度值;AD8606芯片的输出管脚连接至电流限制芯片0PA567的输入端，其中5.67ΚΩ连接至ISET管脚设置0PA567的最大电流输出不超过激光器最大电流值；0PA567的输出管脚连接2 Ω米样电阻的一端，电阻的另一端连接至激光器的Id+管脚，差分放大芯片IN413的同向、反向端连接至采样电阻的两端，IN413的输出端连接至AD8606的INA-端，同时连接至ADj转换芯片，将采集的数字量，通过I/O口，读取至中央处理器中，再通过串口将数据上传至PC机中，实时监测电流的大小;MAX1978芯片的TEC+、TEC-管脚连接至半导体激光器中半导体制冷器的两个输入管脚，用于控制半导体制冷片的电流大小和方向，达到保持温度不变的效果。热敏电阻返回的电压值连接至MAX1978的FB-管脚，同时BFB-管脚连接至AD_2，AD_2连接至中央处理器的I/O口，用于检测当前温度值。MAX1978温度控制芯片是一款集成PID自动调节的温度控制芯片，根据设定参考温度对应的电压值和半导体激光器热敏电阻两端的电压差值，利用MAX1978内嵌的反馈差分放大电路和PID调节网络，自动的调节流过半导体制冷片电流的大小和方向，实现制冷、制热，保证了激光器内部温度的稳定。
[0019]其中的中央控制器为STC12C5620AD单片机，该单片机内嵌EPPROM存储器，在掉电时能自动保存数据和命令码。
[0020]其中的反馈积分电路是由低噪声COMS选用轨至轨精密运算放大器，优选亚德诺半导体公司(ADI)公司生产的AD8606运算放大器。
[0021]其中的反馈差分放大电路选用BURR-BROWN公司生产的IN143，该芯片为高速、高精度的电压差分放大器，其内部增益Gl可配置为10或者0.1，因为流入激光器的电流较小，采样电阻两端的电压很小，故此时配置增益为10。
[0022]其中的电流限制电路芯片选用轨至轨限流0PA567芯片，可以改变连接在ISET电阻阻值可以设定最大输出电流的大小。
[0023]其中的半导体激光器选用DFB-LD蝶形激光器，最大输入电流为120mA，半导体制冷片(TEC)的最大输入电流为2.4A，最大输入电压为2.9V。
[0024]其具体的工作过程如下:
[0025]在PC机面板中，设定电流值和参考温度对应的电压值大小，数据通过串口传至中央处理器(STC12C5620AD)中，中央处理器由I/O口发送指令和数据至DA芯片，A/B输出端口输出相应设定电压值，对于电流驱动部分，差分放大器的输出端连接至AD8086的INA-，DA芯片的A输出口连接至AD8086的INA+，其中INA-中间连接一个InF的电容至AD8086的OUT管脚，根据放大器“虚短”和积分电路原理可知，V舰+等于V舰—，最终的V.等于V皿+，如图4所示，当差分放大输出电压大于Vina-时，对电容充电，当差分放大输出电压小于Vina-时，电容放电，最终使得Vciut稳定在设定值Vina+，保证了最终的电流输出稳定;对于稳定控制调节，例如，常温25°C情况下，热敏电阻阻值为1K，当REF等于1.5V，此时NTC和固定1K电阻分压，流入FB-为
0.75V，设定DA的B 口输出0.75V，即FB+为0.75V，同时设定保持的温度即为25°C，改变设置的参考电压值就可以设定不同的温度，当温度发生变化时，热敏电阻阻值发生变化，根据电阻分压原理，NTC电压也随之改变，当FB-和参考电压值FB+不相等时，FB+和FB-差值通过MAX1978内部差分放大电路和PID网络之后，自动的改变TEC+、TEC+输出电流方向和大小，控制半导体制冷片制冷和制热，最终保持温度的稳定。如图3所示，AD_1用于采集当前的电流值，AD_2连接DFB-，用于采集当前的温度对应NTC的电压值，监测当前的温度。
[0026]本实用新型通过自动调节流过激光器的电流和工作温度的稳定，并结合限流保护电路，省略了大量的温度控制电路和电流保护电路环节，保证了流入半导体激光器工作电流和内部温度的稳定，实现了激光器输出光性能的稳定。
[0027]上述【具体实施方式】用来解释说明本实用型新，而不是对本实用型新进行限制，在本实用型新的精神和权利要求的保护范围内，对本实用型新作出的任何修改和改变，都落入本实用型新的保护范围。
【主权项】
1.一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置，其特征在于:它由中央处理器控制单元(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)组成，其中中央处理器控制单元(I)包括中央控制器(8)、PC机(9)、串口通讯(10)，DA转换单元(2)为DA转换芯片(11)，该芯片具有A\B两个模拟输出口，恒流源电路单元(3)包括反馈积分电路(12)、电流限制电路(13)，系统供电单元(4)由5V/6A电源构成，半导体激光器和温度控制单元(5)由MAX1978温度控制芯片(15)、半导体激光器(16)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(6)包括采样电阻(14)、反馈差分放大电路(17)，AD转换单元(7)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(4)连接至各模块电源处为其供电，中央控制器(8)的串口通讯引脚通过MAX3232串口通讯芯片连接PC机(9)的串口通讯(10)，DA转换芯片(11)的输入管脚连接至中央控制器(8 )的I/0引脚，DA转换芯片(11)的模拟输出A 口连接至反馈积分电路(12)中的差分放大器同向输入端，DA转换芯片(11)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(12)中的输出端连接至电流限制电路(13)的同向输入端，电流限制电路(13)输出端连接至采样电阻(14)，采样电阻(14)的另一端连接半导体激光器的正向输入端ld+，采样电阻(14)的两端同时连接至反馈差分放大电路(17)的同向、反向输入端，反馈差分放大电路(17)的输出端连接至反馈积分电路(12)的反向输出端，并同时连接至AD转换单元(7)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(16)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(7)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(16)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(15)的两个电流输出管脚分别连接半导体激光器(16)内部半导体制冷片的两个正负极端子。2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置，其特征在于: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。3.根据权利要求1所述的一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置，其特征在于:所述的采样电阻阻值为2欧姆。4.根据权利要求1所述的一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置，其特征在于: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5.67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。
【专利摘要】本实用新型公开了一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置。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，中央处理器控制器单元包括中央控制器、PC机、串口通讯；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，电流、温度检测单元包括高精度采样电阻、反馈差分放大电路。本实用新型通过自动调节流过激光器的电流大小和控制激光器的工作温度，实现了激光器的输出光功率、光波长的长期工作稳定。
【IPC分类】H01S5/042, H01S5/024
【公开号】CN205248613
【申请号】CN201520883888
【发明人】罗亮, 刘泽国, 王婵媛, 胡佳成
【申请人】中国计量学院
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年11月8日