资源描述：
《大功率半导体激光器的精密模糊温控系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第卷第期量子电子学报年月〕文章编号一一一大功率半导体激光器的精密模糊温控系统孙丽飞,田小建,艾宝丽吉林大学电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点实验室,吉林长春摘要介绍了一种大功率半导体激光器的精密模糊温控系统。利用半导体致冷器作为控温执行器件,,,。、、厂构成了全固态致冷系统并且针对的驱动特性设计了一种高精度数字功率驱动器本系统采用单片机,利用软件实现了在线参数自整定模糊控制算法以及热敏电阻的非线性补偿。试验证明,温度控制精度可达士关键词激光技术大功率激光二极管半导体致冷器模糊温度控制中图分类号文献标识码引言激光二极管一,的输出波长、
2、电流闭值及最大输出功率等参数都直接受到工作温度的影响。所以,必须给激光二极管提供恒定而且能够精密调整的工作温度。激光二极管的最佳工作温度为,因此需要控温执行器件同时具备制冷和加热的能力。半导体致冷器,正是具备这种能力的器件。根据的驱动特性,本文设计了一种数字功率驱动器电路,有效地解决了的驱动问题。本系统利用软件实现了在线自整定的模糊控制算法,它吸收了模糊控制算法和控制算法的优点,使得整个系统具有控制精度高、调节迅速、实时性好、设计简单的优点。并且,由于采用了在线参数自整定的方法,极大地增强了系统对控制对象的适应性。本文首先介绍了温控系统的
3、硬件电路,然后介绍了系统的软件部分设计,并且重点介绍了模糊算法,最后给出了整个系统的试验数据。系统硬件电路设计系统整体框图温度控制系统硬件部分由单片机、数据采样电路、数字功率驱动器电路、应用模块、键盘、液晶显示以及组成。通过键盘输入的设置温度值,液晶显示同时显示的设置温度和的实际温度。利用负温度系数热敏电阻做为温度传感器。数据采样电路对的实际温度进行采样,经由模数转换器,实际温度数据进入单片机内。单片机内的算法程序将实际温度与设置温度之间的差值作为输入变量,利用在线自整定模糊算法进行计算产生控制量。控制量控制数字功率驱动器产生相应的电流驱
4、动,对被控器件进行加热或制冷。同时,的实际温度又被热敏电阻反馈到数据采样电路中,重复上述过程,直到的实际温度与设置的温度相同为止,从而完成了整个温度控制过程。数据采样部分采用恒流源法实现热敏电阻阻值的测量,并且对热敏电阻阻值与温度之间的关系进行软件非线性校正。由转换器将热敏电阻两端电压采入单片机内进行处理。如图所示,基金项目国家自然科学基金资助项目一一一一收稿期修改日期一第期孙丽飞等大功率半导体激光器的精密模糊温控系统沟一一黑刃一一一、··认,下甘·‘’认、,己一一几二瓦卜二子即‘名一创其中从为运算放大器的输出电压,偏为转换器输出数字量,
5、砚为转换器的基准电压,为转换器的位数。由于的电阻值与温度值之间的关系是非线性的。利用硬件电路来实现两者之间的非线性校正比较麻烦,而且很难达到较高的精度。所以,我们采用软件来实现两者的换算。将温度,℃,、℃,,分成三段例。、℃、℃根据厂家提供的电阻值与温度值的对应关系对于每一段内的数据,利用拟和算法算出电阻与温度之间的关系为将式代入···偏矶偏矶、偏队、十二二二不甲一二二十二下二丈尸一一】十只不下一一二万‘’‘’‘’乙一艺一气乙一即得到数字量偏与温度之间的关系。单片机根据转换器输入的数字量玲即可求出对应的温度值。利用软件实现的非线性校正,即
6、方便又可以保证很高的精度分辨率可达到℃。数字功率驱动器部分是实现半导体制冷技术的核心部件。目前,对于的研究大多集中于半导体材料、热传导理论方面的研究,而对于其应用领域的研究却很少。所以,对驱动模式的研究有着很大的现实意义。本文设计的数字功率放大器解决了驱动问题。它能够提供双向的、大小精密可调的电流,从而有效地控制实现精密温控。数字功率驱动器包括转换器、三角波发生器、比较器、桥电路组成。功率放大器的调制频率由三角波信号的频率决定功率放大器的控制精度由数模转换器的分辨率决定。如图所示,单片机输出的控制量竹经过数模转换器转换成模拟控制电·从,,
7、。压下今,二钱中矶为转换器的基准电压为转换器的分辨位数控制电压一淇,。一‘与三”波信号许做比较产生“信号占空比一为三”波发生器产生的三角波信号涤的峰值,砚二玲。桥电路由四个互补的管构成导通电阻为耐。司信号经过桥电路放大后,驱动工作。其电流‘币飞矶叮一下乞一二尸玲为的等效电阻十口,,由上式可见调整钱的大小就可以精确控制输出电流入转换器的位数越高则输出电流的分辨率‘,、、,,。一、。,‘三时电流为正向越局当峡一万一时电侃为贝回当吹双重保护部分是一种比较昂贵的半导体器件,所以要求系统具有严格的保护措施。本系统采用了软件和硬件的双重保护。硬件保护
8、的电流一旦超过某个最大值,就不再制冷而只会发热了。所以,量子电子学报卷对采用独立的限流电路,使得无论进行何种操作,输出电流都被限制到一定范围内一旦达到限定,,。电,流特定的报警指示灯点亮并且将
