利用51單片機實現對激光器電流的精度控制

摘要: 討論了一種大功率半導體激光控制器的設計方案,能夠對激光器提供一個穩定的受控電流,并能實時監視、控制激光器的溫度,以達到保護激光器的目的。主控器采用MCS251 單片機來實現對整個系統的精確控制,對電流的監控達到毫安級,溫度可達0. 1 ℃。激光二極管熱電制冷器驅動電路采用高效、大功率H 橋驅動集成塊DRV592。與當前普遍采用分立元件設計相比,簡化了80 %的設計。

引　言

近年來,隨著光電技術的迅猛發展,激光器已廣泛應用于醫療、國防、測量等各個領域。而環境溫度變化會直接影響激光器的波長。把關鍵元件(如高性能晶振、SAW 濾波器、光放大器、激光二極管) 的本機溫度限制在窄范圍內,可以提高電子系統的精度。一般需要將溫度控制在0. 1 ℃內,激光器的工作精度才能很好地保持在0. 1nm 內 。文中的設計方案能為大功率半導體激光器提供有效支持,最大電流可達2. 5A。

1 　半導體激光控制器的設計

激光控制器由受控恒流源,溫度監視及控制電路,主控制器及顯示器構成。整體結構原理見圖1。

1. 1 　受控恒流源：

為了使激光器輸出穩定的激光,對流過激光器的電流要求非常嚴格,供電電路必須是低噪聲的穩定的恒流源。恒流源可以從0A～2. 5A 之間連續可調,以適應不同規格的半導體激光器。該恒流源是以大功率的MOS 管為核心,激光器作為負載與之串聯,通過控制MOS 管的柵極,來實現對激光器電流的控制。但MOS 管是非線性器件,難以直接控制,因此必須將其轉化為線性控制。

如圖2 所示,在MOS 管串聯一個0. 1Ω 的電阻,用于采樣反饋,MOS 管的電流變化范圍是0A～2.

5A ,輸入控制信號的電壓范圍是0V～5V ,將采樣電阻的電壓放大20 倍正好與輸入電壓匹配。這樣控制電壓0V～5V 與電流0A～2. 5A 之間建立起線性的對應關系。但由于整個反饋是開環系統,十分容易產生自激,因此在采樣電阻連一個1μF 的電容,破壞自激產生條件、消除自激,并且應采用穩定的電源以減小電壓波動。