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具有防止过流误判断功能的LD驱动电源的研制

2020-12-09阅读(622)

具有防止过流误判断功能的LD驱动电源的研制

论文摘要

随着光电子技术的迅速发展,半导体激光器(LD)已经越来越广泛地应用于通信、军事、国防、科研、医疗等领域。在LD的应用中,保证其工作的安全性、连续性是非常重要的。传统半导体激光器驱动电源的过流保护功能比较单一,由于过流保护设计的不完善,导致激光器在使用过程中出现过流误判断或被损坏的情况时有发生,甚至造成工作延误和不必要的经济损失。本文介绍一种具有防止过流误判断功能的LD驱动电源,该电源通过采用越限计数的方法实现过流保护,有效地消除了宽幅大脉冲电流干扰,具有防止过流误判断和失效保护的功能,从而保证LD工作的连续性、可靠性。该驱动电源可由两种电路形式实现:一种是通过单片机和现场可编程逻辑器件(FPGA)来完成,它主要包括模拟部分和数字部分,模拟部分主要包括对LD的恒流驱动、工作参数的采集、键盘输入和过流报警部分,数字部分主要包括单片机对FPGA的程序配置、单片机接收FPGA的数据并进行相应的运算处理、单片机对外围设备的驱动、单片机对外围A/D和D/A转换器的控制四个模块。该电路由软件替代部分硬件执行功能,不仅节省了硬件费用,而且保障了电路的稳定性,避免硬件电路因环境影响而产生的参数变化,同时,利用软件的灵活性和可修改性,提高了系统的智能化。另一种是由纯硬件电路实现,LD工作参数的采集、数据的运算与比较、对LD的控制,全部由硬件电路来完成,既保证了LD的恒功率驱动,又实现了对LD的过流保护功能,基本符合设计的要求。研究内容主要有以下几点:1.介绍了半导体激光器的工作原理、结构和输出特性,分析了半导体激光器对驱动电源的基本要求,简要说明了半导体激光器常用的驱动技术与保护措施。2.根据半导体激光器在连续工作方式下对驱动电源的要求,结合本设计的设计思想,确定了系统的整体电路结构,并阐述了总体设计的工作原理。3.对本设计中所用到的智能微处理器(单片机、FPGA器件)进行了介绍,分析了它们的工作原理,并对它们在电路中的功能进行深入的分析和探讨,并介绍了它们与外电路的连接关系。4.对各个功能模块的硬件电路原理进行了介绍、分析,并给出相应的理论推导。着重分析了半导体激光器的电流驱动电路、工作参数采集电路,还介绍了半导体激光器的工作温度控制装置。5.对测试得到的实验数据进行分析,并得出结论。6.提出本设计纯硬件电路的实现方法,并根据电路原理图进行详细的分析、说明。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 半导体激光器简介
  • 1.1.1 半导体激光器的优点
  • 1.1.2 半导体激光器的发展历史
  • 1.1.3 半导体激光器的主要应用
  • 1.1.4 国内外对半导体激光器驱动电源的研究现状
  • 1.2 论文的研究内容
  • 1.3 研究意义
  • 参考文献
  • 第二章 半导体激光器工作原理和特性
  • 2.1 半导体激光器的工作原理
  • 2.2 半导体激光器的结构
  • 2.3 半导体激光器的输出特性
  • 2.4 半导体激光器的常见失效机理分析
  • 2.4.1 暗线缺陷
  • 2.4.2 腔面损坏退化
  • 2.4.3 电极退化
  • 2.4.4 浪涌电流对半导体激光器的影响
  • 2.4.5 静电对半导体激光器的影响
  • 2.5 半导体激光器的使用要求
  • 2.6 半导体激光器对驱动电源的要求
  • 2.7 半导体激光器的驱动
  • 2.8 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 防止过流误判断原理及总体设计方案
  • 3.1 防止过流误判断的理论依据和基本原理
  • 3.2 系统结构原理
  • 3.3 光功率控制
  • 3.4 温度控制
  • 3.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 硬件电路的设计与实现
  • 4.1 单片机及其外围电路
  • 4.1.1 单片机器件
  • 4.1.2 键盘部分
  • 4.1.3 显示部分
  • 4.1.4 过流报警电路
  • 4.2 恒流驱动及保护电路
  • 4.2.1 恒流驱动电路
  • 4.2.2 保护电路
  • 4.3 信号采样电路
  • 4.3.1 信号放大电路
  • 4.3.2 后端 A/D 转换设计
  • 4.4 FPGA 器件及其外围电路
  • 4.4.1 FPGA 器件
  • 4.4.2 FPGA 的配置
  • 4.4.3 FPGA 与外围电路的连接
  • 4.4.4 FPGA 与 D/A 转化器的接口电路
  • 4.5 温控单元的分析和设计
  • 4.5.1 温度对半导体激光器的影响
  • 4.5.2 温度控制
  • 4.6 抗干扰措施
  • 4.7 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 性能测试和结果分析
  • 5.1 V/I 转换性能测试
  • 5.2 参数设定测试
  • 5.3 温控性能测试
  • 5.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 纯硬件电路的功能实现
  • 6.1 系统总体设计
  • 6.2 恒功率驱动电路
  • 6.2.1 慢启动电路
  • 6.2.2 恒功率控制电路
  • 6.3 过流保护电路
  • 6.4 本章小结
  • 参考文献
  • 结束语
  • 攻读硕士期间主要科研成果
  • 致谢

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