CN2770168Y - 半导体激光电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种半导体激光电源，包括主控单片机、驱动电路、半导体激光器、温度控制电路、功率检测电路、光斑检测电路、输入输出接口电路及电平转换电路。其中主控单片机输出控制电压至驱动电路，驱动电路将该电压转换为稳定电流，驱动半导体激光器发出激光；功率检测电路用于将半导体激光器的激光输出功率转换为模拟电压信号并输入主控单片机，由主控单片机对此信号进行采样、量化和定标，获取激光输出功率；光斑检测电路用于将光斑大小信号转换为电压信号并输入主控单片机，由主控单片机对该信号进行采样、量化和定标，获取光斑大小。本实用新型结构简单，体积小，操作方便，电源的状态显示直观，可方便地与计算机通信。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光电源，特别涉及一种用于眼科治疗仪器的半导体激光电源。
背景技术
当前，半导体激光电源通常是由激光器驱动电路、主控制电路、温度控制电路和功率反馈电路等组成，通过按键或是旋钮改变激光的注入电流大小和频率大小，然后在LED或LCD上面显示出电流和频率的值。这种电源通常体积较大，智能性不够，适应性较差，尤其是在某些专用场合，如用于医科治疗时，无法对输出功率及光斑大小进行检测，无法满足实际需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种半导体激光电源，不仅可以控制半导体激光器注入电流大小和激光持续时间，还能够对输出的激光功率和激光光斑大小进行检测，并根据检测结果和需求调节电源输出。
为实现上述目的，本实用新型提供一种半导体激光电源，包括半导体激光器、温度控制电路、输入输出接口电路，其特点在于还包括主控单片机、驱动电路、功率检测电路以及光斑检测电路，其中主控单片机输出控制电压至驱动电路，驱动电路将该电压转换为稳定电流，驱动半导体激光器发出激光；功率检测电路用于将半导体激光器的激光输出功率转换为模拟电压信号并输入主控单片机，由主控单片机对此信号进行采样、量化和定标，获取激光输出功率；光斑检测电路用于将光斑大小信号转换为电压信号并输入主控单片机，由主控单片机对该信号进行采样、量化和定标，获取光斑大小。
所述驱动电路包括第一级倒相放大电路和第二级由反馈的放大电路组成的压控电流源，驱动电路接收主控单片机的控制电压，并将该电压先经第一级倒相放大电路倒相，再由压控电流源转换为稳定电流。
所述压控电流源的第二级运放的反相输入端经电阻接第一级倒相放大电路的第一级运放的输出端，经电阻接三级管的发射级，同相输入端经电阻接地，输出端经隔离二极管接三极管的基极，该三极管发射极经功率电阻及电阻接第二级运放的同相输入端，并经所述功率电阻输出电流。
所述驱动电路还于电流输出端设有并联的保护电阻、二极管和电容。
所述功率检测电路为一PIN管偏置电路，PIN管经半导体激光器激光照射产生的光生电流流经电阻产生电压，该电压经同相运放放大后输入主控单片机。
所述光斑检测电路采用滑动变阻器将光斑大小信号转换为电压信号。
所述输入输出接口电路包括脚踏开关、触摸屏、液晶显示屏及上电复位芯片，其中触摸屏可置在液晶显示屏上。
所述主控单片机采用ADUC812BS或ADUC831BS芯片、触摸屏采用ADS7843芯片控制、液晶显示屏采用SED1335芯片控制、上电复位芯片采用IMP708或MAX708芯片。
所述半导体激光电源，还设置有电平转换电路，以与计算机连接。
本实用新型通过设置和调节主控单片机的输出电压，可以灵活控制半导体激光器注入电流大小和激光持续时间；通过设置功率检测电路，可以获取准确的激光输出功率，实现对激光功率的检测；通过设置光斑检测电路，获取输出激光的光斑大小，实现对输出激光光斑大小检测。由此本实用新型除了可应用于一般场合，还可以满足眼科治疗仪器对电源的特殊要求，对输出的激光功率和激光光斑大小进行检测，并根据检测结果和需求调节电源输出。同时，本实用新型结构简单、体积小、操作方便、电源的状态显示直观、可方便地与计算机通信。
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构框图。
图2为本实用新型的驱动电路的电路图。
图3为本实用新型的功率检测电路的电路图。
图4为本实用新型的主控单片机与触摸显示模块以及上电复位芯片的连接线路图。图中触摸显示模块的管脚定义如下：
1-VSS，2-VDD，3-V0，4-A0，5-WR，6-RD，7～14-DB0～DB7，15-CS，16-RESET，17-VEE/NC，18-SEL1，19-DCLK，20-CS，21-DIN，22-DOUT，23-PEN，24-PEN1，25-IN3，26-IN4
图5为本实用新型的主控单片机与电平转换电路的连接线路图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型半导体激光电源包括主控单片机1、驱动电路2、半导体激光器3、温度控制电路4、功率检测电路5、光斑检测电路6、输入输出接口电路及电平转换电路8。
本实用新型采用主控单片机1作为控制核心，控制其它部件动作。本实施例中该主控单片机1采用ADUC812BS单片机实现。当然亦可用其它单片机代替，如可用单片机ADUC831BS代替，获得更大的程序代码空间和数据存储空间。
主控单片机1通过其数模转换端口DAC0输出电压至驱动电路2，如图2所示，驱动电路2将该电压先经第一级倒相放大电路的第一级运放B倒相，变为一个负值输入到第二级运放A的反相输入端，经第二级运放A、隔离二极管D4、三极管Q1以及电阻R12、R3、R4、R11和R1共同组成的带反馈的压控电流源转换为一个稳定的电流，作为半导体激光器3的注入电流驱动半导体激光器3发光，理论上，该电流与输入电压的关系为： 所述压控电流源的第二级运放A的反相输入端经电阻R12接第一级运放B的输出端，经电阻R3接三级管Q1的发射级，同相输入端经电阻R4接地，输出端经隔离二极管D4接三极管Q1的基极。该三极管Q1发射极经功率电阻R1及电阻R11接第二级运放A的同相输入端，并经所述功率电阻R1输出电流。此外，为了对半导体激光器3进行防静电、反向电流和冲击电流保护，并改善半导体激光器3的注入电流波形，在压控电流源的电流输出端设有并联的保护电阻R10、二极管D3和电容C1。
温度控制电路4用于控制半导体激光器3的工作温度，可采用现已较为成熟的电路来完成，通过半导体制冷的方式保持激光器的工作温度的稳定。比如，采用专用的激光器温度控制模块WTC3243，只需要另外提供几个电阻分别用来调整PI控制的P(比例)常数和I(积分)常数，电流上限值等参数，就可以实现半导体激光器3的温度控制。如果激光器中没有整合TEC(Thermoelectric Controller)和热敏电阻，则还需要一个相应TEC和一个相应的热敏电阻。此已为既有技术，本文中不再赘述。
功率检测电路5用于检测半导体激光器3发出的激光的功率大小。如图3所示，本实施例中该功率检测电路5采用PIN管偏置电路实现，其中PIN管设于电源与同相运放C的同相输入端之间。当激光照射PIN管时，PIN管的光生电流发生变化，在同相运放C的同相输入端(管脚5)和电源地之间(电阻R8上)产生一个电压，深度负反馈条件下，该同相运放C输出电压(管脚7处)是同相输入端电压的6倍(U7＝6U5)。该输出电压输入主控单片机1的P1.4端口(ADUC812BS的P1.4端口作为模拟数字转换口)，由主控单片机1对这个信号进行采样、量化、定标之后获取半导体激光器3发出的激光的功率大小。
对于光斑检测电路6，由于设计上光斑大小的值与使用镜头的长度成线性关系，因此，采用一个长度足够的滑动变阻器将光斑大小信号转换为电压信号，之后同样经由主控单片机1的模拟数字转换口对电压进行的采样，输入主控单片机1，经过量化和定标处理，获取光斑的大小。其连接方式可为：滑动变阻器的两端分别接+5V直流电源和模拟地GND，其滑动端接上一个跟随器的输入端，跟随器的输出端连接至单片机上未被其他信号占据的ADC端口，比如P1.2。滑动变阻器的两端固定在使用的镜头的安装筒上，滑动端和镜头的调节旋钮精密配合，随着镜头旋钮的位置移动而上下滑动。
输入输出接口电路包括脚踏开关71、触摸屏72、液晶显示屏73及上电复位芯片74，其中脚踏开关71一端接至地(GND)，另一端通过一个上拉电阻接至单片机1的INT0端口(图未示)；通过主控单片机1控制半导体激光器3激光的输出；触摸屏72液晶显示屏73分别作为输入、输出终端，本实施例中将触摸屏72直接贴在液晶显示屏73上，以节省出空间一般按键所需要的空间，减小电源的体积；上电复位芯片74用于实现系统复位。
如图4所示，为主控单片机1与触摸屏72、液晶显示屏73组成的触摸显示模块以及上电复位芯片74的连接线路图。本实施例中，触摸显示模块采用DG32240，其中液晶显示屏控制芯片为SED1335，触摸屏控制芯片为ADS7843；上电复位芯片74采用IMP708芯片(或MAX708等相同功能的芯片替代)。图中触摸显示模块DG32240的1脚和2脚分别作为地线和电源线；17脚是模块内部的负压输出管脚，通过3脚、17脚和1脚间的电位器R2可以调节管脚3的电压，从而改变液晶显示屏73的对比度；4脚接至主控单片机1的P2.0端口，利用该P2.0端口作为液晶显示屏控制芯片SED1335的指令/数据选择位；7-14脚作为8位指令/数据线直接与主控单片机1的P0端口相连；15脚是液晶显示屏控制芯片SED1335的片选线，通过主控单片机1的P2.1口控制；系统的复位功能通过上电复位芯片IMP708(或MAX708)实现(接至触摸显示模块的16脚、主控单片机1的复位端口Reset)；由于本实施例的主控单片机1采用8031核心兼容的单片机，其读写时序属于8086类型，故触摸显示模块DG32240的18脚接低电平；19-24脚是和触摸屏控制相关：19脚从主控单片机1的P2.4端口读取同步时钟信号，21、22脚分别为串行数据输入、输出端口，直接连接至主控单片机1的P2.7和P2.6端，23脚作为触摸屏的中断口与主控单片机1的外部中断 INT1相连，当触摸屏被触摸时，该管脚电平立即变为低电平，主控单片机1检测到这个中断，就通过P2.7端口给触摸显示模块DG32240(触摸屏控制芯片ADS7843)发送控制指令，然后由该芯片执行相应的动作，并把结果通过22脚传送给主控单片机1。控制指令的发送和结果的接收均由主控单片机1相应控制程序来完成。
本实施例中的触摸屏72为四线电阻触摸屏，通过触摸屏控制芯片ADS7843控制，使用触摸屏可以取代键盘获取用户的输入信息；液晶显示屏73可采用分辨率为320*240的液晶显示屏。当然触摸显示模块、触摸屏及其控制芯片、液晶显示屏及其控制芯片、上电复位芯片亦可采用其它型号装置及芯片实现，只要能实现其输入、显示、复位等功能即可。
本实施例还设有电平转换电路8，用于将本半导体激光电源连接至计算机。如图5所示，本实施例中的电平转换电路8采用电平转换芯片MAX232CPE及连接器J1实现。主控单片机1从TXD端口发出数据，经过电平转换芯片MAX232CPE，把TTL电平转换为RS232标准电平，经过连接器J1传送到计算机的串口中；同样，计算机发出来的数据经电平转换芯片MAX232CPE将RS232标准电平转换为TTL标准电平，传送到主控单片机1的RXD端口，从而实现数据通讯和程序的下载。该电平转换芯片亦可采用其它芯片如ADM202、MAX202等芯片替代。
本实用新型半导体激光电源以主控单片机为控制核心，输出相应的控制电压至驱动电路，由驱动电路将该电压转换为一个稳定的电流，驱动半导体激光器发出激光。设置和调节主控单片机的输出电压，即可控制半导体激光器注入电流大小和持续时间，从而对所需要的注入电流大小和激光的持续时间进行灵活的设置。本实用新型还通过设置功率检测电路，将激光输出功率转换为模拟电压信号，由主控单片机对此信号进行采样，并完成量化和定标，从而获取准确的激光输出功率，完成对激光功率的检测；通过设置光斑检测电路，将光斑大小信号转换为电压信号，由主控单片机对该信号进行采样，并经过量化和定标，获取光斑大小。本实用新型选用触摸屏和液晶显示屏作为输入和输出的终端，并可将触摸屏直接贴在液晶显示屏上，以节省空间，减小电源体积。此外，本实用新型还设置有电平转换电路，以与计算机通信，下载所需要的程序。
Claims (9)
1、一种半导体激光电源，包括半导体激光器(3)、温度控制电路(4)、输入输出接口电路，其特征在于还包括主控单片机(1)、驱动电路(2)、功率检测电路(5)以及光斑检测电路(6)，其中主控单片机(1)输出控制电压至驱动电路(2)，驱动电路(2)将该电压转换为稳定电流，驱动半导体激光器(3)发出激光；功率检测电路(5)用于将半导体激光器(3)的激光输出功率转换为模拟电压信号并输入主控单片机(1)，由主控单片机(1)对此信号进行采样、量化和定标，获取激光输出功率；光斑检测电路(6)用于将光斑大小信号转换为电压信号并输入主控单片机(1)，由主控单片机(1)对该信号进行采样、量化和定标，获取光斑大小。
2、根据权利要求1所述的半导体激光电源，其特征在于所述驱动电路(2)包括第一级倒相放大电路和第二级由反馈的放大电路组成的压控电流源，驱动电路(2)接收主控单片机(1)的控制电压，并将该电压先经第一级倒相放大电路倒相，再由压控电流源转换为稳定电流。
3、根据权利要求2所述的半导体激光电源，其特征在于所述压控电流源的第二级运放A的反相输入端经电阻R12接第一级倒相放大电路的第一级运放B的输出端，经电阻R3接三级管Q1的发射级，同相输入端经电阻R4接地，输出端经隔离二极管D4接三极管Q1的基极，该三极管Q1发射极经功率电阻R1及电阻R11接第二级运放A的同相输入端，并经所述功率电阻R1输出电流。
4、根据权利要求2或3所述的半导体激光电源，其特征在于所述驱动电路(2)还于电流输出端设有并联的保护电阻R10、二极管D3和电容C1。
5、根据权利要求1所述的半导体激光电源，其特征在于所述功率检测电路(5)为一PIN管偏置电路，PIN管经半导体激光器(3)激光照射产生的光生电流流经电阻产生电压，该电压经同相运放C放大后输入主控单片机(1)。
6、根据权利要求1所述的半导体激光电源，其特征在于所述光斑检测电路(6)采用滑动变阻器将光斑大小信号转换为电压信号。
7、根据权利要求1所述的半导体激光电源，其特征在于所述输入输出接口电路包括脚踏开关(71)、触摸屏(72)、液晶显示屏(73)及上电复位芯片(74)，其中触摸屏(72)可置在液晶显示屏(73)上。
8、根据权利要求7所述的半导体激光电源，其特征在于所述主控单片机(1)采用ADUC812BS或ADUC831BS芯片、触摸屏(72)采用ADS7843芯片控制、液晶显示屏(73)采用SED 1335芯片控制、上电复位芯片(74)采用IMP708或MAX708芯片。
9、根据权利要求1所述的半导体激光电源，其特征在于还设置有电平转换电路(8)，以与计算机连接。
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