CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V

iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 1/13
EIGENSCHAFTEN
ANWENDUNGEN
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
CW-Betrieb bis 60mA aus 2.4..6V Versorgungsspannung,
mit externem Transistor bis 4A
Weicher Schnellstart in 150µs nach Anlegen der Versorgung
Einfache Leistungseinstellung über externen Widerstand
Regelgenauigkeit des Monitorstromes besser als 1% über
Temperatur-, Versorgungsspannungs- oder LaststromÄnderungen
Integrierter Verpolschutz für iC und Laserdiode
Hohe Transientenunterdrückung mit sehr kleinen externen
Kondensatoren, integrierter Freilaufpfad
Dauerhafte Abschaltung bei Übertemperatur und bei
Überstrom (z.B. bei Beschädigung der Laserdiode oder
Unterbrechung der Rückkopplung)
Zwei Feedback-Eingänge zum Anschluss aller LD Typen
(M/P/N-Konfigurationen)
Modulation über Feedback-Eingänge möglich
Monitorstrombereich von 10µA bis 2.5mA
Option: erweiterter Temperaturbereich
°
LD-Module, auch für
Batteriebetrieb
LD-Lichtzeiger (Pointer)
GEHÄUSE
SO8
MSOP8
BLOCKSCHALTBILD
+2.4..+5.5V
6
VCC
LDA
7
CVCC
CLDA
...47nF...
..1µF..
TRANSIENT
PROTECTION
MDK
4
MDA
5
CI
2
LDK
8
MD
-
LD
+
VREF
0.5V
1
D
iC-WK
NQ
R
RM
200 ..50k
CI
OVER CURRENT
1
FEEDBACK MON./
..100nF..
OVER TEMP.
GND
AGND
GND
3
verwendbare Lasertypen N, P, M:
MD
MD
LD
© 2000
iC-Haus GmbH
Integrierte Schaltkreise
Am Kuemmerling 18, 55294 Bodenheim
LD
LD
MD
Tel. 06135-9292-0
Fax 06135-9292-192
http://www.ichaus.com
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 2/13
KURZBESCHREIBUNG
Der Baustein iC-WK ist ein Treiber für Laserdioden im Dauerbetrieb, der nur vier externe Bauteile benötigt.
Der weite Spannungsbereich von 2.4V bis 6V sowie der integrierte Verpolschutz ermöglichen die Batterieversorgung ab zwei Zellen. Batterieverpolungen zerstören weder das iC noch die Laserdiode.
Das iC beinhaltet Schutzdioden gegen Zerstörung durch ESD, eine Schutzschaltung gegen Übertemperatur
und Überstrom sowie eine Anlaufschaltung für die Leistungsregelung, um die Laserdiode beim Einschalten
der Versorgungsspannung zu schützen. Zusätzlich filtert das iC die Versorgung der Laserdiode gegen
Transienten.
Durch einen externen Widerstand an MDA wird die Leistungsregelung an die verwendete Laserdiode angepasst. Als Referenz dient der Monitorstrom, der unabhängig von Temperatur- oder Versorgungsspannungseinflüssen geregelt wird (Bereich 10µA bis 2.5mA). Der Kondensator an CI bestimmt die Regelzeitkonstante und die Anlaufzeit.
Ein zweiter Monitoreingang, Pin MDK, sichert die Verwendbarkeit des Treibers für andere LaserdiodenAnschlusstypen und kann alternativ als analoger Modulationseingang verwendet werden (DC bis wenige
kHz).
Im Störungsfall wird eine Schnellabschaltung aktiv, z.B. durch Überstrom im Laserstrompfad bei Ausfall der
Rückkopplung. Die Abschaltung ist dauerhaft, ein Neustart ist erst nach erneutem Anlegen der Versorgung
möglich. Netzteil oder Batterie werden so im Fehlerfall entlastet, und die gewählte Laserklasse wird nicht
verlassen.
GEHÄUSE SO8, MSOP8 nach JEDEC-Standard
ANSCHLUSSBELEGUNG SO8
(von oben)
ANSCHLUSSBELEGUNG MSOP8 (3mm)
PIN-FUNKTIONEN
Nr. Name Funktion
1
2
3
4
GND
CI
AGND
MDK
5
MDA
6
7
8
VCC
LDA
LDK
Masse
Kondensator für Leistungsregelung
Bezugsmasse für CI, RM
Monitoreingang 2
(MD Kathode, Modulation)
Leistungseinstellung, Monitoreingang 1
(MD Anode)
+2.4 ..+ 6V Versorgungsspannung
Laserversorgung (LD Anode)
Treiberausgang (LD Kathode)
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 3/13
GEHÄUSE ABMESSUNGEN SO8 (in mm)
A
Min.
Max.
4.8
4.98
B
C
1.27 BSC
0.35
D
0.49
0.53 REF
E
3.81
3.99
F
5.8
6.2
G
0.1
0.25
H
1.1
1.65
I
1.35
1.75
J
0.19
0.25
K
45 DEG
L
0.41
1.27
M
0 DEG
8 DEG
Min.
Max.
2.9
3.1
GEHÄUSE ABMESSUNGEN MSOP8 (in mm)
A
B
0.65 BSC
C
0.33
D
0.525
E
2.9
3.1
F
4.75
5.05
G
0.05
0.15
H
0.78
0.94
I
1.1
J
0.1
K
9 DEG
15 DEG
L
0.4
0.7
M
0 DEG
6 DEG
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 4/13
GRENZWERTE
Keine Zerstörung, Funktion nicht garantiert.
Kenn FormelNr.
Benennung
Bedingungen
Bild
zeichen
Einh.
Min.
Max.
G001 VCC
Spannung an VCC
-6
6
V
G002 I(VCC)
Strom in VCC
-70
70
mA
G003 I(CI)
Strom in CI
-10
10
mA
G004 I(LDA)
Strom in LDA
-70
70
mA
G005 I(LDK)
Strom in LDK
-70
70
mA
G006 I(MDA)
Strom in MDA
-10
10
mA
G007 I(MDK)
Strom in MDK
-10
10
mA
-10
10
mA
2
kV
G008 I(AGMD) Strom in AGND
E001 Vd()
Zulässige ESD-Prüfspannung an
allen Pins
MIL-STD-883, Methode 3015, HBM
100pF entladen über 1.5kS
TG1 Tj
Chip-Temperatur
-40
150
°C
TG2 Ts
Lager-Temperatur
-40
150
°C
THERMISCHE DATEN
Betriebsbedingungen: VCC= 2.4..5.5V
Kenn FormelNr.
Benennung
Bedingungen
zeichen
Bild
Einh.
Min.
T1
Ta
Zulässiger Umgebungstemperaturbereich
(erweiterter Temperaturbereich auf
Anfrage)
T2
Rthja
Thermischer Widerstand
Chip / Umgebung
-25
Gehäuse SO8, SMD-Montage, ohne
besondere Kühlflächen
Alle Spannungsangaben beziehen sich auf Masse (Ground), wenn kein anderer Bezugspunkt angegeben ist.
In den Baustein hineinfließende Ströme zählen positiv, herausfließende Ströme negativ.
Typ.
Max.
85
°C
140
K/W
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 5/13
KENNDATEN
Betriebsbedingungen: VCC= 2.4..5.5V, RM= 200S..50kS, Tj= -40..125°C wenn nicht anders angegeben
Kenn FormelNr.
Benennung
Bedingungen
Tj
EC
zeichen
Bild
Einh.
Min.
Typ.
Max.
Allgemeines
001 VCC
Zulässige Versorgungsspannung
002 I(LDK)
Zulässiger Laserdiodenstrom
003 Idc(VCC) Versorgungsstrom
ohne Lastanteil
Regelbereich
2.4
5.5
V
5
60
mA
5.5
mA
5
mA
geschlossene Regelung, I(MDK)=
0, RM= 200S, I(LDK)= 60mA
004 Ioff(VCC) Versorgungsstrom nach Reset
2.4
005 Ir(VCC)
Versorgungsstrom bei Verpolung RM= 50kS
006 ton()
Einschaltverzögerung
-6
Ü
-3
VCC: 0V 5V bis 95% I(LDK);
I(LDK)= 60mA, CI= 47nF
I(LDK)= 60mA, CI= 100nF
mA
70
150
µs
µs
E001 Vc()hi
Clamp Spannung hi an
VCC, LDA, MDK
I()= 10mA, andere Pins offen
6
9
V
E002 Vc()hi
Clamp Spannung hi an LDK
V()< VCC+1V; I()= 10mA,
andere Pins offen
6
9
V
E003 Vc()hi
Clamp Spannung hi an MDA
I()= 10mA, andere Pins offen
1.4
4
V
E004 Vc()hi
Clamp Spannung hi an CI
I()= 10mA, andere Pins offen
1.1
3.5
V
E005 Vc()lo
Clamp Spannung lo an
VCC, LDA, MDK, MDA, CI
I()= -10mA, andere Pins offen
-9
V
Referenz und Monitoreingänge MDA, MDK, AGND
101 V(MDA)
Spannung an MDA
geschlossene Regelung,
V(LDK) >Vs(LDK)
480
500
530
mV
120
µV/°C
-300
300
nA
-2
2
nA/°C
0.3
1
%
%
-1
1
%
102 dV(MDA) Temperaturdrift der Spannung an siehe 101;
MDA
103 Ierr(MDA) Eingangsstrom in MDA
geschlossene Regelung,
I(MDK)= 0, I(LDK)= 20..60mA
104 dI(MDA)
Temperaturdrift des Eingangsstroms in MDA
siehe 103;
105 APCerr
Regelungsfehler
RM= 10kS, Tj= 0..70°C
RM= 10kS, Tj= -25..85°C
106 dI(RM)
Versorgungsspannungsunterdrückung
V(VCC): 2.4V 5.5V,
I(LDK)= 60mA
107 Rgnd()
Widerstand AGND-GND
Ü
3
S
301 Vf(MDK) Spannung an MDK
Vf()= V(LDA) -V(MDK);
I(MDK)= 1µA..1mA
0.46
2
V
302 CR()
Stromverhältnis I(MDA) / I(MDK)
I(MDK)= 10µA..1mA
0.98
1.02
303 TC()
Temperaturkoeffizient des Stromverhältnisses I(MDA) / I(MDK)
-0.005
0.005
%/°C
300
400
mV
mV
1
%
300
mA
85
170
60
130
µs
µs
µs
µs
Laseransteuerung LDA, LDK
201 Vs(LDK) Sättigungsspannung an LDK
I(LDK)= 40mA
I(LDK)= 60mA
202 dI(LD)
Lastausregelung in LDK
I(LD)= 20mA,
(LDK): 20mA 60mA
203 It(LDK)
Überstrom-Resetschwelle in LDK
204 toff()
Überstrom-Resetverzögerung
Ü
-1
60
Ausfall der Rückkopplung:
I(RM)= 0 bis I(LDK)= It(LDK);
I(LDK)= 20mA, CI= 47nF
I(LDK)= 20mA, CI= 100nF
I(LDK)= 60mA, CI= 47nF
I(LDK)= 60mA, CI= 100nF
130
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 6/13
KENNDATEN
Betriebsbedingungen: VCC= 2.4..5.5V, RM= 200S..50kS, Tj= -40..125°C wenn nicht anders angegeben
Kenn FormelNr.
Benennung
Bedingungen
Tj
EC
zeichen
Bild
Einh.
Min.
Typ.
Max.
Laseransteuerung LDA, LDK (Fortsetzung)
205 Vf()
Diodenflussspannung LDK-LDA
I(LDK)< 60mA
1.1
V
206 Rvcc()
Transientenschutz-Widerstand
VCC nach LDA
3
S
1.2
1.0
0.6
1.9
1.7
1.2
V
V
V
125
150
°C
Freigabe-Flipflop
401 VCCen
Setzschwelle für Freigabe-Flipflop
402 Toff
Abschalttemperatur
-40
27
125
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 7/13
FUNKTIONSBESCHREIBUNG
Einschaltverhalten
Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung ist die
Ausgangsstufe zunächst gesperrt, bis das interne
Freigabe-Flipflop durch eine ausreichend hohe Spannung an LDA gesetzt wird.
Mit Phase 1 folgt ein weicher Schnellstart; der Regelungskondensator CI wird beschleunigt geladen solange
die Ausgangsstufe an LDK keinen Strom führt. An Pin
MDA liegt eine Leerlaufspannung an, über die der externe Widerstandswert verifiziert wird.
5.0V
V(VCC)
0V
5.0V
V(LDA)
0V
200µA
-I(MDA)
0µA
0.6V
V(MDA)
0V
Mit Beginn des Stromflusses in LDK folgt Phase 2, das
geregelte Anlaufen. Diese Phase endet, wenn der Laser
seinen Schwellstrom erreicht und der erzeugte Monitorstrom das Potenzial am Widerstand RM anhebt.
Phase I
Phase II
Phase III
2.0V
V(CI)
0V
60mA
I(LDK)
Der Übergang in den CW-Betrieb (Phase 3) ist gleitend
und wird maßgeblich durch die CI- und RM-Beschaltung
beeinflusst. Die Dimensionierung von CI ist in Ordnung,
wenn die Spannungsüberhöhung an MDA minimal ist.
Ausschaltverhalten
iC-WK arbeitet ohne eine feste Unterspannungsabschaltung, daher bestimmt hauptsächlich die Flussspannung der Laserdiode die minimal erforderliche
Versorgungsspannung.
0mA
0s
10µs
20µs
30µs
40µs
50µs
t
Bild 1: Einschaltverhalten
5.0V
V(VCC)
0V
5.0V
V(LDA)
Wird diese unterschritten, kommt die Ausgangsstufe
zwangsweise in die Sättigung und der Laserstrom
nimmt ab. In diesem Fall sorgt iC-WK für die gleichzeitige Entladung des Regelungskondensators CI, damit bei
erneut ansteigender Versorgungsspannung keine überhöhten Laserdiodenstöme auftreten können.
0V
200µA
-I(MDA)
0µA
0.6V
V(MDA)
0V
Phase IV
Phase V
2.0V
V(CI)
Betriebsstörungen
0V
Die Regelung wird dauerhaft abgeschaltet bei Übertemperatur des Treibers oder wenn der Laserstrom die 60mA
I(LDK)
Überstromabschaltschwelle erreicht, zum Beispiel bei
0mA
Unterbrechung der Rückkopplung. Ein Ausfall der Moni200µs
250µs
300µs
100µs
150µs
t
tordiode oder des Einstellwiderstands RM führen
Bild 2: Ausschaltverhalten
schneller als 0.25ms zur Abschaltung, eine ausreichend
hohe Versorgungsspannung vorausgesetzt. Bei Modulation oder Schalten des Laserstroms an Pin MDK (s. Bild 7) ist zu beachten, daß die möglicherweise daraus
resultierende erhöhte Spannung an Pin MDA ebenfalls zur dauerhaften Abschaltung führt.
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 8/13
APPLIKATIONSHINWEISE
+VB
+VB
C2
100nF
C2
100nF
C3
100nF
C3
100nF
C1
C1
1µF
1µF
C4
2.2nF
C4
2.2nF
R1
200 ...50k
R1
200 ...50k
Bild 3: Beschaltung für N-Typ Laserdioden
(Kathode MD an Anode LD)
Bild 4: Beschaltung für P-Typ Laserdioden (Anode
MD and Kathode LD)
+VB
+VB
C2
100nF
C2
100nF
GND
C3
100nF
C1
1
GND
LDK
8
2
J
I
CI
LDA
7
C1
C3
100nF
1µF
1µF
+
C4
2.2nF
3
VCC
0.5V
R2
1k
4
MDK
Q1
Bild 5: Beschaltung für M-Typ Laserdioden (gemeinsame Kathode von LD und MD)
5
MDA
iC-WK
OFF R3
R1
200 ...50k
C4
2.2nF
6
AGND
R1
200 ...50k
Bild 6: Benutzung des CI-Pins zum Ein- und
Ausschalten (N-Typ Laser)
+VB
+VB
C2
100nF
GND
1
GND
LDK
C2
100nF
8
1
GND
LDK
8
2
J
I
CI
LDA
7
GND
2
J
I
CI
LDA
7
C1
C3
100nF
1µF
+
3
R2
4
1µF
+
-
C4
2.2nF
6
AGND
VCC
0.5V
D/A
C1
C3
100nF
MDK
MDA
iC-WK
3
AGND
6
VCC
0.5V
5
4
R1
200 ...50k
Bild 7: Benutzung des zweiten Monitoreingangs zur
Modulation (N-Typ Laser)
C4
2.2nF
-
MDK
MDA
iC-WK
5
R1
200 ...50k
Bild 8: Benutzung beider Monitoreingänge zur
Stromverstärkung (N-Typ Laser)
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 9/13
+VB
+VB
C2
100nF
1
GND
LDK
C2
100nF
8
1
GND
LDK
8
LED1
LED1
C3
220nF 2
J
I
LDA
CI
+
3
C3
220nF 2
7
J
I
CI
C1
100µF
-
AGND
+
3
C4
2.2nF
6
VCC
MDK
MDA
4
Bild 9: n-Typ Schaltung für höhere Laserdiodenströme (60mA..4A) mit externem Leistungstransistor
+VB
C2
100nF
GND
8
LED1
R2
200 ...
J
I
LDA
2
CI
3
AGND
7
C1
+
-
100µF
C4
2.2nF
6
VCC
0.5V
4
MDA
MDK
iC-WK
MDA
5
R1
200 ...50k
Q1
BD...
GND
LDK
MDK
iC-WK
R1
200 ...50k
Q1
BD...
GND
C4
2.2nF
VCC
5
R2
200 ...
1
C1
100µF
6
0.5V
iC-WK
GND
7
-
AGND
0.5V
4
LDA
5
R1
200 ...50k
Q1
C3
100nF
Bild 11: n-Typ Schaltung für höhere Laserdiodenströme (60mA..4A) mit externem Leistungs-MOSFET
R2
200 ...
Bild 10: p-Typ Schaltung für höhere Laserdiodenströme (60mA..4A) mit externem Leistungstransistor
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 10/13
Dimensionierung externer Bauteile
Bauteil
Bereich
Bemerkung
C1
100nF..1µF
Siebkondensator für die Laserdiodenversorgung
C2
(0)..100µF
Optional, kann bei ausreichender Siebung durch C1 entfallen
C3
22nF..220nF
ca. 100nF
Auswahl je nach Laserdiode
Beispiel: I(LDK) / I(MD)= 35mA / 0.25mA
C4
1nF..10nF
Optional, ESD Schutzkondensator
R1
200S..50kS
ca. 2kS
Auswahl je nach Laserdiode
Beispiel: R1= V(MDA) / I(MD)= 0.5V / 0.25mA = 2kS
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 11/13
TREIBERMODULE
Der Baustein iC-WK wird mit zwei Modulen (6.25mm x 20mm) zu Testzwecken bemustert. Die folgenden Bilder
zeigen die Schaltungen sowie die Ober- und Unterseite der Testplatinen (Layouts im Maßstab 4:1).
+V
C2
n/a
LDK
GND
-V
8
C
C4
2
J
I
CI
n/a
LDA
7
LA
C1
C3
1µF
100nF
+
3
-
AGND
6
0.5V
4
PD
VCC
MDA
MDK
iC-WK
5
R1
4.7k
P1
10k
Bild 12: Schaltplan Modul WK1D für P/M-Typ Laserdioden
Bild 13: Modul WK1D (Oberseite)
Bild 14: Modul WK1D (Unterseite)
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 12/13
+V
C2
n/a
LDK
GND
-V
8
LK
C4
2
J
I
CI
n/a
LDA
7
C
C3
C1
1µF
100nF
+
3
-
AGND
6
0.5V
4
PD
VCC
MDA
MDK
5
iC-WK
R1
4.7k
P1
10k
Bild 15: Schaltplan des Moduls WK2D für N-Typ Laserdioden
Bild 16: Modul WK2D (Oberseite)
Bild 17: Modul WK2D (Unterseite)
iC-WK
CW-TREIBER FÜR LASERDIODEN AB 2.4V
Ausgabe B1, Seite 13/13
BESTELL-HINWEISE
Typ
Gehäuse
Bestellbezeichnung
iC-WK
SO8
MSOP8
iC-WK SO8
iC-WK MSOP8
WK Modul für P-/M-Typ Laser
WK Modul für N-Typ Laser
iCSY WK1D
iCSY WK2D
Auskünfte über Preise, Liefertermine, Liefermöglichkeiten anderer Gehäuseformen usw. erteilt
iC-Haus GmbH
Am Kuemmerling 18
55294 Bodenheim
Tel. 06135-9292-0
Fax 06135-9292-192
http://www.ichaus.com
Die vorliegende Spezifikation betrifft ein neuentwickeltes Produkt. iC-Haus behält sich daher das Recht vor, Daten ohne weitere Ankündigung
zu ändern. Setzen Sie sich gegebenenfalls mit uns in Verbindung, um die aktuellen Daten zu erfragen.
Die angegebenen Daten dienen allein der Produktbeschreibung und sind nicht als zugesicherte Eigenschaft im Rechtssinn aufzufassen.
Etwaige Schadensersatzansprüche gegen uns - gleich aus welchem Rechtsgrund - sind ausgeschlossen, soweit uns nicht Vorsatz oder grobe
Fahrlässigkeit trifft.
Wir übernehmen keine Gewähr dafür, daß die angegebenen Schaltungen oder Verfahren frei von Schutzrechten Dritter sind.
Ein Nachdruck - auch auszugsweise - ist nur mit Zustimmung des Herausgebers und mit genauer Quellenangabe zulässig.