具体实施方式

下面结合实施例详述本发明。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明涉及一种电压自适应的数控激光器恒流驱动电路，包括开关电源1、 激光器2、恒流驱动电路3、电流设置电路4、MCU控制电路5、电压采集电路6、电压设置电路7；所述MCU控制电路5实现系统的数控调节，所述电压采集电路6为数字控制四通道模拟电压采集电路，所述的电流设置电路4提供输出电压给恒流驱动电路实现恒流输出，所述的电压设置电路7输出电压给开关电源以根据激光器的工作电压的特性实现自适应调节。本发明通过MCU控制电路对电压采集电路和电压设置电路的PID调节，实现开关电源的输出电压根据激光器和恒流电路的工作状态自适应变化，以及通过MCU控制电路对电流设置电路的调节实现PWM高速频闪功能。

所述电压采集电路6，采集所述开关电源1输出电压、所述激光器2的输入电压、所述激光器2的输出电压、所述恒流驱动电路3中取样电阻的电压，提供给所述的MCU控制电路5，用于采集模拟电压实现数字控制。

实施例1：

如图1所示，为本发明实施例所述电压自适应激光器驱动电路实现框图。包括开关电源1、激光器2、恒流驱动电路3、电流设置电路4、MCU控制电路5、电压采集电路6、电压设置电路7。

开关电源为激光器供电，开关电源实现的方式可以有多种方式，可以采用非隔离拓扑结构或者采用隔离的开关电源拓扑结构，开关电源特征在于开关电源对外表现应该包括输入电压VCC、输出电压OUT、复位信号RESET、电压调节管脚FB。

激光器为LD激光器，或者采用恒流电流驱动的其它类型激光器；激光器也可以采用外接端子形式，由用户根据需求接入其需要的激光器。

恒流驱动电路控制流过激光器的电流为恒定电流，恒流驱动电路采用线性恒流控制方式，其拓扑结构可以为电流串联负反馈结构，或者为电流并联负反馈结构。

电流设置电路为数字控制模拟电压设置与选择输出电路，电流设置电路由多通道DA芯片和多通道模拟开关组成，DA芯片的输出电压提供给模拟开关芯片的输入。DA芯片的输出通道数目应该与模拟开关芯片的输入通道数目对应，电流设置电路由MCU进行通信控制。

MCU控制电路可以为微处理电路，CUP电路，ARM电路或者FPGA电路。

电压采集电路为数字控制四通道模拟电压采集电路，四路AD芯片采集了输入电源电压、激光器正极电压、激光器负极电压、取样电阻上的电压，将电压输入给MCU作为PID调节的参数，反馈控制开关电源的输出电压，采用软件实现PID反馈信号的调节，以此来控制恒流驱动电路中MOS管的压降，从而降低了热耗散，实现较高的效率。

电压设置电路通过MCU通信控制电压设置电路的输出电压给开关电源，从而控制开关电源的输出电压进行线性调整。

如图2所示，为本发明实施例所述电压自适应激光器驱动电路实现方式一电路图。开关电源对外接口包括VCC、OUT、RESET、FB，其中输入电压VCC接外部电能提供电源，输出电压OUT接激光器的输入正极，复位信号RESET接MCU控制电路的其中一个管脚P17，电压调节管脚FB接电压调节电路的输出电阻R1的一个端子。

恒流驱动电路为电流串联负反馈结构，线性恒流功率管为M1，电流取样电阻为R31，取样电阻的电压接到运放U11的输入负极，模拟开关电路4的输出信号接到电阻R14一端，电阻R14的另一端接到运放U11的输入正极，运放U11的输出信号接功率MOS管的栅极，此时输出电流的计算公式为：

公式1

公式1中VD为电阻R14与模拟开关电路连接点的电压，RS为取样电阻R31的电阻值。

电流设置电路的核心芯片采用8路12位DA芯片，输出电压信号为Vout0、Vout1、Vout2、Vout3、Vout4、Vout5、Vout6、Vout7，电流设置电路采用SPI接口与MCU通信，通信信号为SCLK、SYNC、SDI、SDO、LDAC、RESET，其中SCLK、SYNC、SDI、SDO分别与电阻R17、R20、R22、R24串联后接入MCU。模拟开关芯片采用8选1模拟开关，通道选择控制信号为三位A2、A1、A0信号，分别与电阻R30、R29、R28串联后接入MCU的控制端子；模拟开关芯片的8路信号输入端子为S8、S7、S6、S5、S4、S3、S2、S1，分别与DA芯片的输出信号连接；模拟开关芯片的输出信号端子为D，输出信号提供给恒流驱动电路。

MCU控制电路可以选择接入显示电路、通信电路和控制电路，显示电路用于对电路的工作状态和输出情况进行显示作用，通信电路用于与上位机通信或者进行远程控制，控制电路用于对工作状态和输出值进行配置。

MCU控制电路的信号管脚P06、P07、P10分别通过串联电阻R30、R29、R28与模拟开关电路信号选择端子A2、A1、A0相连接，信号管脚P00、P01分别与电流设置电路的LDAC、RESET相连接，信号管脚P02、P03、P04、P05分别通过电阻R24、R22、R20、R17与电流设置电路的SDO、SDI、SYNC、SCLK相连接，信号管脚P11、P12、P13、P14与电压采集电路的CONVST、ALERT、SDA、SCL相连接，信号管脚P15、P16、P17与电压设置电路的A0、SCL、SDA管脚相连接。

电压采集电路采用I2C接口的四路DA电压转换芯片U6，U6的信号SCL、SDA、ALERT、CONVEST连接到MCU控制电路的P14、P13、P12、P11端子，信号管脚SCL、SDA、ALERT通过电阻R6、R7、R8上拉到3.3V电压。

电阻R126和R27获取恒流驱动电路取样电阻电压VRS并进行分压，分压后的信号提供给运放U12进行跟随后输入给U6的Vin1。

电阻R11和R12获取LED光源的负极电压VLED-并进行分压，分压后的信号提供给运放U8进行跟随后输入给U6的Vin2。

电阻R2和R3获取开关电源的输入电压VCC并进行分压，分压后的信号提供给运放U2进行跟随后输入给U6的Vin3。

电阻R9和R10获取LED光源的正极电压VLED+并进行分压，分压后的信号提供给运放U4进行跟随后输入给U6的Vin4。

电压设置电路采用单路DA芯片，输入控制信号采用I2C接口，信号管脚为SCL和SDA，输入信号接MCU的通信管脚，分别采用电阻R4和R5上拉，输出信号与电阻R1一端连接，电阻R1另一端连接到开关电源的FB管脚。

实施例2：

如图3所示，为本发明实施例所述电压自适应激光器驱动电路实现方式二电路图。与实施例1不同的是，恒流驱动电路3为电流并联负反馈结构，线性恒流功率管为M1，电流取样电阻R31，电阻R32一端接运放的输入负端，另一端接电流取样电阻R31的输入端，电阻R14一端接电流设置电路4的输出信号，电阻R14的另一端接到运放U11的输入负极，运放U11的正极接基准电压芯片U13的输出端子，运放U11的输出信号接功率MOS管M1的栅极，此时输出电流的计算公式为：

公式2

公式2中，VD为电阻R14与模拟开关芯片连接点的电压， RS为取样电阻R31的电阻值，VREF为运放U11正极的基准电压值，K1为电阻R32与电阻R14的比值。

实施例3：

如图4所示 ，为本发明实施例所述开关电源的内部实现框图。在实施例1或者实施例2中，所述的MCU控制电路控制电压设置电路和开关电源的输出电压进行设置，开关电源的内部电路图如图4所示，此时输出电压的开环设置的计算公式为：

公式3

公式3中，Vout为开关电源的输出电压；VT为电压设置电路中DA转换电路的输出电压；VFB为开关电源电路的输入电压，为输出电压Vout的参考管脚，也称为输出反馈管脚，连接到内部的误差放大器的输入端进行输出电压的设置；K2为电阻R13和电阻R16的比值，K3为电阻R13和电阻R1的比值。

实施例4：

如图5所示，为本发明实施例所述输出电压调节数控功能的控制方法流程图。在该方法中所述的MCU控制电路控制开关电源、激光器、恒流驱动电路、电压采集电路、电压设置电路进行开关电源输出电压调节电路，具体为：

第1步，开机后，电压设置电路的输出电压VFB为0，Vout设置为最大值。

第2步，根据用户配置的阶梯电流值，选择阶梯电流中的最大输出阶梯电流Imax，在此周期内进行输出电压控制。

第3步，电压采集电路获取输出电压VLD+、VLD-、VRS，计算LD光源两端的工作电压VLD：

公式4

第4步，此时MOS管的功耗计算为：

公式5

第5步，根据MOS管功率热耗散的预设值PH，确定功率MOS管的漏极和源极的压降VDS：

公式6

第6步，计算输出电压Vout：

公式7

第7步，根据公式3和公式7，计算VT的数值，然后通过MCU控制电路5控制电压设置电路7的输出电压VT，采用逐步升高VT的方式。

第8步，通过MCU控制电压采集电路再次取样各点的工作电压，根据Vout和VT的数值，对MOS管的实际功耗和预设功耗Ph进行比较，实现输出电压数值PID的闭环控制。

其中：VFB为所述开关电源1的输入电压；Vout为所述开关电源1的输出电压；Imax为流过所述激光器2的阶梯电流中的最大输出阶梯电流；VLD+为所述激光器2输入电压；VLD-为所述激光器2输出电压；VRS为所述恒流驱动电路3取样电阻的电压；VLD为所述激光器2两端的工作电压；VDS为所述恒流驱动电路3中的MOS管的漏极和源极的压降；VT为所述电压设置电路7的DA芯片的输出电压。

以上所述，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于本发明技术方案保护范围内。