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专利号: 2021203234092
申请人: 长春工程学院
专利类型:实用新型
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2023-11-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有多重闭环控制的半导体激光器脉冲驱动器,结构有脉冲显示模块(6)和前面板(9),其特征在于,结构还有单片机模块(1)、高压储能模块(2)、脉宽调节模块(3)、脉冲驱动模块(4)、调制输入模块(5)、指示灯驱动模块(7)、按键输入模块(8)、自适应取样模块(10)、脉冲峰值电流检测模块(11)、自适应峰值调节模块(12)、脉冲宽度检测模块(13)、检波模块(14)、带通滤波模块(15)、脉冲频率检测模块(16);

所述的单片机模块(1)的结构为,单片机U1的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地,VCC通过电容C1、电容C2接地,电平转换芯片U2的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地,端口VDD通过电容C3接+5V电源,端口VEE通过电容C4接数字地,端口C2+和端口C2‑之间接电容C5,端口C1+和端口C1‑之间接电容C6,端口T1IN和端口R1OUT分别接单片机U1的端口RXD和端口TXD,端口R1IN和端口T1OUT分别接D形接口J3的3脚和2脚,D形接口J3的5脚接数字地,所述的单片机U1的型号是STC15W408S,电平转换芯片U2的型号是MAX232,D形接口J3是一个9针D形接口;

所述的高压储能模块(2)的结构为,开关控制芯片U3的端口GND接模拟地,端口VCC接+

12V电源、通过电阻R2接端口SWC并通过电容C7接模拟地,端口SWE接N沟道场效应管Q1的栅极并通过电阻R4接模拟地,端口TCAP通过电容C8接模拟地,端口IPK接脉冲变压器T1的初级线圈的同名端、通过电阻R3接端口DRVC并通过电阻R1接+12V电源,脉冲变压器T1的初级线圈的另一端接N沟道场效应管Q1的漏极,N沟道场效应管Q1的源极接模拟地,开关控制芯片U3的端口‑V IN接数字电位器U4的端口W并通过电阻R5接模拟地,数字电位器U4的端口VDD和端口GND分别接+5V电源和数字地,端口ADDR和端口VSS分别接+5V电源和数字地,端口EXT_CAP通过电容C9接数字地,端口SCL通过电阻R9接单片机U1的端口P20,端口SDA通过电阻R8接单片机U1的端口P21,端口通过电阻R7接+5V电源,脉冲变压器T1的次级线圈的同名端接肖特基二极管D1的正极并通过电阻R6接数字电位器U4的端口A,脉冲变压器T1的次级线圈的另一端接模拟地,肖特基二极管D1的负极作为高压储能模块(2)的输出端记为端口H_Vpulse、并通过相互并联的电容C10、C11、C12、C13和C14接模拟地,所述的开关控制芯片U3的型号是MC34063,数字电位器U4的型号是AD5272BRMZ‑100;

所述的按键输入模块(8)的结构为,反相施密特触发器U11A的输入端通过电阻R31接插座J5的1脚、通过电阻R30接+5V电源并通过电容C22接数字地,输出端接单片机U1的端口P06,反相施密特触发器U11B的输入端通过电阻R33接插座J5的2脚、通过电阻R32接+5V电源并通过电容C23接数字地,输出端接单片机U1的端口P07,反相施密特触发器U11C的输入端通过电阻R35接插座J5的3脚、通过电阻R34接+5V电源并通过电容C24接数字地,输出端作为按键输入模块(8)的一个输出端记为端口Enable,反相施密特触发器U11D的输入端通过电阻R37接插座J5的4脚、通过电阻R36接+5V电源并通过电容C25接数字地,输出端接单片机U1的端口INT0,反相施密特触发器U11E的输入端通过电阻R39接插座J5的5脚、通过电阻R38接+5V电源并通过电容C26接数字地,输出端接单片机U1的端口INT1;

所述的调制输入模块(5)的结构为,单片机U1的端口P25接N沟道场效应管Q3的栅极,N沟道场效应管Q3的源极接模拟地,漏极接继电器K1的5脚,继电器K1的4脚接+12V电源,3脚接单片机U1的端口P24,1脚作为调制输入模块(5)的输出端记为端口Pulse_Orig,2脚接肖特基二极管D6的正极、肖特基二极管D7的负极并通过电阻R18接运放U9A的输出端,肖特基二极管D6的负极接+5V电源,肖特基二极管D7的正极接数字地,运放U9A的同相输入端通过电阻R17接运放U9A的输出端并通过电阻R16接数字地,反相输入端接肖特基二极管D4的正极、肖特基二极管D5的负极并通过电阻R15接插座J2的1脚,肖特基二极管D4的负极接+5V电源,肖特基二极管D5的正极接数字地,插座J2的2脚接数字地;

所述的脉宽调节模块(3)的结构为,D触发器U5A的端口D接按键输入模块(8)的端口Enable,端口CLK接调制输入模块(5)的端口Pulse_Orig,端口CLR接+5V电源,端口作为脉宽调节模块(3)的输出端记为端口Pulse_LC,端口PR接数字电位器U6的端口A并通过电容C15接数字地,端口Q接电位器W1的抽头端,电位器W1的一个固定端接数字电位器U6的端口W,数字电位器U6的端口VDD和端口GND分别接+5V电源和数字地,端口ADDR和端口VSS分别接+5V电源和数字地,端口EXT_CAP通过电容C16接数字地,端口SCL通过电阻R12接单片机U1的端口P22,端口SDA通过电阻R11接单片机U1的端口P23,端口通过电阻R10接+5V电源,所述的数字电位器U6的型号是AD5272BRMZ‑50;

所述的脉冲驱动模块(4)的结构为,电位器W2的抽头端接脉宽调节模块(3)的端口Pulse_LC,电位器W2的一个固定端通过电容C19接模拟地并接MOSFET驱动芯片U7的端口IN A和端口IN B,MOSFET驱动芯片U7的端口VCC和端口GND分别接+12V电源和模拟地,端口EN A和EN B接+12V电源并通过相互并联的电容C17和电容C18接模拟地,端口OUT A和端口OUT B接二极管D2的正极并接PNP三极管Q2的基极,PNP三极管Q2的集电极接模拟地,二极管D2的负极接二极管D3的正极,二极管D3的负极接PNP三极管Q2的射极并接电阻R13和电容C20的一端,电阻R13和电容C20的另一端接在一起后接高速MOSFET芯片U8的端口G并通过电阻R14接模拟地,高速MOSFET芯片U8的1脚、3脚、4脚和6脚接在一起后作为脉冲驱动模块(4)的输出端记为端口L_Apulse,高速MOSFET芯片U8的端口D接插座J12的2端口,插座J12的1端口接端口H_Vpulse;所述的MOSFET驱动芯片U7的型号是IXDD404,高速MOSFET芯片U8的型号是DE275‑201N25A;

所述的自适应取样模块(10)的结构为,单片机U1的端口P55接N沟道场效应管Q10的栅极,N沟道场效应管Q10的源极接模拟地,漏极接继电器K2的5脚,继电器K2的4脚接+12V电源,3脚通过接电阻Rs1接地,1脚接脉冲驱动模块(4)的端口L_Apulse,2脚通过电阻Rs2接地;所述的继电器K2的型号是HRS4H‑S‑DC12V;

所述的脉冲显示模块(6)的结构为,显示屏U10的端口D0~端口D7分别接单片机U1的端口P10~端口P17,端口EN、端口W/R和端口RS分别接单片机U1的端口P26、端口和端口,端口VL和端口BL‑接数字地,端口BL+接电位器W3的抽头端,端口VDD接+5V电源并通过电容C21接数字地,端口VSS接数字地,电位器W3的一个固定端接+5V电源,所述的显示屏U10的型号为LCD1602;

所述的指示灯驱动模块(7)的结构为,N沟道场效应管Q4的栅极通过电阻R20接单片机U1的端口P03,源极接数字地,漏极通过电阻R19接插座J4的1脚,N沟道场效应管Q5的栅极通过电阻R22接单片机U1的端口P04,源极接数字地,漏极通过电阻R21接插座J4的2脚,N沟道场效应管Q6的栅极通过电阻R24接单片机U1的端口P05,源极接数字地,漏极通过电阻R23接插座J4的3脚,P沟道场效应管Q7的栅极通过电阻R26接按键输入模块(8)的端口Enable,源极接+5V电源,漏极通过电阻R25接插座J4的4脚;N沟道场效应管Q8的栅极接P沟道场效应管Q9的栅极并通过电阻R29接单片机U1的端口P25,源极接数字地,漏极通过电阻R27接插座J4的5脚,P沟道场效应管Q9的源极接+5V电源,漏极通过电阻R28接插座J4的6脚;

所述的前面板(9)的结构有,显示屏901、脉冲幅度指示灯902、脉冲宽度指示灯903、重复频率指示灯904、脉冲参数选择按钮905、参数调节旋钮906、电源开关907、输出控制开关

908、调制输入端口909、内部调制指示灯910、外部调制指示灯911、工作模式按钮912、电流输出指示灯913和电流输出端口914,其中,显示屏901是脉冲显示模块(6)中所述的显示屏U10,型号为LCD1602,脉冲幅度指示灯902、脉冲宽度指示灯903、重复频率指示灯904、电流输出指示灯913和内部调制指示灯910是5个发光二极管,其正极均接+5V电源,负极分别接指示灯驱动模块(7)中插座J4的1脚、2脚、3脚,4脚和5脚,外部调制指示灯911也是个发光二极管,其正极接指示灯驱动模块(7)中插座J4的6脚,负极接数字地,脉冲参数选择按钮905的一个引脚接按键输入模块(8)中插座J5的1脚,另一个引脚接数字地,参数调节旋钮906是一个旋转编码器,旋转编码器的1脚接按键输入模块(8)中插座J5的4脚,旋转编码器的2脚接按键输入模块(8)中插座J5的5脚,旋转编码器的3脚公共端接数字地,电源开关907是整个装置是否通电的总开关,输出控制开关908是一个钥匙开关,钥匙开关的一个引脚接按键输入模块(8)中插座J5的3脚,另一个引脚接数字地,调制输入端口909是一个SMA母头,其正极接调制输入模块(5)中插座J2的1脚,负极接调制输入模块(5)中插座J2的2脚,工作模式按钮912的一个引脚接按键输入模块(8)中插座J5的2脚,另一个引脚接数字地,电流输出端口914是也一个SMA母头,其正极接脉冲驱动模块(4)中插座J1的1脚,负极接脉冲驱动模块(4)中插座J1的2脚;

所述的脉冲峰值电流检测模块(11)的结构为,放大器U12A的端口4接地,端口3接端口L_Apulse,端口8接+5V电源,端口1接D8输入端, D8的输出端接电容C27接地,端口2接R42接地并与二极管D8的输出端接单片机U1的端口P00;

所述的自适应峰值调节模块(12)的结构为,U13的VDD端口和GND端口分别接+5V电源和模拟地,端口ADDR接+5V电源,端口SCL经电阻R44接单片机U1的端口P02,端口SDA经电阻R45接单片机U1的端口P27,端口经电阻R46接+5V电源,端口EXT_CAP经电容C28接地,端口VSS接地,端口W接U12B的端口6、并经R47接地,U12B的端口5接L_Apulse,端口A接U12B的端口7后作为自适应峰值调节模块(12)的输出端记为端口H_Apulse;

所述的脉冲宽度检测模块(13)的结构为,端口H_Apulse接U14B的端口5、接U14A的端口

2,U15的VCC端口和VSS端口分别接+5V电源和‑5V电源,端口S1接地,端口S3接Sine1k,端口IN3接U14B的端口7,U14B的端口8接+5V电源,D10的正极接地、D10的负极接U14A的端口3、接U14B的端口6、并经电阻R48接+5V电源,U14B的端口4接地,端口1接U15的端口IN1,U15的端口D1和端口D3接R49并通过接C29接地,U16A的端口3接地,端口4接‑5V电源,端口8接+5V电源,端口2通过R50接电容C29的正极、通过电容C30接端口1,端口1通过R51接C29的正极,端口1通过R52接电容C31接地,U16B的端口5接地,端口6通过R53接电容C31的正极、通过电容C32接U16B的端口7,U16B的端口7通过电阻R54接电容C31的正极、并作为脉冲宽度检测模块(13)的输出端记为端口SineD;

所述的检波模块(14)的结构有,U17的端口RMS通过电容C37接端口IBFOUT、接端口IBUFIN‑,端口IBUFIN+通过电容C36接端口SineD、通过电阻R55接端口IGND,端口OGND接地,端口OUT通过接电容C35接地、接端口OBUFIN+,端口CAVG通过接电容C34接+5V电源,端口CCF通过接电容C33接+5V电源,端口VCC、端口IBUFV+、端口OBUFV+接+5V电源,端口OBUFOUT和端口OBUFIN‑接单片机U1的端口P01,端口VEE接‑5V电源;

所述的带通滤波模块(15)的结构有,U18A的端口4接‑5V电源,端口8接+5V电源,端口2通过接R58接端口1、通过电容C38并通过R56接单片机U1端口P41,电容C38与R56公共点经R57接地、通过C39接端口1,端口1通过R59并通过C40接U18的端口6,U18B的端口6通过R61接端口7,R59与电容C40的公共点通过C41接端口7、通过接R60接地,端口7作为带通滤波模块(15)的输出端记为端口Sine1k;

所述的脉冲频率检测模块(16)的结构有,U19的端口RST接地,端口CLK接端口H_Apulse、接U20的端口I0,端口Q1接U20的端口I1,端口Q2接U20的端口I2,端口Q3接U20的端口I3,端口Q4接U20的端口I4,端口Q5接U20的端口I5,端口Q6接U20的端口I6,端口Q7接U20的端口I7,U20的端口A接单片机U1的端口P35,U20的端口B接单片机U1的端口P36,U20的端口C接单片机U1的端口P37,端口接地,端口Z接单片机U1的端口P34。

2.根据权利要求1所述的一种具有多重闭环控制的半导体激光器脉冲驱动器,其特征在于,各元件的参数为:电容C1为47uF、电容C2、电容C30、电容C32、电容C33、电容C38 电容~

C41均为10nF,电容C3~电容C7、电容C17、电容C21均为100nF,电容C12为100nF/200V涤纶电容,电容C20为100pF,电容C13为10nF/150V涤纶电容,电容C15、电容C19均为10pF,电容C18为4.7uF,电容C8为1nF,电容C9、电容C16、电容C28均为1uF,电容C10、电容C11均为470uF/

200V涤纶电容,电容C14为4.7nF/150V涤纶电容,电容C22、电容C23、电容C25、电容C26均为

47nF,电容C24为330nF,电容C27为470uF,电容C29为39nF,电容C31为220nF,电容C34、电容C37为10uF,电容C35为3.3uF,电容C36为470nF,肖特基二极管D1的型号为SB5200,二极管D2、二极管D3、二极管D8的型号均为1N4148,肖特基二极管D4~肖特基二极管D7的型号均为

1N5817,稳压二极管D10型号为稳压值2.5V,N沟道场效应管Q3 N沟道场效应管Q6、N沟道场~

效应管Q8、N沟道场效应管Q10型号均为2SK1482,P沟道场效应管Q7、P沟道场效应管Q9型号均为2SJ507,电阻R1为0.3Ω,电阻R2~电阻R4均为100Ω,电阻R14、电阻R20、电阻R22、电阻R24、电阻R26、电阻R29、电阻R30、电阻R32、电阻R34、电阻R36、电阻R38均为10kΩ,电阻R7、电阻R10、电阻R31、电阻R33、电阻R35、电阻R37、电阻R39、电阻R46均为1kΩ,电阻R5为10kΩ精密电阻,电阻R15、电阻R18、电阻R48均为20kΩ,电阻R19、电阻R21、电阻R23、电阻R25、电阻R27、电阻R28均为300Ω,电阻R13为400Ω,电阻R11、电阻R12、电阻R16、电阻R8、电阻R9、电阻R44、电阻R45均为5.1kΩ,电阻R17为51kΩ,电阻R6为9.1kΩ精密电阻,电阻R42为1MΩ,电阻R49为6.5kΩ,电阻R51为15kΩ,电阻R50为4.5kΩ,电阻R54为6kΩ,电阻R52为3kΩ,电阻R53为1.8kΩ,电阻R47为2kΩ,电阻R55为10MΩ,电阻R56、电阻R59均为125kΩ,电阻R57为600Ω,电阻R58为470kΩ,电阻R60为560Ω,电阻R61为430kΩ,电位器W1为10kΩ,电位器W2为1kΩ,电阻RS1为0.03Ω,电阻Rs2为0.3Ω,电位器W3为20kΩ,运放U9A、运放U12A和运放U12B型号均为TLC2252,反相施密特触发器U11A~反相施密特触发器U11E型号均为SN7414N,运放U14A和运放U14B型号均为AD826,运放U16A、运放U16B、运放U18A、运放U18B型号均为AD822,D触发器U5A型号为74S74,脉冲变压器T1的型号为PA2547NL,继电器K1和继电器K2的型号均为HRS4H‑S‑DC12V。