基于STM32的半導(dǎo)體激光光源驅(qū)動器的設(shè)計方案

　　MAX1968主要由兩個開關(guān)型同步降壓穩(wěn)壓器組成，在兩個同步降壓穩(wěn)壓器輸出端配有高效MOSFET,由LX1、LX2引出，經(jīng)過LC濾波驅(qū)動TEC.兩個穩(wěn)壓器同時工作產(chǎn)生一個差動電壓，直接控制TEC電流，實(shí)現(xiàn)TEC電流的雙向控制，雙極性工作避免了線性驅(qū)動所存在的“死區(qū)”問題，以及輕載電流時的非線性題目，能夠?qū)崿F(xiàn)無“死區(qū)”溫度控制。

　　外部控制電路的輸出電壓加在TEC電流控制輸進(jìn)端CTL1,直接設(shè)置TEC電流。一般TEC+接OS2,TEC-接OS1,OS1和OS2不是功率輸出，而是用來感測通過TEC的電流，流過TEC的電流由下式確定：

　　式中：RSENSE為TEC電流的感應(yīng)電阻；VCTL1為外部控制電路的輸出電壓；VREF為參考電壓（1.5V）。

　　假設(shè)正向電流為加熱，則VCTL1>1.5V為加熱，電流的流向從OS2到OS1,OS1、OS2、CS這3個引腳的電壓關(guān)系為：VOS2>VOS1>VCS,反之則制冷。開關(guān)穩(wěn)壓器是按周期運(yùn)作的，以把功率傳輸?shù)揭粋€輸出端，這種轉(zhuǎn)換方法會在基頻及諧波上產(chǎn)生很大的噪聲分量，但是在MAX1968中是相位轉(zhuǎn)換并提供互補(bǔ)同相工作周期，所以紋波波形大大減小，抑制了紋波電流和電氣噪聲進(jìn)進(jìn)TEC模塊，進(jìn)而影響LD工作性能。FREQ用來設(shè)置內(nèi)部振蕩器的開關(guān)頻率，當(dāng)FREQ接地頻率為500kHz時，F(xiàn)REQ接電源頻率為1MHz.MAX1968片內(nèi)帶有的MOSFET驅(qū)動器，減少了外部元件，芯片工作在較高的開關(guān)頻率下，可以用更小的電感和電容，從而減少PCB（印制電路板）的面積、降低本錢，對于實(shí)現(xiàn)激光器的小型化與智能化具有極其重要的作用。利用MAX1968設(shè)計出的溫控系統(tǒng)如圖3所示：

　　1.3 電流驅(qū)動保護(hù)模塊

　　實(shí)際操作中，電流難免會出現(xiàn)波動，而這種波動在某種程度上會嚴(yán)重影響半導(dǎo)體激光器的性能，嚴(yán)重時甚至?xí)龎?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/半導(dǎo)體激光">半導(dǎo)體激光器。因此在該激光驅(qū)動器的電路中設(shè)計了一個電流驅(qū)動保護(hù)模塊。如圖4所示。這個電流驅(qū)動保護(hù)模塊主要由一個穩(wěn)壓二極管D6,瞬變二極管D7和電阻R29構(gòu)成。其中D7的主要作用是防止反向瞬變電壓的沖擊，即當(dāng)半導(dǎo)體激光器的兩端電壓發(fā)生突變時，半導(dǎo)體激光器兩端的電壓的變化不會太大。R29的作用是防止半導(dǎo)體激光器的兩端出現(xiàn)靜電。

　　如果系統(tǒng)中半導(dǎo)體激光器的兩端出現(xiàn)靜電，那么存在的靜電將會流過R29的兩端，這樣可以保證對于半導(dǎo)體激光器不會產(chǎn)生影響。

　　D6穩(wěn)壓二極管的作用則是穩(wěn)定半導(dǎo)體激光器兩端的電壓。由圖可知，當(dāng)電壓超出預(yù)定電壓時，穩(wěn)壓二極管將會被擊穿，電流會直接經(jīng)過穩(wěn)壓管所在的支路直接接地，而不會經(jīng)過半導(dǎo)體激光器所在的支路，這樣可以對半導(dǎo)體激光器起到穩(wěn)壓與保護(hù)的作用。

　　2.軟件系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 模糊PID算法設(shè)計

　　一般控制過程存在不同程度地非線性、大滯后、參數(shù)時變性和模型不確定性，因而普通的PID控制器難以獲得滿意的控制效果。

　　系統(tǒng)采用模糊控制與PID控制器相結(jié)合構(gòu)成模糊PID控制器。模糊控制是以人的思維判斷方法形成模糊控制規(guī)則，在模糊規(guī)則的基礎(chǔ)上以模糊量作為實(shí)際控制的依據(jù)。利用模糊控制給PID控制器在線自根據(jù)PID參數(shù)自整定原則，其結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

　　該模糊控制器以采集到真實(shí)值out Y 與理想值in R 之間的偏差值E和偏差變化率EC為輸入變量，以PID的參數(shù)P K 、I K 和D K 為輸出變量。通過控制參數(shù)p K 、I K 和D K 的調(diào)節(jié)可對控制效果進(jìn)行調(diào)整，最佳的p K 、I K 、D K 值需要根據(jù)實(shí)驗進(jìn)行選擇。