提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置及方法与流程

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1.本发明涉及半导体光源驱动控制技术领域，尤其是指一种提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置及方法。

背景技术：

2.随着光纤通信和光纤传感技术的迅速发展，超辐射发光二极管（sld）、半导体激光器（ld）等半导体光源作为重要的发光器件被广泛应用于各个领域。特别是在高性能、高精度需求的领域内，对于半导体光源的输出稳定性都有严格的要求。
3.光纤电流互感器是直流输电工程中重要的测量设备，而光源是其光信号发射的源头，其驱动电流、温度等参数控制直接影响到光信号的波长稳定性，从而影响互感器的测量性能。半导体光源ld和sld的驱动电流和工作温度对输出光功率和光谱特征参数（包括光源的中心波长、平均波长和光谱宽度等）的影响主要表现在两个方面：（1）在低驱动电流（小于阈值电流）时，由于自发辐射占优势，ld和sld的p-i曲线十分相似，输出光功率随着驱动电流的增大而线性增加，光谱宽度随驱动电流的增大而减小；当驱动电流超过阈值电流时，ld中的受激辐射占优势使得其输出光功率急剧上升、光谱宽度急剧下降、中心波长和平均波长波动较大，sld中的自发辐射光子受到单程的受激光放大其输出光功率呈线性增加、光谱宽度线性下降、中心波长和平均波长发生波动；（2）随着温度的升高，半导体光源的阈值电流随之增大，电光转换效率随之减小，造成输出功率明显下降；温升同样引起半导体光源载流子热运动加剧、带隙减小，从而使中心波长和平均波长发生红移。
4.目前sld光源模块一般是将半导体光源、背向光探测器、热敏电阻和热电制冷器等器件封装为半导体光源组件，通过恒流源电路给半导体光源提供稳定的驱动电流，减小输出光功率随电流的变化，为半导体光源的稳定输出提供了基础。在实际应用中，有方案通过采用热敏电阻和热电制冷器构成温控电路对半导体光源的温度进行控制，在一定程度保证了半导体光源的温度稳定性；有方案为实现对半导体光源的恒光功率控制，封装的半导体光源组件通过对背向光探测器输出电流的检测以控制半导体光源的驱动电流，完成对半导体光源输出光功率的恒定控制。但是，采用热敏电阻间接监测半导体光源的工作温度，使得该温控电路的温控精度受限于热敏电阻的灵敏度和热沉材料的导热系数；采用恒光功率控制方法通过对背向光探测器输出电流的检测调节驱动电流时，半导体光源的光谱特征参数随之发生变化，无法满足高精度光纤传感器的稳定性要求。

技术实现要素：

5.针对高精度光纤传感器的应用需求，结合光电探测器对半导体光源的输出光功率和工作温度的敏感性，本发明的目的在于提供一种提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置及方法，以满足相关应用中对半导体光源的输出高稳定性要求。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置，半导体光源在驱动电流的作用下发光，双闭环控制装置包括：
热电制冷器，其连接所述半导体光源，通过调节热电制冷器的电流控制半导体光源的工作温度；驱动控制电路，其连接所述热电制冷器；第一闭环控制支路，其包括热敏电阻和第一温控模块，所述热敏电阻连接所述热电制冷器，所述第一温控模块连接所述热敏电阻，所述热敏电阻用于采集热电制冷器表面温度，所述第一温控模块通过检测热敏电阻的电阻值得到热电制冷器表面温度与设定温度的偏差值，基于pid控制方法得到该偏差值的积分结果，将该积分结果作为主调节信号输入至驱动控制电路，其中积分区间为（0，t）；第二闭环控制支路，其包括背向光探测器和第二温控模块，所述背向光探测器连接所述半导体光源，所述第二温控模块连接所述背向光探测器，所述背向光探测器用于采集半导体光源发出的光信号，并将光信号随温度的变化转化为电信号变化，所述第二温控模块通过检测背向光探测器的电信号变化值，基于pid控制方法得到该温度变化值的微分结果，将该微分结果作为副调节信号输入至驱动控制电路，其中微分结果是指温度随时间的变化量；其中，第一温控模块输出的主调节信号和第二温控模块输出的副调节信号叠加后输入至驱动控制电路，所述驱动控制电路用于调节所述热电制冷器的电流并进行控制输出，实现对半导体光源工作温度的双闭环控制。
7.在本发明的一个实施例中，所述第一温控模块包括：惠斯顿电桥，其连接所述热敏电阻，所述惠斯顿电桥用于将热敏电阻和用于设定温度的电阻的电压降进行差分输出，得到热电制冷器表面温度和设定温度的偏差；第一ad转换器，其连接所述惠斯顿电桥，所述第一ad转换器用于将惠斯顿电桥输出的模拟信号转换为数字信号；第一信号处理子模块，其包括积分器和比例单元，所述积分器和比例单元连接所述第一ad转换器，利用比例单元和积分器对热电制冷器表面温度和设定温度的偏差进行比例-积分控制输出。
8.在本发明的一个实施例中，所述第二温控模块包括：运算放大电路，其连接所述背向光探测器，所述运算放大电路用于将背向光探测器输出的电流信号进行放大处理；第二ad转换器，其连接所述运算放大电路，所述第二ad转换器用于将运算放大电路输出的模拟信号转换为数字信号；第二信号处理子模块，其包括微分器，所述微分器连接所述第二ad转换器，利用微分器对背向光探测器的输出电信号变化进行测量，以对半导体光源的工作温度变化进行微分控制输出。
9.在本发明的一个实施例中，还包括da转换器，所述da转换器用于将主调节信号和副调节信号叠加后的信号转换为模拟信号，并将转换后的模拟信号输入至驱动控制电路。
10.在本发明的一个实施例中，所述第一温控模块包括：惠斯顿电桥，其连接所述热敏电阻，所述惠斯顿电桥用于将热敏电阻和用于设定温度的电阻的电压降进行差分输出，得到热电制冷器表面温度和设定温度的偏差；差分放大电路，其连接所述惠斯顿电桥，所述差分放大电路用于将惠斯顿电桥输
出的信号进行差分放大处理；比例-积分运算电路，其连接差分放大电路，利用比例-积分运算电路对热电制冷器表面温度和设定温度的偏差进行比例-积分控制输出。
11.在本发明的一个实施例中，所述第二温控模块包括：运算放大电路，其连接所述背向光探测器，所述运算放大电路用于将背向光探测器输出的电流信号进行放大处理；微分运算电路，其连接所述运算放大电路，利用微分运算电路对背向光探测器的输出电信号变化进行测量，以对半导体光源的工作温度变化进行微分控制输出。
12.在本发明的一个实施例中，还包括叠加运算电路，所述叠加运算电路用于将主调节信号和副调节信号进行叠加处理，并将叠加后的主调节信号和副调节信号输入至驱动控制电路。
13.此外，本发明还提供一种提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制方法，该方法基于上述所述的提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制系统实现，该方法包括：半导体光源在驱动模块提供的电流作用下发光；由热敏电阻采集热电制冷器表面温度，并将温度转换为热敏电阻的电阻值；第一温控模块通过检测热敏电阻的电阻值，得到热电制冷器表面温度与设定温度的偏差和对该偏差的积分结果，将该积分结果作为主调节信号输入至驱动控制电路；由背向光探测器采集半导体光源发出的光信号，并将光信号随温度的变化转化为电信号变化；第二温控模块通过检测背向光探测器的电信号变化得到半导体光源工作温度变化的微分结果，将该微分结果作为副调节信号输入至驱动控制电路；第一温控模块输出的主调节信号和第二温控模块输出的副调节信号叠加后输入至驱动控制电路，所述驱动控制电路用于调节所述热电制冷器的电流并进行控制输出，实现对半导体光源工作温度的双闭环控制。
14.在本发明的一个实施例中，在对半导体光源工作温度进行双闭环控制时，根据第一温控模块输出的主调节信号反向改变驱动控制电路输出至热电制冷器的电流，直至热电制冷器表面温度闭环稳定，实现对半导体光源工作温度的第一闭环控制；根据第二温控模块输出的副调节信号反向调节驱动控制电路输出至热电制冷器的电流，直至半导体光源的工作温度闭环稳定，实现对半导体光源工作温度的第二闭环控制。
15.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明基于半导体光源发出的光信号强度对工作温度敏感的特性，通过背向光探测器的输出电信号对半导体光源组件中的热电制冷器的电流进行第二闭环控制，提高半导体光源的工作温度稳定性，克服使用热敏电阻间接测量半导体光源工作温度不准确的缺点，避免使用背向光探测器进行恒光功率控制时光谱特征参数随驱动电流漂移的问题，以满足相关应用中对超辐射发光二极管的输出稳定性要求。本发明不改变现有半导体光源组件的封装结构，实现方法简单易行。
附图说明
16.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合
附图，对本发明作进一步详细的说明。
17.图1为半导体光源的双闭环控制装置示意图。
18.图2为半导体光源的封装结构示意图。
19.图3为集成背向光探测器的超辐射发光二极管的半导体芯片结构示意图。
20.图4为本发明提出的提高半导体光源输出稳定性的数字式双闭环控制装置。
21.图5为本发明提出的提高半导体光源输出稳定性的模拟式双闭环控制装置。
22.图6为背向光探测器输出电信号的微分控制电路。
23.图7为热敏电阻输出信号的比例-积分控制电路和叠加运算电路。
24.图8为半导体光源的第一闭环控制流程图。
25.图9为半导体光源的第二闭环控制流程图。
26.其中，附图标记说明如下：10、半导体光源；20、热电制冷器；30、热敏电阻；40、背向光探测器。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
28.对于集成背向光探测器40的超辐射发光二极管光源组件而言，其内部结构如图2所示，超辐射发光二极管（半导体光源10）和背向光探测器40集成在同一个半导体芯片上，并与热敏电阻30焊接在热沉上，而热沉焊接在热电制冷器20上。
29.在不改变现有半导体光源10组件封装结构的前提下，本发明实施例提供一种提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制装置，其结构如图1所述，包括半导体光源10、热电制冷器20、第一闭环控制支路和第二闭环控制支路，其中第一闭环控制支路包括热敏电阻30和第一温控模块，第二闭环控制支路包括背向光探测器40和第二温控模块。
30.上述半导体光源10连接提供驱动电流的驱动模块，半导体光源10在驱动电流的作用下发光；热敏电阻30和第一温控模块相连，背向光探测器40与第二温控模块相连，第一温控模块和第二温控模块的输出叠加后与驱动控制电流相连，驱动控制电流与热电制冷器20相连，热电制冷器20连接所述半导体光源10，通过调节热电制冷器20的电流控制半导体光源10的工作温度。
31.所述热敏电阻30用于采集热电制冷器20表面温度，并将温度转换为热敏电阻30的电阻值，所述第一温控模块通过检测热敏电阻30的电阻值得到热电制冷器20表面温度与设定温度的偏差和对该偏差的积分结果，将该积分结果作为主调节信号经驱动控制电路输入至热电制冷器20，稳定控制半导体光源10的工作温度。
32.所述背向光探测器40用于采集半导体光源10发出的光信号，并将光信号随温度的变化转化为电信号变化，所述第二温控模块通过检测背向光探测器40的电信号变化得到半导体光源10工作温度变化的微分结果，将该微分结果作为副调节信号经驱动控制电路输入至热电制冷器20，稳定控制半导体光源10的工作温度。
33.上述第一温控模块输出的主调节信号和第二温控模块输出的副调节信号叠加后输入至热电制冷器20，实现对半导体光源10工作温度的双闭环控制。
34.本发明基于半导体光源10发出的光信号强度对工作温度敏感的特性，通过背向光
探测器40的输出电信号对半导体光源10组件中的热电制冷器20的电流进行第二闭环控制，提高半导体光源10的工作温度稳定性，克服使用热敏电阻30间接测量半导体光源10工作温度不准确的缺点，避免使用背向光探测器40进行恒光功率控制时光谱特征参数随驱动电流漂移的问题，以满足相关应用中对超辐射发光二极管的输出稳定性要求。本发明不改变现有半导体光源10组件的封装结构，实现方法简单易行。
35.具体地，本发明所提出的提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制装置如图4和图5所示，其均包括集成背向光探测器40的超辐射发光二极管、热敏电阻30、热电制冷器20、驱动控制电路、第一温控模块和第二温控模块；背向光探测器40与第二温控模块相连，热敏电阻30连接第一温控模块，第一温控模块和第二温控模块叠加后与热电制冷器20连接，所述驱动控制电路连接所述热电制冷器20，所述驱动控制电路用于调节所述热电制冷器20的电流并进行控制输出。其中集成背向光探测器40的超辐射发光二极管的半导体芯片结构如图3所示。
36.作为优选的一个实施方案，图4为本发明提出的提高半导体光源10输出稳定性的数字式双闭环控制装置，所述第一温控模块包括惠斯顿电桥、第一ad转换器和第一信号处理子模块，惠斯顿电桥连接所述热敏电阻30，所述惠斯顿电桥用于将热敏电阻30和用于设定温度的电阻的电压降进行差分输出，得到热电制冷器20表面温度和设定温度的偏差；第一ad转换器连接所述惠斯顿电桥，所述第一ad转换器用于将惠斯顿电桥输出的模拟信号转换为数字信号；第一信号处理子模块包括积分器和比例单元，所述积分器和比例单元连接所述第一ad转换器，利用比例单元和积分器对热电制冷器20表面温度和设定温度的偏差进行比例-积分控制输出。所述第二温控模块包括运算放大电路、第二ad转换器和第二信号处理子模块，运算放大电路连接所述背向光探测器40，所述运算放大电路用于将背向光探测器40输出的电流信号进行放大处理；第二ad转换器连接所述运算放大电路，所述第二ad转换器用于将运算放大电路输出的模拟信号转换为数字信号；第二信号处理子模块包括微分器，所述微分器连接所述第二ad转换器，利用微分器对背向光探测器40的输出电信号变化进行测量，以对半导体光源10的工作温度变化进行微分控制输出。
37.图4还包括da转换器，所述da转换器用于将叠加后的主调节信号和副调节信号转换为模拟信号，并将转换后的模拟信号输入至驱动控制电路。上述热敏电阻30接入惠斯顿电桥，惠斯顿电桥输出与第一ad转换器连接，第一ad转换器输出连接第一信号处理子模块，然后与da转换器连接实现第一闭环控制；背向光探测器40输出端与运算放大电路连接，运算放大电路与第二ad转换器连接，第二ad转换器输出连接第二信号处理子模块，然后与da转换器连接实现第二闭环控制。
38.上述运算放大电路包括放大、滤波电路。为了将背向光探测器40输出的微弱电流信号放大到第二ad转换器的响应范围，利用运算放大电路将有用信号进行放大处理；此外，还需要一个低通滤波器降低信号中的白噪声，以提高检测准确度。
39.上述热电制冷器20的驱动控制电路可采用maxim公司的开关型驱动器或其它集成功率器件实现，输入为控制热电制冷器20进行制热或制冷的控制电压信号。热电制冷器20的驱动控制电路可以是本领域的公开技术，本发明不做赘述。
40.作为优选的一个实施方案，图5为本发明提出的提高半导体光源10输出稳定性的模拟式双闭环控制装置，所述第一温控模块包括惠斯顿电桥、差分放大电路和比例-积分运
算电路，惠斯顿电桥连接所述热敏电阻30，所述惠斯顿电桥用于将热敏电阻30和用于设定温度的电阻的电压降进行差分输出，得到热电制冷器20表面温度和设定温度的偏差；差分放大电路连接所述惠斯顿电桥，所述差分放大电路用于将惠斯顿电桥输出的信号进行差分放大处理；比例-积分运算电路连接差分放大电路，利用比例-积分运算电路对热电制冷器20表面温度和设定温度的偏差进行比例-积分控制输出。所述第二温控模块包括运算放大电路和微分运算电路，运算放大电路连接所述背向光探测器40，所述运算放大电路用于将背向光探测器40输出的电流信号进行放大处理；微分运算电路连接所述运算放大电路，利用微分运算电路对背向光探测器40的输出电信号变化进行测量，以对半导体光源10的工作温度变化进行微分控制输出。
41.图5还包括叠加运算电路，所述叠加运算电路用于将主调节信号和副调节信号进行叠加处理，并将叠加后的主调节信号和副调节信号输入至驱动控制电路。上述热敏电阻30接入惠斯顿电桥，惠斯顿电桥输出与差分放大电路连接，差分放大电路输出连接比例-积分运算电路，然后与叠加运算电路连接实现第一闭环控制；背向光探测器40输出端与运算放大电路连接，运算放大电路与微分运算电路连接，然后与叠加运算电路连接实现第二闭环控制。
42.图6为背向光探测器40输出电信号的微分控制电路，该微分控制电路包括运算放大电路和微分运算电路，由于背向光探测器40的输出电信号较小，本发明采用第一级放大电路u4将背向光探测器40的输出电信号转换为电压信号，通过调节r12的阻值放大至合适范围；基于u5构成微分运算电路的微分常数可以通过c4和r15调节；电阻r14是一个小电阻，当有较大的脉冲时，可以起到缓冲作用；c5为微分运算电路反馈通路中的一个小电容，作为补偿电容可以有效防止自激振荡，一般选取3~10pf，而微分运算电路输入端电容c4远大于反馈通路c5的电容。u5微分运算电路的输出端与分压电路连接，pin为叠加运算电路的输入。
43.图7为热敏电阻30输出信号的比例-积分控制电路和叠加运算电路，该比例-积分控制电路包括差分放大电路和比例-积分运算电路，其中pin是背向光探测器40输出电信号的微分控制电路的调节电压信号，比例-积分控制电路和微分控制电路的输出电压信号采用模拟叠加方案；port是输入热电制冷器20的驱动控制电路的控制电压信号，控制电压信号的大小决定了驱动热电制冷器20的实际电流大小和方向。
44.热敏电阻30的阻值和设定温度的电阻r3阻值的偏差一旦产生，基于u1构成的差分放大电路可产生与输入偏差信号成比例的输出信号，可通过r4调节获得偏差信号放大比例值；基于u2构成的比例-积分运算电路中比例常数可以通过调节r5，r6，积分常数可以通过c1，r5调节；基于u3构成的叠加运算电路中将比例-积分控制电路和微分控制电路的输出电压信号进行叠加，并产生热电制冷器20的驱动控制电路的控制电压信号port。
45.本发明基于半导体光源10发出的光信号强度与工作温度正相关关系，采用背向光探测器40对半导体光源10发出的光信号强度进行检测，通过第二温控模块的微分控制方式建立对半导体光源10的工作温度闭环控制，结合热敏电阻30、热电制冷器20和第一温控模块构成的比例-积分控制实现对半导体光源10的高稳定性输出。
46.下面对本发明实施例二公开的一种提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制方法进行介绍，下文描述的一种提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制方法与上文描
述的一种提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制系统可相互对应参照。
47.本发明实施例提供一种提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制方法，包括以下步骤：半导体光源10在驱动电流的作用下发光；由热敏电阻30采集热电制冷器20表面温度，并将温度转换为热敏电阻30的电阻值；第一温控模块通过检测热敏电阻30的电阻值，得到热电制冷器20表面温度与设定温度的偏差和对该偏差的积分结果，将该积分结果作为主调节信号经驱动控制电路输入至热电制冷器20；由背向光探测器40采集半导体光源10发出的光信号，并将光信号随温度的变化转化为电信号变化；第二温控模块通过检测背向光探测器40的电信号变化得到半导体光源10工作温度变化的微分结果，将该微分结果作为副调节信号经驱动控制电路输入至热电制冷器20；第一温控模块输出的主调节信号和第二温控模块输出的副调节信号叠加后输入至热电制冷器20，实现对半导体光源10工作温度的双闭环控制。
48.在本发明的一个实施例中，所述的第一温控模块采用比例-积分控制方法，形成的第一闭环控制流程如图8所示。所述的第二温控模块采用微分控制方法，形成的第二闭环控制流程如图9所示。在对半导体光源10工作温度进行双闭环控制时，根据第一温控模块输出的主调节信号反向改变驱动控制电路输出至热电制冷器20的电流，直至热电制冷器20表面温度闭环稳定，实现对半导体光源10工作温度的第一闭环控制；根据第二温控模块输出的副调节信号反向调节驱动控制电路输出至热电制冷器20的电流，直至半导体光源10的工作温度闭环稳定，实现对半导体光源10工作温度的第二闭环控制。
49.本实施例的提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制方法基于前述的提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制系统实现，因此该方法的具体实施方式可见前文中的提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制系统的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。
50.另外，由于本实施例的提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制方法基于前述的提高半导体光源10输出稳定性的双闭环控制系统实现，因此其作用与上述系统的作用相对应，这里不再赘述。
51.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
52.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
53.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
54.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
55.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置，半导体光源在驱动电流的作用下发光，其特征在于，双闭环控制装置包括：热电制冷器，其连接所述半导体光源，通过调节热电制冷器的电流控制半导体光源的工作温度；驱动控制电路，其连接所述热电制冷器；第一闭环控制支路，其包括热敏电阻和第一温控模块，所述热敏电阻连接所述热电制冷器，所述第一温控模块连接所述热敏电阻，所述热敏电阻用于采集热电制冷器表面温度，所述第一温控模块通过检测热敏电阻的电阻值得到热电制冷器表面温度与设定温度的偏差值，基于pid控制方法得到该偏差值的积分结果，将该积分结果作为主调节信号输入至驱动控制电路，其中积分区间为（0，t）；第二闭环控制支路，其包括背向光探测器和第二温控模块，所述背向光探测器连接所述半导体光源，所述第二温控模块连接所述背向光探测器，所述背向光探测器用于采集半导体光源发出的光信号，并将光信号随温度的变化转化为电信号变化，所述第二温控模块通过检测背向光探测器的电信号变化值，基于pid控制方法得到该温度变化值的微分结果，将该微分结果作为副调节信号输入至驱动控制电路，其中微分结果是指温度随时间的变化量；其中，第一温控模块输出的主调节信号和第二温控模块输出的副调节信号叠加后输入至驱动控制电路，所述驱动控制电路用于调节所述热电制冷器的电流并进行控制输出，实现对半导体光源工作温度的双闭环控制。2.如权利要求1所述的提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置，其特征在于，所述第一温控模块包括：惠斯顿电桥，其连接所述热敏电阻，所述惠斯顿电桥用于将热敏电阻和用于设定温度的电阻的电压降进行差分输出，得到热电制冷器表面温度和设定温度的偏差；第一ad转换器，其连接所述惠斯顿电桥，所述第一ad转换器用于将惠斯顿电桥输出的模拟信号转换为数字信号；第一信号处理子模块，其包括积分器和比例单元，所述积分器和比例单元连接所述第一ad转换器，利用比例单元和积分器对热电制冷器表面温度和设定温度的偏差进行比例-积分控制输出。3.如权利要求所述的提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置，其特征在于，所述第二温控模块包括：运算放大电路，其连接所述背向光探测器，所述运算放大电路用于将背向光探测器输出的电流信号进行放大处理；第二ad转换器，其连接所述运算放大电路，所述第二ad转换器用于将运算放大电路输出的模拟信号转换为数字信号；第二信号处理子模块，其包括微分器，所述微分器连接所述第二ad转换器，利用微分器对背向光探测器的输出电信号变化进行测量，以对半导体光源的工作温度变化进行微分控制输出。4.如权利要求1所述的提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置，其特征在于：还包括da转换器，所述da转换器用于将主调节信号和副调节信号叠加后的信号转换为模拟信
号，并将转换后的模拟信号输入至驱动控制电路。5.如权利要求1所述的提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置，其特征在于，所述第一温控模块包括：惠斯顿电桥，其连接所述热敏电阻，所述惠斯顿电桥用于将热敏电阻和用于设定温度的电阻的电压降进行差分输出，得到热电制冷器表面温度和设定温度的偏差；差分放大电路，其连接所述惠斯顿电桥，所述差分放大电路用于将惠斯顿电桥输出的信号进行差分放大处理；比例-积分运算电路，其连接差分放大电路，利用比例-积分运算电路对热电制冷器表面温度和设定温度的偏差进行比例-积分控制输出。6.如权利要求1所述的提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置，其特征在于：所述第二温控模块包括：运算放大电路，其连接所述背向光探测器，所述运算放大电路用于将背向光探测器输出的电流信号进行放大处理；微分运算电路，其连接所述运算放大电路，利用微分运算电路对背向光探测器的输出电信号变化进行测量，以对半导体光源的工作温度变化进行微分控制输出。7.如权利要求1所述的提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置，其特征在于：还包括叠加运算电路，所述叠加运算电路用于将主调节信号和副调节信号进行叠加处理，并将叠加后的主调节信号和副调节信号输入至驱动控制电路。8.一种提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1-7任一项所述的提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制系统实现，该方法包括：半导体光源在驱动模块提供的电流作用下发光；由热敏电阻采集热电制冷器表面温度，并将温度转换为热敏电阻的电阻值；第一温控模块通过检测热敏电阻的电阻值，得到热电制冷器表面温度与设定温度的偏差和对该偏差的积分结果，将该积分结果作为主调节信号输入至驱动控制电路；由背向光探测器采集半导体光源发出的光信号，并将光信号随温度的变化转化为电信号变化；第二温控模块通过检测背向光探测器的电信号变化得到半导体光源工作温度变化的微分结果，将该微分结果作为副调节信号输入至驱动控制电路；第一温控模块输出的主调节信号和第二温控模块输出的副调节信号叠加后输入至驱动控制电路，所述驱动控制电路用于调节所述热电制冷器的电流并进行控制输出，实现对半导体光源工作温度的双闭环控制。9.如权利要求8所述的提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制方法，其特征在于：在对半导体光源工作温度进行双闭环控制时，根据第一温控模块输出的主调节信号反向改变驱动控制电路输出至热电制冷器的电流，直至热电制冷器表面温度闭环稳定，实现对半导体光源工作温度的第一闭环控制；根据第二温控模块输出的副调节信号反向调节驱动控制电路输出至热电制冷器的电流，直至半导体光源的工作温度闭环稳定，实现对半导体光源工作温度的第二闭环控制。

技术总结

本发明涉及一种提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置，包括半导体光源、热电制冷器、第一闭环控制支路和第二闭环控制支路，其中第一闭环控制支路包括热敏电阻和第一温控模块，第二闭环控制支路包括背向光探测器和第二温控模块，热敏电阻和第一温控模块相连，背向光探测器与第二温控模块相连，第一温控模块和第二温控模块的输出叠加后与热电制冷器相连，热电制冷器连接所述半导体光源，通过调节热电制冷器的电流控制半导体光源的工作温度。本发明的目的在于提供一种提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置及方法，以满足相关应用中对半导体光源的输出高稳定性要求。关应用中对半导体光源的输出高稳定性要求。关应用中对半导体光源的输出高稳定性要求。