一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用型新涉及一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置。
【背景技术】
[0002]半导体激光器具有体积小、效率高、可靠性强、易于调制等特点，被广泛应用在光通讯、光传感检测领域，根据其自身的发光原理，激光器是一种电流驱动型器件，其出光功率和波长易受环境温度和自身驱动电流的影响。伴随着温度升高，激光器的阈值电流将会增大自由载流子的吸收损耗增加，外微量子效率将降低，相当部分的电功率转化为热能，使得输出功率变小;其次电流引起的波长漂移系数达0.02nm/mA，温度引起的红移现象使得波长漂移系数达0.2?0.4nm/°C。激光器输出光的稳定性能是实现光传感技术必要条件，而驱动电流和工作温度的稳定是保证激光器输出光功率和波长稳定的前提。现有的半导体激光器多采用功率MOSFET作为电流控制器件和电压直接反馈保证电流稳定，存在电流保护电路过于复杂，电流稳定性低等缺陷。
【发明内容】
[0003]针对【背景技术】的不足，本实用型新的目的在于提供一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置，通过自动调节控制电流和温度的稳定，并结合限流保护电路，确保最大输出电流不超过半导体激光器所允许的能通过的最大电流，实现了激光器输出光功率和光波长的稳定。
[0004]为了实现上述目的，本实用型新所采用的技术方案是:
[0005]本实用新型由中央处理器控制单元、DA转换单元、恒流源电路单元、系统供电单元、半导体激光器和温度控制单元、电流、温度检测单元、AD转换单元组成，其中中央处理器控制器单元包括中央控制器、PC机、串口通讯，DA转换单元为DA转换芯片，该芯片具有A\B两个模拟输出口，恒流源电路单元包括反馈积分电路、电流限制电路，系统供电单元由5V/6A电源构成，半导体激光器和温度控制单元由MAX1978温度控制芯片、半导体激光器组成，半导体激光器内封装了半导体制冷片TEC和热敏电阻NTC，电流、温度检测单元包括采样电阻、反馈差分放大电路，AD转换单元是两个单通道12位AD转换芯片，分别用来监测恒流源输出电流和热敏电阻两端的电压值;其连接关系是:系统供电单元连接至各模块电源处为其供电，中央控制器的串口通讯引脚通过MAX3232串口通讯芯片连接PC机的串口通讯，DA转换芯片的输入管脚连接至中央控制器的I/O引脚，DA转换芯片的模拟输出A 口连接至反馈积分电路中的差分放大器同向输入端，DA转换芯片的模拟输出B 口连接至MAX1978芯片的FB-管脚，用于设定参考温度值的电压值，反馈积分电路中的输出端连接至电流限制电路的同向输入端，电流限制电路输出端连接至采样电阻，采样电阻的另一端连接半导体激光器的正向输入端ld+，采样电阻的两端同时连接至反馈差分放大电路的同向、反向输入端，反馈差分放大电路的输出端连接至反馈积分电路的反向输出端，并同时连接至AD转换单元中的第一个单通道12位AD转换芯片的输入端，监测电流值，半导体激光器内部热敏电阻NTC的电压输出管脚连接至温度控制芯片MAX1978的FB+引脚，并连接AD转换单元中的第二个单通道12位AD转换芯片的输入端，监测由半导体激光器内部温度变化引起热敏电阻阻值变化而导致的电压变化，MAX1978温度控制芯片的两个电流输出管脚分别连接半导体激光器内部半导体制冷片的两个正负极端子。
[0006]进一步说，所述的反馈积分电路是由低噪声COMS轨至轨精密运算放大器组成，反向输入端INA-连接反馈差分放大电路的输出端，并连接InF的电容至输出端OUT，同向输入端INA+连接至DA转换器的模拟输出管脚A 口。
[0007]进一步说，所述的采样电阻阻值为2欧姆。
[0008]进一步说，所述的电流限制电路为轨至轨限流0PA567芯片，该芯片的ISET管脚连接阻值为5.67K Ω至地，设置最大输出电流为2.03A，不超出半导体激光器的最大电流2.4A。
[0009]与技术背景相比，本实用型新的有益效果是:
[0010]本实用型新提供一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置，通过电流、温度自动调节，并结合限流保护电路，简化了温度控制电路和电流保护电路，达到了电流精度保证在0.06mA，稳定性能达到1.17 X 10—4，温度精度达到0.2°C，2小时内温度稳定性达到0.2°C，保证了流入半导体激光器工作电流和内部工作温度的稳定，实现了激光器输出光性能的稳定。
【附图说明】
[0011 ]图1是本实用型新的半导体激光器电源驱动和温度控制装置总示意图；
[0012]图2是本实用型新的半导体激光器电源驱动和温度控制装置模块结构示意图；
[0013]图3是本实用型新的半导体激光器电源驱动和温度控制装置具体电路连接示意图；
[0014]图4是本实用型新的半导体激光器电源驱动和温度控制装置积分电路示意图。
[0015]图中1.中央处理器控制单元，2.DA转换单元，3.恒流源电路单元，4.系统供电单元，5.半导体激光器和温度控制单元，6.电流、温度检测单元，7.AD转换单元，8.中央控制器，9.PC机，10.串口通讯，11.DA转换芯片，12.反馈积分电路，13.电流限制电路，14.高精度采样电阻，15.MAXl 978温度控制芯片，16.半导体激光器。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型包括中央处理器控制单元、DA转换单元、恒流源电路单元、系统供电单元、半导体激光器和温度控制单元、电流、温度检测单元、DA转换单元;在串口通讯中，PC机设定的激光器的电流值和参考温度电压值，通过串口将数据传至中央处理器中，其中数据中包含了DA芯片A/B输出口打开的命令和DA增益命令，反馈积分电路的同向输入端连接DA芯片的A输出口，B输出口连接至MAX1978的FB+，用于设定参考温度。积分电路的输出端连接至电流限制芯片0PA567的输入端，此时电流限制芯片0PA567的输出端电压与输入电压相等，同时在电流限制芯片0PA567的电流限制管脚连接一个阻值为5.67K Ω的电阻，设定流入激光器的最大输出电流不超过2.4A，在激光器Id+的前端放置2欧姆的精密采样电阻，此时流经激光器的电流为精密采样电阻的两端电压的1/2，1/2采样电阻两端的电压值即为当前电流值，此电压通过反馈差分放大电路反馈至反馈积分电路，使得流入半导体激光器电流的稳定，消除了电流微小变化而引起的激光器输出光功率、光波长不稳定的影响。电阻两端的电压通过一个反馈差分放大电路连接至积分电路的反向输入端，根据积分电路的特性，最终通过电容的充放电特性，保证了反馈积分电路的输出为稳定电压值。半导体激光器内部封装了半导体制冷片(TEC)和负温度系数热敏电阻(NTC)，其中半导体制冷片(TEC)的为PN结，改变流过PN结电流的方向，制冷面和制热面相互对调，半导体制冷片(TEC)的两端分别连接至MAX1978的两个电流输出端，负温度系数热敏电阻(NTC)随着温度的升高电阻减小，在25°C时，阻值为1K Ω。热敏电阻的输出端连接至MAX1978的FB-，比较FB-和FB+电压的大小，它们之间的差值通过集成的PID网络，最终改变MAXl 978的两个电流输出端的极性属性，从而控制流入制冷片的电流方向和大小，最终实现了温度的稳定控制，反馈差分放大器和负温度系数热敏电阻(NTC)的输出分别连接至两个AD转换器，并将采集的数据通过串口上传至PC，实时显示当前的温度对应热敏电阻的电压值和流入激光器的电流值。
[0017]以下结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0018]如图1，图1为本实施例的半导体激光器电源驱动和温度控制装置总示意图。该装置包括中央处理器控制器单元I，DA转换单元2，恒流源电路单元3，系统供电单元4，半导体激光器和温度控制单元5，电流、温度检测单元6，AD转换单元7。如图2所示，图2为本实用型新的半导体激光器电源驱动和温度控制装置模块结构示意图，是图1的补充说明，包括中央控制器8，PC机9，串口通讯1，DA转换芯片11，反馈积分电路12，电流限制电路13，高精度采样电阻14，MAX1978温度控制芯片15，半导体激光器16。图3是本实用型新的半导体激光器电源驱动和温度控制装置具体电路连接示意图。图3中，中央处理器的I/O连接至DA芯片，用于控制、确定A/B端口模拟输出’A端口的模拟输出连接至模拟轨对轨放大器AD8086芯片并结合电容构成的积分电路的INA+管脚，用于控制电流的大小，而B口的连接至MAX1978芯片的FB+管脚，用于设定参考温