基于h橋電路的無浪涌半導體激光器溫控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及激光器的溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于H橋電路的無浪涌半導體激光器溫控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導體激光器以其效率高、體積小、重量輕、價格低廉等特點在軍事、醫(yī)療、生產(chǎn)、通信等領(lǐng)域發(fā)揮著無可替代的作用。同時它又是一種比較敏感的器件，每毫安電流的變化會引起約0.0lnm輸出波長的漂移，每攝氏度溫度的變化會引起約0.1nm輸出波長的改變。且系統(tǒng)電路中的浪涌、靜電甚至會導致半導體激光器的損毀，當半導體激光器正常工作時，溫度的上下浮動會影響其輸出功率和輸出波長的變化。隨著激光器輸出功率的增加，對溫度控制的要求也隨之增加。因此，使半導體激光器溫度得到穩(wěn)定控制具有很重要的實際意義。
[0003]半導體激光器內(nèi)部一般集成激光二極管、光電二極管、熱敏電阻、熱電制冷器(TEC)等四個主要模塊。內(nèi)置熱敏電阻一般是一種負溫度系數(shù)的電阻，通過相應的外部電路實時監(jiān)測激光二極管的管芯溫度，是溫控系統(tǒng)的反饋元件。TEC是一種能夠同時進行制冷和加熱的半導體器件，根據(jù)帕耳貼(Peltier)效應，當給TEC提供驅(qū)動電流時，它的一面發(fā)熱，而另一面同時制冷；當驅(qū)動電流反向時，冷熱面會互換。TEC的發(fā)熱或制冷量與驅(qū)動電流的大小有關(guān)，可通過改變驅(qū)動電流來實現(xiàn)恒溫控制。
[0004]目前TEC控制器的外部溫控電路主要有H橋驅(qū)動電路、開關(guān)模式驅(qū)動電路、線性驅(qū)動電路等。開關(guān)模式驅(qū)動電路用于大功率TEC的溫度控制，但是無法做到實現(xiàn)對溫度的穩(wěn)定控制，且不能保證輸出功率的持續(xù)穩(wěn)定。線性驅(qū)動電路發(fā)熱量大且溫控效率低。H橋電路可以實現(xiàn)對半導體激光器溫度的控制，相對于上述兩種電路具有較好的溫控效果。但是采用不同結(jié)構(gòu)的H橋電路，效果并不一致，結(jié)構(gòu)簡單的H橋電路不能做到對溫度的穩(wěn)定與柔和的調(diào)控，難以達到較高的控制精度，調(diào)控時溫度浮動范圍大，這樣一來反而易引入電路噪聲，系統(tǒng)難以維持穩(wěn)定，從而損壞半導體激光器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述激光器溫控系統(tǒng)輸出功率不穩(wěn)定、溫控效率低的不足之處，本實用新型提供一種基于H橋電路的無浪涌溫控電路模塊，具有較強的溫度控制能力，實現(xiàn)對半導體激光器持續(xù)穩(wěn)定溫度控制的溫控系統(tǒng)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種基于H橋電路的無浪涌半導體激光器溫控系統(tǒng)，包括單片機控制模塊、光電隔離裝置、溫度傳感器和半導體激光器及其內(nèi)置的熱電制冷器、驅(qū)動電路、無浪涌溫控電路，所述無浪涌溫控電路由控制器和H橋電路構(gòu)成，所述的控制器是由運算放大器組成的比較器和二極管構(gòu)成，所述的H橋電路是由四個MOSFET構(gòu)成，在所述的控制器和H橋電路之間設(shè)有三極管和二極管。
[0007]所述的單片機控制模塊的輸出端通過光電隔離裝置與溫控電路的輸入端相連。
[0008]所述的半導體激光器內(nèi)置熱電制冷器，所述的激光器下面裝有散熱器，通過導熱娃脂相連。
[0009]所述的溫度傳感器是內(nèi)置于所述的半導體激光器的熱敏電阻，實時地將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，所述溫度傳感器的輸出端與所述的單片機控制模塊的輸入端相連。
[0010]本實用新型的半導體激光器的溫控系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點:
[0011]1、該溫控系統(tǒng)設(shè)有開關(guān)保護電路，可以防止溫度過高而損壞半導體激光器。
[0012]2、該溫控系統(tǒng)可以根據(jù)實際不同的需要調(diào)整半導體激光器的工作功率，同時通過IXD顯示出來，操作更加直觀簡便。
[0013]3、該溫控系統(tǒng)的無浪涌溫控電路未采用控制芯片，而由運算放大器組成的比較器和H橋電路構(gòu)成，輸出阻抗很小，不存在浪涌和靜電，對后續(xù)電路影響很小，提高控溫的效率?？刂破骱虷橋電路之間設(shè)有三極管和二極管，實現(xiàn)柔和控溫且能避免進入死區(qū)，從而很大程度上降低損壞激光器的風險。
[0014]4、該溫控系統(tǒng)與半導體激光器可拆卸分離開，搭配不同類型的半導體激光器，使用更加方便。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖
[0016]圖2為本實用新型的實施例結(jié)構(gòu)框圖
[0017]圖3為無浪涌溫控電路的原理圖
[0018]主要符號說明如下:
[0019]1-單片機控制模塊 2-光電隔離裝置 3-無浪涌溫控電路
[0020]4-內(nèi)置熱電制冷器 5-激光器6-溫度傳感器[0021 ]7-輸入輸出控制模塊8-數(shù)字PID控制 9-A/D轉(zhuǎn)換
[0022]10-控制器Il-H橋電路12-系統(tǒng)電源模塊
[0023]13-散熱器14-驅(qū)動電路15-溫度顯示模塊
【具體實施方式】
[0024]現(xiàn)在結(jié)合附圖1和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0025]如圖1和圖2所示，本實用新型提供一種基于H橋電路的無浪涌半導體激光器溫控系統(tǒng)，由單片機控制模塊1、光電隔離裝置2、無浪涌溫控電路3、驅(qū)動電路14、散熱器13和激光器5及其內(nèi)置熱電制冷器4、系統(tǒng)電源模塊12、溫度顯示模塊15組成。其中單片機控制模塊I和驅(qū)動電路14直接有外部開關(guān)電源直接供電。單片機控制模塊I的輸出端通過光電隔離裝置2連接至無浪涌溫控電路3和激光器5。內(nèi)置熱電制冷器4內(nèi)置于激光器5內(nèi)，溫度傳感器6的輸出端連接至單片機I的輸入端，形成閉環(huán)回路，實現(xiàn)對半導體激光器的溫度控制。
[0026]單片機控制模塊I中包括輸入輸出控制模塊7、數(shù)字PID控制8和A/D轉(zhuǎn)換9。單片機的型號為AVR mega64，將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過數(shù)字PID控制模塊，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為PWM脈寬信號輸出至光電隔離裝置2中。溫度顯示模塊15與輸入輸出控制模塊7相連，用于顯示當前激光器5的工作溫度，起到實時監(jiān)測的作用。
[0027]光電隔離裝置2將前級信號與后級信號分離，實現(xiàn)電光電的轉(zhuǎn)換，避免信號受到干擾。光電隔離裝置2采用PS2701-4芯片，可以實現(xiàn)一定開關(guān)頻率控制的要求。
[0028]無浪涌溫控電路3由控制器7和H橋電路8構(gòu)成，控制器7的輸出端與H橋電路8的輸入端相連，控制器7的輸入端與光電隔離裝置2的輸出端相連。信號經(jīng)過控制器7后輸入至H橋電路8，再輸出至內(nèi)置熱電制冷器9中。其中，控制器7是由運放組成的比較器和二極管構(gòu)成，運放的優(yōu)點是輸出阻抗很小，對后續(xù)電路影響很小，提高控溫的效率，二極管起到保護電路的作用。H橋電路8是主要由四個MOSFET構(gòu)成，在控制器7和H橋電路8之間設(shè)有三極管和二極管。所連接的三極管放大信號，二極管使得電路避免進入死區(qū)，不存在浪涌和靜電，保護電路，很大程度上降低損壞激光器的風險。
[0029]散熱器13直接貼于半導體激光器的下面，中間涂有導熱硅脂，及時地帶走熱量。
[0030]驅(qū)動電路14為激光器5正常工作提供持續(xù)穩(wěn)定的電流，實際輸出功率可根據(jù)需求調(diào)節(jié)，采用LT1492芯片，該芯片是雙通道/四通道、軌至軌輸入和輸出的運算放大器，輸入動態(tài)范圍大，在放大電信號的同時，輸出高精準度的電流。同時設(shè)有開關(guān)保護電路，避免損壞激光器。
[0031]如圖3所示，經(jīng)過光電隔離裝置后的PffM信號輸入至由運算放大器組成的控制器的輸入端，轉(zhuǎn)換成控制信號，通過MOSFET組成的H橋電路后，對半導體激光器進行溫度控制。
[0032]以上所述僅為本實用新型的較佳實時案例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于H橋電路的無浪涌半導體激光器溫控系統(tǒng)，包括單片機控制模塊、光電隔離裝置、溫度傳感器和半導體激光器及其內(nèi)置的熱電制冷器、驅(qū)動電路、無浪涌溫控電路，其特征在于:所述的無浪涌溫控電路由控制器和H橋電路構(gòu)成，所述的控制器是由運算放大器組成的比較器和二極管構(gòu)成，所述的H橋電路是由四個MOSFET構(gòu)成，在所述的控制器和H橋電路之間設(shè)有三極管和二極管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于H橋電路的無浪涌半導體激光器溫控系統(tǒng)，其特征在于:所述的單片機控制模塊的輸出端通過光電隔離裝置與所述的無浪涌溫控電路的輸入端相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于H橋電路的無浪涌半導體激光器溫控系統(tǒng)，其特征在于:所述的半導體激光器內(nèi)置熱電制冷器，所述的激光器下面裝有散熱器，通過導熱硅脂相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于H橋電路的無浪涌半導體激光器溫控系統(tǒng)，其特征在于:所述的溫度傳感器是內(nèi)置于所述的半導體激光器的熱敏電阻，實時地將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，所述溫度傳感器的輸出端與所述的單片機控制模塊的輸入端相連。
【專利摘要】本實用新型提供一種基于H橋電路的無浪涌半導體激光器溫控系統(tǒng)，主要由單片機控制模塊、光電隔離裝置、無浪涌溫控電路、半導體激光器及其內(nèi)置熱電制冷器(TEC)和溫度傳感器構(gòu)成。半導體激光器處于工作狀態(tài)時，溫度傳感器直接輸出電壓信號，經(jīng)放大電路后輸入至單片機控制模塊，通過數(shù)字PID控制對其進行處理，將結(jié)果轉(zhuǎn)換成PWM信號輸出至光電隔離裝置，無浪涌溫控電路將通過光電隔離裝置的PWM信號轉(zhuǎn)換成控制信號，實現(xiàn)對半導體激光器的加熱或制冷。本實用新型的溫控電路結(jié)構(gòu)，擁有較強的控溫能力，不存在浪涌和靜電，避免進入死區(qū)，使半導體激光器持續(xù)穩(wěn)定地工作。
【IPC分類】G05D23/20, H01S5/024
【公開號】CN204808071
【申請?zhí)枴緾N201520464068
【發(fā)明人】張劉劉, 裘燕青, 王璐
【申請人】中國計量學院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年6月26日