大功率半导体激光器温度控制系统的设计.pdf

第４５ 卷　 第５ 期　 　　　　　　　　　　　　　　激 光 与 红 外 Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．５ 　 ２０１５ 年５ 月　　　 　 　　　　　　　　　　ＬＡＳＥＲ　＆　ＩＮＦＲＡＲＥＤ Ｍａｙ，２０１５ 　　文章编号：１００１５０７８（２０１５）０５０５６８０３ ·电子电路 · 大功率半导体激光器温度控制系统的设计 崔国栋，吕伟强，郑　毅 （固体激光技术重点实验室，北京 １０００１５） 摘　要：光电应用领域对温度控制的精确性和稳定性有很高的要求。本文基于Ｃ８０５１Ｆ０２１ 单 片机，改进ＰＩＤ控制算法，设计了大功率半导体激光器温度控制系统，解决了传统大功率半导 体激光器温控系统控温时间长、精度低、稳定性差等问题。实验结果表明：其控温精度可 达±０１ ℃。 关键词：单片机；温度控制；ＰＩＤ控制；脉宽调制 中图分类号：ＴＮ２４２　　文献标识码：Ａ　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０１５．０５．０２０ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ＣＵＩ Ｇｕｏｄｏｎｇ，ＬＷｅｉｑｉａｎｇ，ＺＨＥＮＧＹｉ （Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｓｏｌｉｄｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｍａｎｙ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｐｐｌｉｃａ ｔｉｏｎｓＩｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃ８０５１Ｆ０２１ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｎｇｔｉｍｅ，ｌｏｗｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｏｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍＴｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｕｐ ｔｏ ±０１ ℃ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＭＣＵ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＷＭ １　引　言 １ 所示。温度采样电路将 ＬＤ 的实际温度值送给单 温度对半导体激光器二极管的波长、使用寿命 片机Ｃ８０５１Ｆ０２１，单片机将此温度值与设置温度值 和输出功率都有很大的影响。所以，必须给激光二 经ＰＩＤ计算后转换成ＰＷＭ信号，经过光电隔离，由 极管提供恒定而且能够精密调整的工作温度，才能 ＩＲＦ２１８４驱动半导体致冷器ＴＥＣ加热或制冷，从而 保证激光二极管稳定工作。传统的温度控制系统由 实现对ＬＤ 的恒定温度控制，图中ＰＶＤＤ 为ＴＥＣ 供 单片机控制，采用传统的ＰＩＤ算法实现，其功率一般 电电压，本文中该电压为７２ Ｖ。 偏小，而已有的大功率温度控制系统存在控温时间 温度传感电路采用热敏电阻采样温度，其灵敏 长、精度低等问题，无法满足大功率半导体激光器对