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一种新型半导体激光电源设计方法

针对连续发光半导体激光器的特点,研究了一种基于单片机控制的小型化、高效率、无冲击、慢启动半导体激光器驱动电流源的设计方法。建立了模拟控制电流源电路的数学模型,给出了将模拟控制模型变换为数字控制模型的设计方法和设计方案,实现了电流源控制电路系统的数字化、提高了半导体激光器电流源的性能。
 
半导体激光器具有二极管特性,对驱动电源来说属于非线性负载。而发光功率随驱动电流的增加而增加,为了保证半导体激光安全、可靠的工作,要求其驱动电源具有电流源特性,且不允许有上电冲击电流。
 
模拟控制半导体激光电源
为了提高电流源的效率,采用开关型电压控制电流源的设计方案,电路原理框图如图1所示。
 模拟控制激光电流源电路原理框图
半导体激光电源数字控制电路系统数学模型
为了解决模拟控制电路存在温度稳定性和抗干扰能力差等问题,为使控制电路数字化,需要建立半导体激光电流源数字控制电路系统的数学模型。
 半导体激光电流源数字控制电路系统数学模型
半导体激光电源数字控制电路系统的硬件实现
数字控制半导体激光电流源电路原理框图如图2所示,主要由ADuC831单片机、取样电阻Rf可控电压源等组成。ADuC831单片机内部有8通道采样率247kSPS  12位AD转换器和2路12位DA转换器,参考电压VR和取样电阻上的电压Vf分别作为ADuC831单片机的两路AD转换器的输入,ADuC831单片机根据(8)式所确定的算法由DA1端输出控制电压VC调整可控电压源的输出电压,维持流过激光二极管的电流稳定,也就是可控电压源的输出电流不因负载变化而改变,并且可以通过改变参考电压VR调整流过激光二极管的电流,以便适应不同激光器的驱动要求。
 
我们研制的如图2所示的数字控制半导体激光电流源输出电压变化范围为6V~15V,电流在5A以下连续可调,效率达90%以上,可以满足列阵式激光器的驱动要求。
 
结论
半导体激光电流源属于非线性电路系统,本文利用线性化方法,建立了半导体激光电流源的数学模型。给出了一种由模拟控制变换为数字控制的设计方法,实现了控制电路的数字化,实验结果证明了设计方法的实用性和可行性。
 
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