CN120801967B - 一种ld泵浦模块绝缘检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LD泵浦模块绝缘检测方案设计技术领域，具体涉及一种LD泵浦模块绝缘检测电路。包括可调电源、信号注入模块及上位机。通过可调电源驱动泵浦模块内激光二极管至低阻态，消除其非线性特性对检测的阻碍；信号注入模块向正极‑外壳、负极‑外壳双回路注入微幅电压信号，同步测量响应电流并计算绝缘电阻；上位机取双回路电阻最小值与阈值比对实现故障判定。该方法突破传统兆欧表在LD泵浦模块检测中的固有局限，解决高阻掩蔽导致的漏检问题，实现通电状态下的精准绝缘检测。本发明适用于泵浦模块生产检验及激光器装配前复检，显著提升产品可靠性与生产良率。

Description

一种LD泵浦模块绝缘检测电路

技术领域

本发明涉及一种LD泵浦模块绝缘检测方案设计技术领域，具体涉及一种LD泵浦模块绝缘检测电路。

背景技术

目前对电气电子产品的绝缘电阻值检测，通常是在产品不通电的情况下，采用兆欧表或绝缘电阻值测试仪实施检测。

现有通过兆欧表或绝缘电阻值测试仪的检测，不适应LD泵浦模块的检测。

LD泵浦模块是由数只至数十只激光二极管串联阵列封装而成，串联阵列中激光二极管之间用金带连接，如图1所示。由于生产过程中偶发因素造成的瑕疵，LD泵浦模块中的电气部分如金带，和模块外壳之间可能存在绝缘故障，导致绝缘性能降低乃至短路，对LD泵浦的应用造成不良影响。

LD泵浦模块中的激光二极管属于半导体发光二极管的一种，半导体发光二极管具有典型的非线性伏安特性。半导体发光二极管对外呈现的阻抗特性由R=U/I定义，由于其具有非线性的伏安特性，半导体发光二极管通过的电流I越小，U和I的比值就越大，对外呈现的电阻也就越大。

常规绝缘检测所用的兆欧表或绝缘电阻值测试仪，出于保护被测设备考虑，其驱动电流能力很小，只有数mA甚至几百uA。使用兆欧表或绝缘测试仪检测LD泵浦模块的绝缘电阻值时，如果绝缘故障发生在激光二极管串联阵列中部，则无论测试LD泵浦模块的正极-外壳绝缘电阻值还是负极-外壳绝缘电阻值，在测试回路中都会串入部分半导体激光二极管，受兆欧表或绝缘电阻值测试仪驱动电流能力限制，检测回路中的电流只有数mA甚至几百uA，由于激光二极管所具有的非线性伏安特性，此时检测回路中的激光二极管呈现高阻性，使得兆欧表或绝缘电阻值测试仪检测所得绝缘电阻值为一个高阻值，进而令绝缘故障点所具有的低阻值甚至短路的特性被掩盖，无法有效识别出绝缘故障。绝缘故障无法在生产中或使用前有效识别，会导致LD泵浦模块的绝缘故障在安装入激光器使用、造成异常或故障后才被发现，造成很大的经济损失。

因此，现有技术还有待进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种LD泵浦模块绝缘检测电路，以解决现有技术存在的问题。

为达到上述技术目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种LD泵浦模块绝缘检测电路，包括：

包括可调电源和信号注入模块，所述可调电源用于向LD泵浦模块提供驱动电流以使激光二极管呈现低电阻状态，所述信号注入模块用于在所述低电阻状态下注入小信号电压并测量响应电流以计算绝缘电阻值。

具体的，还包括上位机，所述上位机与所述信号注入模块通信连接，用于接收并显示所述绝缘电阻值。

具体的，所述信号注入模块包括三个检测输出端，分别配置为连接至LD泵浦模块的正极、负极和外壳，形成正极检测回路和负极检测回路。

具体的，所述可调电源可调整输出电压和输出电流，以适应不同LD泵浦模块的驱动需求。

具体的，所述上位机包括判定模块，用于比较所述绝缘电阻值与预设阈值，以识别绝缘故障。

具体的，所述信号注入模块在所述正极检测回路中注入第一小信号电压u1并测量第一小信号电流i1，在所述负极检测回路中注入第二小信号电压u2并测量第二小信号电流i2，并根据u1、i1计算正极绝缘电阻值R1，根据u2、i2计算负极绝缘电阻值R2。

具体的，所述第一小信号电压u1和第二小信号电压u2的幅值小于所述可调电源的输出电压，以避免干扰所述激光二极管的低电阻状态。

具体的，所述可调电源的驱动电流范围可调，以使所述激光二极管呈现低电阻状态。

具体的，所述判定模块配置为取R1和R2中的较小值作为最终绝缘电阻值R，并将R与预设阈值比较，若R小于阈值则判定为绝缘故障。

具体的，所述信号注入模块包括电压注入单元和电流检测单元，所述电压注入单元生成u1和u2，所述电流检测单元测量i1和i2，并通过模数转换器将信号传输至所述上位机。

具体的，所述正极检测回路和负极检测回路中的电气回路电阻已知，且所述激光二极管在低电阻状态下的电阻值低于10Ω。

有益效果：

1.根除高阻掩蔽效应：通过可调电源提供足够驱动电流，强制激光二极管进入饱和导通状态，使其动态电阻降至可忽略水平，从根本上消除传统方法因激光管高阻特性导致的故障点掩蔽问题。

2.双回路全范围覆盖：信号注入模块检测正极-外壳、负极-外壳双回路，无论绝缘故障点位于串联阵列的电极附近、中部或金带任意位置，均可通过双电阻值对比精确定位。

3.智能决策抗误判：采用双回路电阻最小值作为判定依据，避免因部分激光管残余阻抗或回路不对称导致的测量偏差，显著提升故障识别准确率。

4.微扰动安全检测：小信号电压注入幅值严格限制在主电源输出的微小比例内，确保激光管工作点不偏移，在通电状态下实现无损伤检测。

5.全流程效率优化：从驱动电流加载到故障判定实现自动化处理，单次检测耗时显著低于人工操作模式，满足生产线高速检验需求。

6.自适应强兼容性：可调电源宽范围输出适配不同规格泵浦模块，判定阈值可根据产品标准动态调整，适用于研发验证、产线质检及客户端复检全场景。

附图说明

图1是本发明具体实施例中提供的LD泵浦模块绝缘检测电路的电路连接示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

首先需要说明的是，激光二极管（LD）泵浦模块作为光纤激光器的核心能量来源，通常由多只激光管通过金带串联封装构成。其内部电气部件（如金带、电极）与金属外壳间的绝缘性能直接影响整机安全性。传统绝缘检测采用兆欧表或绝缘电阻值测试仪，该方法在检测常规线性电阻器件时有效，但面对LD泵浦模块时存在根本性缺陷。原因在于：半导体激光二极管具有显著的非线性伏安特性，在兆欧表提供的微安级驱动电流下呈现极高阻抗（可达兆欧级）。若绝缘故障点位于激光管串联阵列中部，检测回路中必然串入部分激光管，其高阻特性会完全掩盖实际绝缘故障点的低阻状态，导致测试结果失真。现有技术无法区分故障点电阻与激光管阻抗，造成绝缘故障漏检。此类隐患在模块装机后可能引发短路事故，轻则导致激光器宕机，重则烧毁光学组件。行业亟需一种针对LD泵浦模块特殊结构的绝缘检测方案，在保障安全的前提下实现故障精准识别。

请参阅图1，本发明提供一种LD泵浦模块绝缘检测电路，包括：

包括可调电源和信号注入模块，所述可调电源用于向LD泵浦模块提供驱动电流以使激光二极管呈现低电阻状态，所述信号注入模块用于在所述低电阻状态下注入小信号电压并测量响应电流以计算绝缘电阻值。

需要进一步说明的是，本实施方式提供一种LD泵浦模块绝缘检测电路，其核心由可调电源和信号注入模块构成。所述可调电源向LD泵浦模块输出驱动电流，使模块内串联的激光二极管进入导通状态（即低电阻状态，典型值低于10Ω）；所述信号注入模块在激光二极管处于低阻态时，向检测回路注入小信号电压并同步测量响应电流，通过欧姆定律计算绝缘电阻值。其有益效果在于：通过强制驱动激光二极管至低阻态，彻底规避了传统兆欧表因驱动电流不足导致激光管呈现高阻特性（>1MΩ）而掩盖绝缘故障的问题，实现了对泵浦模块内部金带-外壳间绝缘故障的有效识别。

具体的，还包括上位机，所述上位机与所述信号注入模块通信连接，用于接收并显示所述绝缘电阻值。

需要进一步说明的是，本发明增设上位机与信号注入模块通信连接。信号注入模块将计算所得绝缘电阻值实时传输至上位机，上位机通过人机界面显示电阻值及故障判定结果。其有益效果在于：构建闭环检测系统，实现检测数据的可视化处理，便于操作人员快速判断产品质量，提升生产线检测效率。

具体的，所述信号注入模块包括三个检测输出端，分别配置为连接至LD泵浦模块的正极、负极和外壳，形成正极检测回路和负极检测回路。

需要进一步说明的是，信号注入模块设置三个检测输出端：第一输出端连接LD泵浦模块正极，第二输出端连接负极，第三输出端连接金属外壳。由此形成正极检测回路（正极至外壳）和负极检测回路（负极至外壳）。其有益效果在于：双回路设计可覆盖绝缘故障可能发生的任意位置（如正极附近、负极附近或串联阵列中部），避免单点检测盲区。

具体的，所述可调电源可调整输出电压和输出电流，以适应不同LD泵浦模块的驱动需求。

需要进一步说明的是，可调电源采用数控稳压源，其输出电压范围0-100V、输出电流范围0-50A可调。操作时根据待测LD泵浦模块的额定工作电压电流（例如：30V/10A模块）设置电源参数，确保激光二极管达到饱和导通状态。其有益效果在于：适配不同规格泵浦模块的检测需求，通用性强，且精确驱动保障了低阻态的稳定性。

具体的，所述上位机包括判定模块，用于比较所述绝缘电阻值与预设阈值，以识别绝缘故障。

需要进一步说明的是，上位机内置判定算法：接收信号注入模块上传的正极绝缘电阻值R1和负极绝缘电阻值R2，比较二者并取最小值作为最终绝缘电阻值R；若R低于预设阈值（如100kΩ），则触发绝缘故障报警。其有益效果在于：自动判定机制避免人工误判，预设阈值可根据产品标准灵活调整，保障质量控制一致性。

具体的，所述信号注入模块在所述正极检测回路中注入第一小信号电压u1并测量第一小信号电流i1，在所述负极检测回路中注入第二小信号电压u2并测量第二小信号电流i2，并根据u1、i1计算正极绝缘电阻值R1，根据u2、i2计算负极绝缘电阻值R2。

需要进一步说明的是，信号注入模块执行双回路同步检测：在正极检测回路注入幅值10mV、频率1kHz的第一小信号电压u1，测量响应电流i1并计算R1=u1/i1；在负极检测回路注入相同参数的u2，测量i2并计算R2=u2/i2。其有益效果在于：小信号注入法（<100mV）不干扰可调电源的主驱动回路，确保激光管保持低阻态的同时，实现绝缘电阻值的高精度测量。

具体的，所述第一小信号电压u1和第二小信号电压u2的幅值小于所述可调电源的输出电压，以避免干扰所述激光二极管的低电阻状态。

具体的，所述可调电源的驱动电流范围可根据所测LD模块需要调整，以使所述激光二极管呈现低电阻状态。

需要进一步说明的是，可调电源的驱动电流设定可调，该电流范围使激光二极管的动态电阻降至10Ω以下。其有益效果在于：确保激光管可靠导通，最大化消除高阻掩蔽效应。

具体的，所述判定模块配置为取R1和R2中的较小值作为最终绝缘电阻值R，并将R与预设阈值比较，若R小于阈值则判定为绝缘故障。

需要进一步说明的是，判定模块执行“最小值优先”逻辑：比较R1和R2后，选择较小值作为R。若R≤50kΩ（可调预设阈值），则判定为绝缘故障；若R>50kΩ，则判定合格。其有益效果在于：聚焦最劣绝缘点，避免因部分激光管残余阻抗导致的误判，提高故障检出率至99%以上。

具体的，所述信号注入模块包括电压注入单元和电流检测单元，所述电压注入单元生成u1和u2，所述电流检测单元测量i1和i2，并通过模数转换器将信号传输至所述上位机。

需要进一步说明的是，信号注入模块的硬件结构包括：电压注入单元（基于DAC芯片生成精确u1/u2）、电流检测单元（基于高精度运放与采样电阻转换i1/i2为电压信号）、模数转换器（24位ADC将模拟信号数字化）。数字信号经SPI接口传输至上位机。其有益效果在于：模块化电路设计保障小信号测量的抗干扰能力，24位ADC实现微安级电流分辨率，实现高灵敏度检测。

具体的，所述正极检测回路和负极检测回路中的电气回路电阻已知，且所述激光二极管在低电阻状态下的电阻值低于10Ω。

可以理解的是，本发明通过一种可调电源配合信号注入模块的电路，实现有效识别LD泵浦模块的绝缘故障的功能，如图1所示。本LD泵浦模块绝缘检测电路由一个可调电源、一个信号注入模块和上位机组成。

可调电源根据所需检测的泵浦模块调整其输出电压电流，使其为LD泵浦模块中的半导体激光二极管提供足够大的驱动电流，令半导体激光二极管呈现低电阻状态。

信号注入模块有三个检测输出端，分别与LD泵浦模块的正极、负极、外壳相连，形成正极检测回路、负极检测回路两条检测回路。在执行检测时，分别在正极检测回路、负极检测回路中注入小信号电压u1、u2，并检测该小信号电压在正极检测回路、负极检测回路中分别形成的小信号电流i1、i2，根据u1、u2和i1、i2即可分别计算出正极检测回路、负极检测回路的电阻值R1和R2，考虑到测试线缆和LD泵浦电气回路上的电阻值很小可忽略、LD泵浦模块中的半导体激光二极管此时在可调电源的驱动下呈现低电阻特性，则R1和R2即反映了从正极检测回路、负极检测回路检测所测得的绝缘故障点的绝缘电阻值。

考虑到绝缘故障点发生点位随机，在正极检测回路、负极检测回路上串入的半导体激光二极管数量可能不一致，因此R1和R2的数值可能有差异，其中的较小值更能反映绝缘故障点的绝缘电阻值。

将R1和R2中的较小值取为最终检测值R，上传至上位机显示，并根据上位机预设的阈值判定是否存在绝缘故障。

可以理解的是，本方案通过设置适当的可调电源，将半导体激光二极管驱动至低电阻状态，然后利用信号注入模块在此状态下注入小信号电压实施绝缘电阻值检测，有效解决了半导体激光二极管在传统绝缘电阻值检测方法下呈现高电阻特性、使得传统检测方法无法有效检测LD泵浦模块绝缘电阻值的问题，实现了对LD泵浦模块绝缘电阻值的有效检测、绝缘故障的有效识别。

可以理解的是，本发明提供了电路原理，以及解决激光二极管低电流下高电阻特性妨碍绝缘检测的技术途径；在通电状态下利用小信号注入法测试LD泵浦模块绝缘电阻值；

可以理解的是，技术效果和优点包括：解决了利用兆欧表或绝缘电阻值测试仪的传统检测方法无法有效检测LD泵浦模块绝缘电阻值的问题，实现了对LD泵浦模块绝缘电阻值的有效检测、绝缘故障的有效识别。

以上描述的各技术特征可以任意地组合。尽管未对这些技术特征的所有可能组合进行描述，但这些技术特征的任何组合都应当被认为由本说明书涵盖，只要这样的组合不存在矛盾。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，包括可调电源和信号注入模块，所述可调电源用于向LD泵浦模块提供驱动电流以使激光二极管呈现低电阻状态，所述信号注入模块用于在所述低电阻状态下注入小信号电压并测量响应电流以计算绝缘电阻值。

2.根据权利要求1所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，还包括上位机，所述上位机与所述信号注入模块通信连接，用于接收并显示所述绝缘电阻值。

3.根据权利要求2所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，所述信号注入模块包括三个检测输出端，分别配置为连接至LD泵浦模块的正极、负极和外壳，形成正极检测回路和负极检测回路。

4.根据权利要求1所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，所述可调电源可调整输出电压和输出电流，以适应不同LD泵浦模块的驱动需求。

5.根据权利要求2所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，所述上位机包括判定模块，用于比较所述绝缘电阻值与预设阈值，以识别绝缘故障。

6.根据权利要求3所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，所述信号注入模块在所述正极检测回路中注入第一小信号电压u1并测量第一小信号电流i1，在所述负极检测回路中注入第二小信号电压u2并测量第二小信号电流i2，并根据u1、i1计算正极绝缘电阻值R1，根据u2、i2计算负极绝缘电阻值R2。

7.根据权利要求6所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，所述第一小信号电压u1和第二小信号电压u2的幅值小于所述可调电源的输出电压，以避免干扰所述激光二极管的低电阻状态。

8.根据权利要求4所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，所述可调电源的驱动电流范围可调，以使所述激光二极管呈现低电阻状态。

9.根据权利要求5所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，所述判定模块配置为取R1和R2中的较小值作为最终绝缘电阻值R，并将R与预设阈值比较，若R小于阈值则判定为绝缘故障。

10.根据权利要求6所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，所述信号注入模块包括电压注入单元和电流检测单元，所述电压注入单元生成u1和u2，所述电流检测单元测量i1和i2，并通过模数转换器将信号传输至所述上位机。

11.根据权利要求3所述的LD泵浦模块绝缘检测电路，其特征在于，所述正极检测回路和负极检测回路中的电气回路电阻已知，且所述激光二极管在低电阻状态下的电阻值低于10Ω。