单片机控制的半导体激光驱动电源

李涛 郭锐（通讯作者） 沈阳工学院

半导体激光器的运行很大程度上依赖驱动电源的作用发挥，但是如果出现瞬态电流和或电压尖峰，可能会对激光器的功能结构造成较大程度的不良影响，如果电流、温度缺乏有效的控制，也会影响驱动电源的稳定性。随着半导体激光器的产品类型愈加丰富，应用范围也愈加广泛，相关研究日益丰富。此次研究将单片机引入到半导体激光器的运行控制中，以期提高其运行稳定性及高效性。

1 系统结构原理

不同于其它形式的驱动，半导体激光器的主要功能在于，确保电流源驱动的稳定运行，并为其提供一定保护作用，在该过程中，单片机发挥着十分关键的控制功能。激光的功率及温度在被放大过程中，实现模拟信号与数字信号之间的转换，在经过CPU处理后，信号再转化为模拟信号，进入到激光电路和温控电路中，形成一个完整的闭环系统，实现了光功率和温度的控制，而且能够运用多路开关进行较为灵活的切换。在使用键盘进行功率设定后，LED数码管会根据参数进行相应的展示，其中CPU系统型号为8031，其P1用于开关量的输入与输出。

2 电流源驱动

半导体激光器的驱动功能需要电流源予以发挥，激光的模拟信号发出后，首先经过U2和三极管进行放大，随后再经由U3放大，与此同时实现信号的反馈，完成恒定电流的输出。在此过程中，通过对LD电压进行调整，即能够相应的改变半导体激光器的工作电流，使其输出功率产生相应的变化，从而发挥单片机对于半导体激光器的功率和电压控制。在信号经过转化器作用后，能够变化为模拟量，在开关切换作用下进入功率通道中，在主电压的作用下保障稳定输出，电流源输出的通路与断路，可以借助于电流开关的切断予以控制，三极管发挥驱动作用，将CPU中的信号稳定传输出来。

3 控制保护环节

在半导体激光器的实际工作中，受到高压、静电、电网冲击等多种内外界因素的干扰，可能会使半导体激光器的功能遭到破坏，大幅度降低其使用价值，因此需要为半导体激光器安装保护装置。继电器是一种常用的电路保护装置，在半导体激光器两段安置继电器，能够防止其受到静电侵扰，在电源接通和断开环节，电路中还产生大量的浪涌电流，此时对继电器的工作顺序进行调整，在激光器工作时，打开电流开关，1s后动作继电器开关，激光器关闭过程的继电器控制与之相反，能够避免激光器被浪涌电流侵扰，同时防范限制电流在短时间出出现较大幅度的变化。由于半导体激光器电源导通时会产生尖峰电流，严重妨碍电流源运行稳定性，运用电容降低电路的滤波，防止电路受到尖峰电流的干扰，提高电路运行的稳定性。此外，半导体激光器使用过程中，还可能由于连接端接触不良现象而出现瞬间短路问题，如果未经处理后直接再次接通，会使激光器遭到损坏；如果运行电流值偏高，也会导致激光管遭到损坏。对此，可以设计电压监测电路，及时发现电路运行过程中的电压过高问题，借助于CPU的功能作用，降低电流源输出电流，发挥对于电路的保护作用，应对其断路和过流问题。

4 激光功率的控制

单纯依靠恒流控制方式，难以保障半导体激光器的输出功率保持在稳定范围内，究其原因，影响输出光功率的主要因素有两点，分别是驱动电流值和温度，其中温度受到环境因素的影响较小，主要是电路运行升高器件温度，从而影响输出功率数值，而半导体材料具有制冷功能，通过调整控制电流的大小及方向，可对激光器实现加热和制冷。通常情况下，半导体激光器的额定功率应当保持在16W，驱动电流应当保持在4A以下，工作稳定保持在（19.7～20.3）℃范围内。

5 结语

本文主要围绕半导体激光器的单片机控制展开探究，首先分析了半导体激光器的系统结构与工作原理，随后对电流源驱动问题进行较为具体分析。在半导体激光器的控制保护研究中，本研究针对性的分析半导体激光器运行过程中可能出现的隐患，针对性的为其提出了具有实效性的控制建议，借助于单片机的合理运用，防止半导体激光器出现过压、短路、浪涌冲击等问题，以期对于半导体激光器在使用应用保持稳定的运行，提供微薄的理论支撑。

[1]王辉.半导体制冷系统的硬件设计[J].技术与市场，2017，24(09):193.

[2]陈光辉，袁保合.基于半导体制冷技术的小型冷热箱设计[J].信息记录材料，2017，18(09):103-104.

[3]徐陶祎，康之讷，周鼎.单片机的半导体激光器功率恒控制[J].激光杂志，2017，38(02):45-48.