利用51单片机实现对激光器电流的精度控制

1. 2 　温度检测及控制电路

由于温度对激光的品质有很大影响,在电流恒定的情况下,温度每升高1 ℃,激光波长将增加大约0. 1nm ,而且温度过高将导致激光器老化甚至损坏。

并且激光器是一个电灵敏度高、成本昂贵的器件,因此控制器必须提供监控、限制和过载保护的能力 。

包括:自启动和过流保护、热电制冷器(thermoelectriccooler ,TEC) 电压、电流和温度的感测。异常工作电路停机以避免激光器元件损坏。值得注意的是:环境温度的变化对激光器的影响,要求控制器具备制冷和制热的能力。通常为使元件温度保持稳定是将把元件封闭在固定温度的恒温槽内。为了提供某种调整容限,其所选温度应高于所有条件下的环境温度。这种方法曾被广泛采用,特别是用在超稳时钟的设计中(如恒温槽控制的晶振) 。但高温应用此方法有如下缺点 : 性能(如噪声因数,速度和寿命)有所降低;环境温度处于中间范围时调整器消耗加热的功率,在环境温度处于低端时需要两倍大的功率;达到稳定温度所需的时间可能相当长。

目前采用半导体TEC 来实现,因为它可选择调整温度值处在工作温度范围的中间。TEC 可做为热泵或做为热源,这取决于电流方向。某些系统(如冰箱和大功率处理器冷却) 只用TEC 的冷却特性。另一些应用(如晶振和SAW 滤波器) 利用热流的两个模式。并且该控制器是真正双向的,使温度从冷端到热端之间没有死区。TEC 的驱动电路通常采用“H”桥式,由两个互补的达林顿管或MOS 管构成。

对H 桥的驱动宜采用开关式驱动方式,开关式驱动方式功耗小、效率高。对于开关式驱动方式可以使用LTC1923 等专用芯片驱动。其原理如图3 所示。

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。