基于數字集成電路的半導體激光器電源的設計

　　軟件設計

　　軟件采用C51編寫程序，包括主程序和中斷響應程序部分。

　　主程序主要是實現軟啟動、慢關機和控制發(fā)火。在系統(tǒng)啟動時，初始化系統(tǒng)后進入人機對話界面，掃描是否有按鍵按下，若有則調用按鍵處理程序，操作者可通過鍵盤設定輸出電流輸出電壓基準值，同時顯示，以便確認。開始工作，通過緩慢增加電壓的方式來實現系統(tǒng)的軟啟動，保護LD。正常工作時，硬件電路中采樣電流信號，從數模轉換電路出來的信號經過采樣電阻，得到相應的電壓信號，傳給單片機，送出顯示。若出現電流波動情況則進行PID控制，其中采用了中值與均值復合濾波方法處理。系統(tǒng)對D/A輸出信號調整，進而調整輸出電流。主程序中的循環(huán)部分不斷探測LD的工作電流、工作溫度和發(fā)射功率，并顯示出來以便查看。如果出現故障，中斷信號送入單片機端口(分別相應過壓、過流、突然斷電情況)，系統(tǒng)分別調用中斷程序實現對系統(tǒng)的快速保護。主要控制功能均利用中斷實現，保證系統(tǒng)響應的實時性。最后當操作者按下按鍵關閉設備時，系統(tǒng)調用慢關閉程序，安全地停止工作。

　　數字濾波

　　對系統(tǒng)干擾作用的沖擊信號往往具有較寬頻譜，且具有隨機性。對此，系統(tǒng)采用了軟件方法對采樣信號進行了數字平滑濾波，通過對信號進行處理，減少干擾對有用成分的作用。常見數字濾波的方法有中值濾波、均值濾波等[6]。將中值濾波與均值濾波方法結合，構造一種復合濾波方法，具體做法是：首先對樣本信號排序，去掉其中的最大值和最小值，再對余下數據組成的序列計算均值作為濾波結果，這樣既可濾除沖擊干擾又保留了有用信號成分。

　　保護設置

　　軟啟動和慢關機：系統(tǒng)的啟動或關閉均由啟動/停機鍵控制，如果判斷為開機，則命令LD驅動芯片預熱工作，再逐漸增大工作電流至設定值，實現軟啟動。如果判斷為關閉，則逐漸降低工作電流直到零，實現慢關機。

　　電流過載保護：程序設定或通過鍵盤確定電流值上限值，CPU通過控制數字電位器調節(jié)激光驅動芯片PIN21的電壓并檢測電流，保證流經LD的電流的穩(wěn)定，防止出現過流而損壞LD。實時比較電流設定值和采樣值，當實際值大于上限時，系統(tǒng)啟動限流保護動作。

　　測試結果

　　根據設計制作了數字式電源，連接現有的實驗室用的半導體激光器，進行性能測試。

　　開機后激光器預熱半小時，通過軟件設定方式調節(jié)激光器的工作電流至1.5A，激光器啟動系統(tǒng)運行，工作電流平穩(wěn)上升達到1.5A，動態(tài)響應時間在1.5~2s之間。系統(tǒng)輸出電流為1.5A，連續(xù)工作4小時，每間隔10分鐘記錄1次電流，按照時間排列測試次序和相應的電流值。測試結果數據描繪曲線見圖3。結果表明系統(tǒng)的控制電流穩(wěn)定，誤差小。測試結束后關閉激光器，系統(tǒng)逐步減小輸出電壓信號，降低輸出功率至零后激光器停止工作。結果表明，采用數字控制方案的電源達到激光器的穩(wěn)態(tài)精度要求。