本實用新型專利技術公開了一種半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置。本實用新型專利技術由中央處理器控制單元、DA轉換單元、恒流源電路單元、系統供電單元、半導體激光器和溫度控制單元、電流、溫度檢測單元、AD轉換單元組成，中央處理器控制器單元包括中央控制器、PC機、串口通訊；恒流源電路單元包括反饋積分電路、電流限制電路，系統供電單元由5V/6A電源構成，半導體激光器和溫度控制單元由MAX1978溫度控制芯片、半導體激光器組成，電流、溫度檢測單元包括高精度采樣電阻、反饋差分放大電路。本實用新型專利技術通過自動調節流過激光器的電流大小和控制激光器的工作溫度，實現了激光器的輸出光功率、光波長的長期工作穩定。
【技術實現步驟摘要】
本實用型新涉及一種半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置。
技術介紹
半導體激光器具有體積小、效率高、可靠性強、易于調制等特點，被廣泛應用在光通訊、光傳感檢測領域，根據其自身的發光原理，激光器是一種電流驅動型器件，其出光功率和波長易受環境溫度和自身驅動電流的影響。伴隨著溫度升高，激光器的閾值電流將會增大自由載流子的吸收損耗增加，外微量子效率將降低，相當部分的電功率轉化為熱能，使得輸出功率變小;其次電流引起的波長漂移系數達0.02nm/mA，溫度引起的紅移現象使得波長漂移系數達0.2?0.4nm/°C。激光器輸出光的穩定性能是實現光傳感技術必要條件，而驅動電流和工作溫度的穩定是保證激光器輸出光功率和波長穩定的前提。現有的半導體激光器多采用功率MOSFET作為電流控制器件和電壓直接反饋保證電流穩定，存在電流保護電路過于復雜，電流穩定性低等缺陷。
技術實現思路
針對
技術介紹
的不足，本實用型新的目的在于提供一種半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置，通過自動調節控制電流和溫度的穩定，并結合限流保護電路，確保最大輸出電流不超過半導體激光器所允許的能通過的最大電流，實現了激光器輸出光功率和光波長的穩定。為了實現上述目的，本實用型新所采用的技術方案是:本技術由中央處理器控制單元、DA轉換單元、恒流源電路單元、系統供電單元、半導體激光器和溫度控制單元、電流、溫度檢測單元、AD轉換單元組成，其中中央處理器控制器單元包括中央控制器、PC機、串口通訊，DA轉換單元為DA轉換芯片，該芯片具有A\B兩個模擬輸出口，恒流源電路單元包括反饋積分電路、電流限制電路，系統供電單元由5V/6A電源構成，半導體激光器和溫度控制單元由MAX1978溫度控制芯片、半導體激光器組成，半導體激光器內封裝了半導體制冷片TEC和熱敏電阻NTC，電流、溫度檢測單元包括采樣電阻、反饋差分放大電路，AD轉換單元是兩個單通道12位AD轉換芯片，分別用來監測恒流源輸出電流和熱敏電阻兩端的電壓值;其連接關系是:系統供電單元連接至各模塊電源處為其供電，中央控制器的串口通訊引腳通過MAX3232串口通訊芯片連接PC機的串口通訊，DA轉換芯片的輸入管腳連接至中央控制器的I/O引腳，DA轉換芯片的模擬輸出A 口連接至反饋積分電路中的差分放大器同向輸入端，DA轉換芯片的模擬輸出B 口連接至MAX1978芯片的FB-管腳，用于設定參考溫度值的電壓值，反饋積分電路中的輸出端連接至電流限制電路的同向輸入端，電流限制電路輸出端連接至采樣電阻，采樣電阻的另一端連接半導體激光器的正向輸入端ld+，采樣電阻的兩端同時連接至反饋差分放大電路的同向、反向輸入端，反饋差分放大電路的輸出端連接至反饋積分電路的反向輸出端，并同時連接至AD轉換單元中的第一個單通道12位AD轉換芯片的輸入端，監測電流值，半導體激光器內部熱敏電阻NTC的電壓輸出管腳連接至溫度控制芯片MAX1978的FB+引腳，并連接AD轉換單元中的第二個單通道12位AD轉換芯片的輸入端，監測由半導體激光器內部溫度變化引起熱敏電阻阻值變化而導致的電壓變化，MAX1978溫度控制芯片的兩個電流輸出管腳分別連接半導體激光器內部半導體制冷片的兩個正負極端子。進一步說，所述的反饋積分電路是由低噪聲COMS軌至軌精密運算放大器組成，反向輸入端INA-連接反饋差分放大電路的輸出端，并連接InF的電容至輸出端OUT，同向輸入端INA+連接至DA轉換器的模擬輸出管腳A 口。進一步說，所述的采樣電阻阻值為2歐姆。進一步說，所述的電流限制電路為軌至軌限流0PA567芯片，該芯片的ISET管腳連接阻值為5.67K Ω至地，設置最大輸出電流為2.03A，不超出半導體激光器的最大電流2.4A。與技術背景相比，本實用型新的有益效果是:本實用型新提供一種半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置，通過電流、溫度自動調節，并結合限流保護電路，簡化了溫度控制電路和電流保護電路，達到了電流精度保證在0.06mA，穩定性能達到1.17 X 10—4，溫度精度達到0.2°C，2小時內溫度穩定性達到0.2°C，保證了流入半導體激光器工作電流和內部工作溫度的穩定，實現了激光器輸出光性能的穩定。【附圖說明】圖1是本實用型新的半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置總示意圖；圖2是本實用型新的半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置模塊結構示意圖；圖3是本實用型新的半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置具體電路連接示意圖；圖4是本實用型新的半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置積分電路示意圖。圖中1.中央處理器控制單元，2.DA轉換單元，3.恒流源電路單元，4.系統供電單元，5.半導體激光器和溫度控制單元，6.電流、溫度檢測單元，7.AD轉換單元，8.中央控制器，9.PC機，10.串口通訊，11.DA轉換芯片，12.反饋積分電路，13.電流限制電路，14.高精度采樣電阻，15.MAXl 978溫度控制芯片，16.半導體激光器。【具體實施方式】本技術包括中央處理器控制單元、DA轉換單元、恒流源電路單元、系統供電單元、半導體激光器和溫度控制單元、電流、溫度檢測單元、DA轉換單元;在串口通訊中，PC機設定的激光器的電流值和參考溫度電壓值，通過串口將數據傳至中央處理器中，其中數據中包含了DA芯片A/B輸出口打開的命令和DA增益命令，反饋積分電路的同向輸入端連接DA芯片的A輸出口，B輸出口連接至MAX1978的FB+，用于設定參考溫度。積分電路的輸出端連接至電流限制芯片0PA567的輸入端，此時電流限制芯片0PA567的輸出端電壓與輸入電壓相等，同時在電流限制芯片0PA567的電流限制管腳連接一個阻值為5.67K Ω的電阻，設定流入激光器的最大輸出電流不超過2.4A，在激光器Id+的前端放置2歐姆的精密采樣電阻，此時流經激光器的電流為精密采樣電阻的兩端電壓的1/2，1/2采樣電阻兩端的電壓值即為當前電流值，此電壓通過反饋差分放大電路反饋至反饋積分電路，使得流入半導體激光器電流的穩定，消除了電流微小變化而引起的激光器輸出光功率、光波長不穩定的影響。電阻兩端的電壓通過一個反饋差分放大電路連接至積分電路的反向輸入端，根據積分電路的特性，最終通過電容的充放電特性，保證了反饋積分電路的輸出為穩定電壓值。半導體激光器內部封裝了半導體制冷片(TEC)和負溫度系數熱敏電阻(NTC)，其中半導體制冷片(TEC)的為PN結，改變流過PN結電流的方向，制冷面和制熱面相互對調，半導體制冷片(TEC)的兩端分別連接至MAX1978的兩個電流輸出端，負溫度系數熱敏電阻(NTC)隨著溫度的升高電阻減小，在25°C時，阻值為1K Ω。熱敏電阻的輸出端連接至MAX1978的FB-，比較FB-和FB+電壓的大小，它們之間的差值通過集成的PID網絡，最終改變MAXl 978的兩個電流輸出端的極性屬性，從而控制流入制冷片的電流方向和大小，最終實現了溫度的穩定控制，反饋差分放大器和負溫度系數熱敏電阻(NTC)的輸出分別連接至兩個AD轉換器，并將采集的數據通過串口上傳至PC，實時顯示當前的溫度對應熱敏電阻的電壓值和流入激光器的電流值。以下結合附圖對本技術做進一步說明。如圖1，圖1為本實施例的半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置總示本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種半導體激光器電源驅動和溫度控制裝置，其特征在于：它由中央處理器控制單元（1）、DA轉換單元（2）、恒流源電路單元（3）、系統供電單元（4）、半導體激光器和溫度控制單元（5）、電流、溫度檢測單元（6）、AD轉換單元（7）組成，其中中央處理器控制單元（1）包括中央控制器（8）、PC機（9）、串口通訊（10），DA轉換單元（2）為DA轉換芯片（11），該芯片具有A\B兩個模擬輸出口，恒流源電路單元（3）包括反饋積分電路（12）、電流限制電路（13），系統供電單元（4）由5V/6A電源構成，半導體激光器和溫度控制單元（5）由MAX1978溫度控制芯片（15）、半導體激光器（16）組成，半導體激光器內封裝了半導體制冷片TEC和熱敏電阻NTC，電流、溫度檢測單元（6）包括采樣電阻（14）、反饋差分放大電路（17），AD轉換單元（7）是兩個單通道12位AD轉換芯片，分別用來監測恒流源輸出電流和熱敏電阻兩端的電壓值；其連接關系是：系統供電單元（4）連接至各模塊電源處為其供電，中央控制器（8）的串口通訊引腳通過MAX3232串口通訊芯片連接PC機（9）的串口通訊（10），DA轉換芯片（11）的輸入管腳連接至中央控制器（8）的I/O引腳，DA轉換芯片（11）的模擬輸出A口連接至反饋積分電路（12）中的差分放大器同向輸入端，DA轉換芯片（11）的模擬輸出B口連接至MAX1978芯片的FB?管腳，用于設定參考溫度值的電壓值，反饋積分電路（12）中的輸出端連接至電流限制電路（13）的同向輸入端，電流限制電路（13）輸出端連接至采樣電阻（14），采樣電阻（14）的另一端連接半導體激光器的正向輸入端ld+，采樣電阻（14）的兩端同時連接至反饋差分放大電路（17）的同向、反向輸入端，反饋差分放大電路（17）的輸出端連接至反饋積分電路（12）的反向輸出端，并同時連接至AD轉換單元（7）中的第一個單通道12位AD轉換芯片的輸入端，監測電流值，半導體激光器（16）內部熱敏電阻NTC的電壓輸出管腳連接至溫度控制芯片MAX1978的FB+引腳，并連接AD轉換單元（7）中的第二個單通道12位AD轉換芯片的輸入端，監測由半導體激光器（16）內部溫度變化引起熱敏電阻阻值變化而導致的電壓變化，MAX1978溫度控制芯片（15）的兩個電流輸出管腳分別連接半導體激光器（16）內部半導體制冷片的兩個正負極端子。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：羅亮，劉澤國，王嬋媛，胡佳成，
申請(專利權)人：中國計量學院，
類型：新型
國別省市：浙江;33
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