一種半導體雷射器恆流驅動系統的製作方法
2023-06-18 17:10:36 2
本發明屬於恆流驅動技術領域，涉及一種半導體雷射器恆流驅動系統。
背景技術：
半導體雷射器具有高效率、小體積、輕重量、低價格等特點，因此廣泛應用在軍事、醫療、通訊等領域，起到了不可替代的作用。由於此類雷射器對於驅動電流源的浪湧、靜電和過流等十分敏感，不僅可能損害雷射器功率值，甚至可以直接影響雷射器壽命。因而在實際應用中對驅動電源的性能和保護等有著較高要求。
對於半導體雷射器的恆流驅動系統來說，通常要求恆流驅動根據不同雷射器的額定工作電流設置限流值，對於使用較長時間的雷射器，輸出功率值通常需要進行校準，這需要恆流驅動系統提供一種簡便的方法來動態調整相關的參數。
目前，對半導體雷射器恆流驅動目前有較多需要優化解決的問題，譬如恆流驅動模塊的限流保護一般由硬體設置，調整不夠便捷；對於一些陽極接管殼的雷射器配備一般的恆流驅動時需要額外對半導體雷射器做與系統機殼做絕緣，而這對於部分結構設計帶來困難，而且絕緣處理降低了雷射器的散熱性能；對於傳統採用的模擬電位器設置電平的方法，通常對於精細的電流調整有困難，並且電位器連線失效會對雷射器電流產生不可預計影響；對於雷射器的緩啟動保護和短路保護功能不能同步，且目前使用繼電器開關方式對雷射器提供短路保護的方法會對系統引入噪聲問題等。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種半導體雷射器恆流驅動系統，相比於現有技術方法，優化了恆流驅動系統保護功能，提高了對半導體雷射器的使用安全性和便捷性。
本發明所採用的技術方案是， 包括線路濾波器、AC/DC和DC/DC模塊、單片機模塊、增量式編碼器驅動模塊、ADC、DAC模塊，恆流驅動模塊、液晶顯示模塊、信息存儲模塊和功率檢測模塊。所述AC/DC和DC/DC模塊輸入端連接線路濾波器，輸出端輸出+V、GND和-V；所述增量式編碼器驅動模塊與單片機模塊相連，單片機對增量式編碼器產生脈衝次數進行計數；所述DAC模塊分別與單片機模塊和恆流驅動模塊相連，單片機將增量式編碼器脈衝計數值設置給DAC，DAC輸出對應電壓給恆流源驅動模塊控制LD電流大小；所述ADC模塊與恆流驅動模塊、功率檢測模塊和單片機模塊相連，功率檢測模塊檢測半導體內部光電二極體電流值，ADC模塊採集半導體雷射器電流值和光電二極體電流值後傳給單片機模塊；所述單片機模塊連接至信息存儲模塊和液晶顯示模塊，單片機模塊通過串口接收半導體雷射器輸出功率值與光電二極體電流值的P-I曲線數據，經過單片機擬合運算後將轉換係數傳遞給信息存儲模塊中，單片機模塊通過ADC模塊讀取半導體雷射器的電流，通過計算得到的係數運算出輸出功率值並在顯示模塊中顯示半導體雷射電流值和功率值；所述恆流驅動模塊分別與DAC模塊和ADC相連，並包括帶有同步實現的LD緩啟動和LD短接保護電路，電阻(R1)與(C2)一端、二極體(D2)陰極、(Q2)柵極，(Q3)柵極連接在一起網絡名稱為(ENABLE)，(Q2)源級與運輸放大器(U1)反向輸入端相連，二極體(D2)陽極、(Q2)漏級、(R1)一端與-V相連，(C2)的另一端、(Q3)柵極、半導體雷射二極體(LD)的陽極連接在一起，(Q3)的漏極、(Q1)源級、半導體雷射二極體(LD)的陰極連接在一起，恆流取樣電阻(R2)兩端分別與作為恆流源模塊的恆流調整管(Q1)的漏極相連，與-V相連，同時(R2)取樣得到電壓經過電阻(R3)反饋給U1的反向輸入端，U1的同相輸入端連接至DAC輸出，U1輸出通過R4驅動電流調整管(Q1) ，(R5)連接在DAC輸出電壓與(U1)同相輸入端， (C3)連接在(U1)的反向輸入端和輸出端。
所述單片機模塊的讀取的增量式編碼器的計數最大值可通過串口進行設置並將限制電流信息存儲在信息存儲模塊中，實現限制電流的調整。
所述單片機模塊通過串口接收半導體雷射器輸出功率值與光電二極體電流值的P-I曲線數據，經過單片機擬合運算後將轉換係數傳遞給信息存儲模塊中，單片機模塊通過ADC模塊讀取半導體雷射器的電流，通過計算得到的係數運算出輸出功率值並在顯示模塊中顯示功率值。
所述單片機模塊使用的單片機型號為STM32F103。
所述的信息存儲模塊為STM32103F的Flash存儲器模擬的EEPROM。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明：
圖1 為本發明實施實例提供的一種半導體雷射器恆流驅動系統的整體結構框圖。
具體實施方式
下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
圖1 為本發明實施實例提供的一種半導體雷射器恆流驅動系統的整體結構框圖。
包括線路濾波器、AC/DC和DC/DC模塊、單片機模塊、增量式編碼器驅動模塊、ADC、DAC模塊，恆流驅動模塊、液晶顯示模塊、信息存儲模塊和功率檢測模塊，所述功率檢測模塊是一個跨阻放大器，將光電二極體產生的電流值轉換為電壓值，通過ADC模塊將電壓值轉換為雷射功率值。通過單片機模塊的串口輸入半導體雷射器的輸出功率值與光電二極體對應的電流值，單片機運算將係數關係存儲進入存儲模塊，便可顯示雷射輸出功率值，所述的增量式編碼器通過旋轉產生A、B兩相高低邊沿脈衝信號，通過比較A、B兩相信號變化的前後順序來判別增量式編碼器的正反轉，設置STM32F103單片機的定時器模塊為編碼器模式對旋轉增量式編碼器所產生的脈衝加減計數。單片機模塊將計數值作為DAC輸出電壓的設置值，這樣通過調整增量式編碼器設置DAC的輸出電壓值。並且，STM32F103單片機計數器的編碼器模式可設置最大計數值，這樣可以有效限制DAC的最大電壓輸出，進而限制設置的半導體雷射器(LD)的電流值。DAC的輸出電壓值設置給運放放大器(U1)的同相輸入端，運放放大器U1輸出通過取樣電阻(R2)反饋給(U1)的反向輸入端，由於此時U1運放處於閉環負反饋控制狀態，流過雷射器(LD)的電流值計算應為DAC輸出電壓值除以取樣電阻R2的電阻值。作為半導體雷射器(LD)的恆流驅動電流源，要求電流源輸出穩定，在(U1)的反向輸入端和輸出端接入一個小容量的濾波電容，作用是限制高頻增益，保證閉環控制電流的穩定性。
所述的恆流驅動模塊中的緩啟動和短路保護電路，在系統上電瞬間，GND和-V電平迅速建立，此時(ENABLE)位置為GND電平，(Q3)由於處於開啟狀態，因而跨接在(LD)兩端的電阻非常小，可認為將(LD)短路保護，(Q2)同樣處於開啟狀態，因而DAC輸出的電壓值此時被拉為-V電平，設置雷射電流值即為0。當電容(C2)緩慢充電後，(Q3)柵極電壓下降，(Q3)的導通溝道逐漸關閉，失去(LD)短路功能，同時(Q7)導通溝道逐漸關閉，DAC輸出設置(LD)電流的電壓逐漸增大。緩啟動和短路保護並發同步工作，通過匹配(R1)與(C2)值確立時間常數，這樣可以最大限度的避免恆流源驅動的浪湧和靜電危害。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。