CN105388959B - 一种基于pwm信号控制激光管功率电路及方法 - Google Patents

一种基于pwm信号控制激光管功率电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明采用一种基于PWM信号控制激光管功率电路及其方法,电路包括在激光管启动后用于接收激光管输出的激光反馈信号并进行放大的第一信号放大电路;接收第一信号放大电路输出的激光反馈信号并根据该激光反馈信号调节输出PWM信号的中央处理器;以及用于接收第一信号放大电路输出的激光反馈信号和中央处理器输出的PWM信号并将两信号进行处理,输出控制信号发送至激光管的第二信号放大电路。本发明采用两套闭合反馈回路补偿激光管输出功率,使得系统可靠性远远大于现有的单回路控制回路。

Description

一种基于PWM信号控制激光管功率电路及方法
技术领域
本发明涉及一种光电技术领域,特别涉及控制激光管功率电路及其方法,具体涉及一种基于PWM(Pulse Width Modulation脉宽调制)信号控制激光管功率电路及方法。
背景技术
目前,激光管被广泛应用于工业、通信、医疗、军事等诸多领域。随着科技的发展,对激光管功率的要求也越来越高,随之而来的是要求对激光管输出功率进行精确、稳定的控制。激光输出功率控制电路为激光系统中的重要组成部分,其精度直接影响激光管的稳定性,故需要提升相应的激光管输出功率控制电路的性能。传统的激光管输出功率控制回路利用负反馈放大电路来补偿激光管的功率,系统没有冗余(通常指通过多重备份来增加系统的可靠性),存在精度不高,可靠性较差等缺点。
而且现有技术中对激光管的温度补偿大都采用温度传感器和温度补偿模拟电路来补偿激光管的温度,即将温度补偿信号模拟量直接输入激光管,补偿误差较大。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于PWM信号控制激光管功率电路及其方法,采用两套闭合反馈回路补偿激光管输出功率,使得系统可靠性远远大于现有的单回路控制回路。
为实现上述目的,本发明采用的基于PWM信号控制激光管功率电路,包括在激光管启动后用于接收激光管输出的激光反馈信号并进行放大的第一信号放大电路;接收第一信号放大电路输出的激光反馈信号并根据该激光反馈信号调节输出PWM信号的中央处理器;以及用于接收第一信号放大电路输出的激光反馈信号和中央处理器输出的PWM信号并将两信号进行处理,输出控制信号发送至激光管的第二信号放大电路。
优选地,所述中央处理器和所述第二信号放大电路之间还包括用于接收中央处理器的输出信号,对该信号进行调理得到模拟量的调理信号后输入第二信号放大电路的信号调理电路。
优选地,所述信号调理电路为带低通滤波功能的电路。
优选地,所述信号调理电路将启动信号处理为带斜坡的电压信号,将PWM信号处理为电压信号。
优选地,还包括用于检测激光管环境温度的温度检测电路,所述的温度检测电路将温度信号发送至所述的中央处理器。
优选地,所述激光管内部还包括用于将激光管光信号转化为电流信号的光电二极管,将所述光电二极管的电流信号作为激光管的激光反馈信号发送至第一信号放大电路。
本发明采用的基于PWM信号控制激光管功率的方法,激光管启动后,第一信号放大电路接收激光管输出的激光反馈信号,放大后输入第二信号放大电路和中央处理器,中央处理器根据接收到的激光反馈信号调整其输出PWM信号的占空比,该PWM信号经信号调理电路调理得到模拟量的调理信号后发送至第二信号放大电路,第二信号放大电路对放大后的激光反馈信号和调理信号进行处理,输出控制信号发送至激光管信号输入端来控制激光管工作。
优选地,控制激光管功率的步骤为:
上电后,所述中央处理器输出启动信号,信号调理电路利用低通滤波将启动信号调理成一个缓慢上升的斜坡信号,控制激光管的开启;
激光管启动后,所述中央处理器输出PWM信号发送至信号调理电路,信号调理电路利用低通滤波将PWM信号调理为电压信号,第二信号放大电路接收放大后的激光反馈信号和电压信号,将两信号进行处理,输出控制信号控制激光管功率。
优选地,所述中央处理器还接收温度检测电路检测到的激光管环境温度,并根据激光管环境温度和激光反馈信号来调整其输出的PWM信号占空比,实现对激光管温度的补偿。
优选地,所述中央处理器还记录激光管工作时间,当中央处理器判断记录到的激光管工作时间过长时,调整其输出PWM信号的占空比,实现对激光管的老化补偿。
本发明的有益效果为:采用两套闭合反馈系统补偿激光管,系统可靠性远远大于现有的单回路控制系统。现有的单回路控制系统普遍采用负反馈放大电路(即一个模拟补偿回路)补偿激光管,本发明在现有的单回路控制系统中增加了数字补偿回路,通过两套反馈回路实现对激光管输出功率的补偿。两套回路是并联关系,这使得当模拟补偿回路或数字补偿回路之一出现故障时,未出现故障的补偿回路仍然可以正常工作,对激光管进行功率补偿,使得激光管输出稳定的功率,系统可靠性强。
在现有的激光控制回路中增加了利用中央处理器产生的PWM信号来控制激光管功率,由于产生的PWM信号为16位,分辨率可达1/65536,使得激光管功率控制更为精确。
根据激光管的激光反馈信号控制激光管维持在稳定的输出功率,反馈回路的设置使得系统更加稳定,增加系统的可靠性。
信号调理电路将中央处理器输出启动信号调理成一个缓慢上升的斜坡电压信号,由于激光管在斜坡电压信号下逐渐开启,这使得激光管在通电工作的一瞬间电压是缓慢上升的,避免了由于电压突变造成对激光管的损害,影响激光管的寿命。
对激光管温度补偿由现有技术中的模拟电路补偿转变为数字量补偿,中央处理器根据接收到的环境温度来判断是否通过调节其输出PWM信号的占空比来对激光管进行温度补偿,相比模拟量的温度补偿,数字量的温度补偿精度更高。同时,中央处理器能够记录激光管的工作时间,通过调节其输出PWM信号的占空比补偿因激光管长时间工作而损失的功率,实现对激光管的老化补偿,进一步延长了激光管的使用寿命。
附图说明
图1为本发明控制激光管功率电路的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容,特举以下实施例详细说明。
参见图1,一种基于PWM信号控制激光管功率电路,包括激光管1、第一信号放大电路2、中央处理器3(Central Processing Unit,简称CPU)、信号调理电路4、第二信号放大电路5以及温度检测电路6。其中,激光管1为小功率激光管,本实施例选择功率小于10mW的激光管。
中央处理器3通过软件控制I/O口输出信号,并将该信号发送至第二信号放大电路5,经第二信号放大电5放大后输出控制信号,控制激光管1的工作。
在本实施例中,中央处理器3和第二信号放大电路5之间还包括用于接收中央处理器3输出的信号,进行调理得到调理信号后输入第二信号放大电路5的信号调理电路4,信号调理电路4带有低通滤波的功能。具体地,中央处理器3信号输出端连接信号调理电路4的信号输入端,信号调理电路4对接收到的信号进行调理输出调理信号,并将该调理信号传输到第二信号放大电路5中,第二信号放大电路5接收到调理信号后处理输出控制信号控制激光管1工作。
电路上电后,中央处理器3输出一个启动信号发送至信号调理电路4,信号调理电路4通过低通滤波将启动信号调理成一个缓慢上升的斜坡电压信号来启动激光管1。由于激光管1在缓慢上升的斜坡电压信号下逐渐开启,这使得激光管1在通电工作的一瞬间电压是缓慢上升的,避免了由于电压突变造成对激光管1的损害,影响激光管1的寿命。
激光管1启动完后输出激光反馈信号,第一信号放大电路2接收激光反馈信号并进行放大,第一信号放大电路2的信号输出端连接第二信号放大电路5的信号输入端和中央处理器3的信号输入端,中央处理器3接收到激光反馈信号后开始输出PWM信号并发送至信号调理电路4,信号调理电路4对中央处理器3输出的PWM信号进行调理,调理后输出模拟量的调理信号发送至第二信号放大电路5,在第二信号放大电路5中对放大后的激光反馈信号和调理信号进行处理,输出控制信号来控制激光管1工作。激光管1工作时,中央处理器3根据接收到的激光反馈信号调整其输出PWM信号的占空比,实现对激光管1输出功率的调节。在本实施例中,信号调理电路4利用低通滤波将PWM信号的脉冲调理成电压信号。
在包含激光管的设备中,激光管1需要输出不同功率供该设备正常工作。本实施例中,激光管1的激光反馈信号用于反映激光管1发出光的强度,根据该强度来判断激光管1的输出功率是否为设备所需要的激光管功率。当中央处理器3检测到输入其的激光反馈信号过大或过小时,中央处理器3调节其输出PWM信号的占空比,经信号调理电路4和第二信号放大电路5后补偿激光管1的输出功率,使得激光管输出所需的功率。利用中央处理器3调整其输出PWM信号占空比来补偿激光管1的输出功率,这相当于通过一个数字反馈回路补偿激光管1输出功率。
第一信号放大电路2将接收激光管1输出的激光反馈信号放大后输入第二信号放大电路5后反馈回激光管1中补偿激光管输出功率,这相当于通过一个传统的模拟负反馈回路补偿激光管1输出功率。
在传统模拟负反馈回路的基础上增加数字反馈回路,由于中央处理器产生的PWM信号为16位,分辨率可达1/65536,使得数字反馈回路对激光管的功率补偿比传统模拟反馈回路对激光管的功率控制更加精确,激光管能在输出更稳定功率。本实施例中对激光管输出功率进行模拟量补偿和数字量补偿,由于两补偿回路是并联关系,这使得当模拟量补偿和数字量补偿之一出现故障时,未出现故障的回路仍然可以正常工作,对激光管进行功率补偿,使得激光管维持在稳定输出功率。
激光管启动后,模拟反馈回路和数字反馈回路都收到激光管的激光反馈信号,两个闭环控制回路启动,系统工作。数字反馈回路中的中央处理器3根据激光反馈信号来调节PWM信号的占空比,PWM信号经信号调理电路4调理得到调理信号后输入第二信号放大电路5,在第二信号放大电路5中与模拟负反馈回路的激光反馈信号一起来控制激光管输出功率,使得系统更加稳定,可靠性强。
其中,中央处理器4可以为单片机或FPGA,当然,中央处理器4也可以采用处理速度更快的ARM处理器,当前实施例采用ARM处理器。
激光管1内部还包含一个光电二极管,该光电二极管能快速精确地感应激光管1的光信号,并将光信号转化为电流信号,将该电流信号作为激光管的激光反馈信号发送至第一信号放大电路。
激光管1在工作时,其输出功率会随温度变化而漂移,为了使得激光管1输出稳定的功率,需要对激光管1进行温度补偿。在本实施中,在激光管1的附近设置包含温度传感器的温度检测电路6,温度传感器为数字温度传感器或者模拟温度传感器,模拟温度传感器可选择热敏电阻、热电偶等。本实施例采用高精度的DS18B20数字温度传感器,温度传感器感应激光管1环境温度大小并将激光管1环境温度信号发送给中央处理器3,中央处理器3将接收到的环境温度值与激光管1输出需要的输出功率时的激光管1的环境温度值作比较,然后判断是否需要对激光管1进行温度补偿。
当中央处理器3检测到激光管1的环境温度产生变化时,接着中央处理器3将激光反馈信号与激光管1输出所需要的功率大小时的激光反馈信号相比较:当激光反馈信号改变时,中央处理器3调整其输出PWM信号的占空比对激光管1的输出功率进行补偿,从而实现对激光管1温度的补偿;当激光反馈信号未改变时,不需要对激光管1进行温度补偿。
另外,中央处理器3还负责记录激光管1的工作时间,激光管1长时间工作会导致输出功率减弱。当中央处理器3判断记录到的激光管1工作时间过长时,中央处理器3调整其输出PWM信号的占空比,使得激光管1的实际输出功率达到需要的输出功率大小,实现对激光管老化的补偿,延长激光管的寿命。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于PWM信号控制激光管功率电路,其特征在于,包括在激光管启动后用于接收激光管输出的激光反馈信号并进行放大的第一信号放大电路;接收第一信号放大电路输出的激光反馈信号并根据该激光反馈信号调节输出PWM信号的中央处理器;以及用于接收第一信号放大电路输出的激光反馈信号和中央处理器输出的PWM信号并将两信号进行处理,输出控制信号发送至激光管的第二信号放大电路;
其中,所述中央处理器和所述第二信号放大电路之间还包括用于接收中央处理器的输出信号,对该信号进行调理得到模拟量的调理信号后输入第二信号放大电路的信号调理电路;所述信号调理电路将启动信号处理为带斜坡的电压信号,将PWM信号处理为电压信号。
2.如权利要求1所述的基于PWM信号控制激光管功率电路,其特征在于,所述信号调理电路为带低通滤波功能的电路。
3.如权利要求1-2任一项所述的基于PWM信号控制激光管功率电路,其特征在于,还包括用于检测激光管环境温度的温度检测电路,所述的温度检测电路将温度信号发送至所述的中央处理器。
4.如权利要求1-2任一项所述的基于PWM信号控制激光管功率电路,其特征在于,所述激光管内部还包括用于将激光管光信号转化为电流信号的光电二极管,将所述光电二极管的电流信号作为激光管的激光反馈信号发送至第一信号放大电路。
5.一种基于PWM信号控制激光管功率的方法,其特征在于,激光管启动后,第一信号放大电路接收激光管输出的激光反馈信号,放大后输入第二信号放大电路和中央处理器,中央处理器根据接收到的激光反馈信号调整其输出PWM信号的占空比,该PWM信号经信号调理电路调理得到模拟量的调理信号后发送至第二信号放大电路,第二信号放大电路对放大后的激光反馈信号和调理信号进行处理,输出控制信号发送至激光管信号输入端来控制激光管工作;
其中,控制激光管功率的步骤为:
上电后,所述中央处理器输出启动信号,信号调理电路利用低通滤波将启动信号调理成一个缓慢上升的斜坡信号,控制激光管的开启;
激光管启动后,所述中央处理器输出PWM信号发送至信号调理电路,信号调理电路利用低通滤波将PWM信号调理为电压信号,第二信号放大电路接收放大后的激光反馈信号和电压信号,将两信号进行处理,输出控制信号控制激光管功率。
6.如权利要求5所述的控制激光管功率的方法,其特征在于,所述中央处理器还接收温度检测电路检测到的激光管环境温度,并根据激光管环境温度和激光反馈信号来调整其输出的PWM信号占空比,实现对激光管温度的补偿。
7.如权利要求5所述的控制激光管功率的方法,其特征在于,所述中央处理器还记录激光管工作时间,当中央处理器判断记录到的激光管工作时间过长时,调整其输出PWM信号的占空比,实现对激光管的老化补偿。
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Denomination of invention: A laser tube power circuit and method based on PWM signal control

Granted publication date: 20180216

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Hongkou sub branch

Pledgor: SHANGHAI JINDUN FIRE-FIGHTING INTELLIGENCE SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD.

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