使用單片機對激光器驅動電源的程序化控製，不僅(jin) 能夠有效地實現上述功能，而且可提高整機的自動化程度。同時為(wei) 激光器驅動電源性能的提高和擴展提供了有利條件。

 　　1 總體(ti) 結構框圖

　　本係統原理如圖1所示，主要實現電流源驅動及保護、光功率反饋控製、恒溫控製、錯誤報警及鍵盤顯示等功能，整個(ge) 係統由單片機控製。本係統中選用了C8051F單片機。C8051F單片機是完全集成的混合信號係統級芯片(SOC)，他在一個(ge) 芯片內(nei) 集成了構成一個(ge) 單片機數據采集或控製係統所需要的幾乎所有模擬和數字外設及其他功能部件，如本係統中用到的ADC和DAC。這些外設部件的高度集成為(wei) 設計小體(ti) 積、低功耗、高可靠性、高性能的單片機應用係統提供了方便，也大大降低了係統的成本。光功率及溫度采樣模擬信號經放大後由單片機內(nei) 部A/D轉換為(wei) 數字信號，進行運算處理，反饋控製信號經內(nei) 部D/A轉換後再分別送往激光器電流源電路和溫控電路，形成光功率和溫度的閉環控製。光功率設定從(cong) 鍵盤輸入，並由LED數碼管顯示激光功率和電流等數據。

　　2 半導體(ti) 激光器電源控製係統設計

　　目前，凡是高精密的恒流源，大多數都使用了集成運算放大器。其基本原理是通過負反作用，使加到比較放大器兩(liang) 個(ge) 輸入端的電壓相等，從(cong) 而保持輸出電流恒定。並且影響恒流源輸出電流穩定性的因素可歸納為(wei) 兩(liang) 部分：一是構成恒流源的內(nei) 部因素，包括：基準電壓、采樣電阻、放大器增益(包括調整環節)、零點漂移和噪聲電壓;二是恒流源所處的外部因素，包括：輸入電源電壓、負載電阻和環境溫度的變化。

　　2.1 慢啟動電路

　　半導體(ti) 激光器往往會(hui) 因為(wei) 接在同一電網上的多種電器的突然開啟或者關(guan) 閉而受到損壞，這主要是由於(yu) 開關(guan) 的閉合和開啟的瞬間會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 很大的衝(chong) 擊電流，就是該電流致使半導體(ti) 激光器損壞，介於(yu) 這種情況，必須加以克服。因此，驅動電源的輸入應該設計成慢啟動電路，以防損壞，如圖2所示：左邊輸入端接穩壓後的直流電壓，右邊為(wei) 輸出端。整個(ge) 電路的結構可看作是在射級輸出器上添加了兩(liang) 個(ge) Ⅱ型濾波網絡，分別由L1，C1，C2和L2，C6，C7組成。電容C5構成的C型濾波網絡及一個(ge) 時間延遲網絡。慢啟動輸入電壓V在開關(guan) 和閉合的瞬間產(chan) 生大量的高頻成分，經過圖中的兩(liang) 個(ge) Ⅱ型網絡濾出大部分的高頻分量，直流以及低頻分量則可以順利地經過。到達電阻R和C組成的時間延遲網絡，C2和C4並聯是為(wei) 了減少電解電容對高頻分量的電感效應。

　　2.2 恒流源電路的設計

　　為(wei) 了使半導體(ti) 激光器穩定工作，對流過激光器的電流要求非常嚴(yan) 格，供電電路必須是低噪聲的穩定恒流源驅動，具體(ti) 電路如圖3所示。

如圖3所示，該恒流源由運放U1和三極管T1，達林頓管Q2進行電流放大，再通過U2放大反饋，從(cong) 而實現恒流輸出。TQ2以大功率達林頓管為(wei) 調整管，將其接成射極輸出的形式，半導體(ti) 激光器(LD)作為(wei) 負載串聯在達林頓管的發射極，通過控製達林頓管的基極實現對激光器電流的控製。本設計要求電路最大能輸出3 A工作電流，這就要求推動達林頓管的基極電流也比較大，但因集成運算放大器一般工作在小電流狀態，不能直接推動達林頓管正常工作，即使勉強推動其工作也會(hui) 造成集成運算放大器本身功耗過大，溫升過高，影響電路的輸出精度，所以采用小功率三極管T1推動大功率達林頓管工作。采樣電阻接在激光器下端，采樣信號經過由U2組成的同相比例放大環節放大後再接回到U1的反相輸入端，構成電流負反饋電路，達到輸出恒流的目的。

　　2.3 激光功率的穩定控製

　　光功率反饋采用外部監測光電二極管的輸出光電流，由放大器再經A/D轉換後送CPU處理，得出控製量，調整激光器的工作電流，從(cong) 而進行激光功率的閉環控製。

　　溫度控製在本係統中采用了半導體(ti) 製冷來實現，這是一種熱電製冷器，隻要控製流過溫控器電流的大小和方向，就能對激光器進行製冷或加熱，從(cong) 而控製激光器的工作溫度。

　　2.4 保護電路

　　雖然慢啟動電路消除了高頻衝(chong) 擊電流的危害，但不能有效地防止直流或低頻電流過載對半導體(ti) 激光器的危害，因此，應當設立過載保護電路。一般可采用限流式保護電路。若長時間工作於(yu) 短路的情況下，過熱仍然會(hui) 導致調整管的損壞，此時可以采取截流式保護電路。過電壓保護的精度主要取決(jue) 於(yu) 穩壓二極管，而其工作點是隨流經穩壓管的電流和環境溫度變化的，因此，設計上必須選用穩定電壓的溫漂非常小的穩壓管。

　　3 軟件設計

　　本係統軟件采用模塊化的結構設計，自頂向下，逐步細化，利用子程序構成各模塊，如初始化模塊、鍵盤模塊、顯示模塊等。主程序流程圖如圖4所示。

　　在主程序流程中，係統上電複位後，開始進行各模塊初始化，然後調顯示子程序，顯示數據，再調鍵掃描子程序，若有鍵按下，則調相應的鍵功能程序，若無鍵按下，則循環調用顯示程序。

　　4 結 語

　　本文中設計的半導體(ti) 激光器驅動電源的控製係統通過慢啟動電路、恒流源電路和光功率反饋電路等，解決(jue) 了恒流和在工作溫度範圍內(nei) 輸出功率的不穩定問題，穩定度較高。