系统硬件电路设计 - 基于MAX1968的半导体激光电源设计

　3 系统硬件电路设计

　　3.1 滤波调压电路的实现

　　在滤波电路中，要滤除低频的干扰，需要用比较大的电解性电容接地；滤除高频的干扰，需要较小的电容接地。因此选择2个470 μF 的电解电容和2 个0.1 pF 的电容将5 V 输入端接地。

　　调节电压部分：用一个100 kΩ 电位器进行粗调，串联一个5kΩ电位器进行微调，以保证运放的输入端可以得到预想的电压值。

　　设计电路如图2 所示。

 

图2 滤波调压电路

　　3.2 恒流电路

　　通过一个集成运放OP07CP 进行输出，将输出电流采样反馈到输入端，从而使电流稳定，如图3 所示。

 

图3 恒流电路

　　3.3 TEC 驱动电路

　　热电致冷器（tec）是利用帕耳贴（peltier）效应进行制冷或加热的半导体器件。在tec 两端加上直流工作电压会使tec 的一端发热，另一端致冷；把tec 两端的电压反向则会导致相反的热流向。

　　常用的tec 温度控制电路大多采用分立元件搭建的pid电路，但分立电路需要进行参数整定，一般都是靠调试人员根据其经验确定参数值，也并不总是能达到控制要求，而且分立电路容易引入噪声， 影响控制精度[6]。另外， 由于目前半导体激光器内部通常集成了热敏电阻和tec， 价格比较昂贵， 若发生tec 过压、过流情况，容易把激光器烧坏，搭建温控系统时还需考虑到激光器的保护问题。因此，传统的温控系统很难完成半导体激光器的温度控制要求， 而集成了控制电路与各种保护功能的专用芯片能够较好地完成精确温度控制的任务。

　　本系统采用MAX1968 为TEC 的驱动芯片，MAX1968 是MAXIM 公司推出的高度集成、高性价比和高效率开关型驱动器，适用于peltier 热电制冷器模块。它采用直接电流控制，消除了tec 中的浪涌电流。片内fet 在提供高效率的同时，尽可能地减少了外部元件。500 kHz/1 MHz 开关频率和独特的纹波消除电路减小了元件的尺寸和电源噪声。MAX1968 单电源工作，在芯片内部的两个同步降压稳压器输出引脚之间连接tec，能够提供±3 A 双极性输出。双极性工作能够实现无“死区”温度控制，以及避免了轻载电流时的非线性问题。该方案通过少许加热或制冷可避免控制系统在调整点非常接近环境工作点时的振荡。MAX1968 采用薄型28 引脚tssop-ep封装，工作于-40～85 ℃的温度范围。

　　按照芯片资料上的典型电路的设计， 设计如下电路；该电路中，以OS1 与OS2 作为信号的输出端，CTL1 作为控制信号输入端， 其基准电压为1.5 V， 此时OS1 与OS2 等电压，TEC 不工作；当控制信号大于1.5 V，Vos1 大于Vos2，TEC 实现制冷功能；反之，当Vos1 小于Vos2 时，则实现制热功能。

　　3.4 TTL 控制电路

　　由于TTL 电路和TEC 电路同时控制恒流电路的导通和关闭，因此，将TTL 电路通过非门之后与TEC 警报进行或非，再经过一个非门输入到光电耦合器件4N25。光电耦合器件4N25主要起到隔离LD 电源部分电路与其他部分电路的地端， 如果无此隔离，信号会产生相互影响，从而使电路不能正常工作。信号通过4N25 的射极输入到VMOS 管T092C 的基极以控制其导通或截止。VMOS 管的射极接到集成运放OP07CP 的输出端6 脚上（BU932RP 的基极），这样，当TEC 报警信号为低电平并且TTL 为高电平的时候， 最后一个与非门的输出为高电平，使光电耦合器件4N25 导通，其射极输出为低电平，Q1（VMOS 管T092C）不导通相当于开路，使Q2（BU932RP）的基极为高电平，NPN 管导通，电路正常工作；当TEC 报警信号为高电平或TTL为低电平时，最后一个与非门的输出为低电平，使光电耦合器件的射极输出为高电平，这时Q1 导通，将Q2 基极的电位拉低，使其截止，电路不工作。如图4 所示。

 

图4 TTL 控制电路