基于DSP的精密半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)

引言

　　目前，(LD)已廣泛應(yīng)用于通信、信息檢測(cè)、醫(yī)療和精密加工與軍事等許多領(lǐng)域。激光電源是激光裝置的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到整個(gè)激光器裝置的技術(shù)指標(biāo)。本設(shè)計(jì)采用受的恒流源來(lái)為半導(dǎo)體激光器提供電流，在電路中，利用負(fù)反饋原理，控制復(fù)合功率調(diào)整管輸出電流，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電流的目的。該采用電路設(shè)計(jì)和程序控制算法設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，從多方面對(duì)半導(dǎo)體激光器的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，使系統(tǒng)的性能得到很大的改善和提高，有效解決了半導(dǎo)體激光器工作的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠性問(wèn)題，進(jìn)一步提高了半導(dǎo)體激光器的輸出指標(biāo)。

系統(tǒng)原理

　　要使激光器輸出穩(wěn)定波長(zhǎng)的激光，則要求流過(guò)激光器的電流非常穩(wěn)定，所以供電電路選擇低噪聲、穩(wěn)定的恒流源。恒流源電流可以在0A~3A之間連續(xù)可調(diào)，以適應(yīng)不同規(guī)格的激光器。目前，半導(dǎo)體激光器電源的二次開(kāi)發(fā)中一般采用的都是純硬件電路系統(tǒng)或者單片機(jī)控制。隨著嵌入式微處理器的迅猛發(fā)展，基于DSP的數(shù)字化控制能更有效地解決半導(dǎo)體激光工作的穩(wěn)定、準(zhǔn)確和可靠性問(wèn)題。DSP二次開(kāi)發(fā)的原理如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)原理圖

　　由DSP輸出的電壓控制信號(hào)輸出給運(yùn)放，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后輸出，來(lái)控制由三極管8050和調(diào)整管TIP122組成的復(fù)合調(diào)整管。調(diào)整管的發(fā)射極串聯(lián)一個(gè)繼電器和一個(gè)大功率采樣電阻。從采樣電阻的兩端取電壓信號(hào)送給差分放大電路U2，從而得到取樣電阻上的電壓。該路電壓信號(hào)通過(guò)一個(gè)電壓跟隨器，進(jìn)入由DSP控制的ADC的模擬信號(hào)輸入通道，由ADC將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由DSP將轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。取樣電阻選擇0.15Ω的大功率金屬膜電阻，該電阻要求有較好的溫度系數(shù)。運(yùn)算放大器U1的放大倍數(shù)決定電流的控制精度，放大倍數(shù)越小，電流的輸出精度越高。同時(shí)差分反饋電路U2的放大倍數(shù)也將影響電流的控制精度，其放大倍數(shù)越大，電流的穩(wěn)定度越高，但電流的輸出范圍變小。在控制電壓一定的情況下，準(zhǔn)確選擇運(yùn)算放大器U1的倍數(shù)和差分反饋電路U2的放大倍數(shù)，將成為決定恒流源的電流輸出精度和電流輸出范圍的重要因素。

　　圖2 系統(tǒng)工作流程

TMS320F2812控制系統(tǒng)

　　該設(shè)計(jì)電路以數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812為核心。該電源由控制電路、保護(hù)電路和主回路等幾部分組成，DSP在其中起核心作用。其控制任務(wù)主要為：1. 控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用DSP芯片自帶的12位ADC，根據(jù)采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算處理后進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)命令由F2812的引腳XF控制，即通過(guò)軟件設(shè)置引腳XF為高電平，來(lái)控制ADC的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，信號(hào)BUSY將變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)F2812中斷，將數(shù)據(jù)從16位數(shù)據(jù)線D[15:0]立即讀出。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)碼為二進(jìn)制補(bǔ)碼，F(xiàn)2812將接收到的數(shù)據(jù)處理后，進(jìn)行緩存，同時(shí)送到LCD實(shí)時(shí)顯示。

　　2. 采用一片DAC7724芯片與DSP接口。該芯片為4通道12路雙緩沖的DAC，用其中的2路設(shè)定輸出電壓基準(zhǔn)和電流最大值限制基準(zhǔn)。3. 人機(jī)接口電路。LCD和8279分別作為外部I/O設(shè)備與DSP相連。LCD用來(lái)顯示電流、電壓、功率，以及故障顯示和報(bào)警。4. 故障檢測(cè)。故障檢測(cè)電路的中斷信號(hào)輸入到DSP的XINT2腳，如果有下降沿的中斷產(chǎn)生，則通過(guò)GPIO口線GPIO8和GPIO9，分別檢測(cè)過(guò)壓、過(guò)流信號(hào)。