智能控制的半導體激光器電源實現

本文以數字集成電路為核心，設計能夠實現智能控制的半導體激光器電源。

　　半導體激光器LD工作影響因素

　　半導體激光器的核心是PN結一旦被擊穿或諧振腔面部分遭到破壞，則無法產生非平衡載流子和輻射復合，視其破壞程度而表現為激光器輸出降低或失效。

　　造成LD損壞的原因主要為腔面污染和浪涌擊穿。腔面污染可通過凈化工作環境來解決，而更多的損壞緣于浪涌擊穿。浪涌會產生半導體激光器PN結損傷或擊穿，其產生原因是多方面的，包括：①電源開關瞬間電流;②電網中其它用電裝備起停機;③雷電;④強的靜電場等。實際工作環境下的高壓、靜電、浪涌沖擊等因素將造成LD的損壞或使用壽命縮短，因此必須采取措施加以防護。

　　傳統激光器電源是用純硬件電路實現的，采用模擬控制方式[2,3]，雖然也能較好的驅動激光，但無法實現精確控制，在很多工業應用中降低了精度和自動化程度，也限制了激光的應用。使用單片機對激光電源進行控制，能簡化激光電源的硬件結構，有效地解決半導體激光器工作的準確、穩定和可靠性等問題。隨著大規模集成電路技術的迅速發展，采用適合LD的芯片可使電源可靠性得到極大提高[4,5]。

　　系統設計

　　系統框圖見圖1。主要由以下幾部分構成。

　　供電電源：實現系統供電電壓(交流220V)與系統工作電壓之間的轉換。并采用濾波技術，使得半導體激光器工作的電壓紋波很小，保證半導體激光器的正常工作。

　　智能控制：主要由CPU來完成。LD電源工作在恒流模式下，設定電流后，CPU根據傳感器采樣的電流信號值，經過一定的算法后將輸出電壓經過運放電路送到激光器驅動芯片的反饋引腳，進行自動調節以達到設定的電流輸出，實現激光器的智能化。

　　保護電路：半導體激光器驅動系統必須配備保護電路。保護電路將減小LD實際運用中受到的外界影響，增強了系統的可靠性。這部分主要包括過溫保護、過流保護、浪涌保護等電路。

　　硬件電路

　　設計電源在連續模式下輸出電流0～1.5A連續可調，具有很高的電流穩定度和很小的紋波系數，滿足中小功率LD所要求的分辨率、穩定性和噪聲性能。

　　恒流源電路

　　LD供電電路是一個恒流源(見圖2)。ETC公司恒流源驅動芯片HY6340為核心元件。供電電壓VEE的穩定對輸出恒流信號的穩定起著重要作用，因此采用多重濾波技術，將VEE的紋波控制在lmV以下，保證HY6340芯片輸出端12、13、14引腳信號的穩定。調節5引腳和6引腳到VEE之間的電壓可以分別設定過流保護閥值和過溫保護值。在恒定電流工作方式下，通過調節21引腳的輸出電平來控制輸出電流的大小在0~1.5A之間連續可調。