[发明专利]半导体激光器温控装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于半导体激光器的温控装置。 

背景技术

半导体激光器是一种电致发光器件，具有体积小、寿命长、容易调制、结构简单、采用电流注入的方式抽运、转换效率高等优点。被广泛应用于激光通讯、激光打印、测距、激光雷达和激光干扰等方面。但是当激光器连续工作时，激光器本身会产生大量的热能，导致温度升高，从而对半导体激光器的输出波长、激光输出功率和寿命产生重要影响。尤其是在半导体泵浦固体激光器中，温度的变化会导致作为泵浦源的半导体激光器的输出波长发生漂移，使激光器的激光输出功率不稳定，因此必须控制半导体激光器使其工作在稳定的温度状态下。长期以来，针对半导体激光器的温控装置一般有两种方案，一种是采用线性方案，功率器件工作在线性状态，此方案成本低，但是效率低；一种采用开关方案，使用4个功率器件构成H桥，使功率器件工作在开关状态，效率高，但是方案复杂且成本高。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于半导体激光器的温控装置，该温控装置只采用简单的模拟电路，采用脉冲宽度调制(PWM)方式驱动功率变换级，提高温控装置的效率，同时将半导体激光器控制在要求的工作温度上，温度误差≤±0.5℃。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案: 

一种半导体激光器温控系统，由精密基准源，温度采样，温度设定，温度误差放大，锯齿波产生器，PWM信号发生器和功率变换级七部分组成，其连接关系如下：精密基准源连接温度采样和温度设定；温度采样和温度设定同时连接温度误差放大；温度误差放大和锯齿波产生器同时连接PWM信号发生器；PWM信号发生器连接功率变换级。

精密基准源为温度采样和温度设定提供精密参考电压；温度采样与温度设定输出信号同时输入温度误差放大产生实际温度与设定温度的偏差信号；偏差信号与锯齿波产生器所产生的锯齿波同时输入PWM信号发生器，产生脉冲宽度调制信号，从而控制功率变换级的电压输出驱动半导体制冷片TEC来控制温度。                                      

所述精密基准源由第1电阻，精密基准芯片和第1电容构成；第1电阻一端接电源VCC，另一端接精密基准芯片的第1，2脚和第1电容的节点； 精密芯片的第3脚接地GND；第1电容另一端接地GND； 精密基准芯片的第1，2脚和第1电容的节点为精密基准源的输出；精密基准源为温度采样和温度设定提供精密参考电压。

所述温度采样由温度传感器，第2电容和第2电阻构成；温度传感器一端接精密基准源的输出，该温度传感器另一端接第2电阻和第2电容的节点，此节点作为温度采样的输出；第2电阻另一端接地GND， 第2电容并联在第2电阻两端。 

所述温度设定由第3电阻和第1可调电位器构成；第3电阻一端接精密基准源的输出，该第3电阻另一端接第1可调电位器一端，该第1可调电位器另一端接地GND，该第1可调电位器WP1滑动端作为温度设定的输出。 

所述温度误差放大由运算放大器，第3电容和第4电阻组成的积分电路以及第2可调电位器构成；温度采样的输出连接运算放大器的第3脚正相输入端，温度设定的输出连接运算放大器的第2脚反相输入端，第3电容和第4电阻的节点；第3电容另一端连接运算放大器第1脚输出端和第2可调电位器的节点；第4电阻并联到第3电容两端；第2可调电位器另一端接地GND，该第2可调电位器滑动端作为温度误差放大的输出。 

所述锯齿波产生器由555定时器，第4电容，第5电容，第5电阻，第6电阻，第1二极管，第2二极管和晶体三极管构成；第4电容一端连接地GND，第4电容另一端连接555定时器第5脚；第5电阻一端连接电源VCC，第1二极管阳极和555定时器第4脚节点；第5电阻另一端连接晶体三极管发射极；第1二极管阴极连接第2二极管阳极，第2二极管阴极连接晶体三极管基极和第6电阻的节点；第6电阻另一端连接地GND；晶体三极管集电极连接555定时器第2，6，7脚和第5电容的节点；第5电容的另一端接地GND；晶体三极管集电极，555定时器第2，6，7脚和第5电容的节点为锯齿波产生器的输出。 

由第5电阻，第6电阻，第1二极管，第2二极管和晶体三极管构成恒流源，对第5电容进行充电。当第5电容上电压≥2/3VCC时，555定时器第7脚导通，第5电容上电压迅速放电到0，此时555定时器第7脚截至，上述恒流源，重新对第5电容进行充电，产生周期性锯齿波。