大功率半导体激光控制器的设计方案

DRV592 是TI ( Texas Instruments) 公司出品的高效、大功率H 桥电源驱动集成块,输出电压范围从2. 8 V 到5. 5 V ,最大输出电流为3A。DRV592 需要外部PWM触发(兼容TTL 逻辑电平) ,内置过流、欠压和过热(130 ℃) 保护和电平指示。业界最小封装( 9mm ×9 mm 32 脚PowerPADTM扁平封装模式) ,具有- 40 ℃到85 ℃工业用温度范围标准。值得一提的是该芯片集成了4 个大功率MOSFET 和过载保护电路,与采用分立元件设计(见图3) 相比,简化80 %的设计。并且只需添加几个外部元件就能容易地构成精确的温度控制环路用以稳定激光二极管系统。基于DRV592 的半导体TEC 的电源驱动电路见图4。和图3 相比,可以看到基于DRV592 的TEC 电源驱动电路设计大大简化,并且DRV592 还有内置过流、欠压和过热(130°C) 保护电平指示。引脚功能见表1。

由于大电流开关电路会产生很大的噪声干扰,为减少干扰,可适当增大开关管的转换时间来降低高频开关噪声。虽然这会使开关效率降低一些,不过用这个代价换来噪声的大幅度改善还是值得的。

另外由于TEC 具有热惯性,改变状态会有一定的延迟,会给系统引起振荡。为了消除振荡,可在放大器两端并联积分电路,增加延时,消除振荡产生。要注意的是稳定的温度是由热敏电阻的反馈来决定的,因此要将TEC 与热敏电阻封装在一个模块中,使它们紧密耦合。

温度探测器的精度直接影响温度控制的效果。

温度探测电路部分与恒流源类似,采用NTC(负温度系数) 的热敏电阻作为温度探测器。其中用陶瓷粉工艺制作的NTC 元件对温度的微小变化有最大的电阻变化。特别是某些陶瓷NTC 在其寿命内(经适当老化) 具有0. 05 ℃稳定度。并且与其它温度传感相比,陶瓷NTC 的尺寸特别小。然后将热敏电阻串联入一恒流源,对热敏电阻两端电压采样,将温度变换为电信号。原理如图5 所示。

温度探测电路中采用的是TI 公司出品的CMOS单电源,低功耗双运算放大器TLC2252 。TLC225x系列具有高输入阻抗、微功耗、低噪音等优点,适用于手持移动设备。在1kHz 的噪音仅为19nV ,是同类产品的1/ 4。