基于數字集成電路的半導體激光器電源的設計

　　軟件設計

　　軟件采用C51編寫(xiě)程序，包括主程序和中斷響應程序部分。

　　主程序主要是實(shí)現軟啟動(dòng)、慢關(guān)機和控制發(fā)火。在系統啟動(dòng)時(shí)，初始化系統后進(jìn)入人機對話(huà)界面，掃描是否有按鍵按下，若有則調用按鍵處理程序，操作者可通過(guò)鍵盤(pán)設定輸出電流輸出電壓基準值，同時(shí)顯示，以便確認。開(kāi)始工作，通過(guò)緩慢增加電壓的方式來(lái)實(shí)現系統的軟啟動(dòng)，保護LD。正常工作時(shí)，硬件電路中采樣電流信號，從數模轉換電路出來(lái)的信號經(jīng)過(guò)采樣電阻，得到相應的電壓信號，傳給單片機，送出顯示。若出現電流波動(dòng)情況則進(jìn)行PID控制，其中采用了中值與均值復合濾波方法處理。系統對D/A輸出信號調整，進(jìn)而調整輸出電流。主程序中的循環(huán)部分不斷探測LD的工作電流、工作溫度和發(fā)射功率，并顯示出來(lái)以便查看。如果出現故障，中斷信號送入單片機端口(分別相應過(guò)壓、過(guò)流、突然斷電情況)，系統分別調用中斷程序實(shí)現對系統的快速保護。主要控制功能均利用中斷實(shí)現，保證系統響應的實(shí)時(shí)性。最后當操作者按下按鍵關(guān)閉設備時(shí)，系統調用慢關(guān)閉程序，安全地停止工作。

　　數字濾波

　　對系統干擾作用的沖擊信號往往具有較寬頻譜，且具有隨機性。對此，系統采用了軟件方法對采樣信號進(jìn)行了數字平滑濾波，通過(guò)對信號進(jìn)行處理，減少干擾對有用成分的作用。常見(jiàn)數字濾波的方法有中值濾波、均值濾波等[6]。將中值濾波與均值濾波方法結合，構造一種復合濾波方法，具體做法是：首先對樣本信號排序，去掉其中的最大值和最小值，再對余下數據組成的序列計算均值作為濾波結果，這樣既可濾除沖擊干擾又保留了有用信號成分。

　　保護設置

　　軟啟動(dòng)和慢關(guān)機：系統的啟動(dòng)或關(guān)閉均由啟動(dòng)/停機鍵控制，如果判斷為開(kāi)機，則命令LD驅動(dòng)芯片預熱工作，再逐漸增大工作電流至設定值，實(shí)現軟啟動(dòng)。如果判斷為關(guān)閉，則逐漸降低工作電流直到零，實(shí)現慢關(guān)機。

　　電流過(guò)載保護：程序設定或通過(guò)鍵盤(pán)確定電流值上限值，CPU通過(guò)控制數字電位器調節激光驅動(dòng)芯片PIN21的電壓并檢測電流，保證流經(jīng)LD的電流的穩定，防止出現過(guò)流而損壞LD。實(shí)時(shí)比較電流設定值和采樣值，當實(shí)際值大于上限時(shí)，系統啟動(dòng)限流保護動(dòng)作。

　　測試結果

　　根據設計制作了數字式電源，連接現有的實(shí)驗室用的半導體激光器，進(jìn)行性能測試。

　　開(kāi)機后激光器預熱半小時(shí)，通過(guò)軟件設定方式調節激光器的工作電流至1.5A，激光器啟動(dòng)系統運行，工作電流平穩上升達到1.5A，動(dòng)態(tài)響應時(shí)間在1.5~2s之間。系統輸出電流為1.5A，連續工作4小時(shí)，每間隔10分鐘記錄1次電流，按照時(shí)間排列測試次序和相應的電流值。測試結果數據描繪曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。結果表明系統的控制電流穩定，誤差小。測試結束后關(guān)閉激光器，系統逐步減小輸出電壓信號，降低輸出功率至零后激光器停止工作。結果表明，采用數字控制方案的電源達到激光器的穩態(tài)精度要求。