[发明专利]一种数字式大功率半导体激光电源

说明书

 

技术领域

本发明涉及电子工业及光电技术领域，涉及一种半导体激光器，尤其涉及一种数字式大功率半导体激光电源。

背景技术

大功率半导体激光器在皮肤治疗、手术治疗肿瘤、光针灸等医学领域应用广泛。另外大功率激光器在工业生产和军事国防等行业同样有着广泛的应用，如材料加工和激光测距等。

大功率半导体激光器需要专用的电源来驱动。大功率半导体激光器价格昂贵，其输出波长和功率与驱动电流、结温度有很大关系，同时浪涌电流以及电网冲击等多种瞬态的电压或电流尖峰都很容易损坏激光器，缩短其使用寿命，因此对半导体激光器的驱动电源有很高的要求。

传统的纯模拟激光电源，操作不方便，线性控制不好，现有的大功率半导体激光电源，结构复杂，体积较大，在稳定性、可靠性和安全性等方面也不尽人意，导致激光器的使用寿命缩短等。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种智能化程度高、抗干扰能力强、温度控制精度高、电源稳定度高、对激光器无损害的数字式大功率半导体激光电源。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种数字式大功率半导体激光电源，包括供电单元、接口单元、主控单元、恒流单元、温度控制单元和电流检测单元；

所述供电单元包括一220V交流转直流24V电源模块，所述220V交流转直流24V电源模块分别连接有一电平转换模块和直流24V转直流5V可调模块；220V交流转直流24V电源模块将交流220V转换成直流24V直接用于给风扇等供电；电平转换模块，将直流24V电压转换为给主控单元及接口单元所需电压；直流24V转直流5V可调模块给恒流单元提供电源，经恒流后给激光器供电。

所述接口单元包括串口、键盘输入、存储器和显示单元；通过串口可以下载控制器程序，同时主控单元可以通过串口发送调试信息到上位机便于调试；键盘输入用于设置激光器的输出功率、工作模式以及工作状态等；存储器用于保存激光电源的校准数据以及掉电保护功能；显示单元用于显示激光器的工作电流及工作状态等数据。

所述主控单元包括一微处理器，所述微处理器连接有一模数转换器A/D和数模转换器D/A；微处理器主要依据用户需求，在设备的总体技术指标范围内，控制半导体激光模块输出满足要求的激光，并使其高稳定的工作，同时，完成相关数据的输出显示与存储；模数转换器A/D需要完成数控恒流源的输出电流采集，半导体激光器工作温度信号的采集；数模转换器D/A用来控制恒流源，使得其输出满足要求的半导体激光器的驱动电流。

所述恒流单元包括多个误差放大，所述的多个误差放大的输出端分别连接一互补推免电路，所述的多个互补推挽电路分别连接一场效应管的栅极，所述的多个场效应管的源极分别通过一均流电阻接地，所述的多个误差放大的反相输入端分别接至所述场效应管的源极，所述的多个误差放大的同相输入端之间及所述的多个场效应管的漏极之间相并联，以实现多路并联均流合成大电流；还包括一多路开关，所述多路开关连接所述的多个误差放大的同相输入端；多路开关用于切换激光器的工作模式，当多路开关输出接地时，恒流单元无输出电流，激光器不工作，当多路开关接数模转换器D/A输出时，恒流单元根据电压大小使恒流单元输出稳定的电流给激光器供电，通过切换多路开关的输出可使半导体激光器工作在连续模式或者脉冲模式；误差放大用于比较数模转换器D/A输入电压和采样反馈电压，将误差放大，从而调节场效应管的工作电流，最终使激光器工作在稳定的电流；互补推挽电路用于驱动场效应管，增强电路的驱动能力；场效应管用于恒流单元的电流调节，调节栅源电压从而调节漏源电流，流过场效应管的电流较大，场效应管上有一定的压降，因此场效应管消耗的功率较大，需要做好散热。

所述温度控制单元包括一PID温控电路，所述PID温控电路连接一制冷器，所述制冷器分别连接一温度传感器和半导体激光器；先通过主控单元设置好激光器的工作温度，经过PID温控电路的调理，输出驱动制冷器工作，温度传感器检测激光器的工作温度，通过模数转换器A/D转换传输到主控单元进行后续处理和显示。

所述电流检测单元包括一采样电阻，所述采样电阻的两端分别连接一差分放大的同相输入端和反相输入端；通过差分放大采样电阻两端的电压信号，在经过模数转换器A/D转换传输到主控单元，用于显示和警报。

所述电平转换模块连接所述微处理器，将直流24V电压转换为给所述主控单元及接口单元所需的电压；所述直流24V转直流5V可调模块的输出端依次连接所述采样电阻、半导体激光器、和所述场效应管的漏极；