利用51单片机实现对激光器电流的精度控制

摘要: 讨论了一种大功率半导体激光控制器的设计方案,能够对激光器提供一个稳定的受控电流,并能实时监视、控制激光器的温度,以达到保护激光器的目的。主控器采用MCS251 单片机来实现对整个系统的精确控制,对电流的监控达到毫安级,温度可达0. 1 ℃。激光二极管热电制冷器驱动电路采用高效、大功率H 桥驱动集成块DRV592。与当前普遍采用分立元件设计相比,简化了80 %的设计。

引　言

近年来,随着光电技术的迅猛发展,激光器已广泛应用于医疗、国防、测量等各个领域。而环境温度变化会直接影响激光器的波长。把关键元件(如高性能晶振、SAW 滤波器、光放大器、激光二极管) 的本机温度限制在窄范围内,可以提高电子系统的精度。一般需要将温度控制在0. 1 ℃内,激光器的工作精度才能很好地保持在0. 1nm 内 。文中的设计方案能为大功率半导体激光器提供有效支持,最大电流可达2. 5A。

1 　半导体激光控制器的设计

激光控制器由受控恒流源,温度监视及控制电路,主控制器及显示器构成。整体结构原理见图1。

1. 1 　受控恒流源：

为了使激光器输出稳定的激光,对流过激光器的电流要求非常严格,供电电路必须是低噪声的稳定的恒流源。恒流源可以从0A～2. 5A 之间连续可调,以适应不同规格的半导体激光器。该恒流源是以大功率的MOS 管为核心,激光器作为负载与之串联,通过控制MOS 管的栅极,来实现对激光器电流的控制。但MOS 管是非线性器件,难以直接控制,因此必须将其转化为线性控制。

如图2 所示,在MOS 管串联一个0. 1Ω 的电阻,用于采样反馈,MOS 管的电流变化范围是0A～2.

5A ,输入控制信号的电压范围是0V～5V ,将采样电阻的电压放大20 倍正好与输入电压匹配。这样控制电压0V～5V 与电流0A～2. 5A 之间建立起线性的对应关系。但由于整个反馈是开环系统,十分容易产生自激,因此在采样电阻连一个1μF 的电容,破坏自激产生条件、消除自激,并且应采用稳定的电源以减小电压波动。