基于h桥电路的无浪涌半导体激光器温控系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及激光器的温度控制技术领域，具体涉及基于H桥电路的无浪涌半导体激光器温控系统。
【背景技术】
[0002]半导体激光器以其效率高、体积小、重量轻、价格低廉等特点在军事、医疗、生产、通信等领域发挥着无可替代的作用。同时它又是一种比较敏感的器件，每毫安电流的变化会引起约0.0lnm输出波长的漂移，每摄氏度温度的变化会引起约0.1nm输出波长的改变。且系统电路中的浪涌、静电甚至会导致半导体激光器的损毁，当半导体激光器正常工作时，温度的上下浮动会影响其输出功率和输出波长的变化。随着激光器输出功率的增加，对温度控制的要求也随之增加。因此，使半导体激光器温度得到稳定控制具有很重要的实际意义。
[0003]半导体激光器内部一般集成激光二极管、光电二极管、热敏电阻、热电制冷器(TEC)等四个主要模块。内置热敏电阻一般是一种负温度系数的电阻，通过相应的外部电路实时监测激光二极管的管芯温度，是温控系统的反馈元件。TEC是一种能够同时进行制冷和加热的半导体器件，根据帕耳贴(Peltier)效应，当给TEC提供驱动电流时，它的一面发热，而另一面同时制冷；当驱动电流反向时，冷热面会互换。TEC的发热或制冷量与驱动电流的大小有关，可通过改变驱动电流来实现恒温控制。
[0004]目前TEC控制器的外部温控电路主要有H桥驱动电路、开关模式驱动电路、线性驱动电路等。开关模式驱动电路用于大功率TEC的温度控制，但是无法做到实现对温度的稳定控制，且不能保证输出功率的持续稳定。线性驱动电路发热量大且温控效率低。H桥电路可以实现对半导体激光器温度的控制，相对于上述两种电路具有较好的温控效果。但是采用不同结构的H桥电路，效果并不一致，结构简单的H桥电路不能做到对温度的稳定与柔和的调控，难以达到较高的控制精度，调控时温度浮动范围大，这样一来反而易引入电路噪声，系统难以维持稳定，从而损坏半导体激光器。
【发明内容】
[0005]针对上述激光器温控系统输出功率不稳定、温控效率低的不足之处，本实用新型提供一种基于H桥电路的无浪涌温控电路模块，具有较强的温度控制能力，实现对半导体激光器持续稳定温度控制的温控系统。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供一种基于H桥电路的无浪涌半导体激光器温控系统，包括单片机控制模块、光电隔离装置、温度传感器和半导体激光器及其内置的热电制冷器、驱动电路、无浪涌温控电路，所述无浪涌温控电路由控制器和H桥电路构成，所述的控制器是由运算放大器组成的比较器和二极管构成，所述的H桥电路是由四个MOSFET构成，在所述的控制器和H桥电路之间设有三极管和二极管。
[0007]所述的单片机控制模块的输出端通过光电隔离装置与温控电路的输入端相连。
[0008]所述的半导体激光器内置热电制冷器，所述的激光器下面装有散热器，通过导热娃脂相连。
[0009]所述的温度传感器是内置于所述的半导体激光器的热敏电阻，实时地将温度信号转换成电压信号，所述温度传感器的输出端与所述的单片机控制模块的输入端相连。
[0010]本实用新型的半导体激光器的温控系统，具有以下优点:
[0011]1、该温控系统设有开关保护电路，可以防止温度过高而损坏半导体激光器。
[0012]2、该温控系统可以根据实际不同的需要调整半导体激光器的工作功率，同时通过IXD显示出来，操作更加直观简便。
[0013]3、该温控系统的无浪涌温控电路未采用控制芯片，而由运算放大器组成的比较器和H桥电路构成，输出阻抗很小，不存在浪涌和静电，对后续电路影响很小，提高控温的效率。控制器和H桥电路之间设有三极管和二极管，实现柔和控温且能避免进入死区，从而很大程度上降低损坏激光器的风险。
[0014]4、该温控系统与半导体激光器可拆卸分离开，搭配不同类型的半导体激光器，使用更加方便。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构框图
[0016]图2为本实用新型的实施例结构框图
[0017]图3为无浪涌温控电路的原理图
[0018]主要符号说明如下:
[0019]1-单片机控制模块 2-光电隔离装置 3-无浪涌温控电路
[0020]4-内置热电制冷器 5-激光器6-温度传感器[0021 ]7-输入输出控制模块8-数字PID控制 9-A/D转换
[0022]10-控制器Il-H桥电路12-系统电源模块
[0023]13-散热器14-驱动电路15-温度显示模块
【具体实施方式】
[0024]现在结合附图1和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0025]如图1和图2所示，本实用新型提供一种基于H桥电路的无浪涌半导体激光器温控系统，由单片机控制模块1、光电隔离装置2、无浪涌温控电路3、驱动电路14、散热器13和激光器5及其内置热电制冷器4、系统电源模块12、温度显示模块15组成。其中单片机控制模块I和驱动电路14直接有外部开关电源直接供电。单片机控制模块I的输出端通过光电隔离装置2连接至无浪涌温控电路3和激光器5。内置热电制冷器4内置于激光器5内，温度传感器6的输出端连接至单片机I的输入端，形成闭环回路，实现对半导体激光器的温度控制。
[0026]单片机控制模块I中包括输入输出控制模块7、数字PID控制8和A/D转换9。单片机的型号为AVR mega64，将接收到的模拟信号转换成数字信号，通过数字PID控制模块，将结果转换为PWM脉宽信号输出至光电隔离装置2中。温度显示模块15与输入输出控制模块7相连，用于显示当前激光器5的工作温度，起到实时监测的作用。
[0027]光电隔离装置2将前级信号与后级信号分离，实现电光电的转换，避免信号受到干扰。光电隔离装置2采用PS2701-4芯片，可以实现一定开关频率控制的要求。
[0028]无浪涌温控电路3由控制器7和H桥电路8构成，控制器7的输出端与H桥电路8的输入端相连，控制器7的输入端与光电隔离装置2的输出端相连。信号经过控制器7后输入至H桥电路8，再输出至内置热电制冷器9中。其中，控制器7是由运放组成的比较器和二极管构成，运放的优点是输出阻抗很小，对后续电路影响很小，提高控温的效率，二极管起到保护电路的作用。H桥电路8是主要由四个MOSFET构成，在控制器7和H桥电路8之间设有三极管和二极管。所连接的三极管放大信号，二极管使得电路避免进入死区，不存在浪涌和静电，保护电路，很大程度上降低损坏激光器的风险。
[0029]散热器13直接贴于半导体激光器的下面，中间涂有导热硅脂，及时地带走热量。
[0030]驱动电路14为激光器5正常工作提供持续稳定的电流，实际输出功率可根据需求调节，采用LT1492芯片，该芯片是双通道/四通道、轨至轨输入和输出的运算放大器，输入动态范围大，在放大电信号的同时，输出高精准度的电流。同时设有开关保护电路，避免损坏激光器。
[0031]如图3所示，经过光电隔离装置后的PffM信号输入至由运算放大器组成的控制器的输入端，转换成控制信号，通过MOSFET组成的H桥电路后，对半导体激光器进行温度控制。
[0032]以上所述仅为本实用新型的较佳实时案例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于H桥电路的无浪涌半导体激光器温控系统，包括单片机控制模块、光电隔离装置、温度传感器和半导体激光器及其内置的热电制冷器、驱动电路、无浪涌温控电路，其特征在于:所述的无浪涌温控电路由控制器和H桥电路构成，所述的控制器是由运算放大器组成的比较器和二极管构成，所述的H桥电路是由四个MOSFET构成，在所述的控制器和H桥电路之间设有三极管和二极管。2.根据权利要求1所述的基于H桥电路的无浪涌半导体激光器温控系统，其特征在于:所述的单片机控制模块的输出端通过光电隔离装置与所述的无浪涌温控电路的输入端相连。3.根据权利要求1所述的基于H桥电路的无浪涌半导体激光器温控系统，其特征在于:所述的半导体激光器内置热电制冷器，所述的激光器下面装有散热器，通过导热硅脂相连。4.根据权利要求1所述的基于H桥电路的无浪涌半导体激光器温控系统，其特征在于:所述的温度传感器是内置于所述的半导体激光器的热敏电阻，实时地将温度信号转换成电压信号，所述温度传感器的输出端与所述的单片机控制模块的输入端相连。
【专利摘要】本实用新型提供一种基于H桥电路的无浪涌半导体激光器温控系统，主要由单片机控制模块、光电隔离装置、无浪涌温控电路、半导体激光器及其内置热电制冷器(TEC)和温度传感器构成。半导体激光器处于工作状态时，温度传感器直接输出电压信号，经放大电路后输入至单片机控制模块，通过数字PID控制对其进行处理，将结果转换成PWM信号输出至光电隔离装置，无浪涌温控电路将通过光电隔离装置的PWM信号转换成控制信号，实现对半导体激光器的加热或制冷。本实用新型的温控电路结构，拥有较强的控温能力，不存在浪涌和静电，避免进入死区，使半导体激光器持续稳定地工作。
【IPC分类】G05D23/20, H01S5/024
【公开号】CN204808071
【申请号】CN201520464068
【发明人】张刘刘, 裘燕青, 王璐
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年6月26日