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半导体激光器串联群驱动电源的研制

孔德超

  半导体激光器已经在很多领域得到越来越广泛的应用,而不同的应用环境可能对半导体激光器的功率要求不尽相同。本设计采用多个小功率半导体激光器串联输出得到较大的功率,通过调节半导体激光器的工作个数来实现功率的逐次式变化,可以应用到不同的工作环境。本文主要针对半导体激光器串联群驱动装置的研制,保证各个半导体激光器的稳定可靠工作。由于装置用多个同规格的半导体激光器,我们认为其参数大致相同,即设计中仅对一个半导体激光器进行各种控制便可实现串联群的稳定工作。 该装置采用FPGA控制,主要接收A/D转换器产生的数据;接收的数据通过与设定的参数比较,把处理结果送至D/A转换器;控制LED显示器和键盘等接口电路,实现了系统的可控化。在硬件电路设计中采用模块设计方法,主要有恒流源电路、MOS管驱动电路、功率采样电路、V/I转换电路,以及FPGA与A/D转换器、D/A转换器、LED显示器的接口电路。并且针对半导体激光器的“娇嫩性”,我们还特别在设计中增加了慢启动电路,保护电路和温控单元,保证驱动装置能稳定、准确、可靠、安全的驱动半导体激光器串联群的工作。本论文的主要内容如下: (1)分析了半导体激光器的发展历史以及主要应用,让我们对半导体激光器有了大致了解,并针对本文研究方向对半导体激光器用驱动电源的国内外研究现状做一简单介绍。 (2)深入研究了半导体激光器的工作原理,系统阐述了半导体激光器的损坏机理,包括内部和外部因素,得出使用半导体激光器时的注意事项。 (3)根据半导体激光器对电源的要求,设计出一种半导体激光器串联群的驱动装置,该装置采用多个小的半导体激光器串联,由MOS管驱动电路来控制半导体激光器的工作个数。 (4)设计系统中硬件模块电路,包括恒流源电路,慢启动电路,MOS管驱动电路,功率采样电路,以及V/I转换电路,并对它们进行分析。设计出了温度控制单元的驱动电路和保护电路,详细分析了系统的抗干扰措施。 (5)详细研究了控制核心器件FPGA及其特点,并对其与A/D、D/A、显示器、键盘等的连接电路进行设计和分析,其中对使用器件做了简单介绍。 (6)介绍了FPGA的配置方式,用VHDL语言描述了ADC0809的状态转换、DAC0832的输出控制、显示器的静态显示。分析了温度的PID控制算法。 (7)根据测试结果进行实验分析,得出结论。……   
[关键词]:半导体激光器;串联群;驱动电源;FPGA
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:河南大学2008年
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