高精度半导体激光器驱动电源系统的设计

由式(3)可知只要将高频直流分量An滤除，改变PWM信号占空比q(q=O～1)时，可以得到输出电压O～3.3 V。由于三阶低通滤波器较之于一阶与二阶低通滤波器有更好的性能。采用"归一化"方法设计一个Butterworth三阶反馈有源低通滤波器，如图4所示。低通滤波器的传递函数表示为：

式中：G，bn-1，…，b0为适当选择的常数。图4低通滤波器要满足式(4)必须具备以下条件，

由归一化方法可得，将截止频率fc(Hz)和电容C21都归一化，所以电阻系数为K=100／fcC'，C'是以μF为单位的C21值，要使增益G=2时。由文献[6]中表2-54可知，K=1时所对应电阻R6～R10电容C22～C23(μF)的系数分别为2.491，2.339，0.692，11．043，11.043，C21，C21。选择fc=1 000，C'=O.01时，图4中R6～R10，C21～C23分别为24.49l，23.39，6.92，110.43，110.43，O.01，O.01，O.01。经EWB仿真软件仿真可知该三阶滤波电路得到很好的滤波性能，ButterWorth滤波在通带内没有纹波，这使得PWM到D／A变换精度上得到保证，仿真结果如图5所示。

2．4 键盘与显示实现

键盘的功能是输入预置电流值并且可以实时修改。键盘采用16个键，"0～9"和"·"键用于数字输入；"ENTER"，"CANCLE"键表示确认、取消；"↑"，"↓"键表示步进量增加、减少；"NUM"键表示步进量选择。预置电流步进量分为±10 mA和±1 mA，可以输入10～2 500 mA范围内电流值，预置电流输入按下"EN-TER"键后即可在LCD上显示。数据显示选择常用的液晶显示LCD1602A，将预置输出电流值和实时采样电流值分成两行显示。

2．5 LD保护电路

半导体激光器LD的PN结非常脆弱，极容易损坏。瞬时的电流突变，容易使半导体激光器两端面腔镜产生损伤造成激光器永久性损坏。慢速启动(也称为软启动)是指驱动电源开启后，控制电压Vs不突然加在整个恒流电路上，而是在设定的时间内从零逐渐升至Vs。将几个前向导通的二极管与激光器LD串联可以有效延长LD管的使用寿命，因为当发生大的前向电压时，这些二极管导通，电流将不会从激光管LD通过，从而避免损坏LD管。在LD两端并联一个小电容，同时并联一个反向二极管防止LD受到过大的反向电压而损坏。为防止过电流，可采用软件和硬件保护，即采样的电流值经处理后与限流值比较，大于限流值时，将开关管Q6导通，V4被箝为0 V使调整管截止达到限流的目的。

3 系统软件设计

软件采用汇编语言编写，可以通过键盘实时修改电流的给定值，同时LCD可以显示给定值和实测值。为方便调试系统软件采用模块化设计，主要包括主程序，给定给定、LCD显示及PI调节等子程序。

系统的初始化包括DSP外围接口芯片和电流给定的初始化，键盘扫描包括给定和步进量的调整。系统主程序与外环调节程序流程图如图6所示。

4 结 语

在该设计中，采用硬件闭环负反馈与数字闭环结合的方法，构成双闭环恒流电源。硬件闭环负反馈具有很强的恒流特性，并降低数字闭环工作量。数字闭环主要起精细调整作用，使系统恒流精度得到提高。此外，充分利用F2812内置资源简化了外围芯片设计复杂性，同时，16路的ADC通道和PWM输出可以对多个恒流电源测控。因此该系统可以广泛用于光纤传感、光纤通信以及有源电流互感器的激光供能等多方面，有着良好的应用前景。