連續(xù)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源
長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)連續(xù)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源史全林辛德勝?gòu)垊依钴姡ㄩL(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院篼率半導(dǎo)體激光國(guó)家重點(diǎn)，半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電源由下述幾個(gè)部分組成：恒流電路它是驅(qū)動(dòng)電源的主供電系統(tǒng)，單獨(dú)設(shè)計(jì)了一個(gè)變壓器。有關(guān)資料介紹，僅納秒級(jí)寬度的電壓或電流尖峰，都可能引起激光器內(nèi)部小平面的瞬時(shí)過(guò)熱，造成損傷。實(shí)驗(yàn)證明：在交流供電開(kāi)關(guān)合上瞬間，在恒流輸出端產(chǎn)生電流尖峰的幾率相當(dāng)篼。并且足以造成半導(dǎo)體激光器的損壞，為徹底解決這個(gè)問(wèn)題，由單片機(jī)控制繼電器作為開(kāi)關(guān)，控制恒流電路的直流供電。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)后，單片機(jī)才發(fā)出指令使繼電器觸點(diǎn)閉合，為恒流電路供電，將上述之電流尖峰躲過(guò)。
雖然此時(shí)恒流電路的供電已接通，但還沒(méi)有恒流電流輸出，單片機(jī)初始化時(shí)，已設(shè)置恒流電路的流調(diào)節(jié)端為0電流輸出狀態(tài)。以去除恒流電路本身產(chǎn)生的電流過(guò)沖而損壞激光器。當(dāng)恒流輸出的電流值設(shè)定之后，單片機(jī)將控制其電流調(diào)整端，使恒流輸出緩慢上升到電流設(shè)定值。
恒流電路基準(zhǔn)電壓電路恒流電流輸出質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)與基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性有關(guān)，該電壓需經(jīng)過(guò)特殊處理才能使其達(dá)到要求。
驅(qū)動(dòng)電源的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)驅(qū)動(dòng)源的控制、數(shù)據(jù)輸人、輸出、數(shù)據(jù)處理及顯示。其硬件由單片機(jī)、鍵盤(pán)、LED顯示器、RS232接口、DAC、ADC及激光器制冷及恒溫控制等部分組成。
2驅(qū)動(dòng)電源工作原理驅(qū)動(dòng)電源通電后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，通過(guò)鍵盤(pán)可設(shè)定恒流電流值，并在顯示器上顯示，當(dāng)按下確定鍵后，驅(qū)動(dòng)電源的輸出端將給出所設(shè)定的恒流電流輸出。此時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)將鎖定各個(gè)接口的輸出狀態(tài)，并進(jìn)人睡眠狀態(tài)，避免由于干擾而使單片機(jī)系統(tǒng)失靈，使驅(qū)動(dòng)電源失控。根據(jù)需要可通過(guò)鍵盤(pán)隨時(shí)喚醒單片機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行正常的操作，驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)了四塊LED顯示器，分別顯示實(shí)際電流值，設(shè)定電流值，實(shí)際溫度值及設(shè)定溫度值。
3驅(qū)動(dòng)電源的硬件設(shè)計(jì)1單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)采用AT89C2051系列單片機(jī)。該單片機(jī)內(nèi)部具有2K字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器、128字節(jié)的RAM.只用一片AT89C2051就可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電源的控制、數(shù)據(jù)處理及溫控功能。實(shí)現(xiàn)了盡量減少硬件，大大的提篼了整機(jī)的抗干擾能力。
3.2D/A轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)電源的恒流值由鍵盤(pán)設(shè)定，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定值來(lái)控制恒流電路的輸出。恒流電路輸出電流的大小是由模擬電壓控制的。因此，需將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。通常的D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)是階梯狀變化的，而且數(shù)字電路系統(tǒng)的干擾也容易引人恒流電路，造成恒流輸出的不穩(wěn)定。本驅(qū)動(dòng)源采用了脈寬調(diào)制式D/A轉(zhuǎn)換電路。有效的解決了上述問(wèn)題。
其工作原理為：?jiǎn)纹瑱C(jī)按給定頻率輸出一個(gè)不同占空比的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電耦合器送至有源濾波放大器轉(zhuǎn)換為不同的基準(zhǔn)電壓值，以此來(lái)控制恒流電路的輸出電流值。D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓為：一一時(shí)鐘周期；加脈沖信號(hào)寬度；N對(duì)應(yīng)數(shù)字D/A的位數(shù)；2Nt脈沖信號(hào)周期；Um有源濾波放大器的最大輸出電壓。
2N.反之越小，輸出的模擬電壓越低。N越大D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率就越高，也就是說(shuō)脈沖信號(hào)的頻率霸占高D/A轉(zhuǎn)換器的精度越篼。
3.3顯不器驅(qū)動(dòng)電源有四塊顯示屏，每塊顯示器由四位LED構(gòu)成，利用串行輸入的BCD十進(jìn)制譯碼驅(qū)動(dòng)芯片MC14499來(lái)構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的顯示接口，可以大大減少I(mǎi)/O口線(xiàn)的占用數(shù)量。
CMOSLED譯碼驅(qū)動(dòng)器MC14499片內(nèi)主要包栝一個(gè)20位移位寄存器、一個(gè)鎖存器、一個(gè)多路輸出器。由多路輸出器輸出的BCD碼經(jīng)段譯碼后，換成七段碼送至段驅(qū)動(dòng)器輸出和小數(shù)點(diǎn)輸出。另外，由片內(nèi)振蕩器經(jīng)四分頻，信號(hào)位譯碼后提供四個(gè)位控信號(hào)。經(jīng)位驅(qū)動(dòng)器送至四條控制線(xiàn)。
由于MC14499片內(nèi)具有BCD譯碼器和串行口，所以它幾乎可以與任何單片機(jī)接口相連。它每次可接收20位串行輸人數(shù)據(jù)，其串行輸入的20位數(shù)據(jù)提供了4位BCD碼和4位小數(shù)點(diǎn)選擇位。前4位用于控制4個(gè)LED顯示器的小數(shù)點(diǎn)是否顯示，后16位是4個(gè)LED顯示器的BCD碼輸人數(shù)據(jù)。
由于MC14499片內(nèi)有鎖存器，送人一幀（20位）數(shù)據(jù)后，這些數(shù)據(jù)保存在其內(nèi)部鎖存器中，可靠地驅(qū)動(dòng)4位LED顯示器顯示鎖存器中的數(shù)據(jù)字符。其顯示方式為掃描式循環(huán)。
全部掃描過(guò)程由MC14499單獨(dú)完成，而無(wú)需單片機(jī)參與。
當(dāng)系統(tǒng)需要4位以上的LED顯示器時(shí)，可將多個(gè)MC14499級(jí)聯(lián)。每增加一片MC14499時(shí)，可增加4位LED顯示。
3.4鍵盤(pán)電流及溫度設(shè)定值由四個(gè)調(diào)整鍵、二個(gè)功能鍵來(lái)配合設(shè)定。有粗調(diào)增加鍵、粗調(diào)減少鍵、細(xì)調(diào)增加鍵、細(xì)調(diào)減少鍵，電流設(shè)定鍵、溫度設(shè)定鍵。設(shè)定完成后按下確認(rèn)鍵驅(qū)動(dòng)電源將輸出設(shè)定恒流電流。按下睡眠鍵，驅(qū)動(dòng)電源的單片機(jī)進(jìn)人睡眠狀態(tài)。并由喚醒鍵來(lái)喚醒單片機(jī)系統(tǒng)，復(fù)位鍵可使整機(jī)重新復(fù)位。半導(dǎo)體激光器由半導(dǎo)體制冷器進(jìn)行制冷，溫度傳感器將激光器的溫度值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送給PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器回控半導(dǎo)體制冷器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒溫控制。驅(qū)動(dòng)源恒流電路采用集成運(yùn)算放大器型恒流源，由于集成運(yùn)放的漂移?。╨Ov/C）就使恒流源的漂移和噪聲指標(biāo)大大得到改善。同時(shí)采用了整體模塊化設(shè)計(jì)，使其抗干擾能力進(jìn)一步加強(qiáng)。
4動(dòng)電源的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，包括主程序模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)管理模塊、電流控制模塊、結(jié)束模塊等構(gòu)成。程序框圖見(jiàn)：5結(jié)束語(yǔ)本激光器驅(qū)動(dòng)電源經(jīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的試用表明，驅(qū)動(dòng)電源具有智能化程度篼，工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，電源穩(wěn)定度高及對(duì)激光器無(wú)損害的特點(diǎn)，是一種實(shí)用性強(qiáng)的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源。
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