把要害元件（如高功用晶振、SAW滤波器、光扩大器、激光二极管）的本机温度约束在窄规模内，可以进步电子体系的精度，一般需求将温度操控在0. 1℃内，激光器的作业精度才干很好地保持在0. 1nm内。本文的规划计划能为大功率半导体激光器供给有用支撑，最大电流可达2. 5A.
1半导体激光操控器的规划
激光操控器由受控恒流源，温度监督及操控电路，主操控器及显现器构成。全体结构原理见图1.
图1 激光操控器功用模块图
1. 1受控恒流源：
为了使激光器输出安稳的激光，对流过激光器的电流要求非常严厉，供电电路有必要是低噪声的安稳的恒流源。恒流源可以从0A~2. 5A之间接连可调，以习惯不同规范的半导体激光器。该恒流源是以大功率的MOS管为中心，激光器作为负载与之串联，经过操控MOS管的栅极，来完成对激光器电流的操控。但MOS管对错线性器材，难以直接操控，因而有必要将其转化为线性操控。
如图2所示，在MOS管串联一个0. 1Ω的电阻，用于采样反应，MOS管的电流改动规模是0A~2.
图2 电子规划图
三菱FX系列PLC -三菱PLC编程手册（FX1S，FX1N，FX2N，FX2NC系列）5A ，输入操控信号的电压规模是0V~5V ，将采样电阻的电压扩大20倍正好与输入电压匹配。这样操控电压0V~5V与电流0A~2. 5A之间建立起线性的对应联系。但因为整个反应是开环体系，非常简略发生自激，因而在采样电阻连一个1μF的%&&&&&%，损坏自激发生条件、消除自激，并且应选用安稳的电源以减小电压动摇。
1. 2温度检测及操控电路
因为温度对激光的质量有很大影响，在电流安稳的情况下，温度每升高1℃，激光波长将添加大约0. 1nm ，并且温度过高将导致激光器老化乃至损坏。
并且激光器是一个电灵敏度高、本钱贵重的器材，因而操控器有必要供给监控、约束和过载维护的才干。
包含：自启动和过流维护、热电制冷器（thermoeleCTRiCCooler ，TEC）电压、电流和温度的感测。反常作业电路停机以防止激光器元件损坏。值得注意的是：环境温度的改动对激光器的影响，要求操控器具有制冷和制热的才干。一般为使元件温度保持安稳是将把元件关闭在固定温度的恒温槽内。为了供给某种调整容限，其所选温度应高于一切条件下的环境温度。这种办法曾被广泛选用，特别是用在超稳时钟的规划中（如恒温槽操控的晶振）。但高温运用此办法有如下缺陷：功用（如噪声因数，速度和寿数）有所下降；环境温度处于中心规模时调整器耗费加热的功率，在环境温度处于低端时需求两倍大的功率；到达安稳温度所需的时刻或许恰当长。
现在选用半导体TEC来完成，因为它可挑选调整温度值处在作业温度规模的中心。TEC可做为热泵或做为热源，这取决于电流方向。某些体系（如冰箱和大功率处理器冷却）只用TEC的冷却特性。另一些运用（如晶振和SAW滤波器）运用暖流的两个方式。并且该操控器是真实双向的，使温度从冷端到热端之间没有死区。TEC的驱动电路一般选用“H”桥式，由两个互补的达林顿管或MOS管构成。
对H桥的驱动宜选用开关式驱动方法，开关式驱动方法功耗小、功率高。关于开关式驱动方法可以运用LTC1923等专用芯片驱动。其原理如图3所示。
图3 TEC 电源驱动电路
DRV592是TI（Texas Instruments）公司出品的高效、大功率H桥电源驱动集成块，输出电压规模从2. 8 V到5. 5 V ，最大输出电流为3A.DRV592需求外部PWM触发（兼容TTL逻辑电平），内置过流、欠压和过热（130℃）维护和电平指示。业界最小封装（9mm×9 mm 32脚PowerPADTM扁平封装方式），具有- 40℃到85℃工业用温度规模规范。值得一提的是该芯片集成了4个大功率MOSFET和过载维护电路，与选用分立元件规划（见图3）比较，简化80 %的规划。并且只需添加几个外部元件就能简略地构成准确的温度操控环路用以安稳激光二极管体系。根据DRV592的半导体TEC的电源驱动电路见图4.和图3比较，可以看到根据DRV592的TEC电源驱动电路规划大大简化，并且DRV592还有内置过流、欠压和过热（130°C）维护电平指示。引脚功用见表1.
图4 典型TEC电源驱动
因为大电流开关电路会发生很大的噪声搅扰，为削减搅扰，可恰当增大开关管的转化时刻来下降高频开关噪声。尽管这会使开关功率下降一些，不过用这个价值换来噪声的大幅度改进仍是值得的。
别的因为TEC具有热惯性，改动状况会有必定的推迟，会给体系引起振动。为了消除振动，可在扩大器两头并联积分电路，添加延时，消除振动发生。要注意的是安稳的温度是由热敏电阻的反应来决议的，因而要将TEC与热敏电阻封装在一个模块中，使它们严密耦合。
温度勘探器的精度直接影响温度操控的作用。
温度勘探电路部分与恒流源相似，选用NTC（负温度系数）的热敏电阻作为温度勘探器。其顶用陶瓷粉工艺制造的NTC元件对温度的细小改动有最大的电阻改动。特别是某些陶瓷NTC在其寿数内（经恰当老化）具有0. 05℃安稳度。并且与其它温度传感比较，陶瓷NTC的尺度特别小。然后将热敏电阻串联入一恒流源，对热敏电阻两头电压采样，将温度变换为电信号。原理如图5所示。
图5 温度检测电路
温度勘探电路中选用的是TI公司出品的CMOS单电源，低功耗双运算扩大器TLC2252 .TLC225x系列具有高输入阻抗、微功耗、低噪音等长处，适用于手持移动设备。在1kHz的噪音仅为19nV ，是同类产品的1/ 4.
1. 3主操控及显现部分
该操控器是以AT89C51单片机为中心构成的，它直接操控激光器的驱动电流、温度，并且可以将体系当时温度、电流巨细，预设电流和预设温度直观准确的反映出来，并且对仪器操作也愈加便利，准确。
整个单片机操控部分流程如图6所示，程序流程图如图7所示。
图7 程序流程图
恒流源的操控电压为0V~5V ，如输入端由8位D/A操控，分辩度为2. 5A×1/ 2e8 = 0. 01A ，若选用12位D/ A ，则可准确到毫安级。热敏电阻阻值与温度呈非线性联系，大致为e指数方式，因而在高温部分，对温度的分辩力会下降，所以A/ D转化器应在12位以上才干有较好的作用。并且在单片机的ROM中安排一张热敏电阻温度与电压联系表，经过查表的办法来完成对热敏电阻采样后进行温度换算和对H桥温度操控。
此外，像D/ A ，A/ D这些器材有些需求运用- 5V电压作参阅。可以用555芯片作方波脉冲发生器，滤掉其直流成分，在用二极管将正向电压短路，留下的负电压经滑润处理后得到- 5V电压。
2总结
近年来，跟着光电技能的迅猛发展，激光器已广泛运用于医疗、国防、丈量等各个领域。本计划规划的激光操控器具有习惯性强，输出电流规模大，温度操控精度高，操作简略直观等长处，是一种比较可行的激光操控器计划。
