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高精度半导体激光器驱动电源系统的设计

2013-05-31 16:52
小伊琳
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      介绍一种以DSP TMS320F2812控制模块为核心的高精度半导体激光器驱动电源系统的设计。该系统以大功率达林顿管为调整管加电流负反馈电路实现恒流输出,利用DS内部集成的模/数转换器对输出电流采样,并经过PI算法处理后控制PWM输出实现动态的误差调整,消除电路中的静止误差。为了提高系统的稳定性,在系统中加入过流、过压保护和延时软启动保护等功能。结果表明,输出电流范围在10~2500mA内,输出电流变化的绝对值小于输出电流值的0.1%+1mA,从而确保了半导体激光器工作的可靠性。

0  引  言

      半导体激光器(LD)是一种固体光源,由于其具有单色性好,体积小,重量轻,价格低廉,功耗小等一系列优点,已被广泛应用。LD是卵想的电子-光子直接转换器件,有很高的量子效率,微小的电流和温度变化都将导致其输出光功率的很大变化。因此,LD的驱动电流要求非常高,必须是低噪声、稳定度高的恒流源,一般电源很难满足要求[1-4] 。此外,瞬态的电流或电压尖峰脉冲,以及过流、过压都会损坏半导体激光器。这里将以TI公司的DSP芯片TMS320F2812为控制核心,实现带有多种保护的双闭环高精度半导体激光驱动电源系统。

1  系统总体设计

      恒流源一般采用集成运算放大器和一些分立元器件及单片机构成的“压控恒流源”方法实现,与纯模拟元件构成的恒流源相比,这种方法在恒流精度和线性度上都有明显的提高。但是该方法中单片机是用作显示与控制电压的给定,并未对输出电流实时检测和控制,属于开环控制系统,影响了恒流源的稳定性及精度。该系统由“压控恒流”电路、信号采样和调理电路、保护电路、键盘、LCD显示、RS232通信接口以及DSP处理器等环节组成,系统结构框图如图1所示。

 


      通过键盘输入给定,并在LCD上显示,同时经F2812运算处理后输出相应占空比的PWM信号。PWM经低通滤波器、放大调理后实现D/A变换并作为“压控恒流”模块(V-I Constant Current)的控制电压实现“压控恒流”。F2812实时对输出的电流采样,采样数据经数字滤波、分析处理后与给定电流值相比较,得到差值作为PI调节算法表达式中的输入量,通过PI运算得到控制量U来调整PWM的输出实现恒流。

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