负侧电压端口之间；二极管，以切断从所述正侧电压端口流向输出小于所述gan-fet的vgs耐压的电压的vdd电源的电流的方向插入到将所述栅极驱动电路的所述正侧电压端口与所述vdd电源连接的电源线；以及半导体开关，用于导通或断开所述gan-fet的源极与接地之间的连接。
11.即，该驱动电路具有如下结构：若半导体开关导通，则作为栅极驱动电路的浮动电源发挥功能的电容器通过设定为小于gan-fet的vgs耐压的电压的vdd电源的输出电压进行充电。并且，驱动电路的电容器的低电位侧端子(即，与栅极驱动电路的负侧电压端口连接的端子)与gan-fet的源极(和激光二极管的阳极)连接。因此，若通过本驱动电路驱动阴极共用型的ld阵列中的ld等，则gan-fet的vgs始终(即，无论gan-fet是导通还是断开)被控制
为小于vgs耐压。
12.另外，通过使所述半导体开关导通/断开所述gan-fet的源极(即，与所述电容器的低电位侧端子连接的端子)与接地之间的连接，能够在每次动作时稳定地对作为浮动电源发挥功能的电容器进行充电。
13.驱动电路也可以是通过驱动电路外的装置/电路进行半导体开关的导通/断开控制以及gan-fet的导通/断开控制(即，向栅极驱动电路的控制信号的电平控制)的电路。另外，也可以在驱动电路中设置控制电路，该控制电路在进行了用于使所述半导体开关仅在第一规定时间的期间导通的控制之后，仅在第二规定时间的期间向所述栅极驱动电路的所述输入端口供给所述规定电平的信号。
14.发明效果
15.根据本发明，能够提供一种能通过gan-fet良好地驱动阴极共用型的ld阵列中的ld等的驱动电路。
附图说明
16.图1是本发明的一实施方式所涉及的驱动电路的结构图。
17.图2是第一栅极驱动电路的结构例的说明图。
18.图3是用于说明实施方式所涉及的驱动电路的动作的时序图。
19.图4是实施方式所涉及的驱动电路的fet#2导通时的电流路径的说明图。
20.图5是实施方式所涉及的驱动电路的fet#1导通时的电流路径的说明图。
具体实施方式
21.以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
22.图1是表示本发明的一实施方式所涉及的ld驱动电路1的结构的图。本实施方式所涉及的ld驱动电路1是在对激光二极管阵列30内的每个激光二极管31(以下也称为ld31)设置ld驱动电路1的假设下开发的电路。如图所示，驱动电路具备控制电路10、第一栅极驱动电路11、第二栅极驱动电路12、fet#1、fet#2、电容器13、旁路电容器14、二极管15以及激光驱动电力源25。
23.激光驱动电力源25是用于驱动ld31(使ld31发光)的电力的供给源。激光驱动电力源25由电阻26以及电容器27构成，该电容器27从经由电阻26施加的ld电源以数10至100v级的电压被充电。
24.fet#1是用于向ld31供给来自电容器27的电流(电荷)的gan-fet(field effect transistor：场效应晶体管)。fet#1的漏极、栅极分别与激光驱动电力源25的输出端、第一栅极驱动电路11的输出端口11o连接。另外，fet#1的源极与ld31的阳极、第一栅极驱动电路11的负侧电压端口11n等连接。以下，将激光驱动电力源25的输出端(激光驱动电力源25与fet#1的漏极的连接部位)称作节点n102，将fet#1的源极与第一栅极驱动电路11的负侧电压端口11n的连接部位称作节点n101。
25.fet#2是用于将第一栅极驱动电路11的负侧电压端口11n(和ld31的阳极、fet#2的漏极以及电容器13的负侧端子)与接地之间的连接导通/断开的mos(metal oxide semiconductor：金属氧化物半导体)fet。fet#2的漏极、栅极、源极分别与fet#1的源极(和
第一栅极驱动电路11的负侧电压端口11n等)、第二栅极驱动电路12的输出端口12o、接地连接。用作该fet#2的器件，只要是能够导通/断开负侧电压端口11n与接地之间的连接的半导体开关，则也可以不是mosfet，也可以使用gan-fet等。
26.第二栅极驱动电路12具有正侧电压端口12p、负侧电压端口12n、输入端口12i、输出端口12o，是在规定电平(在本实施方式中为高电平)的信号输入到输入端口12i的情况下，从输出端口12o输出向正侧电压端口12p输入的输入电压的电路。该第二栅极驱动电路12的正侧电压端口12p、负侧电压端口12n分别与vdd电源、接地连接。需要说明的是，vdd电源的输出电压(以下也简称为vdd)只要是能够使第二栅极驱动电路12等进行动作的、小于fet#1(gan-fet)的vgs耐压的电压(例如5v)即可。另外，作为第二栅极驱动电路12，能够使用与通常的栅极驱动器同样的电路(例如，由两个mosfet构成的推挽电路)。另外，如图1所示，在vdd电源与接地之间配置有旁路电容器14。
27.第一栅极驱动电路11具有正侧电压端口11p、负侧电压端口11n、输入端口11i、输出端口11o，是在规定电平(在本实施方式中为高电平)的信号输入到输入端口11i的情况下，从输出端口11o输出向正侧电压端口11p输入的输入电压的电路。图2示出第一栅极驱动电路11的结构例。
28.如图1所示，在第一栅极驱动电路11的正侧电压端口11p与负侧电压端口11n之间配置有电容器13。并且，第一栅极驱动电路11的正侧电压端口11p与vdd电源通过插入有二极管15的电源线而连接，二极管15用于切断从正侧电压端口11p流向vdd电源的电流。另外，如已经说明的那样，第一栅极驱动电路11的负侧电压端口11n与fet#1的源极、fet#2的漏极以及ld31的阳极连接。
29.根据至此为止的说明明确可知，当fet#1导通时，第一栅极驱动电路11成为正侧电压端口11p的电位和负侧电压端口11n的电位都发生变化的电路。因此，作为第一栅极驱动电路11，例如使用具有如图2所示的结构的电路，即，具备推挽电路以及电平移位电路的电路，推挽电路由两个mosfet构成，电平移位电路根据正侧电压端口11p的电位来变更输入到构成该推挽电路的各mosfet的栅极的输入电压。
30.控制电路10是构成为可执行激光驱动处理的电路，该激光驱动处理在第一设定时间的期间，将向第二栅极驱动电路12的控制信号电平设为高电平，在等待第二设定时间经过之后，在第三设定时间的期间，将向第一栅极驱动电路11的控制信号电平设为高电平。需要说明的是，第一设定时间至第三设定时间是指由用户设定的时间。第一设定时间是考虑电容器13充电所需的时间而确定的，第二设定时间是考虑fet#2的断开时间而确定的。另外，第三设定时间确定为激光的脉冲宽度(即，电容器27的充电电荷完全放电的时间)以上的时间，设为高电平的时刻决定发出激光的时刻。
31.控制电路10具有每当从外部输入规定的指示时进行激光驱动处理的动作模式以及以所设定的周期重复激光驱动处理的动作模式。
32.本实施方式所涉及的驱动电路具有以上说明的结构。因此，根据本实施方式所涉及的驱动电路，能够在将fet#1(gan-fet)的vgs抑制在vgs耐压以下的同时驱动ld31。
33.以下，基于图3至图5对本实施方式所涉及的驱动电路的动作例进行说明。图3是用于说明本实施方式所涉及的驱动电路的动作的时序图，图4是本实施方式所涉及的驱动电路的fet#2导通时的电流路径的说明图，图5是本实施方式所涉及的驱动电路的fet#1导通
时的电流路径的说明图。在以下的说明中，假设vdd电源的供给已经开始，fet#1和fet#2断开，电容器27处于未充电的状态，在时刻t1处开始供给ld电源。需要说明的是，设节点n101的电位不是接地电位。
34.如图3所示，当在时刻t1处开始供给ld电源时，电容器27开始充电，因此节点n102的电位v_n102上升，在规定时间后v_n102成为ld电源的电位。
35.并且，当通过控制电路10的控制在时刻t2fet#2导通时，节点n101的电位v_n101成为接地电位。另外，由于电流在图4所示的路径中流动，因此电容器13被充电，电容器13的两端间的电压几乎成为vdd(即，vgs耐压以下的电压)。
36.在电容器13的充电完成后的时刻t3，fet#2断开。然后，当在时刻t4fet#1导通时，电流在图5所示的路径中流动，从ld31射出脉冲光，但在负侧电压端口11n与节点n101连接的状态下，第一栅极驱动电路11将电容器13作为电源进行动作。因此，如图3所示，fet#1的vgs始终(在fet#1导通、断开的期间)被抑制在vgs耐压以下。
37.如上所述，根据本实施方式所涉及的ld驱动电路1，能够通过gan-fet良好地驱动阴极接地的ld(阴极共用型的ld阵列30中的ld31等)。因此，通过使用本实施方式所涉及的ld驱动电路1，能够实现使用脉冲激光的高性能的装置(例如，lidar等测距装置、加工装置)。
38.《变形方式》
39.上述实施方式的驱动电路可进行各种变形。例如，可以将驱动电路变形为不具备控制电路10的电路(即，从外部向第一栅极驱动电路11、第二栅极驱动电路12输入控制信号的电路)。另外，也可以将驱动电路变形为不具备控制电路10和第二栅极驱动电路12的电路(即，从外部向第一栅极驱动电路11、fet#2输入控制信号的电路)。另外，也可以是不具备旁路电容器14的结构。另外，当然也可以在二极管15与正侧电压端口11p之间插入电阻、第一栅极驱动电路11的电路结构也可以不是上述的电路等。
40.《附注》
41.一种用于驱动激光二极管(31)的驱动电路(1)，具备：gan-fet(fet#1)，源极与所述激光二极管(31)的阳极连接，漏极与所述激光二极管(31)的电力源(25)连接；栅极驱动电路(11)，具有正侧电压端口(11p)、负侧电压端口(11n)、输入端口(11i)、输出端口(11o)，在规定电平的信号输入到所述输入端口(11i)的情况下，从所述输出端口(11o)输出向所述正侧电压端口(11p)输入的输入电压，所述输出端口(11o)、所述负侧电压端口分别与所述gan-fet(fet#1)的栅极、源极连接；电容器(13)，配置在所述栅极驱动电路(11)的所述正侧电压端口(11p)与所述负侧电压端口(11n)之间；二极管(15)，以切断从所述正侧电压端口(11p)流向输出小于所述gan-fet(fet#1)的vgs耐压的电压的vdd电源的电流的方向插入到将所述栅极驱动电路(11)的所述正侧电压端口(11p)与上述vdd电源连接的电源线；以及半导体开关(fet#2)，用于导通/断开所述gan-fet(fet#1)的源极与接地之间的连接。
42.附图标记说明
[0043]1…
ld驱动电路；10
…
控制电路；11p、12p
…
正侧电压端口；11o、12o
…
输出端口；11i、12i
…
输入端口；11n、12n
…
负侧电压端口；11
…
第一栅极驱动电路；12
…
第二栅极驱动电路；13、27
…
电容器；14
…
旁路电容器；15
…
二极管；25
…
激光驱动电力源；26
…
电阻；30
…
激光二极管阵列；31
…
激光二极管。