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FGPA技术的半导体激光器驱动电源模拟子系统

模拟子系统包括两部分,半导体激光器电源驱动部分和温度驱动部分。半导体激光器电源驱动部分可以实现对半导体激光器电源进行不同驱动方式的高稳定驱动,温度驱动部分可以实现对半导体激光器电源温度进行高稳定度控制的功能。
半导体激光器电源驱动部分采用反馈技术,能分别稳定注入电流IF、驱动电压VF和光功率,实现对半导体激光器电源不同方式的驱动。半导体激光器电源的驱动方式有四种$电流恒定控制(ACC)、内PD功率恒定控制(AMC)外PD功率恒定控制(APC)电压恒定控制(AVC)。

ACC工作模式通过电流采样反馈为IF,提供有源控制,从而使电流漂移最小且使半导体激光器电源输出稳定性最大,与温度控制配合使用,这种方式最佳。
稳定光功率有两种方式,可以通过利用半导体激光器电源内部的PD或通过外部PD来实现,这两种方式原理相同,当LD工作时,内部PD管或者外部PD接收激光功率并转化为一个监测电流/该监测电流经过电流/电压转换后,通过反馈网络与设定值比较,形成闭环负反馈控制。AVC是特定场合下简单而又有用的模式。当需要半导体激光电源的驱动电压恒定时,就可以采用这种模式。文中驱动电流分为四个量程:2、20、200、2000mA,最大驱动电流可达2A,这种设计适于不同驱动电流的各类激光器,可提高驱动精度。

温度的变化对半导体激光驱动电源的特性有很大影响,为保证半导体激光驱动电源工作的稳定性和可靠性,还必须对半导体激光驱动电源采取合理的温度控制措施。其原理是温度的变化经温度传感器转变为电信号,然后将其与设定的温度进行比较,偏差信号经控制调节电路处理,然后驱动执行元件工作,使温度稳定在设定温度附近。其中温度传感器是组件中的热敏电阻,用来测量半导体激光驱动电源的温度,其灵敏度高。执行元件是组件中的TEC,是利用帕尔帖效应的半导体制冷器件,体积小$结构简单,易控制。工作时,一端制冷,另一端制热,所以可通过改变电流方向变换制冷或制热。采用PI的控制技术作为核心,以减少静态误差$提高控制精度。为了防止积分饱和,采用积分分离的思想对积分项加以处理。具体方法为当设定值与测量值的偏差大于某一通过实验确定的规定阈值%或称积分界限&时,取消积分项的作用,仅比例项起作用’只有当偏差小于该规定的阈值时,才加入积分项的作用。为了保护TEC,防止因其电流过大而损坏,还增加了限幅电路。

一个好的LD驱动源必须在驱动LD的同时还可以保护工作中的LD。采用软启动的方式来防止正向浪涌击穿。软启动过程由单片机控制实现,这种方式可靠性高,稳定性好’为了防止LD在不工作情况下的静电和不可估计信号的击穿,采用管脚短接的方法在LD工作状态下,为了防止其因电流过大而损坏,设计了LD的限幅电路。
 
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