CN111628407A - 一种自适应激光器前向电压的低功耗apc控制电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路与方法，包括：直流电源电路，为激光器件输出初始前向电压；激光器件，接收直流电源电路输出的初始前向电压，并将自身的工作状态反馈至电压环控制器；电压环控制器，根据激光器件反馈的工作状态，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，使得激光器件工作在临界锁定状态。本发明在原有的直流电源电路为激光器件供电的基础上，加入了电压环控制器，接收PD受光器反馈的激光器的工作状态，再结合激光器的参数特性，分析调节直流电源电路对激光器输出的电压，使得激光器工作在临界锁定状态，通过对激光器件的APC控制，达到激光器低功耗工作的目的。

Description

一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路与方法

技术领域

本发明涉及APC控制技术领域，特别涉及一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路与方法。

背景技术

如图2所示，为现有激光器供电方式，直接对激光器输出一个固定的直流初始电压，让激光器工作，但激光器本身可能并不需要使用这么高的电压，那么就会造成电能的浪费，然后使用硬件电路接收激光器反馈的电压时，该硬件电路结构复杂，通过电阻和电容构成的反馈控制电路对激光器输出电压时，控制精度低，同时用复杂的硬件电路增加了成本和电能的浪费。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路与方法。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路，包括：

直流电源电路，为激光器件输出初始前向电压；

激光器件，接收直流电源电路输出的初始前向电压，并将自身的工作状态反馈至电压环控制器；

电压环控制器，根据激光器件反馈的工作状态，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，使得激光器件工作在临界锁定状态。

本方案使用电压环控制器根据激光器件反馈的电压信号，结合激光器件的参数特性，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，去掉了大量硬件电路的反馈方式，采用电压环控制器计算出调节策略，进行软件控制，电路连接方式简单，体积小，控制精度高，可根据激光器件的不同参数特性实时调节激光器件所需的工作功率，从而达到低功耗的目的。

更进一步地，为了更详细的说明所述激光器件的构成，所述激光器件包括LD激光器、感应LD激光器的PD受光器，所述PD受光器与所述电压环控制器连接，所述PD受光器感应LD激光器的工作状态，并将LD激光器的工作状态转换为电压信号反馈至所述电压环控制器。

本方案采用PD受光器完成LD激光器工作状态的采集和反馈，采集精度高，原理方式简单。

更进一步地，为了更详细的说明所述电压环控制器的构成，所述电压环控制器为具有ADC转换模块和DAC转换模块的单片机，所述PD受光器通过ADC转换模块与单片机连接，所述单片机通过DAC转换模块与直流电源电路连接。

本方案中所述单片机内集成了PID算法，根据PD受光器反馈的电压信号和LD激光器本身的参数特性，通过PID算法即可计算出向直流电源电路输出的DAC信号，去掉了繁杂的硬件电路，采用软件控制实现实时调节LD激光器所需的工作功率。

更进一步地，为了更详细的说明所述直流电源电路的构成，所述直流电源电路包括电源芯片、电感L1，所述电源芯片的输出端通过电感L1向所述LD激光器输出初始电压。

更进一步地，所述自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路还包括电阻R3，所述单片机的DAC转换模块通过电阻R3与所述电源芯片连接。

一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制方法，包括以下步骤：

激光器件将自身的工作状态反馈至电压环控制器；

电压环控制器根据激光器件反馈的工作状态，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，使得激光器件工作在临界锁定状态。

更进一步地，为了更加完善APC控制方法的过程，所述激光器件将自身的工作状态反馈至电压环控制器之前，还包括步骤：直流电源电路向激光器件输出初始前向电压，为激光器件供电。

更进一步地，所述激光器件将自身的工作状态反馈至电压环控制器的步骤，包括：

激光器件中的LD激光器接收直流电源电路输出的初始前向电压，PD受光器感应LD激光器的工作状态，并将LD激光器的工作状态转换为电压信号，通过ADC转换模块将电压信号反馈至单片机。

更进一步地，所述电压环控制器根据激光器件反馈的工作状态，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，使得激光器件工作在临界锁定状态的步骤，包括：

电压环控制器的单片机根据PD受光器反馈的LD激光器的电压信号，结合LD激光器的参数特性，调节对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片调节对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在临界锁定状态。

更进一步地，所述调节对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片调节对LD激光器输出的电压的步骤，包括：

若单片机检测到PD受光器反馈的电压信号低于LD激光器工作在临界锁定状态所需的电压，那么单片机通过DAC转换模块降低对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片增加对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在锁定状态；

若单片机检测到PD受光器反馈的电压信号高于LD激光器工作在临界锁定状态所需的电压，那么单片机通过DAC转换模块增加对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片降低对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在锁定状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明在原有的直流电源电路为激光器件供电的基础上，加入了电压环控制器，接收PD受光器反馈的激光器的工作状态，再结合激光器的参数特性，分析调节直流电源电路对激光器输出的电压，使得激光器工作在临界锁定状态，通过对激光器件的APC控制，达到激光器低功耗工作的目的。

本方案使用电压环控制器根据激光器件反馈的电压信号，结合激光器件的参数特性，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，去掉了大量硬件电路的反馈方式，采用电压环控制器计算出调节策略，进行软件控制，电路连接方式简单，体积小，控制精度高，可根据激光器件的不同参数特性实时调节激光器件所需的工作功率，从而达到低功耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明APC控制电路原理图；

图2为现有技术激光器供电电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路，包括直流电源电路、激光器件、电压环控制器，所述直流电源电路的输入端与电压环控制器的输出端连接，直流电源电路的输出端与激光器件的输入端连接，激光器件的输出端与电压环控制器的输入端连接；如图1所示，该APC控制电路还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C2。其中：

根据图1所示，直流电源电路包括电源芯片、电感L1、电容C1，所述电源芯片采用的型号为MP2148GQD，电源芯片的VIN引脚与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，电源芯片的SW引脚与电感L1的一端连接，电感L1的另一端分别与电源芯片的OUT引脚、电阻R1的一端、电容C2的一端、LD激光器的正极连接，电容C2的另一端接地，电源芯片的FB引脚分别与电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端连接，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端与电压环控制器连接，PD受光器的输出端连接电压环控制器。

激光器件包括LD激光器、PD受光器，所述LD激光器接入电源芯片输出的电压，所述PD受光器感应LD激光器的工作状态，并将LD激光器的工作状态转换为电压信号反馈至电压环控制器。PD受光器感应LD激光器的工作状态时是通过PD受光器感应LD激光器发出的激光，并将感应的激光转换为电压信号反馈至电压环控制器。

电压环控制器为具有ADC转换模块和DAC转换模块的单片机，单片机的ADC转换模块接入PD受光器反馈的电压信号，结合LD激光器的参数特性，分析LD激光器的工作状态，从而通过DAC转换模块调节直流电源电路对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在临界锁定状态。

以上为APC控制电路的结构连接关系，此处对APC控制电路的工作原理进行说明：

直流电源电路为LD激光器输出一个初始前向电压为其供电，这个初始前向电压可能为LD激光器使用的最大电压值或者LD激光器使用的历史电压值，但针对不同的LD激光器的参数特性，其实际可能并不需要这么高的电压或者所给的初始前向电压并不能让LD激光器工作在锁定状态，因此需要一个外环的控制器来调节直流电源电路对LD激光器输出的电压。需要说明的是，所述LD激光器工作在锁定状态是指LD激光器的输出功率工作在设定值范围内。

使用PD受光器感应LD激光器发射的激光，并将感应到的激光转换为电信号通过ADC转换模块反馈至单片机，单片机结合LD激光器的参数特性，分析LD激光器是否工作在临界状态，若分析得LD激光器没有工作在临界锁定状态，则单片机通过DAC转换模块调节对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片调节对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在临界锁定状态。需要说明的是，所述LD激光器工作在临界锁定状态是指LD激光器的输出功率工作在最低值，即工作在功耗最低的状态。

本发明在原有的直流电源电路为LD激光器件供电的基础上，加入了电压环控制器，接收PD受光器反馈的LD激光器的工作状态，再结合LD激光器的参数特性，分析调节直流电源电路对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在临界锁定状态，通过对激光器件的APC控制，达到LD激光器低功耗工作的目的。

本发明基于上述APC控制电路，还提出一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：直流电源电路向激光器件输出初始前向电压，为激光器件供电。

直流电源电路向LD激光器输出一个初始前向电压，该初始前向电压若为LD激光器使用的最大电压值，则可能使得LD激光器的工作状态超出锁定状态；该初始前向电压若为LD激光器使用的历史电压值，则可能使得LD激光器的工作状态低于锁定状态。因此，需要电压环控制器在后续步骤中对直流电源电路向LD激光器输出的电压进行调节。

步骤S2：激光器件将自身的工作状态反馈至电压环控制器。

激光器件中的LD激光器首先接收直流电源电路输出的初始前向电压，PD受光器感应LD激光器的工作状态，并将LD激光器的工作状态转换为电压信号，通过ADC转换模块将电压信号转换为单片机可识别的信号后传入单片机。

步骤S3：电压环控制器根据激光器件反馈的工作状态，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，使得激光器件工作在临界锁定状态。

单片机根据PD受光器反馈的电压信号，结合LD激光器的参数特性，分析LD激光器是否工作在临界锁定状态，若单片机检测到PD受光器反馈的电压信号低于LD激光器工作在临界锁定状态所需的电压，那么单片机通过DAC转换模块降低对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片增加对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在锁定状态；若单片机检测到PD受光器反馈的电压信号高于LD激光器工作在临界锁定状态所需的电压，那么单片机通过DAC转换模块增加对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片降低对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在锁定状态。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路，其特征在于：包括：

直流电源电路，为激光器件输出初始前向电压；

激光器件，接收直流电源电路输出的初始前向电压，并将自身的工作状态反馈至电压环控制器；

电压环控制器，根据激光器件反馈的工作状态，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，使得激光器件工作在临界锁定状态。

2.根据权利要求1所述的一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路，其特征在于：所述激光器件包括LD激光器、感应LD激光器的PD受光器，所述PD受光器与所述电压环控制器连接，所述PD受光器感应LD激光器的工作状态，并将LD激光器的工作状态转换为电压信号反馈至所述电压环控制器。

3.根据权利要求2所述的一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路，其特征在于：所述电压环控制器为具有ADC转换模块和DAC转换模块的单片机，所述PD受光器通过ADC转换模块与单片机连接，所述单片机通过DAC转换模块与直流电源电路连接。

4.根据权利要求2所述的一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路，其特征在于：所述直流电源电路包括电源芯片、电感L1，所述电源芯片的输出端通过电感L1向所述LD激光器输出初始电压。

5.根据权利要求3所述的一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路，其特征在于：所述自适应激光器前向电压的低功耗APC控制电路还包括电阻R3，所述单片机的DAC转换模块通过电阻R3与所述电源芯片连接。

6.一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

激光器件将自身的工作状态反馈至电压环控制器；

电压环控制器根据激光器件反馈的工作状态，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，使得激光器件工作在临界锁定状态。

7.根据权利要求6所述的一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制方法，其特征在于：所述激光器件将自身的工作状态反馈至电压环控制器之前，还包括步骤：

直流电源电路向激光器件输出初始前向电压，为激光器件供电。

8.根据权利要求6所述的一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制方法，其特征在于：所述激光器件将自身的工作状态反馈至电压环控制器的步骤，包括：

激光器件中的LD激光器接收直流电源电路输出的初始前向电压，PD受光器感应LD激光器的工作状态，并将LD激光器的工作状态转换为电压信号，通过ADC转换模块将电压信号反馈至单片机。

9.根据权利要求8所述的一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制方法，其特征在于：所述电压环控制器根据激光器件反馈的工作状态，调节直流电源电路对激光器件输出的电压，使得激光器件工作在临界锁定状态的步骤，包括：

电压环控制器的单片机根据PD受光器反馈的LD激光器的电压信号，结合LD激光器的参数特性，调节对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片调节对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在临界锁定状态。

10.根据权利要求9所述的一种自适应激光器前向电压的低功耗APC控制方法，其特征在于：所述调节对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片调节对LD激光器输出的电压的步骤，包括：

若单片机检测到PD受光器反馈的电压信号低于LD激光器工作在临界锁定状态所需的电压，那么单片机通过DAC转换模块降低对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片增加对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在锁定状态；

若单片机检测到PD受光器反馈的电压信号高于LD激光器工作在临界锁定状态所需的电压，那么单片机通过DAC转换模块增加对电源芯片输出的DAC信号，从而电源芯片降低对LD激光器输出的电压，使得LD激光器工作在锁定状态。

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