高精度半導體激光器驅(qū)動電源系統(tǒng)的設(shè)計
O 引 言
半導體激光器(LD)是一種固體光源,由于其具有單色性好,體積小,重量輕,價格低廉,功耗小等一系列優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用。LD是理想的電子-光子直接轉(zhuǎn)換器件,有很高的量子效率,微小的電流和溫度變化都將導致其輸出光功率的很大變化。因此,LD的驅(qū)動電流要求非常高,必須是低噪聲、穩(wěn)定度高的恒流源,一般電源很難滿足要求。此外,瞬態(tài)的電流或電壓尖峰脈沖,以及過流、過壓都會損壞半導體激光器。這里將以TI公司的DSP芯片TMS320F2812為控制核心,實現(xiàn)帶有多種保護的雙閉環(huán)高精度半導體激光驅(qū)動電源系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
恒流源一般采用集成運算放大器和一些分立元器件及單片機構(gòu)成的“壓控恒流源”方法實現(xiàn),與純模擬元件構(gòu)成的恒流源相比,這種方法在恒流精度和線性度上都有明顯的提高。但是該方法中單片機是用作顯示與控制電壓的給定,并未對輸出電流實時檢測和控制,屬于開環(huán)控制系統(tǒng),影響了恒流源的穩(wěn)定性及精度。該系統(tǒng)由“壓控恒流”電路、信號采樣和調(diào)理電路、保護電路、鍵盤、LCD顯示、RS 232通信接口以及DSP處理器等環(huán)節(jié)組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
通過鍵盤輸入給定,并在LCD上顯示,同時經(jīng)F2812運算處理后輸出相應(yīng)占空比的PWM信號。PWM經(jīng)低通濾波器、放大調(diào)理后實現(xiàn)D/A變換并作為“壓控恒流”模塊(V-I Constant Current)的控制電壓實現(xiàn)“壓控恒流”。F2812實時對輸出的電流采樣,采樣數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字濾波、分析處理后與給定電流值相比較,得到差值作為PI調(diào)節(jié)算法表達式中的輸入量,通過PI運算得到控制量Uk來調(diào)整PWM的輸出實現(xiàn)恒流。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 直流電源模塊實現(xiàn)
直流電源模塊主要由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓和“擴流電路”組成。直流電源模塊如圖2所示。+15 V用于“壓控恒流模塊”和運算放大器供電;-15 V用于運算放大器負電源供電;+5 V用于數(shù)控模塊供電。將+5 V用高精度、高穩(wěn)定性的穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后再為DSP處理器供電。
“擴流電路”由電阻Rp3和大功率達林頓管TIP147組成,調(diào)節(jié)Rp3可使+15 V電流得到2 A以上的大電流輸出。為減少直流電流中紋波采用RC-π型有源濾波方法,變阻Rp1,Q1,C3與Rp2,Q2,C4組成兩個RC濾波電路分別對+15 V和-15 V電源高效濾波。為NPN型晶體管,利用晶體管的電流放大作用可以間接增大濾波電容的容值。
假若Q1和Q2放大倍數(shù)為β1和β2,則Q1,Q2基極電容C3,C1等效到射極,分別就為(1+β1)C3和(1+β2)C4,從實現(xiàn)大電阻大電容濾波并減小了電路的體積。圖中D5,D6為電源故障顯示,D7和D8起保護穩(wěn)壓器LM7815,LM7915的作用。當輸出端有負載時,如果LM7915穩(wěn)壓器的輸入端開路,這時LM7915無輸出,+15 V經(jīng)負載加到LM7915的輸出端以致?lián)p壞LM7915。LM7815的保護原理相同。
評論