利用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器電流的精度控制

摘要: 討論了一種大功率半導(dǎo)體激光控制器的設(shè)計(jì)方案,能夠?qū)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/激光器">激光器提供一個(gè)穩(wěn)定的受控電流,并能實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制激光器的溫度,以達(dá)到保護(hù)激光器的目的。主控器采用MCS251 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的精確控制,對(duì)電流的監(jiān)控達(dá)到毫安級(jí),溫度可達(dá)0. 1 ℃。激光二極管熱電制冷器驅(qū)動(dòng)電路采用高效、大功率H 橋驅(qū)動(dòng)集成塊DRV592。與當(dāng)前普遍采用分立元件設(shè)計(jì)相比,簡(jiǎn)化了80 %的設(shè)計(jì)。

引　言

近年來,隨著光電技術(shù)的迅猛發(fā)展,激光器已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、國(guó)防、測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。而環(huán)境溫度變化會(huì)直接影響激光器的波長(zhǎng)。把關(guān)鍵元件(如高性能晶振、SAW 濾波器、光放大器、激光二極管) 的本機(jī)溫度限制在窄范圍內(nèi),可以提高電子系統(tǒng)的精度。一般需要將溫度控制在0. 1 ℃內(nèi),激光器的工作精度才能很好地保持在0. 1nm 內(nèi) 。文中的設(shè)計(jì)方案能為大功率半導(dǎo)體激光器提供有效支持,最大電流可達(dá)2. 5A。

1 　半導(dǎo)體激光控制器的設(shè)計(jì)

激光控制器由受控恒流源,溫度監(jiān)視及控制電路,主控制器及顯示器構(gòu)成。整體結(jié)構(gòu)原理見圖1。

1. 1 　受控恒流源：

為了使激光器輸出穩(wěn)定的激光,對(duì)流過激光器的電流要求非常嚴(yán)格,供電電路必須是低噪聲的穩(wěn)定的恒流源。恒流源可以從0A～2. 5A 之間連續(xù)可調(diào),以適應(yīng)不同規(guī)格的半導(dǎo)體激光器。該恒流源是以大功率的MOS 管為核心,激光器作為負(fù)載與之串聯(lián),通過控制MOS 管的柵極,來實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器電流的控制。但MOS 管是非線性器件,難以直接控制,因此必須將其轉(zhuǎn)化為線性控制。

如圖2 所示,在MOS 管串聯(lián)一個(gè)0. 1Ω 的電阻,用于采樣反饋,MOS 管的電流變化范圍是0A～2.

5A ,輸入控制信號(hào)的電壓范圍是0V～5V ,將采樣電阻的電壓放大20 倍正好與輸入電壓匹配。這樣控制電壓0V～5V 與電流0A～2. 5A 之間建立起線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但由于整個(gè)反饋是開環(huán)系統(tǒng),十分容易產(chǎn)生自激,因此在采樣電阻連一個(gè)1μF 的電容,破壞自激產(chǎn)生條件、消除自激,并且應(yīng)采用穩(wěn)定的電源以減小電壓波動(dòng)。