[发明专利]用于LD驱动的数控直流恒流源

说明书

 

技术领域

本项发明涉及数控恒流源以及LD激光器驱动领域，具体涉及LD激光器驱动用的数控直流恒流源。

背景技术

在精密光电检测领域中，光源的微小波动会引起被测量的较大偏移，从而产生较大的测量误差。如在原子吸收特性检测中，常常需要检测特定波长的光波经吸收后的光功率前后对比。在这种情况下，对于光源稳定性的要求非常高，达到0.1%。稳定光源在光纤测量中像电子电路测试时用振荡器作为信号源一样，要求发出高稳定、光功率可调的光信号。稳定光源是急待开发的光纤系统测试仪器中的一种重要的基础设备。 LD是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件,微小的电流将导致光功率输出变化和器件参数(如激射波长,噪声性能,模式跳动)的变化,驱动电路的目的是为LD提供一个干净的稳恒电流，因此要求我们给LD驱动的恒流源具有输出准确，稳定性高，纹波小、毛刺少的特点。现有LD驱动恒流源电路实现较高的输出质量存在困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够为LD驱动提供输出准确、稳定性高的恒流电源，并且电路结构简单、易于控制的LD激光器驱动用的数控直流恒流源。

本发明用于LD驱动的数控直流恒流源包括一个直接驱动LD激光器的恒流输出电路；恒流输出电路的输入部分连接至一个控制系统，所述控制系统连接有一个数据处理单元并能够根据数据处理单元输入的数字量来改变控制系统的输出电压值；所述恒流输出电路的输出部分连接有一个可采集输出电流信号并将电流信号转换为电压信号的电流/电压转换单元；电流/电压转换单元的电压信号输出端经过一个采样电路连接至数据处理单元；所述数据处理单元能够根据采样数据来调整输出到控制系统的数字量。

所述数据处理单元包括一个C8051F340单片机，所述控制系统包括一个20位的D/A转换器DAC1220芯片。

本发明将经典PID控制理论融入数控恒流源中，采用数字调节方式，初始电流可设置，最小电流可调量小，调节精度高。将该驱动电路用于LD驱动，可使激光二极管输出功率高度稳定且可调。

附图说明

图1是本发明的系统原理图；

图2是本发明实施例的控制系统的电路图；

图3是本发明实施例的恒流输出电路的电路图；

图4是本发明实施例的数据处理单元的电路图。

具体实施方式

如图1所示，该LD激光器驱动用的数控直流恒流源包括一个直接驱动LD激光器的恒流输出电路；恒流输出电路的输入部分连接至一个控制系统，所述控制系统连接有一个数据处理单元并能够根据数据处理单元输入的数字量来改变控制系统的输出电压值；所述恒流输出电路的输出部分连接有一个可采集输出电流信号并将电流信号转换为电压信号的电流/电压转换单元；电流/电压转换单元的电压信号输出端经过一个采样电路连接至数据处理单元；所述数据处理单元能够根据采样数据来调整输出到控制系统的数字量。

本发明实施例采用C8051F340单片机作为整机的控制单元，通过改变DAC1220的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，将电流转换成电压，并经过CS5513进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。其构成部分及工作原理如下：

1、控制系统

控制系统主要由D/A转换电路组成，由D/A转换电路输出电压，再经过电压电流转换电路转换成电流输出。D/A转换器是本电路的核心器件，它的选择关系到整个电路性能，因此选用20位的D/A转换器DAC1220， DAC1220输出电压范围0-5V，具有1024K输出级，通过电压电流转换，理论上可以对<0.01mA的输出电路做到精确调节。原理如图2。

2、恒流输出电路

恒流输出电路通过LM358组成射极跟随电路，隔离D/A电路的输出电压，并将电压通过三极管恒流电路将电压变换成电流输出，从而实现数控恒流源。原理如图3。

3、电流/电压转换电路

图3恒流输出电路中，设定的恒流电流通过R201-R204产生压降，通过对此电压的检测可以监控输出电流的大小。

4、采样电路

经过电流/电压转换电路得到的电压值送到数据处理芯片C8051F340自带的A/D口进行采样，采样的值经过PID算法处理后回馈到控制电路中，控制恒流电路的输出，实现输出的稳定。

5、数据处理单元

数据处理单元采用C8051F340单片机，C8051F系列单片机集成了大部分外设，可以简化系统设计，其自带的12位A/D转换器可以满足我们采样电路的需求，并自带USB通信模块，可以简单实现USB通信，原理如图4。