[实用新型]一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置

说明书

技术领域

本实用型新涉及一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置。

背景技术

半导体激光器具有体积小、效率高、可靠性强、易于调制等特点， 被广泛应用在光通讯、光传感检测领域，根据其自身的发光原理，激光 器是一种电流驱动型器件，其出光功率和波长易受环境温度和自身驱动 电流的影响。伴随着温度升高，激光器的阈值电流将会增大自由载流子 的吸收损耗增加，外微量子效率将降低，相当部分的电功率转化为热能， 使得输出功率变小；其次电流引起的波长漂移系数达0.02nm/mA，温度 引起的红移现象使得波长漂移系数达0.2～0.4nm/℃。激光器输出光的稳 定性能是实现光传感技术必要条件，而驱动电流和工作温度的稳定是保 证激光器输出光功率和波长稳定的前提。现有的半导体激光器多采用功 率MOSFET作为电流控制器件和电压直接反馈保证电流稳定，存在电 流保护电路过于复杂，电流稳定性低等缺陷。

发明内容

针对背景技术的不足，本实用型新的目的在于提供一种半导体激光 器电源驱动和温度控制装置，通过自动调节控制电流和温度的稳定，并 结合限流保护电路，确保最大输出电流不超过半导体激光器所允许的能 通过的最大电流，实现了激光器输出光功率和光波长的稳定。

为了实现上述目的，本实用型新所采用的技术方案是：

本实用新型由中央处理器控制单元、DA转换单元、恒流源电路单 元、系统供电单元、半导体激光器和温度控制单元、电流、温度检测单 元、AD转换单元组成，其中中央处理器控制器单元包括中央控制器、 PC机、串口通讯，DA转换单元为DA转换芯片，该芯片具有A/B两个 模拟输出口，恒流源电路单元包括反馈积分电路、电流限制电路，系统 供电单元由5V/6A电源构成，半导体激光器和温度控制单元由 MAX1978温度控制芯片、半导体激光器组成，半导体激光器内封装了 半导体制冷片TEC和热敏电阻NTC，电流、温度检测单元包括采样电 阻、反馈差分放大电路，AD转换单元是两个单通道12位AD转换芯片， 分别用来监测恒流源输出电流和热敏电阻两端的电压值；其连接关系是： 系统供电单元连接至各模块电源处为其供电，中央控制器的串口通讯引 脚通过MAX3232串口通讯芯片连接PC机的串口通讯，DA转换芯片的 输入管脚连接至中央控制器的I/O引脚，DA转换芯片的模拟输出A口 连接至反馈积分电路中的差分放大器同向输入端，DA转换芯片的模拟 输出B口连接至MAX1978芯片的FB-管脚，用于设定参考温度值的电 压值，反馈积分电路中的输出端连接至电流限制电路的同向输入端，电 流限制电路输出端连接至采样电阻，采样电阻的另一端连接半导体激光 器的正向输入端ld+，采样电阻的两端同时连接至反馈差分放大电路的 同向、反向输入端，反馈差分放大电路的输出端连接至反馈积分电路的 反向输出端，并同时连接至AD转换单元中的第一个单通道12位AD 转换芯片的输入端，监测电流值，半导体激光器内部热敏电阻NTC的 电压输出管脚连接至温度控制芯片MAX1978的FB+引脚，并连接AD 转换单元中的第二个单通道12位AD转换芯片的输入端，监测由半导 体激光器内部温度变化引起热敏电阻阻值变化而导致的电压变化， MAX1978温度控制芯片的两个电流输出管脚分别连接半导体激光器内 部半导体制冷片的两个正负极端子。

进一步说，所述的反馈积分电路是由低噪声COMS轨至轨精密运 算放大器组成，反向输入端INA-连接反馈差分放大电路的输出端，并连 接1nF的电容至输出端OUT，同向输入端INA+连接至DA转换器的模 拟输出管脚A口。

进一步说，所述的采样电阻阻值为2欧姆。

进一步说，所述的电流限制电路为轨至轨限流OPA567芯片，该芯 片的ISET管脚连接阻值为5.67KΩ至地，设置最大输出电流为2.03A， 不超出半导体激光器的最大电流2.4A。

与技术背景相比，本实用型新的有益效果是：

本实用型新提供一种半导体激光器电源驱动和温度控制装置，通过 电流、温度自动调节，并结合限流保护电路，简化了温度控制电路和电 流保护电路，达到了电流精度保证在0.06mA，稳定性能达到1.17×10^-4， 温度精度达到0.2℃，2小时内温度稳定性达到0.2℃，保证了流入半导 体激光器工作电流和内部工作温度的稳定，实现了激光器输出光性能的 稳定。

附图说明