基于STM32的半导体激光器驱动电路的设计

发布时间：2017-06-29 12:17

  本文关键词：基于STM32的半导体激光器驱动电路的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：半导体激光器作为精密的光电器件,工作时需要稳定的驱动电流和恒定的工作温度。驱动电流决定半导体激光器的输出功率,工作温度影响输出激光的中心波长。以LC96P系列半导体激光器为例,发射波长随温度的变化为0.02 nm/oC。因此,为了保证半导体激光器输出功率和发射波长的稳定性,设计专用的驱动电路就显得尤为必要。LC96P系列半导体激光器采用14脚蝶形封装,主要用作掺铒光纤放大器的泵浦源。本文针对LC96P的特性,设计了恒流驱动电路和温度控制电路。首先,本文介绍了半导体激光器的应用和发展历程,以及国内外半导体激光器驱动技术的研究现状。其次,本文介绍了恒流驱动电路的设计。主要包括供电电源的选取、恒流驱动电路原理与分析、激光器保护电路设计、元器件选择等部分。本文设计的恒流驱动电路是连续式的压控恒流源,主要由运算放大器、功率场效应管和电流采样电阻等元件构成。设计中,我们运用运算放大器的电压负反馈原理,使电路形成稳定的闭环控制。此外,本文还使用4路场效应管并联,设计了更大电流的恒流源电路。再次,本文介绍了温度控制电路的设计。包括电源设计、温度控制系统的实现和比例-积分-微分算法的研究等。温度控制系统分为温度采集和温度控制两部分。温度采集部分的主要内容是热敏电阻阻值的测量。由于阻值不便直接测量,本文先使用惠斯通电桥将阻值转换为电压值,再将该电压经运算放大器放大,然后由模数转换器测量。温度控制部分的主要内容是半导体制冷器驱动电路的设计。使用数模转换器控制MAX1968芯片,由MAX1968输出双向的电流,再以该电流驱动半导体制冷器,实现对激光器的制冷和制热。最后,本文介绍了基于STM32的控制与人机接口设计。在恒流驱动电路部分,STM32负责电流采样值的读取与显示,以及数控电压的输出。在温度控制部分,STM32负责温度信号的采集与处理,以及结合比例-积分-微分算法的激光器温度控制。在人机接口方面,主要实现了设置保存、按键输入与显示。实验测试的结果表明,本文设计的恒流驱动电路能够为LC96P激光器提供0~950 mA的驱动电流;采用4路场效应管并联的压控恒流源以整流二极管作为模拟负载,最大输出电流达到10 A。温度控制电路能够将LC96P激光器的工作温度控制在25oC,控制精度±0.1oC。
【关键词】：半导体激光器驱动 STM32 压控恒流源 TEC温控
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究进展12-13
• 1.3 主要研究内容13-15
• 第2章 恒流驱动电路的设计15-27
• 2.1 供电电源的选取15-16
• 2.2 恒流驱动电路的原理与分析16-17
• 2.3 半导体激光器保护电路设计17-20
• 2.3.1 半导体激光器保护措施17-18
• 2.3.2 电流限制方案18-20
• 2.4 主要电路元件的选取20-21
• 2.5 更大电流恒流源的探索21-23
• 2.6 压控恒流源电路实验与分析23-27
• 第3章 温度控制电路的设计27-39
• 3.1 温度控制电路概述27-28
• 3.1.1 温度控制系统总体设计27-28
• 3.1.2 温度控制电路电源设计28
• 3.2 温度控制原理简述28-30
• 3.2.1 半导体制冷器原理简介28-29
• 3.2.2 NTC热敏电阻原理简介29-30
• 3.3 温度控制系统的实现30-33
• 3.3.1 温度采集电路的设计30-32
• 3.3.2 半导体制冷器驱动芯片的选择与电路设计32-33
• 3.4 PID控制算法的研究33-37
• 3.4.1 PID控制算法原理33-35
• 3.4.2 PID控制算法的数字化实现35-36
• 3.4.3 PID控制器的参数整定36-37
• 3.5 温度控制电路实验与分析37-39
• 第4章 基于STM32的控制电路与人机接口设计39-55
• 4.1 STM32简介39-42
• 4.2 恒流驱动电路的控制42-45
• 4.2.1 电流采样部分的设计42-44
• 4.2.2 恒流源控制电压的设计44-45
• 4.3 温度控制电路的控制45-48
• 4.3.1 温度采集部分的控制45-47
• 4.3.2 MAX1968的控制47-48
• 4.4 按键输入功能设计48-51
• 4.5 旋转编码开关输入设计51-52
• 4.6 屏幕显示与其他52-55
• 4.6.1 屏幕显示设计与STM32的FLASH存储52-53
• 4.6.2 STM32的FLASH存储53
• 4.6.3 μCos-III系统的移植53-55
• 第5章 总结和展望55-57
• 5.1 工作总结55
• 5.2 工作展望55-57
• 参考文献57-59
• 作者简介及在读期间发表的学术论文59-60
• 致谢60

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本文编号：497904