利用51單片機實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有很大影響,在電流恒定的情況下,溫度每升高1 ℃,激光波長將增加大約0. 1nm ,而且溫度過高將導致激光器老化甚至損壞。

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

包括:自啟動和過流保護、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境溫度。這種方法曾被廣泛采用,特別是用在超穩時鐘的設計中(如恒溫槽控制的晶振) 。但高溫應用此方法有如下缺點 : 性能(如噪聲因數,速度和壽命)有所降低;環境溫度處于中間范圍時調整器消耗加熱的功率,在環境溫度處于低端時需要兩倍大的功率;達到穩定溫度所需的時間可能相當長。

目前采用半導體TEC 來實現,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有死區。TEC 的驅動電路通常采用“H”橋式,由兩個互補的達林頓管或MOS 管構成。

對H 橋的驅動宜采用開關式驅動方式,開關式驅動方式功耗小、效率高。對于開關式驅動方式可以使用LTC1923 等專用芯片驅動。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(兼容TTL 邏輯電平) ,內置過流、欠壓和過熱(130 ℃) 保護和電平指示。業界最小封裝( 9mm ×9 mm 32 腳PowerPADTM扁平封裝模式) ,具有- 40 ℃到85 ℃工業用溫度范圍標準。值得一提的是該芯片集成了4 個大功率MOSFET 和過載保護電路,與采用分立元件設計(見圖3) 相比,簡化80 %的設計。并且只需添加幾個外部元件就能容易地構成精確的溫度控制環路用以穩定激光二極管系統。基于DRV592 的半導體TEC 的電源驅動電路見圖4。和圖3 相比,可以看到基于DRV592 的TEC 電源驅動電路設計大大簡化,并且DRV592 還有內置過流、欠壓和過熱(130°C) 保護電平指示。引腳功能見表1。