CN102931579A - 一种带制冷激光器驱动控制装置及驱动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带制冷激光器驱动控制装置及驱动控制方法，该驱动控制装置包括MCU控制单元、温度控制及监测电路、驱动电流控制及监测电路；所述的温度控制及监测电路包括TEC驱动源、TEC电流监测电路、TEC电压监测电路和温度监测电路；所述的驱动电流控制及监测电路包括LD驱动源、LD电流监测电路、LD电压监测电路、PD偏置源、PD电流监测电路、PD电压监测电路和电信号输入输出接口组成。采用本发明的驱动控制装置，可以方便有效的对带制冷激光器实现驱动控制，检测连接及器件内部元件故障、便于大规模生产测试控制，有效保护激光器。

Description

一种带制冷激光器驱动控制装置及驱动控制方法

技术领域

本发明涉及一种带制冷激光器驱动控制装置及驱动控制方法，尤其涉及一种带制冷器控制、激光器驱动电流、背光电流控制及检测的电路。

背景技术

带制冷器的激光器是现代光电子领域中一个重要的将电转化为光的器件,其为光通信系统设备中的关键器件。带制冷器的激光器在大规模生产测试及性能检测过程中，通常采用器件夹具对激光器的各管脚与电路板进行连接，由于器件夹具在长期的生产测试及高低温老化过程中并不能保证完全可靠连接，因此经常会出现器件管脚夹持松动的现象。对于带制冷器的激光器控制的电路，如果正常工作过程中温度检测电路的管脚出现松动会直接导致对激光器制冷电流输出的失控，使得激光器内部的热电材料大量发热，从而造成激光器内部的焊料融化导致激光器永久损坏。因此通常带制冷激光器的驱动控制电路并不适用于没有可靠连接的激光器大规模生产测试及性能检测环境中。带制冷激光器的大规模生产测试及性能检测中需要一种能够满足在没有可靠连接的环境中对带制冷激光器提供有效驱动保护的电路模块。

发明内容

本发明提出一种带制冷激光器驱动控制装置及驱动控制方法，实现了在没有可靠连接的环境中的有效驱动保护及控制，避免器件驱动控制电路因各种原因出现失控，使得激光器内部的热电材料大量发热，从而造成激光器内部的焊料融化导致激光器永久损坏的情况出现。

本发明提出一种带制冷激光器驱动控制装置，包括MCU控制单元、温度控制及监测电路、驱动电流控制及监测电路；所述的温度控制及监测电路包括TEC驱动源、TEC电流监测电路、TEC电压监测电路和温度监测电路；所述的驱动电流控制及监测电路包括LD驱动源、LD电流监测电路、LD电压监测电路、PD偏置源、PD电流监测电路、PD电压监测电路和电信号输入输出接口。

所述的TEC电流监测电路分别与电信号输入输出接口、TEC驱动源、MCU控制单元相连；所述的TEC电压监测电路分别与TEC驱动源、MCU控制单元相连；所述的温度监测电路同电信号输入输出接口、MCU控制单元相连；LD电流监测电路分布与电信号输入输出接口、LD驱动源、MCU控制单元相连；LD电压监测电路分布与LD驱动源、MCU控制单元相连；PD电流监测电路分布与电信号输入输出接口、PD偏置源、MCU控制单元相连；PD电压监测电路分布与PD偏置源、电信号输入输出接口、MCU控制单元相连；所述的MCU控制单元还分别与TEC驱动源、LD驱动源、PD偏置源；所述的电信号输入输出接口还分别与TEC驱动源、LD驱动源、PD偏置源连接。

本发明还提出一种带制冷激光器驱动控制方法，包括以下几个步骤：

步骤一：MCU控制单元通过TEC驱动源、TEC电流监测电路、TEC电压监测电路、温度监测电路顺次进行热敏电阻连线测试、背光探测器连线测试、激光器连线测试、制冷器连线测试的顺序依次进行器件的连线测试；当任一测试过程不通过时，由MCU控制单元立即显示连线故障告警信息，并终止下一步测试；当全部连线测试通过时，进入步骤二。

步骤二：在MCU控制单元控制下，依次对待测器件进行制冷器及热敏电阻功能测试、激光器功及背光探测器功能测试；当任一功能测试不通过时由MCU控制单元立即显示功能故障告警信息，并终止下一步测试；当全部功能测试通过时，进入步骤三。

步骤三：带制冷激光器在MCU控制单元控制下按设定要求控制待测激光器的驱动电流及工作温度。

MCU控制单元实时监测热敏电阻的温度范围，并当发生超时超出设定温度的情况时立即停止加载驱动电源并告警。

步骤四：MCU控制单元在线监测制冷器的驱动电流及制冷器两端电压；如果制冷器两端电压超出设定值或制冷器工作电流失控时，由MCU控制单元立即关断TEC驱动源和LD驱动源，并告警显示故障原因。

本发明具有的优点在于： 

1、本发明提出一种带制冷激光器驱动控制装置及驱动控制方法，采用本发明的驱动控制装置，可以方便有效的对带制冷激光器实现驱动控制，检测连接及器件内部元件故障、便于大规模生产测试控制，有效保护激光器。

2、本发明提出一种带制冷激光器驱动控制装置及驱动控制方法，采用单片机对激光器硬件连线、器件内部元件进行在线检测、实现了对各种连线故障及器件内部元件故障的有效处理、保护了激光器免受彻底损坏。由于本控制装置有对激光器硬件连接、及器件内部元件状态在线检测，相比常规的激光器驱动电路具有更高的可靠性和保护性能，可以应用于需要经常插拔测试、连接可靠性不高等生产、研发测试环节。这样采用驱动控制装置及其驱动控制方法，可以方便有效的对带制冷激光器实现驱动控制，检测连接及器件内部元件故障、便于大规模生产测试控制，有效保护激光器。

3、本发明提出一种带制冷激光器驱动控制装置及驱动控制方法，由于可在线监测激光器的各连接、性能参数，可通过MCU控制处理器方便的将监测到的数据输出给上位终端进行分析研究、加以改进从而提高产品质量和性能。

附图说明

图1是本发明提出的带制冷激光器驱动控制装置的内部结构示意图。

图中：

1-TEC驱动源；

2-TEC电流监测电路；

3-TEC电压监测电路；

4-温度监测电路；

5-MCU控制单元；

6-LD驱动源；

7-LD电流监测电路；

8-LD电压监测电路；

9-PD偏置源；

10-PD电流监测电路；

11-PD电压监测电路；

12-电信号输入输出接口；

101-温度控制及监测电路；

102-驱动电流控制及监测电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明公开了一种有效保护激光器的带制冷激光器驱动控制电路，该驱动控制电路由单一电源供电，如图1所示，由温度控制及监测电路101、驱动电流控制及监测电路102、MCU控制单元5组成。所述的MCU控制单元5对温度控制及监测电路101、驱动电流控制及监测电路102进行控制管理。通过本发明实现对带制冷激光器驱动电流的输出控制、制冷器电流的输出控制，以及驱动电流、背光电流、工作温度、制冷电流的监测应用，具体的说，本发明可实现对带制冷激光器各工作单元（包括制冷器、热敏电阻、激光器管芯、背光探测器）的硬件连接测试、在线监测、控制，实现在没有可靠连接的环境下对带制冷激光器进行有效驱动保护。

所述的带制冷激光器通常包括以下八个引脚，分别为：TEC+引脚、TEC-引脚、LD+引脚、LD-引脚、PD+引脚、PD-引脚、RTH入引脚和RTH出引脚，不同的带制冷激光器设计也可能存在上述八个引脚共用的情况，但基本功能不变。带制冷器激光器在大规模生产测试及性能检测过程中，通常我们需要保证上述八个引脚的可靠连接。

（一）本发明中带制冷激光器驱动控制电路中温度控制及监测电路101的结构、功能及工作原理如下：

所述的温度控制及监测电路101由TEC驱动源1、TEC电流监测电路2、TEC电压监测电路3和温度监测电路4组成，在MCU控制单元5的控制下，通过温度检测电路4检测外部器件（即带制冷激光器）的内部温度。根据设定的目标温度值，由MCU控制单元5来调整TEC驱动源1输出的制冷电流的大小和方向，以使得外部器件（即带制冷激光器）的内部温度稳定在设定的温度范围内。

TEC电流监测电路2、TEC电压监测电路3及温度监测电路4用于监测外部器件即带制冷激光器的TEC+引脚、TEC-引脚、RTH入引脚、RTH出引脚的连线是否正常，及同时用于监测外部器件（即带制冷激光器）的内部的电子元件（即制冷器、热敏电阻）是否工作正常。

（1）TEC电压监测电路3对带制冷激光器内部制冷器的监测及连线检测原理为：在外部待测器件的管脚（TEC+引脚、TEC-引脚）同电信号输入输出接口12连接好后，MCU控制单元5控制TEC驱动源1通过TEC+引脚、TEC-引脚给激光器内的制冷器TEC加载驱动电流后，MCU控制单元5通过TEC电压监测电路3得到激光器内部制冷器TEC两端电压，根据制冷器TEC的参考电阻乘以TEC驱动电流即可以计算出制冷器TEC两端的目标电压，将该计算得到的目标电压同MCU控制单元5通过TEC电压监测电路3得到激光器内部制冷器TEC两端电压进行比较： 

通常情况下加载100毫安制冷电流时，由于制冷器TEC参考电阻通常为1～2欧姆，因此计算出的目标电压为100毫伏～200毫伏，假定计算而来的目标电压为a毫伏，实际测量值为b毫伏。

差异较小情况：如当a×1.1>b>a×0.9时，可认为计算得到的目标电压与制冷器两端实际测得的电压差异较小，其中1.1为上限系数，0.9为下限系数，上下限系数由TEC电压监测电路3的精度来决定的，具体系数取值多少可由实际TEC电压监测电路3的精度来确定一个合适的值，以确保正常连线时的实际测量值b落在上下限设定范围内，这里通常选择上下线系数为1.1和0.9，如满足差异较小的情况则说明激光器内部制冷器及连线都正常。

差异较大情况：

1）b<<a,这种情况通常是实际测量值b几乎等于0（受不同的TEC电压监测电路3精度影响，通常实际测量值b会小于1毫伏）则说明激光器制冷器连线短路或激光器内部TEC短路。

2）b>>a,这种情况通常是实际测量值b几乎等于TEC驱动源1的输入电压（受不同的TEC电压监测电路3精度影响，按TEC驱动源1供电输入为5000毫伏计算，通常实际测量值b会大于3000毫伏）则说明带制冷激光器内部的制冷器连线断路或激光器内部制冷器TEC断路。

（2）温度检测电路4对激光器中热敏电阻监测及连线的检测原理为：在外部待测器件的管脚（RTH入引脚、RTH出引脚）同电信号输入输出接口12连接好后，温度监测电路4通过RTH入引脚、RTH出引脚给外部器件（带制冷激光器）内的热敏电阻加载测试电流后，通过温度监测电路4检测热敏电阻两端电压差，并将该电压差反馈给MCU控制单元5，进而通过MCU控制单元5换算成温度值，MCU控制单元5通过检测到的热敏电阻两端电压差来判断热敏电阻连线及元件本身是否正常，目标电压由加载的测试电流与热敏电阻阻值共同确定。

通常情况下加载0.1毫安测试电流时，由于常温时激光器内的热敏电阻阻值为10000欧姆，因此计算出的目标电压为1000毫伏（不同温度下应选用热敏电阻在该温度下的实际电阻值进行计算），假定计算而来的目标电压为c毫伏实际测量值为d毫伏。

差异较小情况：如当c*1.1>d>c*0.9时，可认为差异较小，则说明热敏电阻连线正常。1.1为上限系数、0.9为下限系数，上下限系数由电路的精度来决定的，具体系数取值多少可由实际温度监测电路4的精度来确定一个合适的值，以确保正常连线时的测量值d落在上下限设定范围内，这里通常按1.1、0.9计算；

差异较大情况：1）d<<c,这种情况通常是测量值d几乎等于0（受不同的温度监测电路4精度影响，测量值略有不同，但通常测量值会小于10毫伏）则说明热敏电阻连线短路或元件损坏。

2）d>>c,这种情况通常是测量值d几乎等于给热敏电阻加载的驱动测试电压（热敏电阻驱动测试供电按5000毫伏计算，根据电路不同，测量值d会有所不同，通常测量值d会大于3000毫伏）则说明热敏电阻连线断路或元件损坏。

（3）制冷器及热敏电阻功能测试（测试TEC能否正常制冷、制热）原理

在外部待测器件的管脚（TEC+引脚、TEC-引脚）同电信号输入输出接口12连接好后，先进行激光器制冷器连线及热敏电阻连线测试并通过后，在关断LD驱动源6不输出电流的情况下，由MCU控制单元5控制TEC驱动源1，通过TEC+引脚、TEC-引脚给外部器件的制冷器TEC加载一个较小的制冷电流(以能保证在测试时不会产生大量热量，在电路发生故障时损坏器件为原则，通常可采用加载10毫安左右的电流)，通过温度监测电路4检测外部器件内的热敏电阻温度是否发生变化，如果温度降低，则说明TEC制冷功能及热敏电阻功能正常，如果温度不变则说明TEC制冷功能失效或热敏电阻失效，如果温度升高，则说明外部器件内的TEC元件安装方向错误。

在外部待测器件的管脚（TEC+引脚、TEC-引脚）同电信号输入输出接口12连接好后，先进行激光器制冷器连线及热敏电阻连线测试并通过后，在关断LD驱动源6不输出电流的情况下，由MCU控制单元5控制TEC驱动源1，通过TEC+引脚、TEC-引脚给外部器件的TEC加载一个较小的制热电流(以能保证在测试时不会产生大量热量，在电路发生故障时损坏器件为原则，通常可采用加载10毫安左右的电流)通过温度监测电路4检测激光器内热敏电阻温度是否发生变化，如果温度升高，则说明TEC制热功能及热敏电阻功能正常。如果温度不变则说明TEC制热功能失效或热敏电阻失效，如果温度下降则说明外部器件内的TEC元件安装方向错误。

（二）本发明中带制冷激光器驱动控制电路中驱动电流控制及监测电路102的结构、功能及工作原理如下：所述的驱动电流控制及监测电路102包括LD驱动源6、LD电流监测电路7、LD电压监测电路8、PD偏置源9、PD电流监测电路10和PD电压监测电路11。

（1）激光器驱动连线测试原理

在外部待测器件的管脚同电信号输入输出接口12连接好后，MCU控制单元5通过控制LD驱动源6输出一个小信号驱动电流，为保证控制效果及电路异常时不损伤电路及器件，测试时通常可给激光器LD加载一个较小的驱动电流(以能保证在测试时不会产生大量热量，在电路发生故障时损坏器件为原则，通常可采用加载10毫安左右的电流)，电流的大小通过LD电流监测电路7来检测。

激光器驱动器连线测试结果判断：

在关断TEC驱动源1不输出电流的情况下，当MCU控制单元5控制LD驱动源6通过LD+引脚、LD-引脚向激光器LD输出10mA(用LD电流监测电路7确认加载电流的大小)的驱动电流后，MCU控制单元5分别通过LD电压监测电路8检测激光器LD两端电压，测量值计为e毫伏，根据激光器LD的加载10mA驱动电流后的理论导通电压（通常为1200毫伏，不同的光器件稍有不同）计为f毫伏，将测量值e与理论值f相比较：

差异较小：如当f×1.1>e>f×0.9时，可认为差异较小，则说明激光器驱动连线正常（即LD+引脚、LD-引脚连线正常）。1.1为上限系数、0.9为下限系数，上下限系数由电路的精度来决定的，具体系数取值多少可由实际LD电压监测电路8的精度来确定一个合适的值，以确保正常连线时的测量值e落在上下限设定范围内，这里通常按1.1、0.9计算, 

差异较大：

1）e<<f,这种情况通常是测量值e几乎等于0（受不同的LD电压监测电路8精度影响，测量值略有不同，但通常测量值会小于10毫伏）则说明激光器LD连线短路或LD短路。

2）e>>f,这种情况通常是测量值e几乎等于LD驱动源6的加载电压（驱动源的加载电压按5000毫伏计算，根据电路不同，测量值e会有所不同，通常测量值e会大于4000毫伏）则说明激光器LD驱动器连线断路或LD断路。

（2）背光探测器连线测试原理

在外部待测器件的管脚（PD+引脚、PD-引脚）同电信号输入输出接口12连接好后，由MCU控制单元5控制PD偏置源9通过PD+引脚、PD-引脚给背光探测器加载正向偏置电压，MCU控制单元5通过PD电压监测电路11检测背光探测器的导通电压，如果PD电压监测电路11检测到的导通电压g与PD（PD为外部待测器件即带制冷激光器内的背光探测器）的目标导通电压h(通常为1200毫伏)相比较：

差异较小：如当h*1.1>g>h*0.9时，可认为差异较小，则说明PD(背光探测器)正向导通正常激光器驱动连线正常（即PD+引脚、PD-引脚连线正常）。

差异较大：

1）g<<h,这种情况通常是测量值g几乎等于0（受不同的PD电压监测电路11精度影响，测量值略有不同，但通常测量值会小于10毫伏）则说明背光探测器PD连线短路或PD短路。

2）g>>h,这种情况通常是测量值g几乎等于PD偏置源9的加载电压（驱动源的加载电压按5000毫伏计算，根据电路不同，测量值g会有所不同，通常测量值g会大于4000毫伏）则说明背光探测器PD驱动器连线断路或PD断路。

由MCU控制单元5控制PD偏置源9通过PD+引脚、PD-引脚给背光探测器加载反向偏置电压，MCU控制单元5通过PD电压监测电路11检测背光探测器两端的电压，如果PD电压监测电路11测得的电压等于加载的反向偏置电压，则说明背光探测器反向截止正常。否则说明背光探测器反向截止失效或背光探测器连线故障。

（3）激光器及背光探测器功能测试原理

在外部待测器件的管脚同电信号输入输出接口12连接好后，在激光器连线及背光探测器连线测试通过后，由MCU控制单元5控制LD驱动源6给激光器加载一个可满足正常发光的驱动电流（通常选用一个稍大于激光器阀值的电流，以满足激光器正常发光条件即可，如激光器阀值的电流通常会小于15mA,因此可加20mA驱动电流进行测试）用LD电流监测电路7确认加载电流的大小，MCU控制单元5通过PD电流监测电路10检测背光探测器的响应电流，用来确定激光器及背光探测器功能是否正常。

如果MCU控制单元5通过PD电流监测电路10检测到的背光探测器的响应电流小于100微安（不同的背光探测器效率有所不同，但通常要求响应电流大于100微安），则说明背光探测器失效或激光器失效。

如果MCU控制单元5通过PD电流监测电路10检测到的背光探测器的响应电流大于100微安，可根据待测的光器件的物理特性选择一个合适的值以满足正常使用情况的测量，通常情况大于100微安即可认为正常，至于等于的情况出现则说明这个100微安的参考值不合适，需要稍微调整参考值使其满足正常使用情况的测量，则说明背光探测器、激光器正常。

LD电流监测电路7的功能是监测LD驱动源6加载到外部器件的实际电流大小，在激光器驱动连线测试等需要给激光器加载电流的功能应用中均要使用LD电流监测电路7来监控外部器件激光器的实际工作电流，例如给激光器加载10mA、20mA（或其他值）电流时，需要用LD电流监测电路7确认加载电流的大小。

本发明还提出的一种带制冷激光器驱动控制方法，在将夹具内的待测带制冷激光器件通过夹具上的电连接器（通常可选用DB9连接器）并通过导线与本发明的驱动控制装置的相应电连接器（通常可为DB9连接器）连接后，即将外部夹具设备的DB9连接器的相应管脚通过导线与本发明装置的DB9连接器的相应管脚（TEC+引脚、TEC-引脚、LD+引脚、LD-引脚、PD+引脚、PD-引脚、RTH入引脚和RTH出引脚）一一连接后，本发明将按以下步骤进行控制：

步骤一：MCU控制单元5按激光器热敏电阻连线测试、激光器背光探测器连线测试、激光器连线测试、激光器制冷器连线测试的顺序依次进行器件的连线测试，连线测试的顺序可以根据需要自行确定。

在MCU控制单元5控制下，4个测试过程依次进行，当前一测试过程通过后方能允许进行下一步功能测试，当任一连线测试不通过时，因为器件连线已经发生故障了，因此由MCU控制单元5立即显示连线故障告警信息，并终止下一步测试。当全部连线测试通过时，进入步骤二。

步骤二：在MCU控制单元5控制下，依次对待测器件进行激光器制冷器及热敏电阻功能测试、激光器及背光探测器功能测试。按以上顺序测试可最大限度的保证在电路或连线故障时不损坏器件。因为当热敏电阻电路故障时对激光器进行制冷、制热会造成温度控制失败，使得外部器件内部温度过高而损坏器件；在制冷器电路故障的情况下，对外部器件进行加载驱动电流同样会使外部器件内部温度过高损坏器件。所以必须保证首先激光器热敏电阻连线测试功能正常，其次保证激光器制冷器连线测试正常。另外激光器连线测试正常是激光器背光探测器连线测试的基础条件；激光器连线不正常时，激光器背光探测器连线测试是无法进行的。所以一定要按照上面的顺序进行。

以上功能测试依次进行，当前一功能测试不通过时由MCU控制单元5立即显示功能故障告警信息，并终止下一步测试。当全部功能测试通过时，进入步骤二。

步骤三：功能测试通过后，本发明装置在MCU控制单元5控制下按设定要求控制待测激光器的驱动电流及工作温度。

MCU控制单元5实时监测热敏电阻的温度范围，并当发生超时超出设定温度的情况后立即停止加载驱动电源并告警。

步骤四：MCU控制单元5在线监测制冷器的驱动电流及制冷器两端电压。如果制冷器两端电压超出设定值或制冷器工作电流失控时，由MCU控制单元5立即关断TEC驱动源1、LD驱动源6，并告警显示故障原因。

为了有效保护待测器件不受损坏，以上步骤必须依次进行，全部步骤完成后，即进入正常控制模式。

在正常控制模式下，在MCU控制单元5控制下，温度监测电路4监测到的温度值稳定在设定值的情况下，MCU控制单元5控制LD驱动源6逐步缓慢给激光器LD加载驱动电流到设定值，MCU控制单元5通过LD电流监测7监测激光器LD工作电流，当监测到的激光器LD工作电流大于设定值时，控制LD驱动源6减小电流输出，当监测到的激光器LD工作电流小于设定值时，控制LD驱动源6增大电流输出，以使得激光器LD工作电流稳定在设定值（通常当 设定值+0.1mA>实测值>设定值-0.1mA 时可认为LD工作电流稳定在设定值范围内）。MCU控制单元5实时通过LD电流监测7、LD电压监测8在线监测外部器件激光器的工作电流及LD两端电压，如果外部器件激光器两端电压超出设定值或外部器件激光器的工作电流失控，MCU控制单元5立即关断TEC驱动源1、LD驱动源6，并告警显示故障原因。

本发明提出一种带制冷激光器驱动控制装置，由TEC驱动源1、TEC电流监测电路2、TEC电压监测电路3、温度监测电路4、MCU控制单元5、LD驱动源6、LD电流监测电路7、LD电压监测电路8、PD偏置源9、PD电流监测电路10、PD电压监测电路11、电信号输入输出接口12组成。

其连接关系是：

MCU控制单元5分别与TEC驱动源1、LD驱动源6、TEC电流监测电路2 、TEC电压监测电路3 、温度监测电路4 、LD电流监测电路7 、LD电压监测电路8 、PD偏置源9 、PD电流监测电路10、PD电压监测电路11相连，提供控制信号给TEC驱动源1、LD驱动源6，同时MCU控制单元5分别接收来自TEC电压监测电路3、温度监测电路4 、LD电流监测电路7 、LD电压监测电路8 、PD电流监测电路10、PD电压监测电路11的信息。

TEC驱动源1同TEC电流监测电路2、TEC电压监测电路3、MCU控制单元5、电信号输入输出接口12相连，TEC驱动源1接收来自MCU控制单元5的控制信息， TEC驱动源1输出制冷电流并通过输出电信号输入输出接口12的连接将制冷电流输出给外部器件，TEC驱动源1接收来自TEC电流监测电路2的回路电流，同时TEC驱动源1将输出的电压信息传给TEC电压监测电路3。

TEC电流监测电路2同电信号输入输出接口12、TEC驱动源1、MCU控制单元5相连，监测来自电信号输入输出接口12的电流信息，处理后反馈给MCU控制单元5。

TEC电压监测电路3同TEC驱动源1、MCU控制单元5相连，监测TEC驱动源1的输出电压，并将处理结果反馈给MCU控制单元5。

温度监测电路4同电信号输入输出接口12、MCU控制单元5相连，监测来自电信号输入输出接口12的外部温度传感器信息，处理后反馈MCU控制单元5。

LD驱动源6分别与电信号输入输出接口12、LD电流监测电路7、LD电压监测电路8、MCU控制单元5相连，LD驱动源6接收来自MCU控制单元5的控制信号，LD驱动源6输出激光器的驱动电流并通过电信号输入输出接口12输出给相连的外部待测激光器，LD驱动源6接收来自LD电流监测电路7的回路电流，同时LD驱动源6将输出的电压信息传给LD电压监测电路8。

LD电流监测电路7同电信号输入输出接口12、LD驱动源6、MCU控制单元5相连，监测来自电信号输入输出接口12的电流信息，处理后反馈给MCU控制单元5。

LD电压监测电路8同LD驱动源6、MCU控制单元5相连，监测LD驱动源6的输出电压，并将处理结果反馈给MCU控制单元5。

PD偏置源9分别于MCU控制单元5、电信号输入输出接口12、PD电流监测电路10、PD电压监测电路11相连，MCU控制单元5控制PD偏置源9输出偏置电压，通过输出电信号输入输出接口12输出激光器偏置电压，接收来PD电流监测电路10的回路电流，同时将输出的电压信息传给PD电压监测电路11。

PD电流监测电路10同电信号输入输出接口12、PD偏置源9、MCU控制单元5相连，监测来自电信号输入输出接口12的电流信息，处理后反馈给MCU控制单元5。

PD电压监测电路11同PD偏置源9、电信号输入输出接口12、MCU控制单元5相连，监测来自电信号输入输出接口12的电压信息，并将处理结果反馈给MCU控制单元5。

电信号输入输出接口12同TEC驱动源1、TEC电流监测电路2 、温度监测电路4、LD驱动源6 、LD电流监测电路7 、PD偏置源9 、PD电流监测电路10 、PD电压监测电路11相连，电信号输入输出接口12它提供本装置同外部待测光器件管脚的硬件连接,将外部器件的管脚同电信号输入输出接口12相连是进行连线测试和功能测试的前提条件，本接口是本装置对外待测器件的接口。

该带制冷激光器驱动控制装置中，TEC驱动源1、LD驱动源6由MCU控制单元5独立控制，装置上电时，TEC驱动源1、LD驱动源6处于硬件断电状态，其电源由MCU控制单元5对通过电信号输入输出接口12与该装置相连的带制冷激光器进行各项硬件连接参数检测完成后依次打开。

带制冷激光器驱动控制装置上电后，MCU控制单元5首先依次对通过电信号输入输出接口12连接该装置的带制冷激光器，进行硬件连线检测、内部器件状态检测、温度监测电路4、PD电流检测电路10、LD驱动源6电路、TEC驱动源1电路、TEC电流监测电路2、TEC电压监测电路3、LD电流监测电路7、LD电压监测电路8等是否正常工作，以上电路检测出任意故障则禁止TEC驱动源1、LD驱动源6工作，发出该通道告警指示并等待该通道人工检测复位后再次重复以上检测过程。

如果MCU控制单元5上电检测各电路工作正常，则MCU处理器将首先控制打开TEC驱动源1使其工作，MCU控制单元5根据温度监测电路4反馈回的值控制TEC驱动源1缓慢加载制冷电流，使带制冷激光器内温度到达设定温度并稳定控制，以避免在高温时启动激光器时，激光器管芯快速发热而制冷器来不及反应从而损坏激光器的情况发生。

在激光器内部温度稳定在设定值后，MCU控制单元5打开LD驱动源6并控制其缓慢给激光器加载驱动电流到设定值，或根据PD电流监测电路10的反馈值来控制LD驱动源6输出恰当的工作电流，使激光器输出光功率稳定在设定值。

在TEC驱动源1、LD驱动源6工作的同时，MCU控制单元5将随时通过TEC电流监测电路2、TEC电压监测电路3、温度监测电路4、LD电流监测电路7、LD电压监测电路8、PD电流监测电路10、PD电压监测电路11的反馈值来在线监测激光器的管脚连接状态、激光器内部热敏电阻、制冷器等电阻元件状态，发现故障后随时控制断开TEC驱动源1、LD驱动源6的输出，发出该通道告警指示并等待该通道人工检测复位后再次重复以上检测过程。 

所述的TEC驱动源1为常用驱动源，可选用能够由MCU控制器控制制冷电流输出大小及方向的电路实现，通常也可采用MAX8521芯片来实现对TEC驱动。

所述的TEC电流监测电路2中，可在TEC电流回路中串入一个0.1欧姆功率电阻，通过检测电阻两端电压方式换算出电流大小，TEC电流监测电路2可选用高精度轨对轨运放MAX4476芯片来实现对电流的差分输入监测。

所述的TEC电压监测电路3可选用高精度轨对轨运放MAX4476芯片来实现对电压的差分输入监测。

所述的温度监测电路4加载一个恒流源给外部热敏电阻，通过差分输入方式检测热敏电阻两端电压，换算出热敏电阻的当前电阻，再根据热敏电阻的温度-电阻特性曲线换算出温度值。

所述的MCU控制单元5为常用MCU控制器，可采用带ADC端口的MCU芯片如ADCU7023来实现。

所述的LD驱动源6为常用驱动源，可选用能够由MCU控制调整输出激光器驱动电流大小的硬件电路来实现，通常可以采用对ＭＯＳＦＥＴ管的压控来实现对激光器驱动电流大小的调整。

所述的LD电流监测电路7中，由于LD电流通常校小，可在LD电流回路中串入一个10欧姆电阻，通过检测电阻两端电压方式换算出电流大小，可选用高精度轨对轨运放MAX4476芯片来实现对电流的差分输入监测。

所述的LD电压监测电路8可选用高精度轨对轨运放MAX4476芯片来实现对电压的差分输入监测。

所述的PD偏置源9可选用线性源转换芯片LT1931芯片来实现提供反偏-5V电压。

所述的PD电流监测电路10中，由于PD电流通常非常小，可在PD电流回路中串入一个较大的1000欧姆电阻，通过检测电阻两端电压方式换算出PD电流大小，可选用高精度轨对轨运放MAX4476芯片来实现对电流的差分输入监测。

所述的LD电压监测电路8可选用高精度轨对轨运放MAX4476芯片来实现对电压的差分输入监测。

所述的电信号输入输出接口12为同外部设备连接的线路连线器，将多通道驱动源的各通道输入输出同外部设备连接，可采用DB9连接器。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种带制冷激光器驱动控制装置，其特征在于：包括MCU控制单元、温度控制及监测电路、驱动电流控制及监测电路；所述的温度控制及监测电路包括TEC驱动源、TEC电流监测电路、TEC电压监测电路和温度监测电路；所述的驱动电流控制及监测电路包括LD驱动源、LD电流监测电路、LD电压监测电路、PD偏置源、PD电流监测电路、PD电压监测电路和电信号输入输出接口；

所述的TEC电流监测电路分别与电信号输入输出接口、TEC驱动源、MCU控制单元相连；所述的TEC电压监测电路分别与TEC驱动源、MCU控制单元相连；所述的温度监测电路同电信号输入输出接口、MCU控制单元相连；LD电流监测电路分别与电信号输入输出接口、LD驱动源、MCU控制单元相连；LD电压监测电路分布与LD驱动源、MCU控制单元相连；PD电流监测电路分布与电信号输入输出接口、PD偏置源、MCU控制单元相连；PD电压监测电路分布与PD偏置源、电信号输入输出接口、MCU控制单元相连；所述的MCU控制单元还分别与TEC驱动源、LD驱动源、PD偏置源；所述的电信号输入输出接口还分别与TEC驱动源、LD驱动源、PD偏置源连接。

2.根据权利要求1所述的带制冷激光器驱动控制装置，其特征在于：所述的带制冷激光器包括有TEC+引脚、TEC-引脚、LD+引脚、LD-引脚、PD+引脚、PD-引脚、RTH入引脚和RTH出引脚。

3.根据权利要求2所述的带制冷激光器驱动控制装置，其特征在于：所述的MCU控制单元控制TEC驱动源通过TEC+引脚、TEC-引脚给所述的带制冷激光器内制冷器加载驱动电流或制热电流。

4.根据权利要求2所述的带制冷激光器驱动控制装置，其特征在于：所述的MCU控制单元控制温度监测电路通过RTH入引脚、RTH出引脚给所述的带制冷激光器内热敏电阻加载测试电流。

5.根据权利要求2所述的带制冷激光器驱动控制装置，其特征在于：所述的MCU控制单元控制LD驱动源通过LD+引脚、LD-引脚向激光器加载驱动电流。

6.根据权利要求2所述的带制冷激光器驱动控制装置，其特征在于：所述的MCU控制单元控制PD偏置源通过PD+引脚、PD-引脚给所述的带制冷激光器内背光探测器加载正向偏置电压。

7.一种带制冷激光器驱动控制方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤一：MCU控制单元通过TEC驱动源、TEC电流监测电路、TEC电压监测电路、温度监测电路顺次进行热敏电阻连线测试、背光探测器连线测试、激光器连线测试、制冷器连线测试的顺序依次进行器件的连线测试；当任一测试过程不通过时，由MCU控制单元立即显示连线故障告警信息，并终止下一步测试；当全部连线测试通过时，进入步骤二；

步骤二：在MCU控制单元控制下，依次对待测器件进行制冷器及热敏电阻功能测试、激光器功及背光探测器功能测试；当任一功能测试不通过时由MCU控制单元立即显示功能故障告警信息，并终止下一步测试；当全部功能测试通过时，进入步骤三；

步骤三：带制冷激光器在MCU控制单元控制下按设定要求控制待测激光器的驱动电流及工作温度；

MCU控制单元实时监测热敏电阻的温度范围，并当发生超时超出设定温度的情况时立即停止加载驱动电源并告警；

步骤四：MCU控制单元在线监测制冷器的驱动电流及制冷器两端电压；如果制冷器两端电压超出设定值或制冷器工作电流失控时，由MCU控制单元立即关断TEC驱动源和LD驱动源，并告警显示故障原因。

8.根据权利要求7所述的一种带制冷激光器驱动控制方法，其特征在于：

所述的热敏电阻连线测试具体为：温度监测电路通过RTH入引脚、RTH出引脚给带制冷激光器内的热敏电阻加载测试电流后，检测热敏电阻两端电压差，并将该电压差反馈给MCU控制单元，进而通过MCU控制单元换算成温度值，MCU控制单元根据检测到的热敏电阻两端电压差以及目标电压来判断热敏电阻连线是否正常；

所述的制冷器连线测试具体为：MCU控制单元控制TEC驱动源通过TEC+引脚、TEC-引脚给制冷器加载驱动电流后，MCU控制单元通过TEC电压监测电路得到制冷器两端电压，根据制冷器两端的参考目标电压TEC电压监测电路3得到的两端电压进行比较，判断制冷器连线是否正常；

所述的激光器连线测试具体为：MCU控制单元控制LD驱动源通过LD+引脚、LD-引脚向激光器输出驱动电流，MCU控制单元通过LD电压监测电路检测激光器两端电压，得到激光器两端电压的检测值，利用该检测值与激光器理论导通电压进行比较，进而判断激光器连线是否正常；

所述的背光探测器连线测试具体为：由MCU控制单元控制PD偏置源通过PD+引脚、PD-引脚给背光探测器加载正向偏置电压，MCU控制单元通过PD电压监测电路检测背光探测器的导通电压，利用该导通电压与目标导通电压进行比较，进而判断背光探测器连线是否正常。

9.根据权利要求7所述的一种带制冷激光器驱动控制方法，其特征在于：

所述的制冷器及热敏电阻功能测试具体为：在关断LD驱动源不输出电流的情况下，由MCU控制单元控制TEC驱动源通过TEC+引脚、TEC-引脚制冷器加载制冷电流，通过温度监测电路检测外部器件内的热敏电阻温度是否发生变化，如果温度降低，则说明制冷器的制冷功能及热敏电阻功能正常，反之否则说明TEC制冷功能失效或热敏电阻失效；

在关断LD驱动源不输出电流的情况下，由MCU控制单元控制TEC驱动源通过TEC+、TEC-引脚给制冷器加载一个制热电流，通过温度监测电路检测激光器内热敏电阻温度是否发生变化，如果温度升高，则说明制冷器制热功能及热敏电阻功能正常；如果温度不变则说明制冷器制热功能失效或热敏电阻失效。

10.根据权利要求7所述的一种带制冷激光器驱动控制方法，其特征在于：

所述的激光器功及背光探测器功能测试具体为：由MCU控制单元控制LD驱动源给激光器加载驱动电流，MCU控制单元通过PD电流监测电路检测背光探测器的响应电流，用来确定激光器及背光探测器功能是否正常；

如果MCU控制单元通过PD电流监测电路10检测到的背光探测器的响应电流小于目标电流，则说明背光探测器失效或激光器失效；如果MCU控制单元通过PD电流监测电路检测到的背光探测器的响应电流大于目标电流，则说明背光探测器、激光器正常。

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