CN201084032Y - 半导体激光器温度控制系统 - Google Patents

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楼祺洪
张寿棋
周军
董景星
魏运荣
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Abstract

一种半导体激光器温度控制系统，由报警保护电路、按键显示电路、单片机、AD转换电路、温度传感电路、光电隔离电路和热电制冷器驱动电路组成。温度传感电路检测半导体激光器的温度，将其转换为电压量，通过AD转换电路之后进入单片机；由单片机根据检测到的温度数据和已设定的参数来产生驱动信号，驱动信号通过光电隔离电路之后，接到热电制冷器驱动电路，从而控制热电制冷器的工作，实现半导体激光器温度的自动控制。本实用新型具有结构简单，快速、准确地显示和控制半导体激光器的温度并且能自动断电保护的特点。

Description

半导体激光器温度控制系统
技术领域
本实用新型涉及设备的温度控制，特别是一种半导体激光器的温度控制系统。
背景技术
半导体激光器(简称LD)具有体积小、重量轻、输入电压小、结构简单、寿命长、转换效率高、功耗低、结构简单、价格低廉、使用安全、易于调制等有利因素，用其作为干涉测量中的光源，使得干涉测量系统的集成化、实用化变为可行。另一方面，LD的输出功率与温度存在一定的关系，当LD内部温度增加时，输出功率也随之增加。而LD要在干涉测量领域当中应用，首要任务是使LD的输出功率非常稳定，如果温度不稳则可能会引发模式跳跃现象，其结果会严重影响干涉场质量。为了使干涉测量达到优良的精度，必须对LD的内部温度进行严格的控制。因此，对LD的内部温度进行严格的控制，有着非常重要的意义。
目前，对LD进行温度控制还需要解决的问题有：测温电路对温度的监测精度不高，主要是测温的电桥电阻分流引起的；TEC驱动电路常采用MOS管组成的电桥，但这需要解决开关过程中的直通等问题，因此往往设计过程较为复杂。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种半导体激光器温度控制系统，该系统应具有结构简单，快速、准确地显示和控制半导体激光器的温度，能自动断电保护的特点。
本实用新型的技术方案如下：
一种半导体激光器温度控制系统，其特征是包括报警保护电路、按键显示电路、单片机、AD转换电路、温度传感电路、光电隔离电路和热电制冷器驱动电路，其各个部分的连接关系为：
所述的报警保护电路、按键显示电路、AD转换电路和光电隔离电路都与单片机相连，所述的AD转换电路的另一端与所述的温度传感电路相连，所述的光电隔离电路的另一端与所述的热电制冷器驱动电路相连，所述的温度传感电路和热电制冷器驱动电路与一半导体激光器相连；
所述的温度传感电路内部的连接关系如下：
第二电阻的一端接+5v电压，第二电阻另一端与所述的半导体激光器内部的热敏电阻的一端和双电压放大器的第一运算放大器的正向输入端的节点相连，该热敏电阻的另一端接地；第三电阻的一端接+5v电压，另一端接第一电位器与第二运算放大器的正向输入端的节点，第一运算放大器的负向输入端与该运算放大器的输出端相连后再接第三运算放大器的负向输入端，该负向输入端经第八电阻与该第三运算放大器的输出端相连，所述的第二运算放大器的负向输入端与输出端相连后再接第三运算放大器的正向输入端；该正向输入端通过第七电阻接地；所述的第三运算放大器的输出端连接到所述的AD转换电路；
所述的热电制冷器驱动电路内部的连接关系如下：
电桥驱动芯片的输入端和连接光电隔离电路的输出端；Vss端接+5v电压，Vs端接+8v电压，ISEN A端接第二电位器的一端，该电位器的中间抽头接地；所述的电桥驱动芯片的输出端OUT1和OUT2分别经第一电感和第二电感接所述的半导体激光器内部的热电制冷器；第一电感和第二电感与半导体激光器内部的热电制冷器的节点分别经第八电容和第九电容接地。
所述的热电制冷器驱动电路的电桥驱动芯片为L298，或LMD18200芯片。
温度传感电路检测半导体激光器的温度，将其转换为电压量，通过AD转换电路之后进入单片机；由单片机根据检测的温度数据和用户设定的温度参数通过程序计算来产生脉宽驱动信号，该脉宽驱动信号通过光电隔离电路之后，输送到热电制冷器驱动电路，从而控制半导体激光器内部的热电制冷器，实现半导体激光器温度的自动控制。
本实用新型的技术效果如下：
所述的温度传感电路中采用了电压放大器LM358组成的电压跟随器进行阻抗转换，从而提高了温度检测的精度；
所述的热电制冷器驱动电路中采用电桥驱动芯片L298或者LMD18200，它使热电制冷器驱动电路更加简单、稳定；
系统中附有报警保护电路，它在激光器温度过高时通过蜂鸣器报警并切断电源，能有效的保护半导体激光器的安全。
采用单片机控制，可快速、准确地显示和控制半导体激光器的温度：
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1为本实用新型的原理方框图；
图中：U1-报警保护电路  U2-按键显示电路
U3-单片机  U4-AD转换电路  U5-温度传感电路
U6-光电隔离电路  U7-热电制冷器驱动电路
LD-半导体激光器
图2为本实用新型温度传感电路原理图；
图3为本实用新型热电制冷器驱动电路原理图；
图4为本实用新型单片机程序流程图。
具体实施方式
先请参阅图1，图1为本实用新型半导体激光器温度控制系统的实施例的方框图，由图可见，本实用新型半导体激光器温度控制系统，由报警保护电路U1、按键显示电路U2、单片机U3、AD转换电路U4、温度传感电路U5、光电隔离电路U6和热电制冷器驱动电路U7构成，其各个部分的连接关系为：
所述的报警保护电路U1、按键显示电路U2、AD转换电路U4和光电隔离电路U6都与单片机U3相连，所述的AD转换电路U4的另一端与所述的温度传感电路U5相连，所述的光电隔离电路U6的另一端与所述的热电制冷器驱动电路U7相连，所述的温度传感电路U5和热电制冷器驱动电路U7与一半导体激光器LD相连；
所述的温度传感电路U5内部的连接关系如图2所示，第二电阻R2、热敏电阻R6、第三电阻R3和第一电位器R5连在一起构成一个电桥。所述的第二电阻R2的一端接+5v电压，该第二电阻R2的另一端与所述的半导体激光器LD内部的热敏电阻R6和双电压放大器的第一运算放大器Q7A的正向输入端3的节点相连，所述的热敏电阻R6的另一端接地；第三电阻R3的一端接+5v电压，另一端接第一电位器R5与双电压放大器的第二运算放大器Q7B的正向输入端5的节点相连，第一电位器R5的另一端接地；第一运算放大器Q7A的负向输入端2与该运算放大器Q7A输出端1相连后再接第三运算放大器Q8的负向输入端10，该负向输入端10经第八电阻R8与该第三运算放大器Q8的输出端9相连，所述的第二运算放大器Q7B的负向输入端6与输出端7相连后再接第三运算放大器Q8的正向输入端12；该正向输入端12通过第七电阻R7接地；所述的第三运算放大器Q8的输出端9连接所述的AD转换电路U4。由双电压放大器Q7构成的阻抗变换器，起到隔离测温电路和放大滤波电路的作用。
所述的热电制冷器驱动电路U7内部的连接关系如图3所示：
电桥驱动芯片Q5的输入端IN1和IN2接所述的光电隔离电路U6的输出端；Vss端接+5v电压，Vs端接+8v电压，ISENA端接第二电位器R10的一端，该第二电位器R10的中间抽头接地；所述的电桥驱动芯片Q5的输出端OUT1和OUT2分别经第一电感L1和第二电感L2接半导体激光器内部的热电制冷器P5；第一电感L1和第二电感L2与半导体激光器内部的热电制冷器P5的节点分别经第八电容C8和第九电容C9接地。
在本实施例所述的热电制冷器驱动电路U7的电桥驱动芯片为L298芯片。
温度传感电路U5检测半导体激光器LD的温度，将其转换为电压量，通过AD转换电路U4之后进入单片机U3；由单片机U3根据检测到的温度数据和已设定的温度参数来产生脉宽调制信号，该脉宽调制信号通过光电隔离电路U6之后，接到热电制冷器驱动电路U7，从而控制热电制冷器，实现半导体激光器温度的自动控制。同时单片机U3实时比较监测到的温度和设定的最大温度值，一旦监测到的温度超过设定的最大温度值，立即通过报警保护电路U1的蜂鸣器报警，并切断电源，保护激光器的安全。
调节第一电位器R5可以设定输出到半导体制冷器的电流大小。脉宽调制控制量通过桥式驱动芯片Q5控制半导体激光器内的热电制冷器P5的电流大小和方向，从而控制半导体激光器的温度。
图4为单片机程序流程图，上电之后，单片机U3开始工作并初始化，启动键盘扫描程序，用户由键盘U2输入设定半导体激光器LD的工作温度值T0和最大温度值T1；接着启动温度采集程序，接收由AD转换电路U4传来的数据，获得采集温度T2；然后判断采集温度T2是否越限(即T2＞T1？)，如果采集温度T2高于设定的最大温度值T1，则调用报警保护程序，由报警保护电路U1产生报警信号；若在正常温度范围内，则调用数据处理程序，根据设定的工作温度值T0和检测的温度值T2的比较，计算机产生相应的脉宽调制信号，通过该脉宽调制信号来控制半导体的温度；延迟0.5秒后，继续采集温度、产生控制信号，从而实现半导体激光器温度的自动控制。
经试用表明，本实用新型具有结构简单，快速、准确地显示和控制半导体激光器的温度并且能自动断电保护的特点。

Claims (2)

1.一种半导体激光器温度控制系统，其特征是包括报警保护电路(U1)、按键显示电路(U2)、单片机(U3)、AD转换电路(U4)、温度传感电路(U5)、光电隔离电路(U6)和热电制冷器驱动电路(U7)，其各个部分的连接关系为：
所述的报警保护电路(U1)、按键显示电路(U2)、AD转换电路(U4)和光电隔离电路(U6)都与单片机(U3)相连，所述的AD转换电路(U4)的另一端与所述的温度传感电路(U5)相连，所述的光电隔离电路(U6)的另一端与所述的热电制冷器驱动电路(U7)相连，所述的温度传感电路(U5)和热电制冷器驱动电路(U7)与一半导体激光器(LD)相连；
所述的温度传感电路(U5)内部的连接关系如下：
第二电阻(R2)的一端接+5v电压，该第二电阻(R2)的另一端与所述的半导体激光器(LD)内部的热敏电阻(R6)和双电压放大器的第一运算放大器(Q7A)的正向输入端(3)的节点相连，所述的热敏电阻(R6)的另一端接地；第三电阻(R3)的一端接+5v电压，另一端接第一电位器(R5)与双电压放大器的第二运算放大器(Q7B)的正向输入端(5)的节点相连，第一电位器(R5)的另一端接地；第一运算放大器(Q7A)的负向输入端(2)与该运算放大器(Q7A)输出端(1)相连后再接第三运算放大器(Q8)的负向输入端(10)，该负向输入端(10)经第八电阻(R8)与该运算放大器(Q8)的输出端(9)相连，所述的第二运算放大器(Q7B)的负向输入端(6)与输出端(7)相连后再接第三运算放大器(Q8)的正向输入端(12)；该正向输入端(12)通过第七电阻(R7)接地；所述的运算放大器(Q8)的输出端(9)连接到所述的AD转换电路(U4)；
所述的热电制冷器驱动电路(U7)内部的连接关系如下：
电桥驱动芯片(Q5)的输入端IN1和IN2接所述的光电隔离电路(U6)的输出端；Vss端接+5v电压，Vs端接+8v电压，ISEN A端接第二电位器(R10)的一端，该第二电位器(R10)的中间抽头接地；所述的电桥驱动芯片(Q5)的输出端OUT1和OUT2分别经第一电感(L1)和第二电感(L2)接半导体激光器内部的热电制冷器(P5)；第一电感(L1)和第二电感(L2)与半导体激光器内部的热电制冷器(P5)的节点分别经第八电容(C8)和第九电容(C9)接地。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器温度控制系统，其特征在于所述的热电制冷器驱动电路(U7)的电桥驱动芯片为L298，或LMD18200芯片。
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