利用51單片機實現(xiàn)對激光器電流的精度控制

1. 2 　溫度檢測及控制電路

由于溫度對激光的品質(zhì)有很大影響,在電流恒定的情況下,溫度每升高1 ℃,激光波長將增加大約0. 1nm ,而且溫度過高將導(dǎo)致激光器老化甚至損壞。

并且激光器是一個電靈敏度高、成本昂貴的器件,因此控制器必須提供監(jiān)控、限制和過載保護的能力 。

包括:自啟動和過流保護、熱電制冷器(thermoelectriccooler ,TEC) 電壓、電流和溫度的感測。異常工作電路停機以避免激光器元件損壞。值得注意的是:環(huán)境溫度的變化對激光器的影響,要求控制器具備制冷和制熱的能力。通常為使元件溫度保持穩(wěn)定是將把元件封閉在固定溫度的恒溫槽內(nèi)。為了提供某種調(diào)整容限,其所選溫度應(yīng)高于所有條件下的環(huán)境溫度。這種方法曾被廣泛采用,特別是用在超穩(wěn)時鐘的設(shè)計中(如恒溫槽控制的晶振) 。但高溫應(yīng)用此方法有如下缺點 : 性能(如噪聲因數(shù),速度和壽命)有所降低;環(huán)境溫度處于中間范圍時調(diào)整器消耗加熱的功率,在環(huán)境溫度處于低端時需要兩倍大的功率;達到穩(wěn)定溫度所需的時間可能相當長。

目前采用半導(dǎo)體TEC 來實現(xiàn),因為它可選擇調(diào)整溫度值處在工作溫度范圍的中間。TEC 可做為熱泵或做為熱源,這取決于電流方向。某些系統(tǒng)(如冰箱和大功率處理器冷卻) 只用TEC 的冷卻特性。另一些應(yīng)用(如晶振和SAW 濾波器) 利用熱流的兩個模式。并且該控制器是真正雙向的,使溫度從冷端到熱端之間沒有死區(qū)。TEC 的驅(qū)動電路通常采用“H”橋式,由兩個互補的達林頓管或MOS 管構(gòu)成。

對H 橋的驅(qū)動宜采用開關(guān)式驅(qū)動方式,開關(guān)式驅(qū)動方式功耗小、效率高。對于開關(guān)式驅(qū)動方式可以使用LTC1923 等專用芯片驅(qū)動。其原理如圖3 所示。

DRV592 是TI ( Texas Instruments) 公司出品的高效、大功率H 橋電源驅(qū)動集成塊,輸出電壓范圍從2. 8 V 到5. 5 V ,最大輸出電流為3A。DRV592 需要外部PWM觸發(fā)(兼容TTL 邏輯電平) ,內(nèi)置過流、欠壓和過熱(130 ℃) 保護和電平指示。業(yè)界最小封裝( 9mm ×9 mm 32 腳PowerPADTM扁平封裝模式) ,具有- 40 ℃到85 ℃工業(yè)用溫度范圍標準。值得一提的是該芯片集成了4 個大功率MOSFET 和過載保護電路,與采用分立元件設(shè)計(見圖3) 相比,簡化80 %的設(shè)計。并且只需添加幾個外部元件就能容易地構(gòu)成精確的溫度控制環(huán)路用以穩(wěn)定激光二極管系統(tǒng)?；贒RV592 的半導(dǎo)體TEC 的電源驅(qū)動電路見圖4。和圖3 相比,可以看到基于DRV592 的TEC 電源驅(qū)動電路設(shè)計大大簡化,并且DRV592 還有內(nèi)置過流、欠壓和過熱(130°C) 保護電平指示。引腳功能見表1。