一种激光二极管温控电压系统的制作方法

1.本实用新型应用于半导体激光投线仪行业，属于dc-dc升/降压控制电路技术领域，公开了一种激光二极管温控电压系统，具体涉及一种温控的升/降压电路，用于激光投线仪主控制板为激光二极管提供电压的控制系统。


背景技术：

2.近年来，随着半导体激光投线仪的广泛应用，也随着相关领域的技术成熟，其核心部件激光二极管的技术改良尤为明显，但是由于成本或其他原因，其驱动电路基本没有大的改变，同时人们对于易携带、长续航、高精度以及长寿命等指标要求更加迫切，故需要使驱动电路与激光模组相互匹配，从而实现投线仪的合理应用。
3.目前市场上的激光二极管投线仪的控制主板琳琅满目，性能也不尽相同，但是为了满足激光二极管在低温环境下的工作要求，工作电压都是按最高电压设置，且不管环境温度变化始终保持不变，但这与激光二极管温度特性不符，即输入电压与负载未合理匹配应用，导致在常温和高温时无故的消耗电池能量，同时这些多余的能量大多以热量的形式释放，由于激光投线仪内部密封较好，导致整机内部激光二极管的使用温度持续升高，激光二极管的发光效率、精度和可靠性也会随温度升高变差，影响投线仪使用，同时间接影响激光二极管的寿命，因此必须要对主控制板进行改进。
4.为了解决上述问题，目前较常用方法是在主板中加入温度传感器，当整机内部温度升高到某一温度时，通过单片机控制激光二极管的导通时间，降低出光功率，降低功耗，从而降低整机内部工作温度，防止激光二极管因温度过高出现上述弊端，但这种方式下，开机使用一段时间，整机内部温度升高后，以上指标均会有一定程度变差，导致用户体验变差，并未从根本上解决问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于，提供一种激光二极管温控电压系统，用以解决现有技术中存在的输入端与负载端电压的不匹配，导致整机内部温度过高而引起的各种弊端。
6.为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种激光二极管温控电压系统，包括温度采样电路、单片机控制电路和升 /降压电路，其中，所述温度采样电路、单片机控制电路和升/降压电路依次相连接，外部电源分别连接所述单片机控制电路和升/降压电路用于供电，所述单片机控制电路和升/降压电路分别连接其应用的器件。其中，所述温度采样电路用于将温度分量转变为电压分量并发送给单片机控制电路，所述单片机控制电路用于根据温度采样电路发来的电压分量向其应用的器件及升/降压电路发送指令信号，升/降压电路用于在指令信号的作用下进行升/降压输出。
8.进一步的，所述温度采样电路包括线性稳压器u2、电容c4、c5、热敏电阻r5和电阻r6；其中，所述线性稳压器u2的1脚连接vout，2脚连接电容c4，且两者的公共端接地，3脚连
接电容c4的另一端和热敏电阻r5，所述热敏电阻r5另一端连接电阻r6和电容c5，所述电阻r6和电容c5另一端共同接地。
9.进一步的，所述温度采样电路包括线性稳压器u2、电容c4、c5、热敏电阻r5和电阻r6；其中，所述线性稳压器u2的1脚连接vout，2脚连接电容c4，且两者的公共端接地，3脚连接电容c4的另一端和电阻r6，所述电阻r6另一端连接热敏电阻r5和电容c5，所述热敏电阻r5和电容c5另一端共同接地。
10.进一步的，所述热敏电阻r5采用ntc热敏电阻。
11.进一步的，所述单片机控制电路包括单片机u3、电阻r10和场效应管q1，其中，所述单片机u3上带有的a/d采集端口v-t连接温度采样电路的输出端 t-v；所述单片机u3的两个输出端分别连接电阻r10和升/降压电路的基准端；所述电阻r10连接场效应管q1栅极，所述场效应管q1栅极的源极接地，漏极连接激光模组j1。
12.进一步的，所述升/降压电路采用dc-dc升/降压电路，包括电阻r1，电容c1、c2，肖特基二极管d1，电感l1、升/降压芯片u1和电压调节电路；其中，所述电阻r1一端vout连接电容c2和肖特基二极管d1的阴极，所述肖特基二极管d1的阳极连接升/降压芯片u1的1脚，电容c2另一端接地，所述电阻r1的另一端与升/降压芯片u1的3脚的公共端为电压基准端，电压调节电路连接电压基准端；所述电感l1一端连接升压芯片1脚和肖特基二极管d1阳极，另一端连接升压芯片4脚，所述电容c1一端连接升压芯片4脚和5脚，另一端接地，所述升/降压芯片u1的2脚接地，4脚和5脚接电池 vcc。
13.进一步的，所述电压调节电路包括电阻r2、r3、r4和电容c3，其中，所述电阻r2和电阻r3的公共端连接电压基准端，电阻r2另一端接地，所述电阻r3的另一端连接电容c3、电阻r4，所述电容c3另一端接地，所述电阻r4另一端连接单片机用于接收pwm信号。
14.进一步的，所述电压调节电路包括数字电位器j2，所述数字电位器j2连接单片机u3的u/d端和inc端，数字电位器j2的8脚连接电压基准端。
15.进一步的，所述升/降压芯片的选择选择升压芯片或降压芯片。
16.进一步的，所述升压芯片的型号为mt3608l；所述降压芯片的型号为 mt2492。
17.本实用新型与现有技术相比具有以下技术特点：
18.本实用新型解决了供电电压与激光二极管工作电压的不匹配的问题，保证在不同环境温度下供电电压刚好满足负载电压需求，技术特点有：
19.(1)本实用新型明显了降低了整机内部温度，降低了使用功耗，延长电池使用时长，提高产品精度，间接提高了激光二极管的寿命。
20.(2)本实用新型的温控系统通用性强，适用于绝大部分升/降压芯片构成的升/降压电路，可应用于绿色激光二极管投线仪、测量仪器或测量设备上。
21.(3)本实用新型易于批量使用，成本低廉。
附图说明
22.图1为本实用新型的激光二极管温控电压系统的原理框图；
23.图2为激光二极管的工作电压与温度变化曲线；
24.图3为采样电压与温度变化正比例曲线；
25.图4为采样电压与温度变化反比例曲线；
26.图5为输出电压随指令信号变化曲线；
27.图6为温度采样电路；
28.图7为dc-dc升压电路实现方式一的结构及其配套的单片机控制电路；
29.图8为dc-dc升压电路实现方式二的结构及其配套的单片机控制电路；
30.以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步解释说明。
具体实施方式
31.本实用新型的设计思路：由于绿色半导体激光二极管的额定工作温度一般为-10℃～60℃之间，其工作电压vop随温度t成线性变化(如图2所示)，根据热敏电阻温度特性，将其与其他元件构成温度采样电路，采样电压随温度变化(如图3所示)，从而可将温度分量转换为电压分量，单片机将采集电压后输出指令信号，作用于升/降压芯片的基准电压端，输出电压便可随之改变(如图5所示)。
32.如图1所示，本实用新型给出了一种激光二极管温控电压系统，包括温度采样电路、单片机控制电路和升/降压电路，其中，温度采样电路、单片机控制电路和升/降压电路依次相连接，外部电源(如电池)分别连接单片机控制电路和升/降压电路用于供电，单片机控制电路和升/降压电路分别连接其应用的器件；其中，温度采样电路用于将温度分量转变为电压分量并发送给单片机控制电路，单片机控制电路用于根据温度采样电路发来的电压分量向其应用的器件及升/降压电路发送指令信号，升/降压电路用于在指令信号的作用下进行升/降压输出。上述技术方案下，温控元件优选ntc热敏电阻，其固有特性为：其阻值随温度变化成反比，使用热敏电阻与普通电阻组成分压电路，进而可得到随温度变化的电压信号，单片机电路采集该电压信号，对应输出指令信号，作用于升/降压电路的电压基准端，改变升/降压电路的电压分压比例，进而改变输出电压大小。
33.如图6所示，温度采样电路包括线性稳压器u2、电容c4、c5、热敏电阻 r5和电阻r6；其中，线性稳压器u2的1脚连接vout，2脚连接电容c4，且两者的公共端接地，3脚连接电容c4的另一端和热敏电阻r5，热敏电阻 r5另一端连接电阻r6和电容c5，电阻r6和电容c5另一端共同接地。该技术方案中，线性稳压器u2提供基准电压，使用热敏电阻r5与普通电阻r6 组成分压电路，由于热敏电阻的温度特性，进而可得到随温度变化的电压信号，得到如图3的电压变化曲线；同时，亦可将热敏电阻r5和电阻r6互换使用，得到如图4的电压变化曲线。该技术方案中的任意一种电连接方式，能够实现输出电压随温度变化而变化。
34.如图7所示，单片机控制电路包括单片机u3、电阻r10和场效应管q1，其中，单片机u3上带有的a/d采集端口v-t连接温度采样电路的输出端t-v；单片机u3的两个输出端分别连接电阻r10和升/降压电路的基准端；电阻r10 连接场效应管q1栅极，场效应管q1栅极的源极接地，漏极连接激光模组j1。该技术方案中，单片机u3通过a/d采集端口接收温度采样电路的采样电压，并对采样电压进行处理，根据处理结果发出指令信号给升/降压电路，同时，输出高低电平给场效应管q1，用以控制激光模组j1的导通和关断。
35.升/降压电路采用dc-dc升/降压电路，包括电阻r1，电容c1、c2，肖特基二极管d1，电感l1、升/降压芯片u1和电压调节电路；其中，电阻r1 一端vout连接电容c2和肖特基二极管d1的阴极，肖特基二极管d1的阳极连接升/降压芯片u1的1脚，电容c2另一端接地，电阻r1的另一端与升/ 降压芯片u1的3脚的公共端为电压基准端，电压调节电路连接电压基准端；
电感l1一端连接升压芯片1脚和肖特基二极管d1阳极，另一端连接升压芯片4脚，电容c1一端连接升压芯片4脚和5脚，另一端接地，升/降压芯片 u1的2脚接地，4脚和5脚接电池vcc。该技术方案中，电压调节电路将信号作用于升/降压芯片u1的电压基准端，通过调整电压调节电路即可改变升/ 降压电路输出电压大小的目的。将直流低电压升高为高电压，或是将直流高电压降为低电压，是一种能量传递的过程。
36.具体的，电压调节电路可以有多种实现方式，本实用新型中给出如下两种：
37.方式一：如图7所示，电压调节电路包括电阻r2、r3、r4和电容c3，其中，电阻r2和电阻r3的公共端连接电压基准端，电阻r2另一端接地，电阻r3的另一端连接电容c3、电阻r4，电容c3另一端接地，电阻r4另一端连接单片机用于接收pwm信号。该方式下，当环境温度改变时，v-t值也会随之改变，参考激光二极管vop与温度t变化曲线，单片机u3给出相对应的 pwm信号，将pwm信号作用于升压芯片的电压基准端，通过改变电压基准端电阻的分压比例，即可改变输出电压，从而实现其升压输出电压控制方式，即通过pwm信号控制升压输出电压，该方式结构简单，且易批量使用。
38.方式二：如图8所示，电压调节电路包括数字电位器j2，数字电位器j2 连接单片机u3的u/d端和inc端，数字电位器j2的8脚连接电压基准端。该方式下，当环境温度改变时，v-t值也会随之改变，参考激光二极管vop与温度t变化曲线和升/降压芯片基准电压，单片机u3对应输出指令信号，发送控制指令信号给数字电位器j2对应的三个控制端，数字电位器j2的阻值就会发生相应变化，进而改变升压电路输出电压的大小，该方式也较易实现，如图 8所示。
39.具体的，升/降压芯片的选择根据实际需要选择升压芯片或降压芯片。在实际使用中，电池部分(外部电源)可进行串联或并联获得更大的续航时间，那么当电池的最低放电电压高于本实用新型的电路所应用的激光二极管的工作电压时通常使用降压芯片，否则，采用升压芯片。
40.优选的，升压芯片的型号为mt3608l；降压芯片的型号为mt2492。
41.需要说明的是，本领域的技术人员依照本实用新型的温控系统本质上或逻辑上作出任何形式的改变或更替，例如更换与之功能相同、相近的电路、在其电路中添加或省去某些功能、更换与之功能等同的其他温控元件等，或是使用软件或其他方式直接或间接实现等同效果的都应视为本实用新型的保护范围。