CN112843492B - 一种半导体激光治疗设备及其激光功率调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光治疗设备及其激光功率调节方法，半导体激光治疗设备的电路板上集成了MCU、激光模组和激光功率调节电路；激光功率调节电路根据输入的电源电压对MCU和激光模组供电，检测当前流过激光模组的工作电流并输出对应的采样电压给MCU；MCU根据采样电压计算当前流过激光模组的工作电流，根据设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小。采用MCU并结合电流功率关系数组列表实现了软件自动激光功率调节，调节程度更加灵活和精确；能直接调节至设置的激光功率，避免了现有可调电位器的盲调，提高了激光功率调节准确性。

Description

一种半导体激光治疗设备及其激光功率调节方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及的是一种半导体激光治疗设备及其激光功率调节方法。

背景技术

现有激光模组的驱动电路常采用可调电位器、单运放电路与激光模组的PD引脚组合、来实现激光模组激光功率大小的调节。由于主要是通过可调电位器来进行激光功率调节，而可调电位器在电子器件中是易损件、长期使用容易损坏，不方便用户更换可调电位器（需要用电烙铁焊接）；且需要手动调节转轴或滑柄，只能盲调，不能调节为设置的激光功率值；若使用过程中使焊接的引脚接触不良或松动，还可能影响激光功率调节的结果，使激光功率调节不准确；对激光模组来说有很大隐患。同时，激光模组在不同的工作环境下，会出现激光功率漂移从而导致治疗或理疗效果降低。

可见，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种半导体激光治疗设备及其激光功率调节方法，旨在解决现有技术通过可调电位器来调节激光模组的激光功率、只能盲调且激光功率调节不准确的问题。

本发明的技术方案如下：

一种半导体激光治疗设备，包括一电路板，所述电路板上集成了MCU、激光模组和激光功率调节电路；

所述激光功率调节电路根据输入的电源电压对MCU和激光模组供电，检测当前流过激光模组的工作电流并输出对应的采样电压给MCU；

所述MCU根据采样电压计算当前流过激光模组的工作电流，根据设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小。

采用MCU来进行激光功率调节，结合电流功率关系数组列表实现了软件自动激光功率调节，激光功率调节程度更加灵活和精确；能直接调节至设置的激光功率，避免了现有可调电位器的盲调，提高了激光功率调节准确性。从而解决了现有技术通过可调电位器来调节激光模组的激光功率、只能盲调且激光功率调节不准确的问题。

所述激光功率调节电路包括：驱动模块、电压采集模块、第一供电模块和第二供电模块；

所述驱动模块根据MCU输出的驱动信号来调节流过激光模组的工作电流大小；

所述电压采集模块对所述工作电流采样并放大后输出对应的采样电压给MCU；

所述第一供电模块根据输入的电源电压生成第一供电电压给MCU供电；

所述第二供电模块根据输入的电源电压生成的第二供电电压给激光模组供电。

根据MCU输出的驱动信号来调节流过激光模组的工作电流大小，可灵活调节激光功率且误差精度很小；通过对工作电流采样并放大，可避免传输过程中的衰减影响工作电流值的准确性，为后续计算流过激光模组的工作电流大小提供准确的数据基础；通过对MCU和激光模组分开供电并稳压，使MCU的工作更加稳定，激光模组的供电更加稳定、使得到的工作电流值更加准确；从而提高了激光功率调节的准确性。

在进一步地优选方案中，所述驱动模块包括开关管、第一电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述开关管的基极连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接MCU的PWM脚，所述开关管的发射极连接第二电阻的另一端和地，所述开关管的集电极连接激光模组的PD脚和LD脚；所述激光模组的COM脚连接第三电阻的一端、第一电容的一端和电压采集模块；第一电容的另一端接地，第三电阻的另一端连接第二供电模块中的第二供电端和电压采集模块。

上述方案的效果在于：通过改变驱动信号的占空比即可调节所述工作电流大小，从而对应调节激光模组的激光功率的大小。第一电阻用于限流以保护开关管，第二电阻用于为开关管提供偏置电压。第一电容用于对第三电阻上的电压进行滤波，使后续电压采集得到的电压更加稳定

在进一步地优选方案中，所述电压采集模块包括双运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述双运算放大器的第3脚连接第四电阻的一端和第五电阻的一端，第四电阻的另一端连接第三电阻的另一端，第五电阻的另一端接地，双运算放大器的第2脚连接第六电阻的一端和第七电阻的一端，第六电阻的另一端连接第三电阻的一端和激光模组的COM脚，双运算放大器的第1脚连接第七电阻的另一端和双运算放大器的第5脚，双运算放大器的第6脚连接双运算放大器的第7脚和MCU的AD0脚，双运算放大器的第8脚连接第一供电端，双运算放大器的第4脚接地。

上述方案的效果在于：通过对工作电流采样并放大，可避免传输过程中的衰减影响工作电流值的准确性，为后续计算流过激光模组的工作电流大小提供准确的数据基础。

在进一步地优选方案中，所述电压采集模块还包括第二电容、第三电容、第八电阻和第九电阻；

所述第二电容的一端连接双运算放大器的第8脚和第一供电端，第二电容的另一端接地，所述第八电阻的一端连接双运算放大器的第1脚，第八电阻的另一端连接双运算放大器的第5脚，所述第九电阻的一端连接双运算放大器的第7脚，第九电阻的另一端连接第三电容的一端和MCU的AD0脚。

上述方案的效果在于：所述第二电容用于对双运算放大器的电源进行滤波，使双运算放大器工作更加稳定。所述第三电容用于对输出的采样电压进行滤波，使后续的激光功率计算结果更加准确。

在进一步地优选方案中，所述第一供电模块包括第一电源芯片、第十电阻、第四电容、第五电容、第六电容和第一双向瞬变抑制二极管；

所述第一电源芯片的VIN脚连接第十电阻的一端和第四电容的一端，第十电阻的另一端输入电源电压，第四电容的另一端接地；所述第一电源芯片的VOUT脚是第一供电端，且连接第五电容的一端、第六电容的一端、第一双向瞬变抑制二极管的一端、MCU的VCC脚和双运算放大器的第8脚；第一电源芯片的VSS脚连接第五电容的另一端、第六电容的另一端、第一双向瞬变抑制二极管的另一端和地。

上述方案的效果在于：所述第十电阻和第四电容组成RC滤波电路，用于对输入的电源电压进行RC滤波，可以使电源电压更加稳定，提高供第一供电电压的稳定性。所述第五电容和第六电容用于对第一供电电压进行滤波，滤波杂波干扰，使MCU的工作更加稳定。所述第一双向瞬变抑制二极管用于对瞬时高压进线抑制，可以避免瞬时高压击穿或烧坏MCU，确保MCU工作的安全性。

在进一步地优选方案中，所述第二供电模块包括第二电源芯片、第十一电阻、第七电容、第八电容、第九电容和第二双向瞬变抑制二极管；

所述第二电源芯片的VIN脚连接第十一电阻的一端和第七电容的一端，第十一电阻的另一端输入电源电压，第七电容的另一端接地；所述第二电源芯片的VOUT脚是第二供电端，且连接第八电容的一端、第九电容的一端、第二双向瞬变抑制二极管的一端、第三电阻的另一端和第四电阻的另一端；第二电源芯片的VSS脚连接第八电容的另一端、第九电容的另一端、第二双向瞬变抑制二极管的另一端和地。

上述方案的效果在于：所述第十一电阻和第七电容组成RC滤波电路，用于对输入的电源电压进行RC滤波，可以使电源电压更加稳定，提高第二供电电压的稳定性。所述第八电容和第九电容用于对第二供电电压进行滤波，滤波杂波干扰，使激光模组的工作更加稳定。所述第二双向瞬变抑制二极管用于对瞬时高压进线抑制，可以避免瞬时高压击穿或烧坏激光模组，确保激光模组工作的安全性。

一种基于所述的半导体激光治疗设备的激光功率调节方法，其包括：

步骤A、上电时，激光功率调节电路根据输入的电源电压对MCU和激光模组供电；

步骤B、所述激光功率调节电路检测当前流过激光模组的工作电流并输出对应的采样电压给MCU；

步骤C、MCU根据采样电压计算当前流过激光模组的工作电流，根据设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小。

上述方案的效果在于：采用MCU来进行激光功率调节，结合电流功率关系数组列表实现了软件自动激光功率调节，激光功率调节程度更加灵活和精确；避免了现有可调电位器的盲调，提高了激光功率调节准确性。

在进一步地优选方案中，所述步骤B具体包括：

所述激光功率调节电路中的驱动模块根据MCU输出的驱动信号的占空比来调节流过激光模组的工作电流大小，所述激光功率调节电路中的电压采集模块对所述工作电流采样并放大后输出对应的采样电压给MCU。

上述方案的效果在于：通过对工作电流采样并放大，可避免传输过程中的衰减影响工作电流值的准确性，为后续计算流过激光模组的工作电流大小提供准确的数据基础。

在进一步地优选方案中，所述步骤C具体包括：

步骤C1、MCU将采样电压缩小预设倍数后计算流过激光模组的工作电流，根据当前设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；

步骤C2、判断计算出的工作电流是否等于所需的工作电流，是则保持驱动信号当前的占空比，否则执行步骤C3；

步骤C3、比较计算出的工作电流和所需的工作电流的大小：计算出的工作电流比所需的工作电流大时，减小驱动信号的占空比，返回步骤C1；计算出的工作电流比所需的工作电流小时，增加驱动信号的占空比，返回步骤C1。

上述方案的效果在于：能根据计算出的工作电流和所需的工作电流的大小，选择增加或减小占空比，自动调节流过激光模组的工作电流大小，激光功率调节程度更加灵活和精确。

与现有技术相比，本发明提供的半导体激光治疗设备包括一电路板，所述电路板上集成了MCU、激光模组和激光功率调节电路；所述激光功率调节电路根据输入的电源电压对MCU和激光模组供电，检测当前流过激光模组的工作电流并输出对应的采样电压给MCU；所述MCU根据采样电压计算当前流过激光模组的工作电流，根据设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小。采用MCU来进行激光功率调节，结合电流功率关系数组列表实现了软件自动激光功率调节，激光功率调节程度更加灵活和精确；能直接调节至设置的激光功率，避免了现有可调电位器的盲调，提高了激光功率调节准确性。从而解决了现有技术通过可调电位器来调节激光模组的激光功率、只能盲调且激光功率调节不准确的问题。

附图说明

图1是本发明实施例中半导体激光治疗设备的结构框图。

图2是本发明优选实施例中驱动模块、电压采集模块、MCU和激光模组的电路图。

图3是本发明优选实施例中的第一供电模块的电路图。

图4是本发明优选实施例中的第二供电模块的电路图。

图5是本发明优选实施例中的激光功率调节方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种半导体激光治疗设备及其激光功率调节方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供了一种半导体激光治疗设备，其包括一电路板，所述电路板上集成了激光功率调节电路10、MCU 20和激光模组30；所述激光功率调节电路10连接MCU20和激光模组30；所述激光功率调节电路10根据输入的电源电压对MCU和激光模组供电，检测当前流过激光模组的工作电流并输出对应的采样电压给MCU；所述MCU根据采样电压计算当前流过激光模组的工作电流，根据设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小。

本实施例通过对流过激光模组的工作电流进行采样，根据设置的激光功率查询电流功率关系数组列表找出所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小，即可将激光模组的激光功率调节为所需的值。采用MCU来进行激光功率调节，结合电流功率关系数组列表实现了软件自动激光功率调节，激光功率调节程度更加灵活和精确；能直接调节至设置的激光功率，避免了现有可调电位器的盲调，提高了激光功率调节准确性。从而解决了现有技术通过可调电位器来调节激光模组的激光功率、只能盲调且激光功率调节不准确的问题。

需要理解的是，MCU中储存了激光功率的默认值（如3mW，出厂时设置，同时，该3mW对应的驱动信号LASER1的占空比也可预先设置），激光功率是通过按键操作来选择不同的值。例如，有的是设置一个按键，每次按下按键，MCU根据按键操作将激光功率在当前的数值上增加0.5mW，一直增加至预设的最高值（如5.5mW）后，返回为最低值（如0.5mW）。还有的是设置增按键和减按键，增按键每被按下一次，MCU都将激光功率在当前的数值上增加0.5mW，同理，减按键每被按下一次，激光功率在当前的数值上减少0.5mW；激光功率的设置为现有技术，此处对按键的设置以及与MCU的连接方式不作详述。

在具体实施时，所述激光功率调节电路10适用于所有需要对激光模组（可对应替换为激光器、激光头）进行驱动的设备中；本实施例中，优选为半导体激光治疗设备。

作为本发明的优选方案，所述激光功率调节电路10包括：驱动模块100、电压采集模块200、第一供电模块300和第二供电模块400；所述驱动模块100连接MCU 20和激光模组30，所述电压采集模块200连接MCU 20和激光模组30，第一供电模块300连接MCU 20，第二供电模块400连接电压采集模块200。所述驱动模块100根据MCU 20输出的驱动信号LASER1来调节流过激光模组的工作电流大小；所述电压采集模块200对所述工作电流采样并放大后输出对应的采样电压给MCU；所述第一供电模块300根据输入的电源电压生成3.3V的第一供电电压MCU_VCC给MCU 20供电；所述第二供电模块400根据输入的电源电压生成3V的第二供电电压LS_VCC给激光模组30供电。

本实施例根据MCU输出的驱动信号来调节流过激光模组的工作电流大小，可灵活调节激光功率且误差精度很小；通过对工作电流采样并放大，可避免传输过程中的衰减影响工作电流值的准确性，为后续计算流过激光模组的工作电流大小提供准确的数据基础；通过对MCU和激光模组分开供电并稳压，使MCU的工作更加稳定，激光模组的供电更加稳定、使得到的工作电流值更加准确；从而提高了激光功率调节的准确性。

所述MCU 20优选型号为79F1615，所述MCU 20的VCC脚连接第一供电模块300中的第一供电端（提供第一供电电压MCU_VCC），MCU 20的AD0脚连接电压采集模块200，MCU 20的PWM脚连接驱动模块100，MCU 20的GND脚接地。

本实施例通过MCU 20调节驱动信号LASER1的占空比来调节激光模组30的激光功率，根据接收的采样电压LS_AD1来计算当前流过激光模组的工作电流，再根据工作电流查询电流功率关系数组列表，即可判断是否已经达到所需的激光功率，若没有，则继续调节驱动信号LASER1的占空比。与现有采用可调电位器相比，激光功率的调节程度更加灵活，不会出现盲调，提高了激光功率调节准确性。

需要理解的是，在具体实施时，所述MCU 20还可采用其他型号，只要其能实现上述功能且带10位以上AD（模拟信号转换为数字信号）采集，则均在本实施例的保护范围内。采用其他型号时，引脚名称可能有对应变化，只需将AD0脚对应ADC采集脚，PWM脚对应IO脚，VCC脚对应电源脚，GND脚对应地脚即可。

请一并参阅图2至图4，本实施例的优选方案中，所述驱动模块100包括开关管Q、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；所述开关管Q的基极连接第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端连接MCU 20的PWM脚，所述开关管Q的发射极连接第二电阻R2的另一端和地，所述开关管Q的集电极连接激光模组30的PD脚和LD脚；所述激光模组30的COM脚连接第三电阻R3的一端、第一电容C1的一端和电压采集模块200；第一电容C1的另一端接地，第三电阻R3的另一端连接第二供电模块400中的第二供电端（提供第二供电电压LS_VCC）和电压采集模块200。

其中，所述开关管Q优选为NPN（型号优选为8050）三极管。平时，开关管Q的基极电压通过第二电阻R2下拉为低电平，开关管Q截止，激光模组30的LD脚和PD脚悬空，无工作电流流过激光模组30。当MCU 20的PWM脚输出驱动信号LASER1（一种周期脉冲信号）时，驱动信号LASER1的高电平控制开关管Q导通，将激光模组30的LD脚和PD脚下拉到地，激光模组30导通，第二供电电压LS_VCC提供的工作电流依次流过第三电阻R3、激光模组30后到地，形成工作电流到地回路，则此时激光模组30中有工作电流流过。根据工作电流的大小即可通过查询电流功率关系数组列表找出激光模组30的激光功率，通过改变驱动信号LASER1的占空比即可调节所述工作电流大小，从而对应调节激光模组30的激光功率的大小。

所述第一电阻R1用于限流以保护开关管Q，第二电阻R2用于为开关管Q提供偏置电压。所述第三电阻R3为采样电阻，电压采集模块200通过对第三电阻R3两端的电压变化进行采集，放大后传输给MCU 20，即可由MCU20计算出工作电流值。所述第一电容C1用于对第三电阻R3上的电压进行滤波，使后续电压采集得到的电压更加稳定。

请一并参阅图3，本实施例中，所述电压采集模块200包括双运算放大器（由第一运算放大器U1和第二运算放大器U2组成）、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7；所述双运算放大器的第3脚（即第一运算放大器U1的同相输入端）连接第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端，第四电阻R4的另一端连接第三电阻R3的另一端，第五电阻R5的另一端接地，双运算放大器的第2脚（即第一运算放大器U1的反相输入端）连接第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端，第六电阻R6的另一端连接第三电阻R3的一端和激光模组30的COM脚，双运算放大器的第1脚（即第一运算放大器U1的输出端）连接第七电阻R7的另一端和双运算放大器的第5脚（即第二运算放大器U2的同相输入端），双运算放大器的第6脚（即第二运算放大器U2的反相输入端）连接双运算放大器的第7脚（即第二运算放大器U2的输出端）和MCU 20的AD0脚，双运算放大器的第8脚（即两个运算放大器的电源脚）连接第一供电端，双运算放大器的第4脚（即两个运算放大器的地脚）接地。

其中， 所述双运算放大器的型号优选为LM358。所述第四电阻R4（阻值优选为1KΩ）和第五电阻R5（阻值优选为3.9KΩ）对第三电阻R3（阻值优选为48RΩ）的另一端上的电压进行分压，获得第一电压V1；第六电阻R6（阻值优选为1KΩ）对第三电阻R3的一端上的电压进行采样，输出第二电压V2。通过对第三电阻R3两端的电压变化进行采集，将第一电压V1输入第一运算放大器U1的同相输入端，将第二电压V2输入第一运算放大器U1的反相输入端，通过第一运算放大器U1进行一级放大后再通过第二运算放大器U2进行二级放大，整个双运算放大器进行3.9倍的放大（放大范围：1.638~2.964V）后、输出采样电压LS_AD1（误差控制在±0.05V）至MCU 20的AD0脚进行数据采集。所述采样电压LS_AD1的电压值的计算公式为：V _{LS_AD1}=Rf/R×（V1-V2）=3.9/1×（V1-V2），公式中的R7表示第七电阻的阻值，R6表示第六电阻的阻值，V1表示第一电压的压值，V2表示第二电压的压值。

由于采样电压LS_AD1进行了放大处理，所述MCU 20收到采样电压LS_AD1后先进行3.9倍缩小，再根据第三电阻R3的阻值计算出当前流过激光模组30的工作电流，根据计算出的工作电流的大小查询MCU 20内部预存的电流功率关系数组列表（如下表1），即可找出激光模组30当前的激光功率，最后根据用户设置的激光功率输出对应占空比的驱动信号LASER1、来调节激光模组30的激光功率大小，使其达到所设置的激光功率的值。

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
												激光功率(mW)	0.5	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	4.5	5	5.5
工作电流(mA)	8.7	9.5	10.4	11.2	11.6	12.5	13.3	13.7	14.5	15.4	15.8
												RES_VCC (V)	0.42	0.46	0.5	0.54	0.56	0.6	0.64	0.66	0.7	0.74	0.76

表1

表1中RES_VCC表示MCU 20对采样电压LS_AD1后进行3.9倍缩小（除以3.9）后的电压值，即第三电阻R3两端的电压值；再除以第三电阻R3的阻值即可计算出当前流过激光模组30的工作电流。一个工作电流对应一个激光功率。需要理解的是，此表1中示出的值仅为示例，由于激光模组30的激光功率通常以0.5的步进来进行设置，因此只示出了有代表性的几个端点值，其他更精细的值可根据实验结果得出、此处不作详述。

实际计算出的工作电流可能比表1中的各个工作电流偏大或偏小，MCU可先判断计算出的工作电流是否等于所需的工作电流，等于则保持当前的占空比，不等于则继续判断计算出的工作电流是否在所需的工作电流的预设范围（如±0.5mA）内：没有则根据预设的第一步进（如5%）来粗调驱动信号LASER1的占空比，使当前的工作电流大幅度靠近所需的工作电流；若计算出的工作电流在所需的工作电流的预设范围（如±0.5mA）内，则根据预设的第二步进（如1%）来细调驱动信号LASER1的占空比，使当前的工作电流逐渐靠近所需的工作电流直至等于所需的工作电流。若先根据第一步进粗调、后续判断计算出的工作电流在所需的工作电流的预设范围内时，自动切换为第二步进来继续细调。通过粗调可缩短调节时间，通过细调可增加调节的精度，解决粗调只能在所需的工作电流周围波动，不能得到准确的工作电流的问题。

进一步地，所述电压采集模块200还包括第二电容C2、第三电容C3、第八电阻R8和第九电阻R9；所述第二电容C2的一端连接双运算放大器的第8脚和第一供电端，第二电容C2的另一端接地，所述第八电阻R8的一端连接双运算放大器的第1脚，第八电阻R8的另一端连接双运算放大器的第5脚，所述第九电阻R9的一端连接双运算放大器的第7脚，第九电阻R9的另一端连接第三电容C3的一端和MCU 20的AD0脚。

其中，所述第八电阻R8（阻值优选为1KΩ）为第一运算放大器U1的输出电阻，所述第九电阻R9（阻值优选为1KΩ）为第二运算放大器U2的输出电阻。所述第二电容C2用于对双运算放大器的电源进行滤波，使双运算放大器工作更加稳定。所述第三电容C3用于对输出的采样电压LS_AD1进行滤波，使后续的激光功率计算结果更加准确。

请一并参阅图3，本实施例中，所述第一供电模块300包括第一电源芯片U3、第十电阻R10、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第一双向瞬变抑制二极管T1；所述第一电源芯片U3的VIN脚连接第十电阻R10的一端和第四电容C4的一端，第十电阻R10的另一端输入电源电压VCC（即连接供电端），第四电容C4的另一端接地；所述第一电源芯片U3的VOUT脚是第一供电端，且连接第五电容C5的一端、第六电容C6的一端、第一双向瞬变抑制二极管T1的一端、MCU 20的VCC脚和双运算放大器的第8脚；第一电源芯片U3的VSS脚连接第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端、第一双向瞬变抑制二极管T1的另一端和地。

其中，所述第一电源芯片U3的型号优选为ME6206A33PG，其根据输入的电源电压VCC生成稳定的3.3V的第一供电电压MCU_VCC给MCU 20供电。需要理解的是，在具体实施时，所述第一电源芯片U1还可采用其他型号，只要其能实现稳定的3.3V供电的功能，则均在本实施例的保护范围内。采用其他型号时，引脚名称可能有对应变化，只需将VIN脚对应输入脚，VOUT脚对应输出脚，VSS对应芯片的地脚即可。

所述第一供电模块300中，所述第十电阻R10和第四电容C4组成RC滤波电路，用于对输入的电源电压VCC进行RC滤波，可以使电源电压VCC更加稳定，提高第一供电电压MCU_VCC的稳定性。所述第五电容C5和第六电容C6用于对第一供电电压MCU_VCC进行滤波，滤波杂波干扰，使MCU 20的工作更加稳定。所述第一双向瞬变抑制二极管T1用于对瞬时高压进线抑制，可以避免瞬时高压击穿或烧坏MCU 20，确保MCU 20工作的安全性。

请一并参阅图4，所述第二供电模块400包括第二电源芯片U4、第十一电阻R11、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第二双向瞬变抑制二极管T2；所述第二电源芯片U4的VIN脚连接第十一电阻R11的一端和第七电容C7的一端，第十一电阻R11的另一端输入电源电压VCC（即连接供电端），第七电容C7的另一端接地；所述第二电源芯片U4的VOUT脚是第二供电端，且连接第八电容C8的一端、第九电容C9的一端、第二双向瞬变抑制二极管T2的一端、第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端；第二电源芯片U4的VSS脚连接第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、第二双向瞬变抑制二极管T2的另一端和地。

其中，所述第二电源芯片U4的型号优选为ME6206A30PG，其根据输入的电源电压VCC生成稳定的3V的第二供电电压LS_VCC给激光模组30供电。需要理解的是，在具体实施时，所述第二电源芯片U4还可采用其他型号，只要其能实现稳定的3V供电的功能，则均在本实施例的保护范围内。采用其他型号时，引脚名称可能有对应变化，只需将VIN脚对应输入脚，VOUT脚对应输出脚，VSS对应芯片的地脚即可。

所述第二供电模块400中，所述第十一电阻R11和第七电容C7组成RC滤波电路，用于对输入的电源电压VCC进行RC滤波，可以使电源电压VCC更加稳定，提高第二供电电压LS_VCC的稳定性。所述第八电容C8和第九电容C9用于对第二供电电压LS_VCC进行滤波，滤波杂波干扰，使激光模组的工作更加稳定。所述第二双向瞬变抑制二极管T2用于对瞬时高压进线抑制，可以避免瞬时高压击穿或烧坏激光模组，确保激光模组工作的安全性。

请继续参阅图1-4，所述半导体激光治疗设备的工作流程包括：

上电后进行系统初始化，输入的电源电压VCC通过第一电源芯片U3生成稳定的3.3V的第一供电电压MCU_VCC给MCU 20供电。同时，输入的电源电压VCC通过第二电源芯片U4生成稳定的3V的第二供电电压LS_VCC给激光模组30供电。同时，MCU 20读取当前默认的激光功率是3mW，输出该3mW对应的占空比的驱动信号LASER1，控制开关管Q导通截止，产生对应的第二电压V2；第四电阻R4和第五电阻R5对第二供电电压LS_VCC分压，输出第一电压V1，这两个电压经过双运算放大器比较放大后输出当前的采样电压LS_AD1。

所述MCU 20对采样电压LS_AD1缩小3.9倍后、根据第三电阻R3的阻值计算出当前流过激光模组30的工作电流，根据计算出的工作电流的大小在电流功率关系数组列表中查询激光模组30当前的激光功率。由于当前默认的激光功率为3mW，其对应的工作电流值为12.5mA，MCU 20比较12.5mA与计算出的工作电流的大小。若计算出的工作电流正好等于12.5mA，则保持当前的占空比继续输出驱动信号LASER1，使激光功率稳定在3mW。

但是，受到环境温度的影响，激光模组30在不同温度环境下会有较大的激光功率差异，即温度变化会改变激光模组30的内阻，其工作电流也会随之变化，导致之前已经稳定的激光功率对应变化（如大于或小于3mW）。此时，MCU会根据温度变化来调节驱动信号LASER1的占空比，即实时获取采样电压LS_AD1来计算当前的工作电流的大小，判断与3mW对应的工作电流是否相同，不同则调节驱动信号LASER1的占空比直至工作电流保持在12.5mA。占空比调节时，例如，若小于3mW对应的工作电流，判断计算出的工作电流是否在所需的工作电流的预设范围（如±0.5mA）内，是则根据第二步进增加占空比，否则根据第一步进增加占空比；若大于3mW对应的工作电流，也先判断计算出的工作电流是否在所需的工作电流的预设范围内，是则根据第二步减小占空比，否则根据第一步进减小占空比。

例如，实际计算出的工作电流是12.2mA（比所需的工作电流小）或13.1mA（比所需的工作电流大）。若判断计算出的工作电流是12.2mA，在12.5mA（即所需的工作电流）的预设范围（如±0.5mA）内，则根据第二步进（如1%）来细调驱动信号LASER1的占空比，使当前流过激光模组的工作电流12.2mA按照12.3mA、12.4mA的增长逐渐靠近所需的工作电流直至等于12.5mA。

若判断计算出的工作电流是13.1mA，不在12.5mA的预设范围（如±0.5mA）内，先根据第一步进（如5%）来粗调驱动信号LASER1的占空比，使当前的工作电流13.1mA处于预设范围内，再根据第二步进细调驱动信号LASER1的占空比，使当前计算出的工作电流逐渐靠近所需的工作电流直至等于12.5mA。

通过占空比的调节，即可将激光模组30的激光功率调节为3mW，误差精度控制±0.2mW，之后保持当前的占空比，继续实时获取采样电压LS_AD1并继续计算、判断，工作电流的数值偏离所需值时继续调节占空比。

之后，若用户通过按键操作改变了激光功率，当MCU 20检测激光模组30的激光功率为其他值时，如4mW。则MCU 20先在电流功率关系数组列表中查询4mW的激光功率对应的工作电流值是13.7mA，而当前根据采样电压LS_AD1的大小计算出的流过激光模组30的工作电流值是12.5mA，调节驱动信号LASER1的占空比使流过第三电阻R3的工作电流达到13.7mA，具体为：

判断计算出的工作电流不等于所需的工作电流时，继续判断当前计算出的工作电流12.5mA是否在所需的工作电流13.7mA的预设范围（如±0.5mA）内：没有且数值偏小，则根据预设的第一步进（如5%）来粗调、增加驱动信号LASER1的占空比；

获取采样电压LS_AD1并计算出当前的工作电流为13.0mA，判断出计算出的工作电流不等于所需的工作电流时，接着判断出当前计算出的工作电流13.0mA没有在所需的工作电流13.7mA的预设范围内且数值偏小，再根据预设的第一步进（如5%）来粗调、增加驱动信号LASER1的占空比；

再次获取采样电压LS_AD1并计算出当前的工作电流为13.5mA，判断出13.5mA不等于13.7mA时，接着判断当前计算出的工作电流13.5mA在所需的工作电流13.7mA的预设范围内且数值偏小，则根据预设的第二步进（如1%）来细调、增加驱动信号LASER1的占空比；

再次获取采样电压LS_AD1并计算出当前的工作电流为13.6mA，判断出13.6mA不等于13.7mA时，接着判断当前计算出的工作电流13.6mA在所需的工作电流13.7mA的预设范围内且数值偏小，则根据预设的第二步进（如1%）来细调、增加驱动信号LASER1的占空比；

再次获取采样电压LS_AD1并计算出当前的工作电流为13.7mA，判断出13.7mA等于13.7mA，则保持当前的占空比。

通过上述步骤，即可先粗调、再细调，最终使当前计算出的工作电流等于所需的工作电流，即可将激光模组30的激光功率调节为4mW，保持当前的占空比，以稳定激光模组30的激光功率。同理可得，在后续的工作过程中，若激光功率被用户调节为其他值，重复上述步骤，即可将激光模组30的激光功率调节为修改后的值，之后保持当前的占空比。

需要理解的是，本实施例中提及的所有数值，如工作电流值为12.2mA 、12.5mA、13.1mA等，均为示例；在实际处理时、这些数值会有正负偏差，此处对数值的大小不做限定。

基于上述的半导体激光治疗设备，请一并参阅图5，本发明还提供了一种半导体激光治疗设备的激光功率调节方法，其包括：

步骤S100、上电时，激光功率调节电路根据输入的电源电压对MCU和激光模组供电；

本步骤具体为：第一供电模块300根据输入的电源电压生成3.3V的第一供电电压给MCU供电，第二供电模块400根据输入的电源电压生成3.3V的第二供电电压给激光模组供电。

步骤S200、所述激光功率调节电路检测当前流过激光模组的工作电流并输出对应的采样电压给MCU；

本步骤具体为：所述激光功率调节电路中的驱动模块100根据MCU输出的驱动信号的占空比来调节流过激光模组的工作电流大小，所述激光功率调节电路中的电压采集模块200对所述工作电流采样并放大后输出对应的采样电压给MCU。

步骤S300、MCU根据采样电压计算当前流过激光模组的工作电流，根据设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小。

本步骤具体包括：

步骤310、MCU将采样电压缩小预设倍数（即之前放大的倍数）后计算流过激光模组的工作电流，根据当前设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；

步骤320、判断计算出的工作电流是否等于所需的工作电流，是则保持驱动信号当前的占空比，否则执行步骤330；

步骤330、比较计算出的工作电流和所需的工作电流的大小：计算出的工作电流比所需的工作电流大时，减小驱动信号的占空比，返回步骤310；计算出的工作电流比所需的工作电流小时，增加驱动信号的占空比，返回步骤310。

通过改变占空比即可对应增加工作电流或减小工作电流，使流过激光模组30的工作电流达到所需的工作电流，即可将激光模组30的激光功率调节为所需的值，之后保持当前的占空比，以稳定激光模组30的激光功率。

综上所述，本发明提供的半导体激光治疗设备及其激光功率调节方法，通过对第三电阻两端的电压进行采集，经过双运算放大器处理放大后传输给MCU，计算出当前流过激光模组的工作电流，根据设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小，即可实现对激光功率的自动动态调节，保证了激光模组的工作电压范围，避免了传统电位器的盲调；根据不同的步进来调节，使控制程度更加灵活且更加智能；还能根据环境温度适应性调节，使激光功率稳定在设置值，实现了激光功率的自动修正调节；还能灵活设置治疗或理疗时的激光功率，满足不同的激光功率需求和激光功率切换；合理且有效的使用激光模组，延长了激光模组使用寿命。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种半导体激光治疗设备，其特征在于，包括一电路板，所述电路板上集成了MCU、激光模组和激光功率调节电路；

所述激光功率调节电路根据输入的电源电压对MCU和激光模组供电，检测当前流过激光模组的工作电流并输出对应的采样电压给MCU；

所述MCU根据采样电压计算当前流过激光模组的工作电流，根据设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小；

所述激光功率调节电路包括：驱动模块、电压采集模块、第一供电模块和第二供电模块；

所述驱动模块根据MCU输出的驱动信号来调节流过激光模组的工作电流大小；

所述电压采集模块对所述工作电流采样并放大后输出对应的采样电压给MCU；

所述第一供电模块根据输入的电源电压生成第一供电电压给MCU供电；

所述第二供电模块根据输入的电源电压生成的第二供电电压给激光模组供电；

所述驱动模块包括开关管、第一电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述开关管的基极连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接MCU的PWM脚，所述开关管的发射极连接第二电阻的另一端和地，所述开关管的集电极连接激光模组的PD脚和LD脚；所述激光模组的COM脚连接第三电阻的一端、第一电容的一端和电压采集模块；第一电容的另一端接地，第三电阻的另一端连接第二供电模块中的第二供电端和电压采集模块。

2.根据权利要求1所述的半导体激光治疗设备，其特征在于，所述电压采集模块包括双运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述双运算放大器的第3脚连接第四电阻的一端和第五电阻的一端，第四电阻的另一端连接第三电阻的另一端，第五电阻的另一端接地，双运算放大器的第2脚连接第六电阻的一端和第七电阻的一端，第六电阻的另一端连接第三电阻的一端和激光模组的COM脚，双运算放大器的第1脚连接第七电阻的另一端和双运算放大器的第5脚，双运算放大器的第6脚连接双运算放大器的第7脚和MCU的AD0脚，双运算放大器的第8脚连接第一供电端，双运算放大器的第4脚接地。

3.根据权利要求2所述的半导体激光治疗设备，其特征在于，所述电压采集模块还包括第二电容、第三电容、第八电阻和第九电阻；

所述第二电容的一端连接双运算放大器的第8脚和第一供电端，第二电容的另一端接地，所述第八电阻的一端连接双运算放大器的第1脚，第八电阻的另一端连接双运算放大器的第5脚，所述第九电阻的一端连接双运算放大器的第7脚，第九电阻的另一端连接第三电容的一端和MCU的AD0脚。

4.根据权利要求2所述的半导体激光治疗设备，其特征在于，所述第一供电模块包括第一电源芯片、第十电阻、第四电容、第五电容、第六电容和第一双向瞬变抑制二极管；

所述第一电源芯片的VIN脚连接第十电阻的一端和第四电容的一端，第十电阻的另一端输入电源电压，第四电容的另一端接地；所述第一电源芯片的VOUT脚是第一供电端，且连接第五电容的一端、第六电容的一端、第一双向瞬变抑制二极管的一端、MCU的VCC脚和双运算放大器的第8脚；第一电源芯片的VSS脚连接第五电容的另一端、第六电容的另一端、第一双向瞬变抑制二极管的另一端和地。

5.根据权利要求2所述的半导体激光治疗设备，其特征在于，所述第二供电模块包括第二电源芯片、第十一电阻、第七电容、第八电容、第九电容和第二双向瞬变抑制二极管；

所述第二电源芯片的VIN脚连接第十一电阻的一端和第七电容的一端，第十一电阻的另一端输入电源电压，第七电容的另一端接地；所述第二电源芯片的VOUT脚是第二供电端，且连接第八电容的一端、第九电容的一端、第二双向瞬变抑制二极管的一端、第三电阻的另一端和第四电阻的另一端；第二电源芯片的VSS脚连接第八电容的另一端、第九电容的另一端、第二双向瞬变抑制二极管的另一端和地。

6.一种基于如权利要求1所述的半导体激光治疗设备的激光功率调节方法，其特征在于，包括：

步骤A、上电时，激光功率调节电路根据输入的电源电压对MCU和激光模组供电；

步骤B、所述激光功率调节电路检测当前流过激光模组的工作电流并输出对应的采样电压给MCU；

步骤C、MCU根据采样电压计算当前流过激光模组的工作电流，根据设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；调节驱动信号的占空比使当前的工作电流值达到所需的工作电流大小。

7.根据权利要求6所述的激光功率调节方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

所述激光功率调节电路中的驱动模块根据MCU输出的驱动信号的占空比来调节流过激光模组的工作电流大小，所述激光功率调节电路中的电压采集模块对所述工作电流采样并放大后输出对应的采样电压给MCU。

8.根据权利要求6所述的激光功率调节方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

步骤C1、MCU将采样电压缩小预设倍数后计算流过激光模组的工作电流，根据当前设置的激光功率在预存的电流功率关系数组列表中查询所需的工作电流大小；

步骤C2、判断计算出的工作电流是否等于所需的工作电流，是则保持驱动信号当前的占空比，否则执行步骤C3；

步骤C3、比较计算出的工作电流和所需的工作电流的大小：计算出的工作电流比所需的工作电流大时，减小驱动信号的占空比，返回步骤C1；计算出的工作电流比所需的工作电流小时，增加驱动信号的占空比，返回步骤C1。

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