CN209675672U - 一种带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，包括单片机控制模块、恒流源驱动模块、温控模块和电源模块，所述恒流源驱动模块包括加法电路、恒流源电路和限流保护电路，所述单片机控制模块输出通道与加法电路连接，经加法电路叠加运算后输入恒流源电路，所述限流保护电路和恒流源电路连接激光器，所述温控模块连接激光器的半导体制冷器，所述电源模块用于给驱动电路提供电源。采用单片机作为微控制器，控制激光器电流大小，微控制器输出的电流控制信号运用加法电路叠加后通过恒流源方式对激光器驱动，为防止激光器过流损坏，设置限流保护电路。同时，为确保激光器在最佳温度点工作，温控芯片对激光器温度自动调整。
Description
技术领域
本实用新型涉及恒源驱动且自动温控的激光器领域，尤其涉及一种带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路。
背景技术
半导体激光器是电流注入型半导体PN结光发射器件，具有体积小、重量轻、直接调制、宽带宽、转换效率高、高可靠和易于集成等特点，被广泛应用。由于半导体激光器是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件，其对于电冲击的承受能力较差，电流微小的变化将导致光功率输出的极大变化和器件参数的变化，这些变化直接危及器件的安全使用，因而在实际应用中对驱动电源的性能和安全保护有着很高的要求。另外一方面，半导体激光器是功耗型有源器件，工作过程中的温度对其输出特性会有明显影响，而且温度过高将导致半导体激光器老化甚至损坏，因此需要将温度控制在激光器适合的工作温度，这样才能使激光器输出功率稳定，延长激光器的使用寿命。
由于半导体材料对温度和电流十分敏感，微小的变化都会引起激光器功率较大的波动，即对激光器的驱动电路提出了更高的要求，一旦电路中出现过流，半导体激光器很容易烧坏。
目前，对半导体激光器的恒流驱动及温度控制还有很多需要解决的问题。譬如恒流驱动输出的电流精度；温度控制过程中，对温度的监测精度不高等。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，旨在解决现有半导体激光器恒源驱动及温度控制不精准的问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，包括单片机控制模块、恒流源驱动模块、温控模块和电源模块，所述恒流源驱动模块包括加法电路、恒流源电路和限流保护电路，所述单片机控制模块输出通道与加法电路连接，经加法电路叠加运算后输入恒流源电路，所述限流保护电路和恒流源电路连接激光器，所述温控模块连接激光器的半导体制冷器，所述电源模块用于给驱动电路提供电源。
进一步地，所述单片机控制模块包括微控制器，所述微控制器的型号为STM32F106ZET6，输出两路DAC通道，分别设置激光器偏置电流和调制电流。
进一步地，所述加法电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器，所述第一运算放大器和第二运算放大器输入端正极分别连接微控制器的两路DAC通道，输出端经电阻连接第三运算放大器输入端正极，第三运算放大器的输出端连接恒流源电路，加法电路输出的信号作为恒流源电路的输入信号。
进一步地，所述恒流源电路包括第四运算放大器、电位器和第一N-MOS管，输入信号经第四运算放大器运算后控制第一N-MOS管的导通，所述电位器连接第四运算放大器，用于调整第四运算放大器的静态工作点。
进一步地，所述限流保护电路包括降压转换器和与所述降压转换器连接的第五运算放大器、第六运算放大器和第二N-MOS管，所述限流保护电路输出限流信号且限流信号为定值的电流值。
进一步地，所述温控模块包括温控芯片和与所述温控芯片相连的电阻桥电路，电阻桥电路用于监控激光器热敏电阻的分压，所述温控芯片的型号为MAX1978。
本实用新型的带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，选用型号为STM32F106ZET6的单片机作为微控制器，进行AD采集和DA转换，控制激光器电流大小，微控制器输出的电流控制信号运用加法电路叠加后通过恒流源方式对激光器驱动，为防止激光器过流损坏，设置限流保护电路。同时，为确保激光器在最佳温度点工作，采用型号为MAX1978温控芯片对激光器温度自动调整。
附图说明
图1是本实用新型一实施例中带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路的原理框图；
图2是本实用新型一实施例中恒流源模块的电路图；
图3是本实用新型一实施例中电阻桥的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
如图1，本实用新型的一种带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，包括单片机控制模块、恒流源驱动模块、温控模块和电源模块。其中，恒流源驱动模块包括加法电路、恒流源电路和限流保护电路，单片机控制模块输出通道与加法电路连接，经加法电路叠加运算后输入恒流源电路，限流保护电路和恒流源电路连接激光器，温控模块连接激光器的半导体制冷器。
单片机控制模块通过AD采集和DA转换，控制激光器的电流大小，并对激光器精确温控。恒流源驱动模块将单片机控制模块给出的电流控制信号采用运算放大器组成的加法电路叠加，并通过恒流源方式对激光器驱动，为保护激光器，防止过流损坏，设置限流保护电路。温控模块，实现对激光器温度的自动调控，确保激光器最佳工作温度点。电源模块，将5V标准直流电转换为3.3V直流电，作为单片机控制模块的电源，将5V标准直流电转换为±15V直流电，作为恒流源驱动模块的工作电压。
在一实施例中，单片机控制模块包括微控制器，微控制器选用型号为STM32F106ZET6芯片，输出两路DAC通道，一路通道用于设置激光器偏置电流，另一路通道用于设置激光器调制电流。
在一实施例中，如图2所示，加法电路包括第一运算放大器AR1、第二运算放大器AR2、第三运算放大器AR3，第一运算放大器AR1和第二运算放大器AR2输入端正极分别连接微控制器的两路DAC通道，输出端分别经电阻R28和电阻R31连接第三运算放大器AR3输入端正极，第三运算放大器AR3的输出端连接恒流源电路，两路信号经运算放大器叠加运算后的输出信号作为恒流源电路的输入信号。
恒流源电路包括第四运算放大器AR4、第一N-MOS管Q1、电阻R30、电容C36和电位器，第四运算放大器AR4的输出端经电阻R30连接第一N-MOS管Q1的栅极，电容C36的一端连接第一N-MOS管Q1的栅极，另一端连接第一N-MOS管Q1的源极，第一N-MOS管Q1的漏极连接激光器，电位器一端连接第四运算放大器AR4的输入端负极，另一端连接第一N-MOS管Q1的源极。输入信号经第四运算放大器AR4运算后控制第一N-MOS管Q2的导通，电位器连接第四运算放大器AR4，电位器用于调整第四运算放大器AR4的静态工作点，通过第四运算放大器AR4控制第一N-MOS管Q1的导通程度，从而控制电流大小。
为防止恒流源电流产生的电流超过激光器的额定电流，设置限流保护电路，限流保护电路包括型号为TPS62806的降压转换器、第五运算放大器AR5、第六运算放大器AR6、第二N-MOS管Q2、降压转化器的SW端依次经电感L3、电阻R23和电阻R26连接第五运算放大器AR5的输入端正极，第五运算放大器AR5的输出端连接第六运算放大器AR6的输入端正极，第六运算放大器AR6的输出端经电阻R27连接第二N-MOS管Q2的栅极，电容C33连接在第二N-MOS管Q2的栅极和源极两端，第二N-MOS管Q2的源极连接激光器。限流保护电路输出限流信号为定值的电流值，通过设置限流信号为合理的定值确保恒流源产生的电流始终在激光器的额定电流范围内。当输入信号小于限流信号时，恒流源的电流大小由输入信号控制，当输入信号大于限流信号时，恒流源的电流大小由限流信号控制。
在一实施例中，温控模块包括温控芯片和与温控芯片相连的电阻桥，温控芯片的型号为MAX1978。如图3所示，电阻桥由连接件P7、电容C64、电阻R54、电阻R55和滑动电阻R53组成，电阻R54和电阻R55的一端分别连接连接件P7，另一端连接滑动电阻R53，滑动电阻R53连接MAX1978芯片的FB+脚，连接件P7分别连接MAX1978芯片的FB-脚和REF脚，电容C64一端连接电阻R55，另一端接地。温控芯片连接激光器的半导体制冷器，用于检测TEC的温度和电流，采用电阻桥对激光器热敏电阻的分压精确监控，作为温度调节的依据，温控芯片内置PID算法，通过改变流经半导体制冷器的电流大小控制温度，继而改变热敏电阻的阻值，同时，将热敏电阻的分压控制在一个固定值附近，实现对温度的自动控制。
在一实施例中，电源模块包括将5V直流转3.3V直流和5V直流转±15V直流两部分电源转换电路，其中，5V直流转3.3V直流选用AMS1117-3.3芯片，并通过电解电容和无极性电容消除纹波，达到稳压供电的目的。5V直流转±15V直流，选用TPS65131芯片，支持宽范围输入和宽范围输出的DC/DC芯片，支持2.7V-5.5V的输入电压范围，并可提供-15V至+15V的电压输出并通过对反馈电阻的阻值配比实现对输出电压的调节。
本实用新型的带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，选用型号为STM32F106ZET6的单片机作为微控制器，进行AD采集和DA转换，控制激光器电流大小，微控制器输出的电流控制信号运用加法电路叠加后通过恒流源方式对激光器驱动，为防止激光器过流损坏，设置限流保护电路。同时，为确保激光器在最佳温度点工作，采用型号为MAX1978温控芯片对激光器温度自动调整。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，其特征在于：包括单片机控制模块、恒流源驱动模块、温控模块和电源模块，所述恒流源驱动模块包括加法电路、恒流源电路和限流保护电路，所述单片机控制模块输出通道与加法电路连接，经加法电路叠加运算后输入恒流源电路，所述限流保护电路和恒流源电路连接激光器，所述温控模块连接激光器的半导体制冷器，所述电源模块用于给驱动电路提供电源。
2.根据权利要求1所述的带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，其特征在于：所述单片机控制模块包括微控制器，所述微控制器的型号为STM32F106ZET6，输出两路DAC通道，分别设置激光器偏置电流和调制电流。
3.根据权利要求1所述的带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，其特征在于：所述加法电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器，所述第一运算放大器和第二运算放大器输入端正极分别连接微控制器的两路DAC通道，输出端经电阻连接第三运算放大器输入端正极，第三运算放大器的输出端连接恒流源电路，加法电路输出的信号作为恒流源电路的输入信号。
4.根据权利要求1所述的带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，其特征在于：所述恒流源电路包括第四运算放大器、电位器和第一N-MOS管，输入信号经第四运算放大器运算后控制第一N-MOS管的导通，所述电位器连接第四运算放大器，用于调整第四运算放大器的静态工作点。
5.根据权利要求1所述的带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，其特征在于：所述限流保护电路包括降压转换器和与所述降压转换器连接的第五运算放大器、第六运算放大器和第二N-MOS管，所述限流保护电路输出限流信号且限流信号为定值的电流值。
6.根据权利要求1所述的带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路，其特征在于：所述温控模块包括温控芯片和与所述温控芯片相连的电阻桥电路，电阻桥电路用于监控激光器热敏电阻的分压，所述温控芯片的型号为MAX1978。
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