基于DSP的精密半导体激光驱动电源体系
发布日期：2011-05-16
小序
如今，半导体激光(LD)已遍及应用于通讯、信息检测、医疗和精密加工与军事等很多范畴。激光电源是激光装置的紧张构成部分，其性能的优劣直接影响到整个激光器装置的技能指标。本计划采取受DSP控制的恒流源来为半导体激光器提供电流，在电路中，利用负反馈原理，控制复合功率调解管输出电流，以到达稳固输出电流的目标。该体系采取电路计划和步伐控制算法计划相连合的要领，从多方面对半导体激光器的事景况态举行及时检测和控制，使体系的性能得到很大的改进和进步，有效办理了半导体激光器事变的正确、稳固和可靠性题目，进一步进步了半导体激光器的输出指标。
体系原理
要使激光器输出稳固波长的激光，则请求流过激光器的电流非常稳固，以是供电电路选择低噪声、稳固的恒流源。恒流源电流可以在0A~3A之间连续可调，以适应差别规格的激光器。如今，半导体激光器电源的二次开辟中一样平常采取的都是纯硬件电路体系大概单片机控制。随着嵌入衰落处理惩罚器的迅猛生长，基于DSP的数字化控制能更有效地办理半导体激光事变的稳固、正确和可靠性题目。DSP二次开辟的原理如图1所示。
图1 体系原理图
由DSP输出的电压控制信号输出给运放，经运算放大器放大后输出，来控制由三极管8050和调解管TIP122构成的复合调解管。调解管的发射极串联一个继电器和一个大功率采样电阻。从采样电阻的两端取电压信号送给差分放大电路U2，从而得到取样电阻上的电压。该路电压信号通过一个电压跟随器，进入由DSP控制的ADC的模仿信号输入通道，由ADC将输入的模仿信号转换为数字信号，再由DSP将转化的数字信号举行数据处理惩罚。取样电阻选择0.15Ω的大功率金属膜电阻，该电阻请求有较好的温度系数。运算放大器U1的放大倍数决定电流的控制精度，放大倍数越小，电流的输出精度越高。同时差分反馈电路U2的放大倍数也将影响电流的控制精度，其放大倍数越大，电流的稳固度越高，但电流的输出范畴变小。在控制电压肯定的环境下，正确选择运算放大器U1的倍数和差分反馈电路U2的放大倍数，将成为决定恒流源的电流输出精度和电流输出范畴的紧张因素。
图2 体系事变流程
TMS320F2812控制体系
该计划电路以数字信号处理惩罚器TMS320F2812为内核。该电源由控制电路、掩护电路和主回路等几部分构成，DSP在此中起内核作用。其控制任务重要为：1. 控制数据征求体系。利用DSP芯片自带的12位ADC，根据采样信号颠末PID运算处理惩罚掉队行控制。数据转换启动下令由F2812的引脚XF控制，即通过软件设置引脚XF为高电平，来控制ADC的数据转换。数据转换完成后，信号BUSY将变为低电平，触发F2812停止，将数据从16位数据线D[15:0]立即读出。该体系的数据码为二进制补码，F2812将吸取到的数据处理惩罚后，举行缓存，同时送到LCD及时表现。
2. 采取一片DAC7724芯片与DSP接口。该芯片为4通道12路双缓冲的DAC，用此中的2路设置输出电压基准和电流最大值限定基准。3. 人机接口电路。LCD和8279分别作为外部I/O配置与DSP相连。LCD用来表现电流、电压、功率，以及妨碍表现和报警。4. 妨碍检测。妨碍检测电路的停止信号输入到DSP的XINT2脚，要是有降落沿的停止孕育产生，则通过GPIO口线GPIO8和GPIO9，分别检测过压、过流信号。
数字滤波器及体系软件计划
数字滤波器计划
针对本项目以往开辟进程中对电流滤波计划存在的不敷，现引进基于TMS320F2812的数字滤波器对电流采样信号举行滤波。为了快速方便地计划滤波器，直接利用TI公司提供的filter library函数库举行计划。计划步调如下：根据实际任务请求，确定滤波器性能指标；在Matlab中，调用filter library库中的ezfir函数，举行仿真；根据仿真结果，确定各参数的值；调用filter library库中的filter.asm DSP汇编步伐模块，并把Matlab中的仿真参数值复制到步伐中，在F2812上实现滤波。
图3恒流源控制曲线图
体系软件计划
体系事变流程如图2所示。上电以后，体系开始自检，自检完成后，进入体系初始化，包括DSP、DAC、LCD，以及DSP内部的停止控制器和计数器等。体系准备好后，进入开机画面。打开键盘停止等待按键选择相应成果。若“参数设置”为选中状态，按下事变键，进入“参数设置”界面，可以对电压、电流和功率值举行设置。设置完成返回开机画面，启动激光器事变。体系进入运行状态后，用户仍旧可以在不停止激光器事变的环境下设置新值，设置完备后，激光器按新请求输出激光。
体系自检和控制进程中堕落或体系过流、过压时，会主动调用掩护步伐。当体系封闭或忽然断电时，为防备激光器两端电压骤降为零，体系采取满封闭要领，其原理是：将采样值渐渐输出低落，直到降为零才容许关机。
结语
本文实行确定U1、U2的放大倍数都为1，输出电流0A~3A可调，激光器输出功率0W~2W可调。引进DSP控制体系，较以往单片机控制有了明显的改进。重要表如今：由于TMS320F2812集成度高，性能好，使该体系具有体积小、速率快、处理惩罚本领强、可靠性高以及功耗低的好处；在TMS320F2812中实现数字滤波要领大略，进步了开辟服从。半导体激光器的驱动及掩护电路计划完毕后，焊接调试。表1为恒流源在25℃时的控制电压与输出电流之间的干系。图3是根据表1的数据绘制的恒流源控制曲线图。输出电压的范畴为0V~5V，输出电流偏差率为0.1%。输出电压与电流成线性干系，切合请求。
参考文献
1. ZOU Wen-dong, GAO YI-qing. Semiconductor laser power supply controledby sing-chip microcomputer [J]. Laser Journal. 2002，23(4)：70-71
2. Fu Yan-jun. ZOU Wen-dong . Optic power control of LD driver circuit[J].红外与激光工程.1007-2276(2005)05-0626-05TI DSP TOOLBOX[M/CD].2002.5
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