專利名稱：基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光器溫控技術領域，尤其是一種基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)。
背景技術：
半導體激光器由于其控制簡單、易于大量生產(chǎn)，而且體積小、重量輕、壽命長，廣泛應用于激光切割、激光打標、激光醫(yī)療等等領域。但半導體激光器缺點是輸出特性受溫度影響很大，在恒定電流的情況下，溫度每升高一度，激光波長大約會增加O. 2-0. 3nm,也就是說溫度的波動，會導致半導體激光器的能量轉(zhuǎn)化效率與波長的變化，而功率與波長，正是激光應用中很重要的兩個指標。并且現(xiàn)在激光器功率越做越大，對散熱的要求也越來越高。在任何情況下保持大功率激光器工作溫度穩(wěn)定一直是一個比較重要的問題。 目前TEC(半導體制冷器)控制器按輸出的工作模式可分成線性模式、開關模式，線性驅(qū)動TEC電路，雖然具有電流紋波小且容易設計和制造的優(yōu)點，但發(fā)熱量較大、功率效率低，故不能應用于大功率溫度控制當中。在大功率TEC進行溫度控制場合，就只能使用開關模式，目前開關模式控制溫度的又分為單向控制與雙向控制。如(I)使用大功率MOS開關方式進行單向溫度控制其優(yōu)點是開關方式控制，效率高，電路簡單，易于實現(xiàn)，但其只能進行制冷，不能進行加熱，在冬天或激光器工作在低功率狀態(tài)下，其發(fā)熱量很低時，無法實現(xiàn)恒定溫度的控制。(2)使用MAX1968芯片開關方式實現(xiàn)TEC雙向控制其效率較高，并且也能對TEC進行雙向控制，但是其內(nèi)部集成MOS管，其工作電壓最大不能超過6V，工作電流最大3A，故其功率過低，無法應用于大功率溫度控制的場合。(3)使用兩片IR2111之類的半橋驅(qū)動輔以外圍器件構成的TEC雙向控制其效率較高，并且也能對TEC進行雙向控制，MOS管外置，功率較大，可以應用于大功率TEC雙向控制，但其集成度較差，而且無死區(qū)控制，無輸出保護，調(diào)試較復雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術的不足之處，本發(fā)明提供一種允許最高550V橋電壓輸入、具有自動調(diào)節(jié)并控制死區(qū)時間功能，可提高抗干擾能力的基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，包括激光器、半導體制冷器、散熱器、固定在所述激光器上的溫度傳感器，以及與所述溫度傳感器相連的控溫電路，還包括依次與單片機的輸出端相連接的光電隔離裝置與全橋控制器，所述全橋控制器的輸出端與所述半導體制冷器的輸入端相連，光電隔離器將PWM信號中的弱控制信號與后級大功率的制冷部分互相隔離后輸入全橋控制器中，所述全橋控制器輸出全橋控制信號以控制所述半導體制冷器加熱或制冷，形成閉環(huán)反饋回路，以實現(xiàn)對所述激光器的溫度控制。
所述全橋控制器由UBA2302控制器以及與其輸出端相連的H橋電路構成，所述光電隔離裝置的輸出端與所述UBA2302控制器的輸入端相連，所述H橋電路輸出的全橋控制信號經(jīng)濾波后輸入所述半導體制冷器。所述單片機輸出的PWM信號通過光電隔離裝置隔離后輸入到UBA2302控制器的EXTDR引腳，由UBA2302控制器內(nèi)部的邏輯控制器將PWM信號轉(zhuǎn)換為全橋控制信號，經(jīng)GHR、GLR、GHL、GLL四個引腳輸入由四個MOS管所組成的H橋電路，H橋電路輸出的全橋控制信號經(jīng)由L1、L2、C18、C19、C21組成的濾波網(wǎng)絡進行濾波后，以控制所述半導體制冷器加熱或制冷。所述溫控電路由放大電路以及與其輸出端相連的濾波電路構成，所述放大電路的輸入端與所述溫度傳感器的輸出端相連，所述濾波電路的輸出端與所述單片機的輸入端相連，所述溫度傳感器將所述激光器的探測溫度信號輸入所述放大電路，將溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，電壓信號經(jīng)所述濾波電路濾波后輸入所述單片機中。
所述單片機中包括數(shù)字PID控制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與脈寬調(diào)制輸出模塊，所述單片機對濾波后的電壓信號進行PID數(shù)字計算，再將計算結果轉(zhuǎn)換為PWM脈寬信號輸出至所述光電隔離器中，控制半導體制冷器加熱或制冷。所述單片機中還包括輸入輸出控制模塊，所述輸入輸出控制模塊分別與外部溫度設定部分、溫度顯示部分以及用于將處理后的數(shù)據(jù)輸送至外部計算機的RS232接口。所述單片機和所述全橋控制器均與外部電源相連。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明具有集成度高，有過流保護，自動調(diào)節(jié)死區(qū)時間控制，PWM開關方式，其效率較高，最高橋電壓可到550V，外置MOS管，功率可根據(jù)需求選用，調(diào)試容易，SSOP封裝易于焊接，可控制TEC對被穩(wěn)定對象的加熱或制冷，使環(huán)境溫度高低或季節(jié)不同的情況下，均能實現(xiàn)恒溫控制。


圖I為本發(fā)明的結構框圖；圖2為圖I的實施例結構框圖；圖3為全橋控制器控制半導體制冷器的電路原理圖。主要符號說明如下I-單片機 2-光電隔離裝置 3-全橋控制器4-濾波電路a 5-半導體制冷器 6_散熱器7-激光器 8-溫度傳感器 9-放大電路10-濾濾電路b 11-UBA2302控制器12-H橋電路 13-數(shù)字PID控制模塊14-模數(shù)轉(zhuǎn)換器15-脈寬調(diào)制輸出模塊16-輸入輸出控制模塊17-溫度設定部分18-溫度顯示部分19-RS232接口20-外部電源21-溫控電路
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖I與圖2所示，本發(fā)明提供一種基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，由單片機I、光電隔離裝置2、全橋控制器3、濾波電路a4、半導體制冷器5、散熱器6、激光器7、溫度傳感器8與溫控電路21構成，單片機I和全橋控制器3均與外部電源I相連，外部電源I對單片機I和全橋控制器3供電。單片機I的輸出端依次連接光電隔離裝置2、全橋控制器3、濾波電路a4、半導體制冷器5、激光器7、溫度傳感器8與溫控電路，半導體制冷器5設置在激光器7與散熱器6之間，溫控電路的輸出端與單片機的輸入端相連，從而形成閉環(huán)反饋回路，以實現(xiàn)對激光器的溫度控制。其中，單片機I中包括數(shù)字PID控制模塊13、模數(shù)轉(zhuǎn)換器14、脈寬調(diào)制輸出模塊15與輸入輸出控制模塊16，濾波后的電壓信號通過數(shù)字PID控制模塊13進行PID數(shù) 字計算，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器14與脈寬調(diào)制輸出模塊15將計算結果轉(zhuǎn)換為PWM脈寬信號輸出至光電隔離器2中，以控制半導體制冷器加熱或制冷。輸入輸出控制模塊16分別與外部的溫度設定部分17、溫度顯示部分18以及用于將處理后的數(shù)據(jù)輸送至外部計算機的RS232接口 19。光電隔離裝置2用于對前級的弱控制信號與后級大功率的制冷部分互相隔離，提高其抗干擾能力。其中，光電隔離裝置采用的是6N137高速光電耦合器，可以滿足高開關頻率控制需求。全橋控制器3由UBA2302控制器11以及與其輸出端相連的H橋電路12構成，光電隔離裝置2的輸出端與UBA2302控制器11的輸入端相連，H橋電路13輸出的全橋控制信號經(jīng)濾波電路a4后輸入半導體制冷器8中。其中，UBA2302控制器采用飛利浦公司推出的UBA2032T單芯片全橋控制器，其集成度高，內(nèi)置自舉二極管和高壓電平移位器，橋路電壓最高可達550V可根據(jù)TEC電壓脫及功率需求任意更換驅(qū)動電源，并可直接從IC的HV腳輸人高壓端，為內(nèi)部電路產(chǎn)生低壓，從而無需附加低壓電源；自動調(diào)節(jié)死區(qū)時間控制，PWM開關方式，其效率較高，外置MOS管，功率可根據(jù)需求選用，調(diào)試容易，SSOP封裝易于焊接。H橋電路為一個具有四個MOS管搭建的全橋電路。半導體制冷器5貼放在半導體激光器7和散熱器6之間，將半導體激光器7的熱量傳導到散熱器6上，再經(jīng)過風扇帶走。散熱器6中還包括風扇，其作用是帶走激光器7和半導體制冷器5所產(chǎn)生的熱量。溫度傳感器8用來將激光器7的溫度轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。溫控電路21由放大電路9以及與其輸出端相連的濾波電路blO構成，放大電路9的輸入端與溫度傳感器8的輸出端相連，濾波電路blO的輸出端與單片機I的輸入端相連，運算放大器9用來將溫度傳感器8的信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再進行濾波處理后傳給單片機
I。溫度傳感器8將激光器7的探測溫度信號輸入放大電路9，將溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，電壓信號經(jīng)濾波電路blO濾波后輸入單片機I中。本發(fā)明的工作原理為放大電路將溫度傳感器輸出的激光器溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)濾波電路濾波后輸入單片機中，單片機對電壓信號進行PID數(shù)字計算后，將計算結果轉(zhuǎn)換為PWM脈寬信號輸出至光電隔離器中，光電隔離器將PWM脈寬信號中的弱控制信號與后級制冷部分互相隔離后輸入全橋控制器中，全橋控制器輸出的全橋控制信號經(jīng)濾波電路濾波后，驅(qū)使半導體制冷器，用以控制半導體制冷器加熱或制冷的大小，以實現(xiàn)對激光器的溫度恒定控制。電源分為弱電部分電源與大功率部分電源，溫度傳感器、H橋電源、風扇等大功率部分由系統(tǒng)輸入電源直接進行供電，弱電部分由DC/DC模塊轉(zhuǎn)出5V電源，供單片機及運算放大器使用。控制部分由單片機、溫度輸入部分、顯示部分及RS232串口部分組成，光電隔離器件使用的是6N137高速光電隔離裝置進行隔離，全橋控制器采用UBA2302控制器進行驅(qū)動下一級H橋電路，H橋電路由四個MOS管組成，濾波電路采用兩個電感與電容組成。半導體制冷器將激光器的熱量帶到散熱器上經(jīng)風扇帶走。溫度傳感器是用來測量激光器當前溫度，經(jīng)過放大電路與濾波后傳給單片機進行處理后產(chǎn)生PWM脈寬信號輸出控制半導體制冷器加熱或制冷的大小。如圖3所示，單片機輸出的PWM信號通過光電隔離裝置隔離后輸入到UBA2302控制器的EXTDR引腳，由UBA2302控制器內(nèi)部的邏輯控制器將PWM信號轉(zhuǎn)換為全橋控制信號，經(jīng)GHR、GLR、GHL、GLL四個引腳輸入由四個MOS管所組成的H橋電路，H橋電路輸出的全橋 控制信號經(jīng)由L1、L2、C18、C19、C21組成的濾波網(wǎng)絡進行濾波后，以控制半導體制冷器加熱或制冷。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，包括激光器、半導體制冷器、散熱器、固定在所述激光器上的溫度傳感器，以及與所述溫度傳感器相連的控溫電路，其特征在于，還包括依次與單片機的輸出端相連接的光電隔離裝置與全橋控制器，所述全橋控制器的輸出端與所述半導體制冷器的輸入端相連，光電隔離器將PWM信號中的弱控制信號與后級大功率的制冷部分互相隔離后輸入全橋控制器中，所述全橋控制器輸出全橋控制信號以控制所述半導體制冷器加熱或制冷，形成閉環(huán)反饋回路，以實現(xiàn)對所述激光器的溫度控制。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，其特征在于，所述全橋控制器由UBA2302控制器以及與其輸出端相連的H橋電路構成，所述光電隔離裝置的輸出端與所述UBA2302控制器的輸入端相連，所述H橋電路輸出的全橋控制信號經(jīng)濾波后輸入所述半導體制冷器。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機輸出的PWM信號通過光電隔離裝置隔離后輸入到UBA2302控制器的EXTDR引腳，由UBA2302控制器內(nèi)部的邏輯控制器將PWM信號轉(zhuǎn)換為全橋控制信號，經(jīng)GHR、GLR、GHL、GLL四個引腳輸入由四個MOS管所組成的H橋電路，H橋電路輸出的全橋控制信號經(jīng)由LI、L2、C18、C19、C21組成的濾波網(wǎng)絡進行濾波后，以控制所述半導體制冷器加熱或制冷。
4.根據(jù)權利要求2所述的基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫控電路由放大電路以及與其輸出端相連的濾波電路構成，所述放大電路的輸入端與所述溫度傳感器的輸出端相連，所述濾波電路的輸出端與所述單片機的輸入端相連，所述溫度傳感器將所述激光器的探測溫度信號輸入所述放大電路，將溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，電壓信號經(jīng)所述濾波電路濾波后輸入所述單片機中。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機中包括數(shù)字PID控制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與脈寬調(diào)制輸出模塊，所述單片機對濾波后的電壓信號進行PID數(shù)字計算，再將計算結果轉(zhuǎn)換為PWM脈寬信號輸出至所述光電隔離器中，控制半導體制冷器加熱或制冷。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機中還包括輸入輸出控制模塊，所述輸入輸出控制模塊分別與外部溫度設定部分、溫度顯示部分以及用于將處理后的數(shù)據(jù)輸送至外部計算機的RS232接口。
7.根據(jù)權利要求I至6中任一權利要求中所述的基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機和所述全橋控制器均與外部電源相連。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于全橋控制器對激光器實現(xiàn)雙向溫控的系統(tǒng)，主要由依次相連的單片機、光電隔離裝置、全橋控制器、半導體制冷器、激光器、溫度傳感器與溫控電路構成，半導體制冷器設置在激光器與散熱器之間；放大電路將溫度傳感器輸出的激光器溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)濾波后輸入單片機中，單片機對其進行PID數(shù)字計算，將計算結果轉(zhuǎn)換為PWM信號輸出至光電隔離器中，光電隔離器將PWM信號中的弱控制信號與后級制冷部分互相隔離后輸入全橋控制器中，全橋控制器輸出全橋控制信號以控制半導體制冷器加熱或制冷。本發(fā)明可允許最高550V橋電壓輸入、具有自動調(diào)節(jié)并控制死區(qū)時間的功能，可提高抗干擾能力，可控制半導體制冷器對激光器進行加熱或制冷。
文檔編號H01S5/024GK102801104SQ201210281808
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權日2012年8月9日
發(fā)明者黃緒華, 歐陽文 申請人:武漢博激世紀科技有限公司