智能控制:主要由CPU来完成。LD电源工作在恒流模式下,设定电流后,CPU根据传感器采样的电流信号值,经过一定的算法后将输出电压经过运放电路送到激光器驱动芯片的反馈引脚,进行自动调节以达到设定的电流输出,实现激光器的智能化。
保护电路:半导体激光器驱动系统必须配备保护电路。保护电路将减小LD实际运用中受到的外界影响,增强了系统的可靠性。这部分主要包括过温保护、过流保护、浪涌保护等电路。
硬件电路
设计电源在连续模式下输出电流0~1.5A连续可调,具有很高的电流稳定度和很小的纹波系数,满足中小功率LD所要求的分辨率、稳定性和噪声性能。
恒流源电路
LD供电电路是一个恒流源(见图2)。ETC公司恒流源驱动芯片HY6340为核心元件。供电电压VEE的稳定对输出恒流信号的稳定起着重要作用,因此采用多重滤波技术,将VEE的纹波控制在lmV以下,保证HY6340芯片输出端12、13、14引脚信号的稳定。调节5引脚和6引脚到VEE之间的电压可以分别设定过流保护阀值和过温保护值。在恒定电流工作方式下,通过调节21引脚的输出电平来控制输出电流的大小在0~1.5A之间连续可调。
处理单元
选用Silicon公司的C8051F020为数字处理单元。在扫描按键功能实现中使用了CH451,芯片内置去抖功能和键盘中断功能,可以节省单片机的内部运行时间,确保按键读取的准确性。
外围电路
为实现调制信号输出电压的独立可调,在输出端添加了两级输出运放U14A和U14B,考虑到带宽要求所以放大器选用Maxim公司的高速运放MAX4215。利用高速运算放大器组成减法电路,使得输出信号由原来的对称于地电位的2Vp-p变为以2.5V电压为中心的2Vp-p。当需要外接调制电路时则启动核心单元控制继电器,从而达到内置调制电路和外接调制源之间的转换。
软件设计
软件采用C51编写程序,包括主程序和中断响应程序部分。
主程序主要是实现软启动、慢关机和控制发火。在系统启动时,初始化系统后进入人机对话界面,扫描是否有按键按下,若有则调用按键处理程序,操作者可通过键盘设定输出电流输出电压基准值,同时显示,以便确认。开始工作,通过缓慢增加电压的方式来实现系统的软启动,保护LD。正常工作时,硬件电路中采样电流信号,从数模转换电路出来的信号经过采样电阻,得到相应的电压信号,传给单片机,送出显示。若出现电流波动情况则进行PID控制,其中采用了中值与均值复合滤波方法处理。系统对D/A输出信号调整,进而调整输出电流。主程序中的循环部分不断探测LD的工作电流、工作温度和发射功率,并显示出来以便查看。如果出现故障,中断信号送入单片机端口(分别相应过压、过流、突然断电情况),系统分别调用中断程序实现对系统的快速保护。主要控制功能均利用中断实现,保证系统响应的实时性。最后当操作者按下按键关闭设备时,系统调用慢关闭程序,安全地停止工作。
数字滤波
对系统干扰作用的冲击信号往往具有较宽频谱,且具有随机性。对此,系统采用了软件方法对采样信号进行了数字平滑滤波,通过对信号进行处理,减少干扰对有用成分的作用。常见数字滤波的方法有中值滤波、均值滤波等[6]。将中值滤波与均值滤波方法结合,构造一种复合滤波方法,具体做法是:首先对样本信号排序,去掉其中的最大值和最小值,再对余下数据组成的序列计算均值作为滤波结果,这样既可滤除冲击干扰又保留了有用信号成分。