長春光學精密機械學院學報連續(xù)半導體激光器驅動電源史全林辛德勝張劍家李軍（長春光學精密機械學院篼率半導體激光國家重點，半導體驅動電源由下述幾個部分組成：恒流電路它是驅動電源的主供電系統(tǒng)，單獨設計了一個變壓器。有關資料介紹，僅納秒級寬度的電壓或電流尖峰，都可能引起激光器內(nèi)部小平面的瞬時過熱，造成損傷。實驗證明：在交流供電開關合上瞬間，在恒流輸出端產(chǎn)生電流尖峰的幾率相當篼。并且足以造成半導體激光器的損壞，為徹底解決這個問題，由單片機控制繼電器作為開關，控制恒流電路的直流供電。
當驅動電源進入穩(wěn)定工作狀態(tài)后，單片機才發(fā)出指令使繼電器觸點閉合，為恒流電路供電，將上述之電流尖峰躲過。
雖然此時恒流電路的供電已接通，但還沒有恒流電流輸出，單片機初始化時，已設置恒流電路的流調(diào)節(jié)端為0電流輸出狀態(tài)。以去除恒流電路本身產(chǎn)生的電流過沖而損壞激光器。當恒流輸出的電流值設定之后，單片機將控制其電流調(diào)整端，使恒流輸出緩慢上升到電流設定值。
恒流電路基準電壓電路恒流電流輸出質(zhì)量的優(yōu)勢與基準電壓的穩(wěn)定性有關，該電壓需經(jīng)過特殊處理才能使其達到要求。
驅動電源的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)負責整個驅動源的控制、數(shù)據(jù)輸人、輸出、數(shù)據(jù)處理及顯示。其硬件由單片機、鍵盤、LED顯示器、RS232接口、DAC、ADC及激光器制冷及恒溫控制等部分組成。
2驅動電源工作原理驅動電源通電后，系統(tǒng)自動復位，通過鍵盤可設定恒流電流值，并在顯示器上顯示，當按下確定鍵后，驅動電源的輸出端將給出所設定的恒流電流輸出。此時，單片機系統(tǒng)將鎖定各個接口的輸出狀態(tài)，并進人睡眠狀態(tài)，避免由于干擾而使單片機系統(tǒng)失靈，使驅動電源失控。根據(jù)需要可通過鍵盤隨時喚醒單片機系統(tǒng)，進行正常的操作，驅動電源設計了四塊LED顯示器，分別顯示實際電流值，設定電流值，實際溫度值及設定溫度值。
3驅動電源的硬件設計1單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)采用AT89C2051系列單片機。該單片機內(nèi)部具有2K字節(jié)的E2PROM存儲器、128字節(jié)的RAM.只用一片AT89C2051就可以實現(xiàn)驅動電源的控制、數(shù)據(jù)處理及溫控功能。實現(xiàn)了盡量減少硬件，大大的提篼了整機的抗干擾能力。
3.2D/A轉換器驅動電源的恒流值由鍵盤設定，單片機根據(jù)設定值來控制恒流電路的輸出。恒流電路輸出電流的大小是由模擬電壓控制的。因此，需將數(shù)字信號轉換成模擬信號。通常的D/A轉換器輸出的模擬信號是階梯狀變化的，而且數(shù)字電路系統(tǒng)的干擾也容易引人恒流電路，造成恒流輸出的不穩(wěn)定。本驅動源采用了脈寬調(diào)制式D/A轉換電路。有效的解決了上述問題。
其工作原理為：單片機按給定頻率輸出一個不同占空比的脈沖信號，經(jīng)過光電耦合器送至有源濾波放大器轉換為不同的基準電壓值，以此來控制恒流電路的輸出電流值。D/A轉換器輸出的模擬電壓為：一一時鐘周期；加脈沖信號寬度；N對應數(shù)字D/A的位數(shù)；2Nt脈沖信號周期；Um有源濾波放大器的最大輸出電壓。
2N.反之越小，輸出的模擬電壓越低。N越大D/A轉換器的分辨率就越高，也就是說脈沖信號的頻率霸占高D/A轉換器的精度越篼。
3.3顯不器驅動電源有四塊顯示屏，每塊顯示器由四位LED構成，利用串行輸入的BCD十進制譯碼驅動芯片MC14499來構成單片機應用系統(tǒng)的顯示接口，可以大大減少I/O口線的占用數(shù)量。
CMOSLED譯碼驅動器MC14499片內(nèi)主要包栝一個20位移位寄存器、一個鎖存器、一個多路輸出器。由多路輸出器輸出的BCD碼經(jīng)段譯碼后，換成七段碼送至段驅動器輸出和小數(shù)點輸出。另外，由片內(nèi)振蕩器經(jīng)四分頻，信號位譯碼后提供四個位控信號。經(jīng)位驅動器送至四條控制線。
由于MC14499片內(nèi)具有BCD譯碼器和串行口，所以它幾乎可以與任何單片機接口相連。它每次可接收20位串行輸人數(shù)據(jù)，其串行輸入的20位數(shù)據(jù)提供了4位BCD碼和4位小數(shù)點選擇位。前4位用于控制4個LED顯示器的小數(shù)點是否顯示，后16位是4個LED顯示器的BCD碼輸人數(shù)據(jù)。
由于MC14499片內(nèi)有鎖存器，送人一幀（20位）數(shù)據(jù)后，這些數(shù)據(jù)保存在其內(nèi)部鎖存器中，可靠地驅動4位LED顯示器顯示鎖存器中的數(shù)據(jù)字符。其顯示方式為掃描式循環(huán)。
全部掃描過程由MC14499單獨完成，而無需單片機參與。
當系統(tǒng)需要4位以上的LED顯示器時，可將多個MC14499級聯(lián)。每增加一片MC14499時，可增加4位LED顯示。
3.4鍵盤電流及溫度設定值由四個調(diào)整鍵、二個功能鍵來配合設定。有粗調(diào)增加鍵、粗調(diào)減少鍵、細調(diào)增加鍵、細調(diào)減少鍵，電流設定鍵、溫度設定鍵。設定完成后按下確認鍵驅動電源將輸出設定恒流電流。按下睡眠鍵，驅動電源的單片機進人睡眠狀態(tài)。并由喚醒鍵來喚醒單片機系統(tǒng)，復位鍵可使整機重新復位。半導體激光器由半導體制冷器進行制冷，溫度傳感器將激光器的溫度值轉換成電信號，送給PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器回控半導體制冷器，實現(xiàn)閉環(huán)恒溫控制。驅動源恒流電路采用集成運算放大器型恒流源，由于集成運放的漂移小（lOv/C）就使恒流源的漂移和噪聲指標大大得到改善。同時采用了整體模塊化設計，使其抗干擾能力進一步加強。
4動電源的軟件設計系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，包括主程序模塊、顯示模塊、鍵盤管理模塊、電流控制模塊、結束模塊等構成。程序框圖見：5結束語本激光器驅動電源經(jīng)國家重點實驗室的試用表明，驅動電源具有智能化程度篼，工作穩(wěn)定，抗干擾能力強，電源穩(wěn)定度高及對激光器無損害的特點，是一種實用性強的半導體激光器驅動電源。
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