一種半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)，其由同步降壓轉(zhuǎn)換器（U1）、恒流驅(qū)動(dòng)電路（U2）、三端穩(wěn)壓器（U3）、單片機(jī)（U4）、電流調(diào)節(jié)電路（U5）、溫度傳感電路（U6）、同步降壓轉(zhuǎn)換器（U7）、PWM功率驅(qū)動(dòng)電路（U8）、熱電制冷器（U9）等組成。同步降壓電路、恒流驅(qū)動(dòng)電路為半導(dǎo)體激光器提供穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)的恒流源；電流調(diào)節(jié)電路與單片機(jī)相連，來(lái)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器。溫度傳感器檢測(cè)半導(dǎo)體激光器的工作溫度，單片機(jī)根據(jù)工作溫度，控制熱電制冷器。本發(fā)明能夠提供一種可調(diào)的準(zhǔn)連續(xù)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，同時(shí)還能根據(jù)監(jiān)測(cè)的半導(dǎo)體激光器工作溫度，對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行加熱或制冷，延長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器使用壽命。
【專利說(shuō)明】一種半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及恒流驅(qū)動(dòng)及溫度控制，特別涉及一種半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器是電流注入型半導(dǎo)體PN結(jié)光發(fā)射器件，具有體積小、重量輕、直接調(diào)制、寬帶寬、轉(zhuǎn)換效率高、高可靠和易于集成等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。由于半導(dǎo)體激光器是一種高功率密度并具有極高量子效率的器件，其對(duì)于電沖擊的承受能力較差，電流微小的變化將導(dǎo)致光功率輸出的極大變化和器件參數(shù)的變化，這些變化直接危及器件的安全使用，因而在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的性能和安全保護(hù)有著很高的要求。另外一方面，半導(dǎo)體激光器是功耗型有源器件，工作過(guò)程中的溫度對(duì)其輸出特性會(huì)有明顯影響，而且溫度過(guò)高將導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器老化甚至損壞，因此需要將溫度控制在激光器適合的工作溫度，這樣才能使激光器輸出功率穩(wěn)定，延長(zhǎng)激光器的使用壽命。
[0003]目前，對(duì)半導(dǎo)體激光器的恒流驅(qū)動(dòng)及溫度控制還有很多需要解決的問(wèn)題。譬如恒流驅(qū)動(dòng)輸出的電流精度、慢啟動(dòng)；溫度控制過(guò)程中，對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)精度不高等等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品存在的技術(shù)不足，而研制出的一種適用于半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供一種可調(diào)的準(zhǔn)連續(xù)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，同時(shí)還能根據(jù)監(jiān)測(cè)的半導(dǎo)體激光器工作溫度，對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行加熱或制冷，延長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器使用壽命O
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)手段如下:
一種半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)，其特征是包括同步降壓轉(zhuǎn)換器(U1)、恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)、三端穩(wěn)壓器(U3)、單片機(jī)(U4)、電流調(diào)節(jié)電路(U5)、溫度傳感電路(U6)、同步降壓轉(zhuǎn)換器(U7)、PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)、熱電制冷器(U9)，其各個(gè)部分的連接關(guān)系為:所述的恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)、三端穩(wěn)壓器(U3)、電流調(diào)節(jié)電路(U5)、溫度傳感電路(U6)、PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)都與單片機(jī)(U4)相連，所述的PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)與同步降壓轉(zhuǎn)換器(U7)相連，所述的恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)與同步降壓轉(zhuǎn)換器(U17)相連，所述的溫度傳感電路(U6)和熱電制冷器(U9)與半導(dǎo)體激光器相連:
所述的恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)內(nèi)部連接關(guān)系如下:
PWM_LD信號(hào)經(jīng)過(guò)第二電阻(R2)進(jìn)入運(yùn)算放大器(UlA)的同相端，運(yùn)算放大器(UlA)的反相端與輸出端相連；運(yùn)算放大器(UlA)的輸出端接第三電阻(R3)，第三電阻(R3)的另一端與運(yùn)算放大器(UlB)的同相端和第七電阻(R7)的節(jié)點(diǎn)相連，運(yùn)算放大器(UlB)的反相端與第八電阻(R8)和第五電阻(R5)的節(jié)點(diǎn)相連，第八電阻(R8)的另一端接地；運(yùn)算放大器(UlB)的輸出端與第四電阻(R4)的一端連接，第四電阻(R4)的另一端連接NMOS (Ql)的柵極；NMOS (Ql)的漏極接同步降壓轉(zhuǎn)換器(U17)輸出端，NMOS (Ql)的源極與第六電阻(R6)和第五電阻(R5)的節(jié)點(diǎn)相連；第六電阻(R6)的另一端與第七電阻(R7)、和第三電容(C3)、二極管(Dl)負(fù)極、第9電阻(R9)和激光二極管的正極節(jié)點(diǎn)相連；第三電容(C3)的另一端、二極管(Dl)正極、第9電阻(R9)的另一端的和激光二極管的負(fù)極接地。
[0006]所述的PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)內(nèi)部連接關(guān)系如下:
PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)的AVDD端和PVDD端接5V ；AGND端和PGND端接地；HIZ端接第23電阻(R23)與單片機(jī)(U4)的32腳，第23電阻(R23)另一端接地；FAULT1端腳接第24電阻(R24)與單片機(jī)(U4)的2腳，第24電阻(R24)另一端接5V ;FAULT0端接第26電阻(R26)與單片機(jī)(U4)的3腳，第26電阻(R26)另一端接5V ;IN+端、IN-端和SHUTD0WM端分別與單片機(jī)(U4)的29腳、28腳和27腳相連接；OUT+端接第4電感(L4)的一端，第4電感(L4)的另一端接第17電容(C17)與熱電制冷器(U9)的節(jié)點(diǎn)，第17電容(C17)的另一端接地；0UT-端接第5電感(L5)的一端，第5電感(L5)的另一端接第19電容(C19)與熱電制冷器(U9)的節(jié)點(diǎn)，第19電容(C19)的另一端接地；
所述的恒流驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)算放大器芯片為L(zhǎng)M2904。
[0007]所述的PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)的H橋驅(qū)動(dòng)芯片為DRV592。
[0008]所述的單片機(jī)為STM8S105K4。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的原理框圖；
圖2為本發(fā)明的PWM功率驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
圖3為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
圖4為本發(fā)明的單片機(jī)電路原理圖。
[0010]圖5為本發(fā)明的三端穩(wěn)壓器、電流調(diào)節(jié)電路及溫度傳感電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明原理框圖如圖1所示，其由包括同步降壓轉(zhuǎn)換器(U1)、恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)、三端穩(wěn)壓器(U3)、單片機(jī)(U4)、電流調(diào)節(jié)電路(U5)、溫度傳感電路(U6)、同步降壓轉(zhuǎn)換器(U7 )、PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8 )、熱電制冷器(U9 )等組成。
[0012]通過(guò)外部接口加上12V直流電壓以后，經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓器輸出5V直流電壓，單片機(jī)開(kāi)始工作，內(nèi)部程序開(kāi)始運(yùn)行。首先，內(nèi)部程序檢測(cè)電流調(diào)節(jié)電路(U5)的輸入值，根據(jù)不同的輸入值，程序輸出不同占空比的PWM波，用來(lái)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流。同時(shí)檢測(cè)溫度傳感電路(U6)的反饋值，根據(jù)反饋值的不同，將不同占空比的PWM波輸出給PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8 )，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)之后控制熱電制冷器(U9 )制冷或加熱。
[0013]本發(fā)明原理圖如圖2、3、4、5所示。
[0014]在圖2中，PWM_LD信號(hào)經(jīng)過(guò)第二電阻(R2)進(jìn)入運(yùn)算放大器(UlA)的同相端，運(yùn)算放大器(UlA)的反相端與輸出端相連，運(yùn)算放大器(UlA)組成電壓跟隨器；運(yùn)算放大器(UlA)的輸出端接第三電阻(R3)，第三電阻(R3)的另一端與運(yùn)算放大器(UlB)的同相端和第七電阻(R7)的節(jié)點(diǎn)相連，運(yùn)算放大器(UlB)的反相端與第八電阻(R8)和第五電阻(R5)的節(jié)點(diǎn)相連，第八電阻(R8)的另一端接地，運(yùn)算放大器(UlB)組成一個(gè)差分放大電路；運(yùn)算放大器(UlB)的輸出端與第四電阻(R4)的一端連接，第四電阻(R4)的另一端連接NMOS (Ql)的柵極；NMOS (Ql)的漏極接同步降壓轉(zhuǎn)換器(U17)輸出端，NMOS (Ql)的源極與第六電阻(R6)和第五電阻(R5)的節(jié)點(diǎn)相連，NMOS (Ql)組成擴(kuò)流電路；第六電阻(R6)的另一端與第七電阻(R7)、和第三電容(C3)、二極管(Dl)負(fù)極、第9電阻(R9)和激光二極管的正極節(jié)點(diǎn)相連；第三電容(C3)的另一端、二極管(Dl)正極、第9電阻(R9)的另一端的和激光二極管的負(fù)極接地。
[0015]在圖3中，PWM功率驅(qū)動(dòng)器(U3)的AVDD端和PVDD端接5V ；AGND端和PGND端接地；HIZ端接第23電阻(R23)與單片機(jī)(U4)的32腳，第23電阻(R23)另一端接地；FAULTl端腳接第24電阻(R24)與單片機(jī)(U4)的2腳，第24電阻(R24)另一端接5V ；FAULTO端接第26電阻(R26)與單片機(jī)(U4)的3腳，第26電阻(R26)另一端接5V ;IN+端、IN-端和SHUTD0WM端分別與單片機(jī)(U4)的29腳、28腳和27腳相連接；OUT+端接第4電感(L4)的一端，第4電感(L4)的另一端接第17電容(C17)與熱電制冷器(U9)的節(jié)點(diǎn)，第17電容(C17)的另一端接地；0UT-端接第5電感(L5)的一端，第5電感(L5)的另一端接第19電容(C19)與熱電制冷器(U9)的節(jié)點(diǎn)，第19電容(C19)的另一端接地。
[0016]在圖4和圖5中，單片機(jī)(U4)作為系統(tǒng)的控制核心，其PWM_LD端連接恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2) ;PWM_IN+、PWM_IN-、FAULTl、FAULTO、HI_Z 和 SHUTDOWN 端連接至 PWM 功率驅(qū)動(dòng)電路(U8) ;SW接口為單片機(jī)仿真調(diào)試接口 ；AD_TEC端連接至與第十二電阻(R12)和第十三電阻(R13)的節(jié)點(diǎn)相連，第十二電阻(R12)的另一端接5V，第十三電阻(R13)的另一端接GND，此部分電路用來(lái)測(cè)量半導(dǎo)體激光器的溫度；AD_PTR端連接至可變電阻(R15)的中間抽頭，可變電阻(R15)的一端接5V，另一端接地，此部分電路用來(lái)調(diào)整半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流的大小。三端穩(wěn)壓器(U5)輸出5V電壓，為單片機(jī)提供工作電源。
[0017]經(jīng)測(cè)試表明，本發(fā)明具有電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、輸出電流精度高、溫度控制精準(zhǔn)等特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)，其特征是包括同步降壓轉(zhuǎn)換器(U1)、恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)、三端穩(wěn)壓器(U3)、單片機(jī)(U4)、電流調(diào)節(jié)電路(U5)、溫度傳感電路(U6)、同步降壓轉(zhuǎn)換器(U7)、PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)、熱電制冷器(U9)，其各個(gè)部分的連接關(guān)系為: 所述的恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)、三端穩(wěn)壓器(U3)、電流調(diào)節(jié)電路(U5)、溫度傳感電路(U6)、PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)都與單片機(jī)(U4)相連，所述的PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)與同步降壓轉(zhuǎn)換器(U7)相連，所述的恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)與同步降壓轉(zhuǎn)換器(U17)相連，所述的溫度傳感電路(U6)和熱電制冷器(U9)與半導(dǎo)體激光器相連； 所述的恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)內(nèi)部連接關(guān)系如下: PWM_LD信號(hào)經(jīng)過(guò)第二電阻(R2)進(jìn)入運(yùn)算放大器(UlA)的同相端，運(yùn)算放大器(UlA)的反相端與輸出端相連；運(yùn)算放大器(UlA)的輸出端接第三電阻(R3)，第三電阻(R3)的另一端與運(yùn)算放大器(UlB)的同相端和第七電阻(R7)的節(jié)點(diǎn)相連，運(yùn)算放大器(UlB)的反相端與第八電阻(R8)和第五電阻(R5)的節(jié)點(diǎn)相連，第八電阻(R8)的另一端接地；運(yùn)算放大器(UlB)的輸出端與第四電阻(R4)的一端連接，第四電阻(R4)的另一端連接NMOS (Ql)的柵極；NMOS (Ql)的漏極接同步降壓轉(zhuǎn)換器(U17)輸出端，NMOS (Ql)的源極與第六電阻(R6)和第五電阻(R5)的節(jié)點(diǎn)相連；第六電阻(R6)的另一端與第七電阻(R7)、和第三電容(C3)、二極管(Dl)負(fù)極、第9電阻(R9)和激光二極管的正極節(jié)點(diǎn)相連；第三電容(C3)的另一端、二極管(Dl)正極、第9電阻(R9)的另一端的和激光二極管的負(fù)極接地； 所述的PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)內(nèi)部連接關(guān)系如下: PWM功率驅(qū)動(dòng)器(U3)的AVDD端和PVDD端接5V ；AGND端和PGND端接地；HIZ端接第23電阻(R23)與單片機(jī)(U4)的32腳，第23電阻(R23)另一端接地；FAULT1端腳接第24電阻(R24)與單片機(jī)(U4)的2腳，第24電阻(R24)另一端接5V ；FAULT0端接第26電阻(R26)與單片機(jī)(U4)的3腳，第26電阻(R26)另一端接5V ；IN+端、IN-端和SHUTD0WM端分別與單片機(jī)(U4)的29腳、28腳和27腳相連接；OUT+端接第4電感(L4)的一端，第4電感(L4)的另一端接第17電容(C17)與熱電制冷器(U9)的節(jié)點(diǎn)，第17電容(C17)的另一端接地；0UT-端接第5電感(L5)的一端，第5電感(L5)的另一端接第19電容(C19)與熱電制冷器(U9)的節(jié)點(diǎn)，第19電容(C19)的另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)，其特征在于所述的恒流驅(qū)動(dòng)電路(U2)的運(yùn)算放大器芯片為L(zhǎng)M2904。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)，其特征在于所述的PWM功率驅(qū)動(dòng)電路(U8)的H橋驅(qū)動(dòng)芯片為DRV592。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)，其特征在于所述的單片機(jī)為STM8S105K4。
【文檔編號(hào)】G05D23/20GK104345750SQ201310313855
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25日
【發(fā)明者】王麗娟, 王百金, 高澤光 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)