【正文】 RF3205)作為調(diào)整管,通過(guò)控制 MOS 管柵極電壓,實(shí)現(xiàn)對(duì)激光管的電流控制, 采樣電阻接在MOS管的源極(低端取樣) 。圖35 典型的積分電路根據(jù)上述分析如圖36所示，由 U3與電阻、電容構(gòu)成的積分電路，上電后即先對(duì)電容進(jìn)行充電，輸出電壓為對(duì)時(shí)間的積分，輸出電壓達(dá)到最大值后受直流電源電壓的限制，致使運(yùn)算放大器進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出電壓保持不變，而停止積分。當(dāng)輸入信號(hào)為階躍電壓時(shí)，在它的作用下，電容將以近似恒流的方式進(jìn)行充電，輸出電壓與時(shí)間t成近似線性關(guān)系，因此式中τ=RC為世間積分常數(shù)。利用虛斷和虛短的概念可得,因此有，電容器C以電流進(jìn)行充電。如圖35所示，積分電路由運(yùn)算放大器、電容和電阻構(gòu)成。圖34 U2所構(gòu)成的反相放大電路 被運(yùn)算放大器U2放大后的電壓送入下一級(jí)運(yùn)算放大器U3。如圖34所示的放大電路所示，由虛短的概念可知同相輸入端電壓等于反相輸入端電壓，同時(shí)由于同相輸入端接地，故反相輸入端的電位也接近于地電位即=0由虛斷的概念（==0）可知，=，故有由此得。圖33 系統(tǒng)中的電壓跟隨器設(shè)DAC1的電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器U1跟隨后為，送入下一級(jí)放大電路U2。圖32 電壓跟隨器的典型電路在圖33中運(yùn)算放大器U1構(gòu)成電壓跟隨器。輸入電壓DAC1首先經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器U1構(gòu)成的電壓跟隨器。圖31 模擬電路原理圖其中、的電阻值如圖中所示的阻值為10K,的大小由/決定，的大小由的阻值所決定。設(shè)DAC1的電壓經(jīng)放大器U1跟隨后為,經(jīng)U2放大后為 (為U2上的放大倍數(shù)) ,又設(shè)經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體激光器的電流為I,則流過(guò)采樣電阻R6的電流也為I ,即采樣電壓為,經(jīng)采樣放大后為,其中為AD620的放大倍數(shù)。模擬電路 單片機(jī)的晶振與復(fù)位電路AD/DA轉(zhuǎn)換按鍵與顯示模擬電路晶振電路51單片機(jī)A/D電路 D/A電路復(fù)位電路顯示電路按鍵電路圖21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框架圖3模擬電路部分的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)如圖31所示，模擬電路部分由電流設(shè)定電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、取樣及放大電路、短路保護(hù)電路、延時(shí)軟啟動(dòng)、使能電路、限流保護(hù)電路部分組成。針對(duì)以上所說(shuō)明的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框架圖如圖21所示。TLC549是8位的A/D轉(zhuǎn)換器，不僅具有多種操作方式及數(shù)據(jù)輸出方式，而且價(jià)格便宜。A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，目前市場(chǎng)上有各種型號(hào)可供選擇，但是有一些精度高的非常昂貴，不適用于一些小型的控制系統(tǒng)中。按鍵顯示器是一個(gè)系統(tǒng)的輸入與輸出窗口，操作人員需要利用按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一些參數(shù)輸入，系統(tǒng)運(yùn)行中的各種信息也是從顯示器上反應(yīng)出來(lái)的。比較而言，可嵌入操作系統(tǒng)的處理器，操作難度大，價(jià)格一般都較貴，而PIC系列的單片機(jī)價(jià)格也貴。微處理器的選則，目前微處理器也是多種多樣，較流行的上檔次的產(chǎn)品，一般都采用可嵌入操作系統(tǒng)的CPU如飛利浦的LPC21系列、LPC22系列、三星SC系列產(chǎn)品。綜合分析以上方案，我們的對(duì)硬件選擇方式也是多種多樣。其中模擬電路包括七部分：第一部分取樣及放大電路部分，第二部分短路保護(hù)電路部分，第三部分延時(shí)軟啟動(dòng)電路部分，第四部分使能控制電路，第五部分限流保護(hù)電路部分。本文介紹我們研制的一種基于單片機(jī)控制的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，該系統(tǒng)具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景。事實(shí)上,基于微型計(jì)算機(jī)的數(shù)字化控制能夠更有效地解決半導(dǎo)體激光器工作的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠性問(wèn)題。半導(dǎo)體激光器是一種以電流注入作為激勵(lì)方式的激光器,其運(yùn)行與驅(qū)動(dòng)電源有很大的關(guān)系, 瞬態(tài)的電流或電壓尖峰等許多因素都很容易損壞激光器, 電流、溫度的起伏會(huì)引起光功率的變化, 影響輸出的準(zhǔn)確、穩(wěn)定。此外,該電源還具有過(guò)流保護(hù)、延時(shí)軟啟動(dòng),可與PC機(jī)通信完成數(shù)據(jù)自動(dòng)采集等多種功能,在科研和生產(chǎn)中有很好的應(yīng)用前景。系統(tǒng)將模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合，包括取樣放大電路、保護(hù)電路以及基于XX的控制電路組成。 半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì) 目 錄摘 要 1Abstract 21前言 32系統(tǒng)方案論證與及技術(shù)路線 4 4 43模擬電路部分的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 5 6 103. 3短路保護(hù)電路 143. 4延時(shí)軟啟動(dòng) 14 15 限流保護(hù)電路 164數(shù)字電路部分的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 18 18 22 22 23 A/D轉(zhuǎn)換電路 26 D/A轉(zhuǎn)換電路 29 31 335 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā) 346 結(jié)論 36致謝 37參考文獻(xiàn) 38附錄 39摘 要半導(dǎo)體激光器(LD)是一種電流注入式電致發(fā)光器件, 其工作特性和使用壽命主要取決于驅(qū)動(dòng)電流源的性能優(yōu)劣。本文作者設(shè)計(jì)了一種數(shù)控半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，該電源采用單片機(jī)控制，通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定工作電流值和限定電流值,并在LCD 屏上顯示，同時(shí)這些設(shè)定值可存儲(chǔ)在E2PROM內(nèi)便于下次調(diào)用。結(jié)合硬件及軟件, 實(shí)現(xiàn)了激光二極管的可靠保護(hù)以及光功率的穩(wěn)定、準(zhǔn)確輸出。關(guān)鍵詞:單片機(jī) 半導(dǎo)體激光器 驅(qū)動(dòng)電源AbstractLaser diode (LD) is a current injected device whose characteristic and life are greatly dependent on the performance of LDused current supply. We designed a digital driving source for LD. The driving source is controlled by MCU. The operation current value and current limit value can be set by key board. The values can be displayed on the LCD screen and be stored in E2PROM so that these can be used next time. The system build up by analog current and digital current, include sampling amplifier current、protection current and based on AT89C52 control current. By bining appropriate hardware and software, we have achieved, in our driver, a variety of protection features. Meanwhile, we have also obtained a continuously adjustable optical power output with high accuracy and stability. In addition, it has such functions as limited current protection, soft starting delayed and automatic data acquisition by the puter through the serial port and so on. It will be widely used in the fields of scientific research and production.Key word: MCU laser diode driving source1前言半導(dǎo)體激光器具有單色性好、體積小、重量輕、能耗低、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在科研、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。有關(guān)驅(qū)動(dòng)電源的問(wèn)題因素更加受到人們的重視,目前大多都是純硬件電路系統(tǒng)。數(shù)字化、智能化也是半導(dǎo)體激光器應(yīng)用的必然發(fā)展方向。2系統(tǒng)方案論證與及技術(shù)路線通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)功能的分析，本文將硬件的實(shí)現(xiàn)分為為兩大部分，即模擬電路部分與數(shù)字電路部分。數(shù)字電路部分采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制單元，由晶振電路，復(fù)位電路，按鍵電路，液晶顯示電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等六部分外圍電路組成。首先根據(jù)要求，模擬電路中需要用到多個(gè)集成運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)電路功能，這里我們選用最為通用的集成運(yùn)算放大器芯片LM324，該芯片的每個(gè)封裝中包含有4個(gè)運(yùn)算放大器。一般較普通的都用單片機(jī)來(lái)完成，單片機(jī)種類也很多，如微芯公司的PIC系列單片機(jī)，MCS51系的單片機(jī)等等。而MCS51的89C52單片機(jī)就可以完成我們的系統(tǒng)，其價(jià)格便易，操作方便，所以選擇AT89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件。根據(jù)需要顯示的信息量的大小選擇LM016L液晶顯示模塊。結(jié)合測(cè)試精度與經(jīng)濟(jì)性，本系統(tǒng)選取了較常使用的TLC549作為A/D轉(zhuǎn)換器，TLC5615作為D/A轉(zhuǎn)換器。TLC5615是10位的D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度滿足一些基本要求，多種操作方式，適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合，通用性好，價(jià)格便宜。本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)將包括如下幾個(gè)方面。該驅(qū)動(dòng)電源電路的工作原理是:以功率器件MOS管(IRF3205)作為調(diào)整管,通過(guò)控制MOS管柵極電壓,實(shí)現(xiàn)對(duì)激光管的電流控制,采樣電阻接在MOS管的源極(低端取樣),采樣信號(hào)(反饋信號(hào)經(jīng)儀表運(yùn)放放大反饋與設(shè)定值作差 ,產(chǎn)生誤差信號(hào)，通過(guò)積分電路,調(diào)整MOS管的柵極電壓,達(dá)到設(shè)定電流為恒流輸出的目的。根據(jù)運(yùn)算放大器的虛短、虛斷原則,U3的同相輸入端和反相輸入端電壓相等 ,即+ = =0 ,則有流經(jīng)和與流過(guò)的電流大小相等,且方向相反,即可以得到當(dāng)設(shè)定好、 這些參數(shù)后，流過(guò)半導(dǎo)體激光器的電流I只與有關(guān)，即只與DAC1有關(guān)。電路設(shè)定電路由單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換輸出的電壓DAC1提供。如圖32所示電壓跟隨器就是將輸出電壓直接作為反饋電壓，利用虛短的概念得到即電壓增益，由此可知輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相同，雖然電壓跟隨器的電壓增益等于1，根據(jù)分析同相放大電路的方法，可知它的輸入電阻，輸出電阻，所以電壓跟隨器在電路中常作為阻抗變換器或緩沖器。根據(jù)上述分析電壓跟隨輸入電阻，該電路幾乎不從信號(hào)源吸取電流使得DAC1全部輸入到電路中，而輸出電阻所以當(dāng)負(fù)載變化時(shí)輸出電壓幾乎不變，從而消除了負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響，所以經(jīng)過(guò)放大器U1后輸入的電壓信號(hào)DAC1幾乎沒(méi)有變化U1起到了緩沖器的作用。U2構(gòu)成的是一個(gè)反相放大電路，并聯(lián)在輸出端與反相輸入端的電容與電阻R構(gòu)成了積分電路，這個(gè)積分電路的作用在這里起到了一個(gè)保護(hù)作用，利用對(duì)電容的充電與放電過(guò)程緩慢的將輸入電壓放大。