CN208571226U - 微型高功率脉冲激光器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微型高功率脉冲激光器驱动电路，包括电源模块、脉冲激光驱动模块和单片机控温模块，电源模块向脉冲激光驱动模块和单片机控温模块供电，所述单片机控温模块控制脉冲激光驱动模块，所述电源模块包括主供电模块、辅助供电模块和开关芯片；实现了脉冲斑激光器系统中激光器驱动电路的设计，能够满足电源设计指标、安装尺寸小巧和性能稳定等要求，并能够实现温度报警功能，超过设定的温度会自动停止工作，能够防止设备在极端恶劣的天气下损坏，延长了使用寿命。

Description

微型高功率脉冲激光器驱动电路

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体而言涉及一种体积较小的激光脉冲激光器驱动电路。

背景技术

现有技术中，激光器系统产品体积普遍较大，在某些特殊应用场合不便于客户系统集成，无法安装在空间要求苛刻的设备中，影响了激光器的应用前景，并且也提高了使用的成本。

激光器系统在极端恶劣天气条件下使用时，系统的功率过大和恶劣的使用管径可能导致使用寿命比较短，因此考虑设计一种小体积激光器系统产品，并且能够到达设定温度自动保护。如何减小半导体激光器驱动电路尺寸是减小系统体积的核心内容。

实用新型内容

本实用新型提供一种微型高功率脉冲激光器驱动电路，包括电源模块和脉冲激光驱动模块，其特征在于：还包括单片机控温模块，所述电源模块向脉冲激光驱动模块和单片机控温模块供电，所述单片机控温模块控制脉冲激光驱动模块，所述电源模块包括主供电模块、辅助供电模块和开关芯片；

所述主供电模块包括主供电降压模块，所述主供电降压模块通过开关芯片与激光器连接；

所述辅助供电模块包括12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块，所述12V稳定降压模块的输出接口与5V稳定降压模块输入接口连接，所述5V稳定降压模块的输出接口与3.3V稳定降压模块的输入接口连接；所述辅助供电模块的12V稳定降压模块和主供电模块的5V稳定降压模块通过排针连接；

所述单片机控温模块包括单片机系统和A/D采集模块，所述单片机系统的I/O接口与A/D采集模块的输出端连接，所述A/D采集模块包括热敏电阻；所述A/D采集模块将采集到的模拟温度信号转化为数字信号，所述单片机系统内预设参考数字信号；

所述脉冲激光驱动模块包括运算放大电路和推挽驱动电路，所述运算放大电路的输入端与单片机系统的输出端连接，脉冲信号通过所述运算放大电路与推挽电路的PWM端连接，所述推挽电路的输出端与激光器连接。

单片机的I/O口通过上拉电路连接到LM3150的使能端EN，可以利用单片机内部程序输出高低电平控制开关芯片的通断。

辅助供电模块包括12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块，所述12V稳定降压模块的输出接口与5V稳定降压模块输入接口连接，所述5V稳定降压模块的输出接口与3.3V稳定降压模块的输入接口连接，可以为系统中的其他单元以及单片机供电。

当输出短路或过载时稳压输出电压会下降约标称输出电压的40％，此时振荡频率下降约11khz，这一自我保护特性将最小占空比从5％降到2％来减小集成电路的品均损耗，具有很好的线性和负载调节特性，具有自我保护功能，整个电路采用外围电路较少的电源芯片，以节省PCB布局空间。

单片机I/O口P1.6获得A/D采集模块的电压信号变化，经过单片机内部C程序编译，换算出对应的阻值，通过查询热敏电阻阻值对应的温度表，再获得出当前的温度值。所述A/D采集模块将采集到的模拟温度信号转化为数字信号，所述单片机系统内预设参考数字信号。

当单片机系统获取的数字信号低于预设参考数字信号时表明系统处于过低的温度中，单片机发出控制命令，提高对激光器的输出功率/关闭激光器；当单片机系统获取的数字信号高于预设参考数字信号时表明系统处于过高的温度中，单片机发出控制命令，降低对激光器的输出功率或完全关闭激光器，延长激光器的使用寿命。

经过光耦电路处理过的脉冲信号经过运算放大器，到达MOSFET的推挽驱动电路，可以调节电位器控制MOSFET的导通状态使峰值功率输出调整到20瓦，根据脉冲信号高低电平的状态MOSFET分别会有导通、截止两种状态，从而控制激光器通断。

作为本实用新型的另一种实施方式，所述运算放大电路与推挽电路之间设置滑动电阻。

所述运算放大电路与推挽电路之间设置滑动电阻，加快脉冲激光驱动模块对激光器的控制速度，使得激光器的通断更迅速。

作为本实用新型的另一种实施方式，所述单片机系统的输入端与脉冲输入电路连接。

单片机系统的输入端与脉冲输入电路连接，可以根据客户输入的脉冲条件来控制激光器的通断；客户可以调节输入脉冲条件的占空比，来调节单脉宽的时间，从来控制激光器输出平均功率的变化。

作为本实用新型的另一种实施方式，所述单片机系统包括STC12LE5A60S2的最小系统。

单片机控温模块包括单片机系统、A/D采集模块，单片机系统的选型是STC12LE5A60S2的最小系统，它集成了多种功能，包括AD转换/PWM/EEPROM功能，是个非常全面的单片机。

A/D采集模块包括热敏电阻，将采集到的模拟温度信号转化为数字信号，传输到单片机系统内部，并判断温度是否在预设的参考温度范围内，如果超过范围则断电保护/提高输出功率等待处理，如果没有则继续运行。A/D串口转化程序采用连续取100次数求平均值的方法，可以精确到小数点两位，可以将工作温度范围精确的控制在零下40度到70度。

作为本实用新型的另一种实施方式，所述脉冲信号经过光耦电路后与运算放大电路连接。

作为本实用新型的另一种实施方式，主供电降压模块包括5V稳定降压模块。

主电源电路采用LM3150芯片为核心，输入为24V外部供电电压，可以输出5V的稳压电压，作为激光器的供电电压，并且最高能输出20A的电流，达到20W的稳定输出功率。

作为本实用新型的另一种实施方式，所述辅助供电模块中的12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块设置在同一块电路板上。

所述辅助供电模块的12V稳定降压模块和主供电降压模块通过排针连接，实现两块电路板的网络互通，两块板重叠安装，重复利用了空间，尽可能的缩小占用的空间。

作为本实用新型的另一种实施方式，所述滑动电阻的阻值为10K。

作为本实用新型的另一种实施方式，所述STC12LE5A60S2的P4.7脚与复位电路连接，XTAL2脚与晶振电路连接。复位电路可以将STC12LE5A60S2回复到起始状态，可以清除故障。

作为本实用新型的另一种实施方式，所述光耦电路为包括TLP554的电路。

采用本实用新型的技术方案之后，本微型高功率脉冲激光器驱动电路具有脉冲控制功能，更加节能，更加稳定，能够分辨毫秒甚至纳秒级别的脉冲信号，输出功率稳定，具有抗干扰强，实际应用中不受外界干扰，且不影响系统的电磁辐射环境；使用寿命更长，集成自动温度报警功能，根据设定的温度范围控制激光器的工作状态，否则出现异常自动断电保护，在极端恶劣的天候条件下也能正常使用；采用电源电路板与激光驱动电路板两块PCB板重叠安装的模式，使得空间利用率更高，同时也保证了电路的基本功能。

附图说明

图1是主供电模块的电路图；

图2是辅助供电模块中的12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块电路图；

图3是A/D采集模块的电路图；

图4是脉冲激光驱动模块的电路图；

图5是STC12LE5A60S2与复位电路、晶振电路连接的电路图；

实施方式

下面结合附图对本实用新型进行具体说明。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例公开一种微型高功率脉冲激光器驱动电路，包括电源模块、脉冲激光驱动模块和单片机控温模块，电源模块向脉冲激光驱动模块和单片机控温模块供电，单片机控温模块控制脉冲激光驱动模块，电源模块包括主供电模块、辅助供电模块和开关芯片；

主供电模块包括主供电降压模块，主供电降压模块通过开关芯片与激光器连接，主供电降压模块包括5V稳定降压模块；

开关芯片的使能端EN通过上拉电路与单片机的I/O接口连接；

如图2所示，辅助供电模块包括12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块，12V稳定降压模块的输出接口与5V稳定降压模块输入接口连接，5V稳定降压模块的输出接口与3.3V稳定降压模块的输入接口连接；辅助供电模块中的12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块设置在同一块电路板上；辅助供电模块的12V稳定降压模块和主供电降压模块通过排针连接。

单片机控温模块包括单片机系统和A/D采集模块，单片机系统的I/O接口与A/D采集模块的输出端连接，A/D采集模块包括热敏电阻；热敏电阻与激光器热接触，A/D采集模块将采集到的模拟温度信号转化为数字信号，单片机系统内预设参考数字信号。片机系统包括STC12LE5A60S2的最小系统，STC12LE5A60S2的P4.7脚与复位电路连接，XTAL2脚与晶振电路连接。

脉冲激光驱动模块包括运算放大电路和推挽驱动电路，脉冲信号经过光耦电路后与运算放大电路连接，光耦电路为包括TLP554的电路，运算放大电路与推挽电路之间设置滑动电阻，滑动电阻的阻值为10K，运算放大电路的输入端与单片机系统的输出端连接，脉冲信号通过所述运算放大电路与推挽电路的PWM端连接，推挽电路的输出端与激光器连接。

实施例2

如图1至图5所示，本实施例公开一种微型高功率脉冲激光器驱动电路，包括电源模块、脉冲激光驱动模块和单片机控温模块，电源模块向脉冲激光驱动模块和单片机控温模块供电，单片机控温模块控制脉冲激光驱动模块，电源模块包括主供电模块、辅助供电模块和开关芯片；

主供电模块包括主供电降压模块，主供电降压模块通过开关芯片与激光器连接，主供电降压模块包括5V稳定降压模块；

开关芯片的使能端EN通过上拉电路与单片机的I/O接口连接；

如图2所示，辅助供电模块包括12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块，12V稳定降压模块的输出接口与5V稳定降压模块输入接口连接，5V稳定降压模块的输出接口与3.3V稳定降压模块的输入接口连接；辅助供电模块中的12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块设置在同一块电路板上；辅助供电模块的12V稳定降压模块和主供电降压模块通过排针连接。

单片机控温模块包括单片机系统和A/D采集模块，单片机系统的I/O接口与A/D采集模块的输出端连接，A/D采集模块包括热敏电阻；热敏电阻与激光器热接触，A/D采集模块将采集到的模拟温度信号转化为数字信号，单片机系统内预设参考数字信号。片机系统包括STC12LE5A60S2的最小系统，STC12LE5A60S2的P4.7脚与复位电路连接，XTAL2脚与晶振电路连接。单片机系统的输入端与脉冲输入电路连接，可以根据客户输入的脉冲条件来控制激光器的通断；客户可以调节输入脉冲条件的占空比，来调节单脉宽的时间，从来控制激光器输出平均功率的变化。

脉冲激光驱动模块包括运算放大电路和推挽驱动电路，脉冲信号经过光耦电路后与运算放大电路连接，光耦电路为包括TLP554的电路，运算放大电路与推挽电路之间设置滑动电阻，滑动电阻的阻值为10K，运算放大电路的输入端与单片机系统的输出端连接，脉冲信号通过所述运算放大电路与推挽电路的PWM端连接，推挽电路的输出端与激光器连接。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理，但需要说明的是，上述的这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的具体限制。基于此处的解释，本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本实用新型的其他具体实施方式或等同替换，都将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种微型高功率脉冲激光器驱动电路，包括电源模块和脉冲激光驱动模块，其特征在于：还包括单片机控温模块，所述电源模块向脉冲激光驱动模块和单片机控温模块供电，所述单片机控温模块控制脉冲激光驱动模块，所述电源模块包括主供电模块、辅助供电模块和开关芯片；

所述主供电模块包括主供电降压模块，所述主供电降压模块与激光器连接；

所述辅助供电模块包括12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块，所述12V稳定降压模块的输出接口与5V稳定降压模块输入接口连接，所述5V稳定降压模块的输出接口与3.3V稳定降压模块的输入接口连接；所述辅助供电模块的12V稳定降压模块和主供电降压模块通过排针连接；

所述单片机控温模块包括单片机系统和A/D采集模块，所述单片机系统的I/O接口与A/D采集模块的输出端连接，所述A/D采集模块包括热敏电阻；所述A/D采集模块将采集到的模拟温度信号转化为数字信号，所述单片机系统内预设参考数字信号；

所述脉冲激光驱动模块包括运算放大电路和推挽驱动电路，所述运算放大电路的输入端与单片机系统的输出端连接，脉冲信号通过所述运算放大电路与推挽电路的PWM端连接，所述推挽电路的输出端与激光器连接。

2.根据权利要求1所述的微型高功率脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述运算放大电路与推挽电路之间设置滑动电阻。

3.根据权利要求1所述的微型高功率脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述单片机系统的输入端与脉冲输入电路连接。

4.根据权利要求1或3所述的微型高功率脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述单片机系统包括STC12LE5A60S2的最小系统。

5.根据权利要求1所述的微型高功率脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述脉冲信号经过光耦电路后与运算放大电路连接。

6.根据权利要求1所述的微型高功率脉冲激光器驱动电路，其特征在于：主供电降压模块包括5V稳定降压模块。

7.根据权利要求1所述的微型高功率脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述辅助供电模块中的12V稳定降压模块、5V稳定降压模块和3.3V稳定降压模块设置在同一块电路板上。

8.根据权利要求2所述的微型高功率脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述滑动电阻的阻值为10K。

9.根据权利要求4所述的微型高功率脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述STC12LE5A60S2的P4.7脚与复位电路连接，XTAL2脚与晶振电路连接。

10.根据权利要求5所述的微型高功率脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述光耦电路为包括TLP554的电路。