利用51单片机实现对激光器电流的精度控制

讨论了一种大功率半导体激光控制器的设计方案,能够对激光器提供一个稳定的受控电流,并能实时监视、控制激光器的温度,以达到保护激光器的目的。主控器采用MCS251 单片机来实现对整个系统的精确控制,对电流的监控达到毫安级,温度可达0. 1 ℃。激光二极管热电制冷器驱动电路采用高效、大功率H 桥驱动集成块DRV592。与当前普遍采用分立元件设计相比,简化了80 %的设计。 本文主要探讨了一种基于51单片机的半导体激光控制器设计，目的是实现对激光器电流的高精度控制以及实时温度监控，以确保激光器的安全运行和性能稳定性。51单片机，即MCS251系列单片机，被选为主控器，它的运用使得整个系统的控制精度得以提升，电流监测精度达到毫安级别，温度控制精度可精确至0.1℃。 1. **受控恒流源设计**： - 激光器的稳定输出依赖于恒定的电流供应，因此设计了一个低噪声、高精度的恒流源。 - 恒流源的调节范围为0A到2.5A，以适应不同规格的半导体激光器。 - 使用大功率MOS管作为核心，通过控制MOS管的栅极电压来调节流经激光器的电流。 - 为了实现线性控制，MOS管前串联了一个0.1Ω的电阻进行电流采样，并将采样电压放大20倍，以匹配输入控制电压。 - 为了消除开环反馈系统可能导致的自激现象，还在采样电阻上并联了一个1μF的电容，并采用稳定电源减少电压波动。 2. **温度检测及控制电路**： - 温度对激光波长和激光器寿命有显著影响，控制器需实时监测和控制激光器温度。 - 设计中采用了热电制冷器（TEC）来调节温度，它可以根据电流方向作为热泵或热源。 - TEC驱动电路采用高效、大功率的H桥驱动集成块DRV592，该芯片具有过流、欠压和过热保护，并且提供了精确的温度控制能力。 - DRV592简化了传统分立元件设计，减少了80%的设计复杂性，且具备工业级温度范围的耐受能力。 3. **保护机制**： - 控制器提供了自启动和过流保护功能，能够监测TEC的电压、电流和温度，异常情况下自动停机，防止激光器受损。 - TEC的驱动方式采用开关式驱动，以降低功耗并提高效率。 4. **DRV592的应用**： - DRV592集成了4个大功率MOSFET和过载保护电路，简化了电路设计，提高了系统的可靠性。 - 它通过外部PWM触发，兼容TTL逻辑电平，便于控制。 - 其引脚功能丰富，包括电源、控制信号、反馈和保护状态输出等。 这种设计实现了对激光器电流的精确控制和温度的有效管理，同时降低了设计复杂性和系统成本。通过51单片机的智能控制，保证了半导体激光器在各种工况下的稳定工作，延长了设备寿命，提高了应用领域的可靠性和精确度。