采用“數控恒流源+高精度溫控”的方案，設計了SLED控制系統，并且在系統內引入了PID 控制算法。通過多次試驗表明，SLED光源可以顯著提高光源出纖光功率的穩定性。數字控制方法是目前比較理想的驅動方案，具有較好的發展前途。系統主要實現了恒流驅動及恒溫控制等功能。整個系統由單片機控制。單片機采用MSP430系列的F449單片機，它其集成12位ADC和采樣保持電路，采樣速度快，最高可達200ks/s。系統原理如圖1所示。

　　圖1 控制系統原理圖

　　恒流源電路

　　系統對恒流源的要求是電流高度穩定，漂移和噪聲足夠小。采用高精度DAC作為恒壓源，再通過V-I轉換電路就構成了數字式恒流源，電路原理如圖2所示。本系統采用美信公司的12位串行DAC MAX5812結合兩個運放組成V-I轉換電路。其中，MAX5812與單片機的通信采用串行I2C總線，需注意的是其SDA、SCL管腳在使用時要外接上拉電阻。

　　圖2 恒流源電路原理圖

　　該恒流源克服了模擬式恒流源的缺點，可以根據系統需要靈活地改變電流的大小，且其精度與穩定度與DAC精度有關，如果采用更高位數的DAC就可以做成更高精度的恒流源。

　　溫度采樣電路

　　該光源模塊組件采用溫敏電阻來反映管芯溫度，溫度采樣電路如圖3所示。采用電阻橋式電路，后面配合專用的橋式放大芯片和電壓調理轉換電路，將溫敏電阻變化引起的電壓變化轉化為適合于單片機ADC輸入的量程范圍內。

　　圖3溫度采樣電路

　　電路中橋式放大器采用了美信公司的MAX4194。它是一種微功耗、單電源、滿擺幅、精密、增益可調的儀表放大器，非常適合于做橋式放大器使用。但MAX4194的輸出電壓范圍不適合MSP430F449單片機的輸出量程，后面還需要加上信號調理電路，將信號調整到0～2.5V的輸入電壓范圍。MSP430的ADC基準有片內和片外兩種。雖然選用片內基準就可以不外接，減小電路的復雜程度，但因為所需的轉換精度較高，且片內基準的溫度系數較大（100×10-6/℃），這里選用了精度比較高的片外基準電壓源MAX6173。它的輸入電壓為4.5～40V，輸出電壓為2.5V，最大溫度系數為3×10-6/℃，可以達到設計要求。

　　TEC控制電路

　　TEC控制器按輸出的工作模式可分成線性和開關兩種。傳統SLED的溫度控制大多采用線性模式的TEC控制器，一個簡單的線性驅動 TEC電路由兩個推挽功率三極管構成，雖然具有電流紋波小且容易設計和制造的優點，但功率效率低，控制精度不高，電路集成度較低，而且存在溫度控制“死區”問題。MAX1968是一款適用于 Pehier TEC模塊的開關型驅動芯片，工作于單電源，能夠提供±3 A雙極性輸出，采用直接的電流控制。MAX1968用于設定和穩定TEC的溫度，每個加載在 MAX1968電流控制輸入端的電壓對應一個目標溫度設定點。適當的電流通過TEC將驅動TEC對SLED供熱或制冷。SLED的溫度由溫度采集電路采集后，再經內部單片機運算后反饋給MAX1968，用于調整系統回路和驅動TEC工作。

　　圖4 溫度控制原理圖

　　圖4為SLED溫度控制電路原理圖。在電路中，MAXIP和MAXIN引腳的電壓用來控制流過TEC的最大正向和反向驅動電流，MAXIV 引腳的電壓用來設置TEC的最大驅動電壓。通過一個分壓電路來實現各個引腳電壓的設定，如圖4所示。CS和OS1引腳之間的電阻RSENSE用來設置流過 TEC的最大工作電流，這里選用了200mΩ的電阻。當VCTLI》1.5V時，MAX1968制冷，反之制熱。在實際應用中，根據驅動不同的 SLED光源組件，合理設置參數即可。系統中主控回路采用負反饋，將溫度傳感器輸出的電壓與給定電壓比較，所得誤差值經PID控制算法處理后，經過DAC，送入MAX1968，以控制 TEC上的電壓、電流的大小和方向，進而實現制冷或制熱。

　　鍵盤和顯示電路

　　鍵盤采用3鍵式獨立按鍵，可以實現對PID控制算法三個參數的設置以及報警等功能的設計。由于MSP430的P1口具有中斷功能，因此鍵盤軟件的編寫采用中斷的方式來實現。顯示電路采用RT1602C，這是一種能同時顯示16×2個字符的液晶，內部存貯有常用的點陣字符圖形，方便易用。由于是5V電壓操作，而MSP430單片機在3.3V工作，因此采用了一個電平轉換芯片SN74LVC4245DB來完成轉換。
　　編輯點評：系統中，電橋電路對溫敏電阻進行電壓采樣，送入ADC進行轉換，再經過內部的PID控制程序，通過DAC2輸出一個電壓來控制專用的半導體制冷器（TEC）控制芯片，以達到對SLED進行溫度控制的目的。恒流功能由DAC1結合恒流源電路來實現。