基于ADuC812的半导体激光器智能温控及驱动电源设计

设计一种基于 ADuC812微控制器的半导体激光器驱动及温控系统 ,以 ADuC812微转换器为控制核心 ,用单片机的 D /A输出和数字 P I D运算输出分别进行恒流和恒温控制。实验表明:该系统能提供 (0 - 215)A长期恒定的电流 ,纹波系数小 于 011%;温控精度优于 ± 0102℃。 ### 基于ADuC812的半导体激光器智能温控及驱动电源设计 #### 概述 本文介绍了一种基于ADuC812微控制器的半导体激光器（Semiconductor Laser,简称SL）驱动及温控系统的设计方案。该系统以ADuC812微控制器为核心，利用其内置的D/A转换器和数字PID算法实现对半导体激光器的恒流驱动和温度控制。实验证明，该系统能够提供稳定电流范围为0-215mA，纹波系数小于0.1%，温度控制精度优于±0.02°C。 #### 半导体激光器的工作特性及其控制的重要性 半导体激光器因其体积小巧、可靠性高、转换效率高等特点，在军事、通信以及医疗等多个领域得到广泛应用。然而，半导体激光器的性能受到驱动电流和工作温度的影响非常大。例如，瞬态电流如浪涌等可能导致半导体激光器的PN结被击穿而损坏；电流波动会导致输出光功率不稳定；工作过程中产生的热量会使器件温度升高，进而导致激光中心波长漂移、阈值电流增加、转换效率下降等问题，这些都会加速器件老化，缩短使用寿命。因此，为了确保半导体激光器的安全可靠运行，必须为其配备具有高电源抑制比、无浪涌电流的恒流驱动电源和高精度温度控制系统。 #### 系统设计 ##### 硬件系统结构 该控制系统主要由以下几个部分组成：中央处理器及用户交互接口、温度采样电路、温度控制电路、电流采样电路和电流控制电路。 - **中央处理器**：采用AD公司的ADuC812微控制器作为核心。该微控制器具备51系列单片机内核，兼容其指令系统，并且集成了8通道12位高速A/D转换器和双12位D/A转换器。 - **温度采样电路**：采用了温度-电流变换传感器AD590来实现温度采样。AD590采用电流传输方式，具有较强的抗电磁干扰能力，输出电流与绝对温度成线性关系。 - **温度控制电路**：选用半导体制冷器件(Thermoelectric Cooler, TEC)作为温度控制器件。TEC的工作原理基于温差电制冷效应，其制冷/制热功率与输入电流的大小和方向呈良好线性关系。 - **电流采样电路**：用于实时监测流经半导体激光器的电流情况，以便进行精确控制。 - **电流控制电路**：通过D/A转换器输出模拟电压，进一步通过恒流源电路控制半导体激光器的工作电流。 ##### 系统工作流程 - 系统上电后，进入待机模式。用户可以通过键盘设置所需的温度和工作电流，或者按下确认键启动系统。 - 启动后，系统首先通过温度采样电路采集激光器温度，并将其与预设温度值进行比较，然后输出模拟信号控制温控电路驱动TEC进行温度调节，使激光器温度稳定在设定值附近的小范围内。 - 接着，系统接通激光器，逐渐提升其工作电流至设定值，进入正常运行模式。 - 在正常工作状态下，控制器会根据激光器温度和注入电流的变化，动态调整控制信号，保持温度和电流的稳定性。 - 关闭时，激光器的电流会在ADuC812的控制下缓慢降至零，同时接通保护继电器，实现慢关闭过程。 #### 结论 基于ADuC812的半导体激光器驱动及温控系统通过高度集成的设计实现了对半导体激光器的有效管理和控制，不仅提供了高精度的温度控制，还确保了电流的稳定性和可靠性。该系统能够在实际应用中有效延长半导体激光器的使用寿命，提高其工作性能。