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激光投影仪中半导体激光器电源系统的研制

作　者: 李江澜
导　师: 陈旭远；石云波
学　校: 中北大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 激光投影机半导体激光器自动电流控制自动温度控制
分类号: TH741.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 7次
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内容摘要

激光显示技术以纯度高，色域广等优点成为显示产业中的发展趋势，而激光投影仪业则是国内外显示产品中的焦点。激光投影仪中最常用到的光源为半导体激光器，其驱动电流和工作温度的稳定性对于其输出的影响显而易见的，同时也影响着投影仪的放映效果，所以，为激光投影仪设计一个驱动电流稳定、能够达到精准控温效果的电源系统拥有着非常重要的意义。在本文中，首先对于半导体激光器的原理进行了说明，研究了其特性，分析了对半导体激光器稳恒输出造成影响的主要原因，明确了激光驱动电源设计中所需要达到的技术指标，并且基于这些技术指标和投影仪的客观需要，提出并设计了一款激光投影仪用的电源系统，该系统很好的完成了半导体激光器驱动以及温控任务。这个电源系统主要由恒流源模块与温控模块组成。其中恒流源模块采用了开关电源的设计思想，利用自动电流控制设计理念，实现了驱动电流的稳恒控制。同时，激光器驱动模块还包括了光功率检测设计，用于光功率的反馈以实现光功率的稳定控制。温控模块采用自动控温设计思想，使用比例积分微分的设计方法，通过热电制冷器的双向驱动电流控制完成制冷与制热的转换，精确的控制了光源的工作温度。对于大功率激光投影机光源温度控制还应结合水冷装置来实现大量的热转移。其次，本文还对半导体激光器在使用过程中存在的各种潜在危险进行了分析。为了降低这些危险性，加入了具有保护功能的电路，这些功能包括防静电、防欠压、防过压过流以及防过温等，同时报警电路不可少。最后，对研制完成电源系统进行了相应的性能测试。实验表明，该驱动电源系统驱动电流稳定性、温度控制精准性等性能均达到了预期设计目标。结合其它组件，顺利完成了激光投影机样机的研制。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究的目的与意义  10-11
  1.2 国内外发展情况及研究现状  11-14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
第二章半导体激光器特点与电源需求分析  16-26
  2.1 半导体激光器工作原理  16-17
  2.2 半导体激光器特性分析  17-22
    2.2.1 半导体激光器的 V-I 特性  17-18
    2.2.2 半导体激光器的 P-I 特性  18
    2.2.3 半导体激光器的阈值特性  18-19
    2.2.4 半导体激光器的温度特性  19-22
  2.3 半导体激光器损坏分析  22-23
    2.3.1 浪涌的影响  22-23
    2.3.2 静电的影响  23
  2.4 电源系统基本要求  23-24
  2.5 本章小结  24-26
第三章半导体激光器恒流源设计  26-44
  3.1 恒流源的性能指标及设计分析  26-28
    3.1.1 恒流源性能指标  26-27
    3.1.2 系统整体设计  27-28
  3.2 恒流产生电路  28-37
    3.2.1 开关电源构成  29-30
    3.2.2 升压型 DC-DC 变换器  30-32
    3.2.3 LT3755 工作原理  32-34
    3.2.4 基于 LT3755 恒流源设计  34-37
  3.3 光功率检测电路  37-39
    3.3.1 光电二极管原理  37-38
    3.3.2 光电二极管检测电路  38-39
  3.4 保护电路设计  39-42
    3.4.1 静电保护电路  39-41
    3.4.2 欠压保护  41-42
    3.4.3 过压过流保护  42
    3.4.4 软启动电路  42
  3.5 本章小结  42-44
第四章半导体激光器温控电路设计  44-56
  4.1 温控电路设计要求与分析  44-45
  4.2 温度采集电路  45-48
    4.2.1 温度传感器的选择  45-46
    4.2.2 温度采集电路  46-48
  4.3 TEC 致冷电路  48-52
    4.3.1 TEC 简介  48-49
    4.3.2 TEC 匹配原理  49-51
    4.3.3 TEC 双向控温的实现  51-52
  4.4 温控程序设计  52-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章系统仿真与测试  56-65
  5.1 恒流源仿真与测试  56-60
    5.1.1 Boost 电路仿真  56-57
    5.1.2 恒流源仿真  57-59
    5.1.3 恒流源实物与测试图  59-60
  5.2 温控电路的测试  60-62
  5.3 整体测试与效果图  62-64
  5.4 本章小结  64-65
第六章结论与展望  65-67
  6.1 工作总结  65-66
  6.2 工作展望  66-67
参考文献  67-72
攻读硕士学位期间的研究成果  72-73
致谢  73-74

激光投影仪中半导体激光器电源系统的研制

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