利用51單片機實(shí)現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(cháng)將增加大約0. 1nm ,而且溫度過(guò)高將導致激光器老化甚至損壞。

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

包括:自啟動(dòng)和過(guò)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定是將把元件封閉在固定溫度的恒溫槽內。為了提供某種調整容限,其所選溫度應高于所有條件下的環(huán)境溫度。這種方法曾被廣泛采用,特別是用在超穩時(shí)鐘的設計中(如恒溫槽控制的晶振) 。但高溫應用此方法有如下缺點(diǎn) : 性能(如噪聲因數,速度和壽命)有所降低;環(huán)境溫度處于中間范圍時(shí)調整器消耗加熱的功率,在環(huán)境溫度處于低端時(shí)需要兩倍大的功率;達到穩定溫度所需的時(shí)間可能相當長(cháng)。

目前采用半導體TEC 來(lái)實(shí)現,因為它可選擇調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(如冰箱和大功率處理器冷卻) 只用TEC 的冷卻特性。另一些應用(如晶振和SAW 濾波器) 利用熱流的兩個(gè)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(méi)有死區。TEC 的驅動(dòng)電路通常采用“H”橋式,由兩個(gè)互補的達林頓管或MOS 管構成。

對H 橋的驅動(dòng)宜采用開(kāi)關(guān)式驅動(dòng)方式,開(kāi)關(guān)式驅動(dòng)方式功耗小、效率高。對于開(kāi)關(guān)式驅動(dòng)方式可以使用LTC1923 等專(zhuān)用芯片驅動(dòng)。其原理如圖3 所示。

DRV592 是TI ( Texas Instruments) 公司出品的高效、大功率H 橋電源驅動(dòng)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) ,內置過(guò)流、欠壓和過(guò)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(gè)大功率MOSFET 和過(guò)載保護電路,與采用分立元件設計(見(jiàn)圖3) 相比,簡(jiǎn)化80 %的設計。并且只需添加幾個(gè)外部元件就能容易地構成精確的溫度控制環(huán)路用以穩定激光二極管系統?；贒RV592 的半導體TEC 的電源驅動(dòng)電路見(jiàn)圖4。和圖3 相比,可以看到基于DRV592 的TEC 電源驅動(dòng)電路設計大大簡(jiǎn)化,并且DRV592 還有內置過(guò)流、欠壓和過(guò)熱(130°C) 保護電平指示。引腳功能見(jiàn)表1。