一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及了一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光器、溫度傳感器、半導(dǎo)體制冷器、溫度采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、液晶顯示器、鍵盤(pán)輸入模塊以及半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路，所述半導(dǎo)體激光器、溫度傳感器以及半導(dǎo)體制冷器封裝在一起，且與溫度采集電路、半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路相連；所述液晶顯示器、鍵盤(pán)輸入模塊與單片機(jī)相連；所述A/D轉(zhuǎn)換電路的一端與單片機(jī)相連、另一端與溫度采集電路相連；所述半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路的一端與單片機(jī)相連、另一端與半導(dǎo)體制冷器相連。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)加熱制冷雙向控制的半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及了溫度控制領(lǐng)域，尤其涉及了一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器(LD)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)換效率高、功耗低、價(jià)格低廉、使用安全、易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，普遍使用在現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中。但半導(dǎo)體激光器工作時(shí)，其閾值電流和功率穩(wěn)定性對(duì)溫度敏感。為了使半導(dǎo)體激光器的激光波長(zhǎng)和輸出功率穩(wěn)定，使用壽命盡可能延長(zhǎng)，必須對(duì)其溫度進(jìn)行高精度的控制。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)許多科研單位進(jìn)行了各種嘗試，試圖找出一種控溫精確穩(wěn)定，價(jià)格適中的方案。國(guó)內(nèi)外在此方面都作了很多研究，在測(cè)溫元件的選取、測(cè)溫電路的檢測(cè)精度和加熱制冷裝置方面做出了不同的嘗試?？刂品椒ㄓ赡MPID到數(shù)字PID，由模糊控制到自適應(yīng)控制，半導(dǎo)體制冷器制冷驅(qū)動(dòng)電路的工作模式，從而逐漸提高控溫精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的就在于提供了一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)加熱制冷雙向控制的半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這樣的:一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光器、溫度傳感器、半導(dǎo)體制冷器、溫度采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、液晶顯示器、鍵盤(pán)輸入模塊以及半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路，所述半導(dǎo)體激光器、溫度傳感器以及半導(dǎo)體制冷器封裝在一起，且與溫度采集電路、半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路相連；所述液晶顯示器、鍵盤(pán)輸入模塊與單片機(jī)相連；所述A/D轉(zhuǎn)換電路的一端與單片機(jī)相連、另一端與溫度采集電路相連；所述半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路的一端與單片機(jī)相連、另一端與半導(dǎo)體制冷器相連；所述溫度采集電路由恒流源電路與橋式測(cè)量電路組成，其基準(zhǔn)電壓源Vcc串聯(lián)電阻Rs連接于運(yùn)算放大器ICO的反相輸入端，一端接地的電阻R經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管連接于基準(zhǔn)電壓源Vcc且其另一端與運(yùn)算放大器ICO的同相輸入端相連，所述PNP三極管Ql的發(fā)射極與運(yùn)算放大器ICO的反相輸入端相連、基極與運(yùn)算放大器ICO的輸出端相連、集電極與電阻R1、電阻R3相連，所述電阻Rl經(jīng)過(guò)熱敏電阻R2連接于電壓跟隨器ICl的同相輸入端，所述電阻R3經(jīng)過(guò)電阻R4連接于電壓跟隨器ICl的反相輸入端，該電壓跟隨器ICl的輸出端與反向輸入端相連，所述電阻R1、電阻R2之間設(shè)置有輸出端b，電阻R3、電阻R4之間設(shè)置有輸出端d，輸出端b連接至電壓跟隨器IC2的同相輸入端，所述電壓跟隨器IC2的反向輸入端與輸出端相連后經(jīng)過(guò)電阻R9連接至運(yùn)算放大器IC4的同相輸入端，該運(yùn)算放大器IC4的同相輸入端經(jīng)過(guò)電阻RlO后接地，所述輸出端d連接至電壓跟隨器IC3的同相輸入端，所述電壓跟隨器IC3的反向輸入端與輸出端相連后經(jīng)過(guò)電阻R8連接至運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端，所述連接至A/D轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器IC4的輸出端經(jīng)過(guò)電阻Rf與反相輸入端相連；所述半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路由MOSFET管Q2、M0SFET管Q3、M0SFET管Q4、M0SFET管Q5對(duì)稱(chēng)構(gòu)成，MOSFET管Q2的柵極接單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)OUTl、源極接Vcc、漏極接二極管Dll與Vcc相連，MOSFET管Q3的柵極接單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)0UT2、源極與電阻RO相連接地、漏極接二極管D12到電阻RO接地，MOSFET管Q4的柵極接單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)0UT3、源極接Vcc、漏極接二極管D13與Vcc相連，MOSFET管Q5的柵極接單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)0UT4、源極與電阻RO相連接地、漏極接二極管D14到電阻RO接地，MOSFET管Q2、MOSFET管Q3中間經(jīng)電阻R11、電容Cl、電阻R12、電容C2串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接半導(dǎo)體制冷器一端，MOSFET管Q4、M0SFET管Q5中間經(jīng)電阻R13、電容C3、電阻R14、電容C4串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接半導(dǎo)體制冷器另一端；所述的溫度采集電路采用恒流源與橋式測(cè)量電路相連；所述的半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路采用H橋功率雙向驅(qū)動(dòng)，所述單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)通過(guò)經(jīng)0UT1、0UT2、0UT3、0UT4四個(gè)引腳輸入由四個(gè)MOSFET管所組成的H橋電路，以控制所述半導(dǎo)體制冷器加熱或制冷。
[0006]作為一種優(yōu)選方案，所述單片機(jī)為MSP430F149芯片。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，所述的半導(dǎo)體制冷器為T(mén)EC1-3103半導(dǎo)體制冷器，該制冷器允許通過(guò)的最大電流是3A。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果:
[0009]1.具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、抗干擾性強(qiáng)、測(cè)量精度高的特點(diǎn)；
[0010]2.采用恒流源與橋式測(cè)量電路相結(jié)合檢測(cè)溫度信號(hào)，不僅能消除電噪聲，而且消除了單純橋氏電路的非線形；
[0011]3.經(jīng)過(guò)數(shù)字控制器處理調(diào)整，輸出的數(shù)字控制量由占空比受控的PWM信號(hào)采用H橋功率雙向驅(qū)動(dòng)，可控制半導(dǎo)體制冷器加熱或制冷，使環(huán)境溫度高低不同的情況下，均能實(shí)現(xiàn)恒溫控制。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型的溫度采集電路原理圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型的半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例:
[0017]如圖1所示，一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光器、溫度傳感器、半導(dǎo)體制冷器、溫度采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、液晶顯示器、鍵盤(pán)輸入模塊以及半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路，所述半導(dǎo)體激光器、溫度傳感器以及半導(dǎo)體制冷器封裝在一起，且與溫度采集電路、半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路相連；所述液晶顯示器、鍵盤(pán)輸入模塊與單片機(jī)相連；所述A/D轉(zhuǎn)換電路的一端與單片機(jī)相連、另一端與溫度采集電路相連；所述半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路的一端與單片機(jī)相連、另一端與半導(dǎo)體制冷器相連。
[0018]溫度采集電路原理圖如圖2所示，采用恒流源與橋式測(cè)量電路相結(jié)合，左側(cè)為恒流源電路。采用熱敏電阻作為溫度傳感器，在理想的情況下，流過(guò)NTC(R2)電流就是一個(gè)恒定的值，與其他參數(shù)無(wú)關(guān)。恒流源電路由基準(zhǔn)電壓源LM385、電阻R及電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4，PNP三極管9012和運(yùn)算放大器TLV2252組成，其中R選擇不同的電阻時(shí)，恒流源具有不同的輸出。電阻R1，電阻R2半橋的電流Il是由串聯(lián)可調(diào)整恒流源提供的穩(wěn)定電流。通過(guò)使用電壓跟隨器，使電阻R1，電阻R2半橋和電阻R3，電阻R4半橋相互隔離，即電流Ii與電阻R3，電阻R4半橋的電流12無(wú)關(guān)，而兩半橋的電壓相等。電橋的初始平衡狀態(tài)時(shí)，。當(dāng)熱敏電阻R2的阻值因溫度改變而改變時(shí)，電橋偏了原來(lái)的平衡狀態(tài)。和組成兩個(gè)電壓跟隨器，輸入阻抗極高，以保證在測(cè)量過(guò)程中不影響兩個(gè)半橋的電壓和電流。電橋輸出為差壓，將電橋輸出進(jìn)行放大。
[0019]半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖3所示，采用H橋功率雙向驅(qū)動(dòng)，由MOSFET管Q2、M0SFET管Q3、M0SFET管Q4、M0SFET管Q5對(duì)稱(chēng)構(gòu)成，單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)通過(guò)經(jīng)OUTl、0UT2、0UT3、0UT4四個(gè)引腳輸入，控制輸入端OUTl、輸入端0UT2、輸入端0UT3、輸入端0UT4的電平就可以控制電流的方向，其中輸入端OUTl與輸入端0UT4電平關(guān)系相反，輸入端0UT2與輸入端0UT3電平關(guān)系相反。輸入端OUTl為高電平，輸入端0UT4為低電平，輸入端0UT2為低電平，輸入端0UT3為高電平，則MOSFET管Q2截止、MOSFET管Q3截止、MOSFET管Q4截止、MOSFET管Q5截止，沒(méi)有電流流過(guò)半導(dǎo)體制冷器。設(shè)定輸入端OUTl為低電平，輸入端0UT4為高電平，輸入端0UT2為低電平，輸入端0UT3為高電平，則MOSFET管Q2導(dǎo)通、MOSFET管Q5導(dǎo)通、MOSFET管Q3截止、MOSFET管Q4截止，則流經(jīng)半導(dǎo)體制冷器的電流方向?yàn)閺淖笙蛴摇ＴO(shè)定輸入端OUTl為高電平，輸入端0UT4為低電平，輸入端0UT2為高電平，輸入端0UT3為低電平，則MOSFET管Q2截止、MOSFET管Q5截止、MOSFET管Q3導(dǎo)通、MOSFET管Q4導(dǎo)通，則流經(jīng)半導(dǎo)體制冷器的電流方向?yàn)閺挠蚁蜃蟆．?dāng)目標(biāo)物體的溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，H橋按半導(dǎo)體制冷器制熱的方向以一定幅值輸出電流；當(dāng)目標(biāo)物體的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，H橋會(huì)減少半導(dǎo)體制冷器的電流甚至反轉(zhuǎn)半導(dǎo)體制冷器的電流的方向來(lái)降低目標(biāo)物體的溫度。當(dāng)控制環(huán)路達(dá)到平衡時(shí)，半導(dǎo)體制冷器的電流方向和幅值就調(diào)整好了，目標(biāo)物體溫度等于設(shè)定溫度。
[0020]本實(shí)用新型主要采用的TI公司推出的一種16位系列單片機(jī)MSP430。本實(shí)用新型主要采用的是單片機(jī)MSP430F149為控制核心，MSP430F149單片機(jī)在電池供電的低功耗應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其工作電壓在1.8V?3.6V之間，正常工作時(shí)功耗可控制在200 μ A左右，它主要由溫度采集電路采集溫度信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，將其變換成數(shù)字信號(hào)，輸出PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體制冷器。
[0021]最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制性技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度控制系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器、溫度傳感器、半導(dǎo)體制冷器、溫度采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、液晶顯示器、鍵盤(pán)輸入模塊以及半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路，所述半導(dǎo)體激光器、溫度傳感器以及半導(dǎo)體制冷器封裝在一起，且與溫度采集電路、半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路相連；所述液晶顯示器、鍵盤(pán)輸入模塊與單片機(jī)相連；所述A/D轉(zhuǎn)換電路的一端與單片機(jī)相連、另一端與溫度采集電路相連；所述半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路的一端與單片機(jī)相連、另一端與半導(dǎo)體制冷器相連；所述溫度采集電路由恒流源電路與橋式測(cè)量電路組成，其基準(zhǔn)電壓源Vcc串聯(lián)電阻Rs連接于運(yùn)算放大器ICO的反相輸入端，一端接地的電阻R經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管連接于基準(zhǔn)電壓源Vcc且其另一端與運(yùn)算放大器ICO的同相輸入端相連，所述運(yùn)算放大器ICO的反相輸入端與PNP三極管Ql的發(fā)射極相連，且PNP三極管Ql的基極與運(yùn)算放大器ICO的輸出端相連、集電極與電阻R1、電阻R3相連，所述電阻Rl經(jīng)過(guò)熱敏電阻R2連接于電壓跟隨器ICl的同相輸入端，所述電阻R3經(jīng)過(guò)電阻R4連接于電壓跟隨器ICl的反相輸入端，該電壓跟隨器ICl的輸出端與反向輸入端相連，所述電阻R1、電阻R2之間設(shè)置有輸出端b，電阻R3、電阻R4之間設(shè)置有輸出端d，輸出端b連接至電壓跟隨器IC2的同相輸入端，所述電壓跟隨器IC2的反向輸入端與輸出端相連后經(jīng)過(guò)電阻R9連接至運(yùn)算放大器IC4的同相輸入端，該運(yùn)算放大器IC4的同相輸入端經(jīng)過(guò)電阻RlO后接地，所述輸出端d連接至電壓跟隨器IC3的同相輸入端，所述電壓跟隨器IC3的反向輸入端與輸出端相連后經(jīng)過(guò)電阻R8連接至運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端，所述連接至A/D轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器IC4的輸出端經(jīng)過(guò)電阻Rf與反相輸入端相連；所述半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路由MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、MOSFET管Q4、MOSFET管Q5對(duì)稱(chēng)構(gòu)成，MOSFET管Q2的柵極接單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)0UT1、源極接Vcc、漏極接二極管Dll與Vcc相連，MOSFET管Q3的柵極接單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)0UT2、源極與電阻RO相連接地、漏極接二極管D12到電阻RO接地，MOSFET管Q4的柵極接單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)0UT3、源極接Vcc、漏極接二極管D13與Vcc相連，MOSFET管Q5的柵極接單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)0UT4、源極與電阻RO相連接地、漏極接二極管D14到電阻RO接地，MOSFET管Q2、M0SFET管Q3中間經(jīng)電阻Rl 1、電容Cl、電阻Rl2、電容C2串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接半導(dǎo)體制冷器一端，MOSFET管Q4、M0SFET管Q5中間經(jīng)電阻R13、電容C3、電阻R14、電容C4串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接半導(dǎo)體制冷器另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)為MSP430F149芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的半導(dǎo)體制冷器為T(mén)EC1—3103半導(dǎo)體制冷器，該制冷器允許通過(guò)的最大電流是3A。
【文檔編號(hào)】G05D23/20GK204087018SQ201420311413
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】葛益嫻, 王暉, 徐政, 眭凱強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)