專利名稱：激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光器顯示領(lǐng)域中的激光器驅(qū)動技術(shù)，具體的說是一種激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
顯示用激光器是一種比較特殊的激光器。顯示用激光器一般要求激光輸出功率不大，一般由十幾瓦到三十幾瓦之間。但于需要和DLP、LC0S等光空間調(diào)制元件配合完成三基色圖像調(diào)制，所以要使激光器輸出能夠分時調(diào)制，并對其分時輸出的光功率跳變沿質(zhì)量有較高的要求。如果激光器輸出功率有過沖或反沖現(xiàn)象，就會在顯示圖像邊沿產(chǎn)生明暗條紋。 同時要求激光器輸出功率平穩(wěn)，否則會在顯示圖像上產(chǎn)生肋骨現(xiàn)象。傳統(tǒng)激光器驅(qū)動器為模擬恒流電源，其特點是通頻帶寬、效率低。另外激光顯示技術(shù)同其它顯示技術(shù)一樣，也存在白平衡問題，也就是說如果要生成一束給定亮度的白光，三個基色的激光器輸出的光功率是不一樣的。由于驅(qū)動電路中各種元器件的制造存在離散性問題，要求激光器進行出廠校準。同時各激光器及其驅(qū)動電路中元器件在長期工作后也會出現(xiàn)不同程度的老化，導(dǎo)致三基色激光器的輸出功率偏離設(shè)定值。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的激光器驅(qū)動器效率低、內(nèi)部器件易老化等不足之處，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種通頻帶寬且效率高、不易老化的激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是本實用新型一種激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，包括PWM控制器、PWM變換器、電流反饋回路以及調(diào)節(jié)器，其中電流反饋回路，采集激光二極管串的電流信號，送至調(diào)節(jié)器的反饋信號輸入端；調(diào)節(jié)器，根據(jù)設(shè)定端和反饋信號輸入端的數(shù)據(jù)進行運算，結(jié)果送至PWM 控制器的輸入端；PWM控制器，對調(diào)節(jié)器的信號進行處理后，輸出控制信號送至PWM變換器； PWM變換器，根據(jù)PWM控制器的控制信號調(diào)制電源的脈寬，輸出恒定電流至激光二極管串。所述激光管串為4 6個激光二極管串聯(lián)組成。所述PWM變換器采用同步整流結(jié)構(gòu)，包括第1場效應(yīng)管、第2場效應(yīng)管、電感以及電容，形成同步整流BUCK型變換器。所述設(shè)定端通過數(shù)字電位器接至外接的顯示控制裝置。所述電流反饋回路采用可編程放大器，其輸入端接收激光管串的電流反饋信號， 增益控制端通過SPI總線接至外接的顯示控制裝置；輸出端接回調(diào)節(jié)器的負反饋輸入端。或者本實用新型一種激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置包括數(shù)字信號處理器、激光二極管串以及PWM變換器，其中數(shù)字信號處理器，其反饋信號輸入端經(jīng)緩沖放大器接收激光二極管串的電流信號進行處理，輸出PWM控制信號；PWM變換器，根據(jù)數(shù)字信號處理器輸出的PWM控制信號調(diào)制電源的脈寬，輸出恒定電流至激光管串。所述激光管串為4 6個激光二極管串聯(lián)組成。還具有超壓保護電路，其由緩沖放大器構(gòu)成，其輸入端為激光管串的電壓采樣信號，輸出端接至數(shù)字信號處理器的模擬信號輸入端。所述數(shù)字信號處理器的數(shù)字輸入端通過SPI總線接有溫度傳感器和/或顏色傳感器，數(shù)字信號處理器的數(shù)字輸出端接有風扇控制器。所述數(shù)字信號處理器運行激光二極管陣列驅(qū)動控制程序，其控制步驟為讀取外部亮度控制信號和激光管串的電流反饋信號；對上述兩種信號進行PID運算；根據(jù)PID運算結(jié)果，計算PWM脈沖數(shù)據(jù)；通過PWM脈沖數(shù)據(jù)控制數(shù)字信號處理器的事件發(fā)生器，產(chǎn)生PWM控制信號至PWM 變換器。所述數(shù)字信號處理器運行激光二極管陣列驅(qū)動控制程序，其控制步驟為讀取外部亮度控制信號和激光管串的電流反饋信號；讀取激光管串的環(huán)境溫度信號及色度信號；根據(jù)上述色度信號對激光管串進行白平衡校正；對上述白平衡校正后的結(jié)果與激光管串的電流反饋信號進行PID運算；根據(jù)上述環(huán)境溫度信號對PID運算結(jié)果進行線性化校正，得到PWM脈沖數(shù)據(jù)；通過PWM脈沖數(shù)據(jù)控制數(shù)字信號處理器的事件發(fā)生器，產(chǎn)生PWM控制信號至PWM 變換器。本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點1.本實用新型采用效率更高的PWM調(diào)制型直流/直流變換恒流電源，降低了成本， 或者采用模擬與數(shù)字結(jié)合的方式以及全數(shù)字的方式分別實現(xiàn)對激光二極管陣列的動態(tài)驅(qū)動，可將激光管陣列分成幾個串分散驅(qū)動，同時結(jié)合提高PWM載頻頻率，盡量減少濾波電容容量，并通過大量實驗找到最佳結(jié)合點使激光器能夠適合激光顯示器的頻帶需求。2.本實用新型通頻帶寬、效率高、輸出功率平穩(wěn)、可動態(tài)調(diào)校，使用壽命長，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品自身的需求，選擇不同的驅(qū)動類型，以達到最大的性價比。

圖1為本實用新型采用的模擬PWM電路原理圖；圖2為本實用新型采用的數(shù)字、模擬混合PWM電路原理圖；圖3為本實用新型采用的全數(shù)字PWM電路原理圖；圖4為本實用新型全數(shù)字PWM方案中的軟件框圖；圖5為本實用新型全數(shù)字PWM方案中控制流程圖。
具體實施方式
實施例1本實施例中，激光器具有48個激光二極管，分為8個激光管串，每串為6個激光二極管串聯(lián)組成，每串采用一個本實用新型激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置進行驅(qū)動。[0038]如圖1所示，本實用新型激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置包括PWM控制器Ul、PWM 變換器、電流反饋回路以及調(diào)節(jié)器，其中電流反饋回路采集激光管串的電流信號，送至調(diào)節(jié)器的反饋信號輸入端；調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定端和反饋信號輸入端的數(shù)據(jù)進行運算，結(jié)果送至 PWM控制器Ul的輸入端；PWM控制器Ul對調(diào)節(jié)器的信號進行處理后，輸出控制信號送至PWM 變換器；PWM變換器根據(jù)PWM控制器Ul的控制信號調(diào)制電源的脈寬，輸出恒定電流至激光管串。PWM變換器采用同步整流結(jié)構(gòu)，包括第1場效應(yīng)管Q1、第2場效應(yīng)管Q2、電感Ll以及電容Cl，形成同步整流BUCK型變換器。圖1中，由于電路中的第1場效應(yīng)管Q1、第2場效應(yīng)管Q2所采用的MOSFET導(dǎo)通電阻低、頻帶寬，而電感Ll也采用能耗更低的扁平電感，所以僅就PWM變換器來說，其變換效率已經(jīng)達到了 98%。這種設(shè)計簡化了該驅(qū)動電路的散熱問題。電阻R6是一個阻值較小的電流采樣電阻，其兩端電壓反映了激光二極管中的電流值，采樣電壓經(jīng)電流反饋回路(包括緩沖放大器U2B及其外圍電路組成)進行緩沖放大， 反饋到調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器由放大器U2A及其外圍電路組成。由電流反饋回路送來的反饋信號和給定電壓在調(diào)節(jié)器中進行運算產(chǎn)生的結(jié)果對PWM控制器進行控制。電位器R8為激光管電流調(diào)節(jié)器，主要負責激光二級管中電流調(diào)節(jié)。該點需要在出廠時根據(jù)激光二極管出指標及具體離散狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，以使各個激光二極管串的亮度相同。電位器R2為白平衡調(diào)節(jié)器，其主要功能是對顯示光源進行白平衡進行調(diào)節(jié)。本實施例采用一種高效的脈寬調(diào)制方式，帶使能端的直流/直流變換器，減小系統(tǒng)的貫性，提高系統(tǒng)的載頻頻率。本實施例采用IM赫茲的工作頻率。由于系統(tǒng)頻率較高，所以對PWM變換器的要求也隨之提高。在普通的DC/DC變換器中，損耗主要發(fā)生在MOSFET晶體管開通和關(guān)斷及整流二極管存儲效應(yīng)上。在頻率較低的PWM變換器上，這種損耗可以容許，但在較高的工作頻率上這種損耗變得難以接受，特別是整流二極管的損耗會迅速增加。 為了解決這個問題，采用同步整流方式，即用一個MOSFET代替整流二極管，MOSFET的截止不像普通的二極管一樣導(dǎo)通和截止是受電場的正反偏控制，而是受PWM控制器的控制，這大大的提高了續(xù)流通路的變換速率，減小了轉(zhuǎn)換損耗。同時本實用新型采用了通頻帶較高、 管耗較小的M0SFET，所以變換器的損耗可以控制在一個較低水平上，再通過合理的配置控制回路的零極點分布，使系統(tǒng)保持在一個快速性和穩(wěn)定性最佳的結(jié)合點。實施例2實施例1的方案是通過可調(diào)電阻對激光二極管的電流及白平衡進行調(diào)節(jié)的。此過程是在產(chǎn)品調(diào)試階段由工人調(diào)試完成，這種調(diào)試辦法無法通過過智能調(diào)試系統(tǒng)自動完成， 所以對工人的熟練程度依賴很大。這會導(dǎo)致產(chǎn)品出廠的穩(wěn)定性。為了解決這個問題本實施例采用了數(shù)字模擬混合電路。如圖2所示，與實施例1 的不同之處在于設(shè)定端通過數(shù)字電位器U3接至外接的顯示控制裝置；電流反饋回路采用可編程放大器U4,其輸入端接收激光管串的電流反饋信號，增益控制端通過SPI總線接至外接的顯示控制裝置；輸出端接回調(diào)節(jié)器的負反饋輸入端。本實施例中的變換器及PWM調(diào)節(jié)器與實施例1是相同的，不同之處在于本實施例中的電流反饋放大器采用了一個可編程增益放大器U4，外接的顯示控制裝置采用MCU，其通過SPI接口控制可編程增益放大器U4的放大倍數(shù)，從而調(diào)節(jié)激光管串的電流。本實施例通過一個可編程的數(shù)字電位器U3在設(shè)定端進行白平衡調(diào)整，MCU通過SPI接口控制數(shù)字點位器U3的Tap端(可調(diào)節(jié)端)位置，從而改變輸入信號的大小，以改變白平衡。通過這種方法設(shè)計的激光器在生產(chǎn)過程中可以在線調(diào)試。具體方法是可以設(shè)計一套專用的測試設(shè)備，設(shè)備有一個激光功率測試單元和一個測試電腦，測試設(shè)備通過測量激光二極管發(fā)出的激光功率來計算出可編程放大器的放大倍數(shù)。并通過數(shù)據(jù)接口將該放大倍數(shù)傳給激光器的控制單片機保存。以后激光器控制單片機每次上電都會讀取該數(shù)據(jù)，并根據(jù)該數(shù)據(jù)控制激光器的輸出功率。同樣，激光器的白平衡也可以通過上述方法進行自動校正。本實施例的優(yōu)點在于，生產(chǎn)廠商可以通過自動化檢測設(shè)備對產(chǎn)品進行大規(guī)模在線檢測及設(shè)定，同時還可以對產(chǎn)品檢測記錄進行保存和分析，如可以對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘以改善生產(chǎn)工藝。實施例3實施例2的方案雖然在生產(chǎn)過程可以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，但仍然存在以下缺陷沒有考慮激光二極管的工作溫度對其電流的影響，電路存在大量模擬電路如PWM控制器，難以實現(xiàn)大規(guī)模集成化。針對上述不足，本實施例提出全數(shù)字化的激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，包括數(shù)字信號處理器U7、激光管串以及PWM變換器，其中數(shù)字信號處理器U7，其反饋信號輸入端經(jīng)緩沖放大器接收激光管串的電流信號進行處理，輸出PWM控制信號；PWM變換器，根據(jù)數(shù)字信號處理器U7輸出的PWM控制信號調(diào)制電源的脈寬，輸出恒定電流至激光管串ο本實施例還具有超壓保護電路，其由緩沖放大器構(gòu)成，其輸入端為激光管串的電壓采樣信號，輸出端接至數(shù)字信號處理器的模擬信號輸入端；數(shù)字信號處理器的數(shù)字輸入端還可通過SPI總線接有溫度傳感器和/或顏色傳感器，數(shù)字信號處理器的數(shù)字輸出端接有風扇控制器。如圖3所示，本實施例中采用DSP(數(shù)字信號處理器U7)替代了 PWM控制器、PWM 調(diào)節(jié)器等模擬電路，并增加溫度傳感器、顏色傳感器，風扇控制器、主機接口、電壓監(jiān)視單元 (超壓保護電路)、同時利用電流反饋回路進行電流故障狀態(tài)監(jiān)控。圖3中，電壓信號經(jīng)過分壓電阻R19及R17分壓后，經(jīng)放大器緩沖后送入DSP的A/ D轉(zhuǎn)換器，同時電流采樣信號也通過上述方式送入A/D轉(zhuǎn)換器。安裝在激光二極管熱忱的 NTC溫度傳感器經(jīng)過變送器將型號變換成SPI總線信號，同時安裝在勻光棒內(nèi)的RGB傳感器將三基色光源的色飽和信號也轉(zhuǎn)換成SPI總線信號，風扇也是通過SPI總線進行控制，對激光器內(nèi)的環(huán)境溫度進行調(diào)節(jié)。外接的顯示控制裝置(MCU)通過UART接口控制和訪問本實用新型。本實施例采用了全數(shù)字控制方法，如圖4所示為本實用新型采用的軟件結(jié)構(gòu)體系如5所示，數(shù)字信號處理器運行激光二極管陣列驅(qū)動控制程序，其控制步驟為讀取外部亮度控制信號和激光管串的電流反饋信號；對上述兩種信號進行PID運算；根據(jù)PID運算結(jié)果，計算PWM脈沖數(shù)據(jù)；[0061]通過PWM脈沖數(shù)據(jù)控制數(shù)字信號處理器的事件發(fā)生器，產(chǎn)生PWM控制信號至PWM 變換器?；蛘唑?qū)動控制程序的控制步驟為讀取外部亮度控制信號和激光管串的電流反饋信號；讀取激光管串的環(huán)境溫度信號及色度信號；根據(jù)上述色度信號對激光管串進行白平衡校正；對上述白平衡校正后的結(jié)果與激光管串的電流反饋信號進行PID運算；根據(jù)上述環(huán)境溫度信號對PID運算結(jié)果進行線性化校正，得到PWM脈沖數(shù)據(jù)；通過PWM脈沖數(shù)據(jù)控制數(shù)字信號處理器的事件發(fā)生器，產(chǎn)生PWM控制信號至PWM 變換器。從圖4中可以看出，PWM控制信號是由DSP的事件處理單元產(chǎn)生，其頻率、脈寬及死區(qū)控制都是由PWM發(fā)生器驅(qū)動軟件模塊完成，該驅(qū)動軟件輸入是Q15格式的。在PID調(diào)節(jié)器和PWM發(fā)生器之間插入了一個激光二極管熱修正軟件表。溫度修正模塊通過溫度傳感器驅(qū)動軟件模塊從SPI總線中讀出溫度傳感器所測量到的激光二極管熱忱溫度，并根據(jù)這個溫度控制PID輸出，選擇不同的溫度修正表。通過該方法，可使激光器的光功率輸出的穩(wěn)定性達到0. 01ff/°C。同理RGB傳感器驅(qū)動模塊通過SPI總線讀入RGB傳感器的值，并送入白平衡較正模塊，白平衡校正模塊再根據(jù)傳來的數(shù)據(jù)進行白平衡校正。同時電扇控制模塊也通過讀入的溫度數(shù)據(jù)控制風扇的啟停。DSP中的UART驅(qū)動模塊收集本實用新型中的各個參數(shù)，如輸出電壓、電流、溫度及其他送入串行通訊口，報告給系統(tǒng)的其他部分，同時也可以接受系統(tǒng)其他部分的控制。
權(quán)利要求1.一種激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，其特征在于包括PWM控制器(Ul)、PWM變換器、電流反饋回路以及調(diào)節(jié)器，其中電流反饋回路，采集激光管串的電流信號，送至調(diào)節(jié)器的反饋信號輸入端；調(diào)節(jié)器，根據(jù)設(shè)定端和反饋信號輸入端的數(shù)據(jù)進行運算，結(jié)果送至PWM控制器(Ul)的輸入端；PWM控制器(Ul)，對調(diào)節(jié)器的信號進行處理后，輸出控制信號送至PWM變換器；PWM變換器，根據(jù)PWM控制器(Ul)的控制信號調(diào)制電源的脈寬，輸出恒定電流至激光管串ο
2.按權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，其特征在于所述激光管串為 4 6個激光二極管串聯(lián)組成。
3.按權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，其特征在于所述PWM變換器采用同步整流結(jié)構(gòu)，包括第1場效應(yīng)管(Ql)、第2場效應(yīng)管(Q2)、電感(Li)以及電容(Cl)， 形成同步整流BUCK型變換器。
4.按權(quán)利要求1所述的激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，其特征在于所述設(shè)定端通過數(shù)字電位器(U3)接至外接的顯示控制裝置。
5.按權(quán)利要求1或4所述的激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，其特征在于所述電流反饋回路采用可編程放大器(U4)，其輸入端接收激光管串的電流反饋信號，增益控制端通過 SPI總線接至外接的顯示控制裝置；輸出端接回調(diào)節(jié)器的負反饋輸入端。
6.一種激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，其特征在于包括數(shù)字信號處理器(U7)、激光管串以及PWM變換器，其中數(shù)字信號處理器(U7)，其反饋信號輸入端經(jīng)緩沖放大器接收激光管串的電流信號進行處理，輸出PWM控制信號；PWM變換器，根據(jù)數(shù)字信號處理器(U7)輸出的PWM控制信號調(diào)制電源的脈寬，輸出恒定電流至激光管串。
7.按權(quán)利要求6所述的激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，其特征在于所述激光管串為 4 6個激光二極管串聯(lián)組成。
8.按權(quán)利要求6所述的激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，其特征在于還具有超壓保護電路，其由緩沖放大器構(gòu)成，其輸入端為激光管串的電壓采樣信號，輸出端接至數(shù)字信號處理器的模擬信號輸入端。
9.按權(quán)利要求6所述的激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，其特征在于所述數(shù)字信號處理器(U7)的數(shù)字輸入端通過SPI總線接有溫度傳感器和/或顏色傳感器，數(shù)字信號處理器 (U7)的數(shù)字輸出端接有風扇控制器。
專利摘要本實用新型涉及一種激光二極管陣列動態(tài)驅(qū)動裝置，包括PWM控制器、PWM變換器、電流反饋回路以及調(diào)節(jié)器，其中電流反饋回路，采集激光二極管串的電流信號，送至調(diào)節(jié)器的反饋信號輸入端；調(diào)節(jié)器，根據(jù)設(shè)定端和反饋信號輸入端的數(shù)據(jù)進行運算，結(jié)果送至PWM控制器的輸入端；PWM控制器，對調(diào)節(jié)器的信號進行處理后，輸出控制信號送至PWM變換器；PWM變換器，根據(jù)PWM控制器的控制信號調(diào)制電源的脈寬，輸出恒定電流至激光二極管串。本實用新型通頻帶寬、效率高、輸出功率平穩(wěn)、可動態(tài)調(diào)校，使用壽命長，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品自身的需求，選擇不同的驅(qū)動類型，以達到最大的性價比。
文檔編號G09G3/32GK202067515SQ20102068804
公開日2011年12月7日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者任彤, 宮銘輝, 張松巖, 曾碚凱, 王宇志 申請人:杭州中科新松光電有限公司