实现输出功率自动调节控制电路结构及其方法

摘要

本发明涉及一种实现输出功率自动调节控制电路结构，其包括恒压产生模块、积分比较模块、模拟驱动模块、光电检测模块和二阶反馈电路模块，且二阶反馈电路模块包括均连接于光电检测模块的输出端和积分比较模块的负输入端之间的模拟量反馈电路和数字量反馈电路。本发明还涉及实现自动调节控制输出功率的方法，其首先由数字量反馈电路向积分比较模块输出调整电压信号；当实际功率超出目标功率时，数字量反馈电路锁定调整电压信号，再由模拟量反馈电路输出调整电压信号。从而既能利用数字量反馈控制迅速的优点，又能兼顾模拟量反馈控制精度高的优势，使输出功率迅速进入稳定状态，且本发明的电路结构简单，成本低廉，应用方法简便，应用范围较为广泛。

权利要求

1.一种实现输出功率自动调节控制的方法，其特征在于，所述的方法利用恒压产生模块、积分比较模块、模拟驱动模块、光电检测模块和二阶反馈电路模块实现输出功率自动调整控制，所述的方法包括以下步骤：(1)所述的二阶反馈电路模块根据用户操作，调整预设的目标功率；

(2)所述的二阶反馈电路模块中的数字量反馈电路根据从所述的光电检测模块获得的当前实际功率和所述的目标功率确定调整方向与调整步进量；

(3)所述的数字量反馈电路根据所述的调整方向与调整步进量向所述的积分比较模块输出调整电压信号；

(4)当所述的光电检测模块获得的当前实际功率超出所述的目标功率时，所述的数字量反馈电路进行反向调整并将所述的调整步进量降为最小值后，锁定所述的向积分比较模块输出调整电压信号；

(5)所述的模拟量反馈电路根据从所述的光电检测模块获得的当前实际功率和所述的目标功率的差，向所述的积分比较模块输出调整电压信号。

2.根据权利要求1所述的输出功率自动调节控制的方法，其特征在于，所述的二阶反馈电路模块还包括累加控制模块；所述的模拟量反馈电路包括模拟量自动调整模块，所述的模拟量自动调整模块的输入端连接所述的光电检测模块的输出端，所述的模拟量自动调整模块的输出端连接所述的累加控制模块的输入端；所述的数字量反馈电路包括顺序连接的CPU控制模块和数字量自动调整模块，所述的CPU控制模块的输入端连接所述的光电检测模块的输出端，所述的数字量自动调整模块的输出端连接所述的累加控制模块的输入端，所述的累加控制模块的输出端连接所述的积分比较模块的负输入端，所述的步骤(2)具体为：所述的CPU控制模块根据从所述的光电检测模块获得的当前实际功率和所述的目标功率的差值确定调整方向与调整步进量。

3.根据权利要求2所述的输出功率自动调节控制的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：(31)所述的CPU控制模块根据所述的调整方向与调整步进量计算出增量信号；

(32)所述的CPU控制模块控制所述的数字量自动调整模块向所述的积分比较模块输出所述的增量信号。

4.根据权利要求2所述的输出功率自动调节控制的方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：(41)所述的CPU控制模块判断从所述的光电检测模块获得的当前实际功率超出所述的目标功率；

(42)所述的CPU控制模块进行将所述的调整方向设定为与原方向相反；

(43)所述的CPU控制模块检测到所述的当前实际功率与所述的目标功率间的差值小于或等于该CPU控制模块的最小调整步进量时，锁定所述的向所述的积分比较模块输出增量信号。

说明书

实现输出功率自动调节控制电路结构及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电路结构技术领域，特别涉及输出功率控制电路及方法技术领域，具体是指一种实现输出功率自动调节控制电路结构及其方法。

背景技术

[0002] 通常，在功率控制的相关领域，为了保证输出功率的恒定，系统设计人员会借助如图1所示的负反馈回路对其进行功率自动控制。也就是说，通过检测输出功率，然后对检测值与设定值进行比较，通过其误差负反馈到控制电路对输出功率进行调整。对于通常的负反馈电路而言，一般可以通过一个一阶反馈环，通过纯模拟或者纯数字的检测反馈控制机制进行调整。但通过单纯的模拟反馈控制会使得反馈速度较慢，动态反馈相对较窄；而通过纯数字反馈控制确实可以快速对系统进行快速反馈，但因为数字量化等精度原因，导致其反馈与控制精度都有一定的误差，在某些对功率控制稳定度较高的场合下，数字反馈控制无法满足其稳定度与精度要求。

[0003] 进而，如果系统在运行过程中，需要对输出功率按要求进行改变，则按照通常反馈控制电路的结构，会导致比较环路的设定值与检测值都需要进行改变，此时的反馈控制系统如果进行快速调整，则势必导致反馈环路输出的振荡，从而使输出功率上下波动，不利于设备的正常工作与稳定调节。而如果反馈控制系统进行慢速调整，则又导致调整步伐变慢，系统需要很长时间才能进入稳定状态。因此传统的负反馈控制方法也不适用于需要对输出功率作出快速调整的应用场景。

[0004] 对于需要冷启动的主备保护切换系统而言，主机出现故障后，备机需要在尽可能短的时间内(比如1s内)快速启动，恢复通信，且保证输出功率稳定。而对于大功率输出的激光器而言，因为电流较大，瞬间将输出功率抬升会导致电源瞬间大电流输出，一方面对电源要求相当高，另一方面也容易对激光器或者电源造成较大损伤。通常输出的大功率需要通过反馈不停调整，使输出尽可能的逼近设定值，从而达到稳定输出的目的。

[0005] 对于在DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用)通信系统中，当其中某个波长信号突然中断，使得整体的输出功率突然下降时，为了保证通信设备的正常，系统通常需要快速地将输出功率调整到原有设定值上，通过传统的反馈控制方法，要么导致调整时间过长，这会导致整个系统误以为通信中断，要么调整会引起较大的输出功率波动，这将影响下级接收系统的稳定度和误码率。

发明内容

[0006] 本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种具有更快的反馈控制速度，同时又具有更高的反馈控制精度，从而在调整输出功率的情况下，能够使输出功率迅速进入稳定状态，且结构简单，成本低廉，应用范围较为广泛的实现输出功率自动调节控制电路结构及其方法。

[0007] 为了实现上述的目的，本发明的输出功率自动调节控制电路结构具有如下构成：

[0008] 该电路结构包括恒压产生模块、积分比较模块、模拟驱动模块、光电检测模块和二阶反馈电路模块，所述的恒压产生模块的输出端连接所述的积分比较模块的正输入端，所述的积分比较模块的输出端连接所述的模拟驱动模块，所述的光电检测模块连接所述的模拟驱动模块，所述的光电检测模块的输出端连接所述的二阶反馈电路模块的输入端，所述的二阶反馈电路模块的输出端连接所述的积分比较模块的输入端，所述的二阶反馈电路模块包括模拟量反馈电路和数字量反馈电路，所述的模拟量反馈电路和数字量反馈电路均连接于所述的光电检测模块的输出端和积分比较模块的负输入端之间。

[0009] 该实现输出功率自动调节控制的电路结构中，所述的二阶反馈电路模块还包括累加控制模块；所述的模拟量反馈电路包括模拟量自动调整模块，所述的模拟量自动调整模块的输入端连接所述的光电检测模块的输出端，所述的模拟量自动调整模块的输出端连接所述的累加控制模块的输入端；所述的数字量反馈电路包括顺序连接的CPU控制模块和数字量自动调整模块，所述的CPU控制模块的输入端连接所述的光电检测模块的输出端，所述的数字量自动调整模块的输出端连接所述的累加控制模块的输入端，所述的累加控制模块的输出端连接所述的积分比较模块的负输入端。

[0010] 该实现输出功率自动调节控制的电路结构中，所述的积分比较模块为运算放大积分电路。

[0011] 该实现输出功率自动调节控制的电路结构中，所述的光电检测模块包括相互连接的光电探测器和跨导放大器，所述的光电探测器连接所述的模拟驱动模块，所述的跨导放大器的输出端连接所述的二阶反馈电路模块的输入端。

[0012] 本发明还提供一种基于所述的电路结构实现输出功率自动调节控制的方法，该方法包括以下步骤：

[0013] (1)所述的二阶反馈电路模块根据用户操作，调整预设的目标功率；

[0014] (2)所述的二阶反馈电路模块中的数字量反馈电路根据从所述的光电检测模块获得的当前实际功率和所述的目标功率确定调整方向与调整步进量；

[0015] (3)所述的数字量反馈电路根据所述的调整方向与调整步进量向所述的积分比较模块输出调整电压信号；

[0016] (4)当所述的光电检测模块获得的当前实际功率超出所述的目标功率时，所述的数字量反馈电路进行反向调整并将所述的调整步进量降为最小值后，锁定所述的向积分比较模块输出调整电压信号；

[0017] (5)所述的模拟量反馈电路根据从所述的光电检测模块获得的当前实际功率和所述的目标功率的差，向所述的积分比较模块输出调整电压信号。

[0018] 该输出功率自动调节控制的方法中，所述的二阶反馈电路模块还包括累加控制模块；所述的模拟量反馈电路包括模拟量自动调整模块，所述的模拟量自动调整模块的输入端连接所述的光电检测模块的输出端，所述的模拟量自动调整模块的输出端连接所述的累加控制模块的输入端；所述的数字量反馈电路包括顺序连接的CPU控制模块和数字量自动调整模块，所述的CPU控制模块的输入端连接所述的光电检测模块的输出端，所述的数字量自动调整模块的输出端连接所述的累加控制模块的输入端，所述的累加控制模块的输出端连接所述的积分比较模块的负输入端，所述的步骤(2)具体为：所述的CPU控制模块根据从所述的光电检测模块获得的当前实际功率和所述的目标功率的差值确定调整方向与调整步进量。

[0019] 该输出功率自动调节控制的方法中，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

[0020] (31)所述的CPU控制模块根据所述的调整方向与调整步进量计算出增量信号；

[0021] (32)所述的CPU控制模块控制所述的数字量自动调整模块向所述的积分比较模块输出所述的增量信号。

[0022] 该输出功率自动调节控制的方法中，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：

[0023] (41)所述的CPU控制模块判断从所述的光电检测模块获得的当前实际功率超出所述的目标功率；

[0024] (42)所述的CPU控制模块进行将所述的调整方向设定为与原方向相反；

[0025] (43)所述的CPU控制模块检测到所述的当前实际功率与所述的目标功率间的差值小于或等于该CPU控制模块的最小调整步进量时，锁定所述的向所述的积分比较模块输出所述的增量信号。

[0026] 采用了该发明的输出功率自动调节控制电路结构，由于其包括恒压产生模块、积分比较模块、模拟驱动模块、光电检测模块和二阶反馈电路模块，且所述的二阶反馈电路模块包括模拟量反馈电路和数字量反馈电路，所述的模拟量反馈电路和数字量反馈电路均连接于所述的光电检测模块的输出端和积分比较模块的负输入端之间；从而在自动调节控制输出功率的方法中，可以首先由所述的数字量反馈电路根据调整方向与调整步进量向所述的积分比较模块输出调整电压信号；而当所述的光电检测模块获得的当前实际功率超出所述的目标功率时，数字量反馈电路进行反向调整并将所述的调整步进量降为最小值，且锁定所述的向积分比较模块输出调整电压信号后；再由所述的模拟量反馈电路根据当前实际功率和目标功率的差，向所述的积分比较模块输出调整电压信号。从而保证了通过该电路结构，既能利用数字量反馈电路反馈控制迅速的优点，又能兼顾模拟量反馈控制精度高的优势，避免了现有技术中数字反馈控制振荡剧烈精度较差，以及模拟控制响应速度慢的缺陷，在调整设定的输出功率的情况下，能够使输出功率迅速进入稳定状态，且本发明的输出功率自动调节控制电路结构简单，成本低廉，其应用方法简便，应用范围也较为广泛。

附图说明

[0027] 图1为现有技术中的输出功率调节控制电路的电路结构示意图。

[0028] 图2为本发明的实现输出功率自动调节控制的电路结构的结构示意图。

[0029] 图3为本发明的实现输出功率自动调节控制的方法的步骤流程图。

[0030] 图4为本发明的实现输出功率自动调节控制的电路结构在实际应用中的电路示意图。

[0031] 图5为本发明的实现输出功率自动调节控制的方法在实际应用中的输出功率调整方法示意图。

具体实施方式

[0032] 为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

[0033] 请参阅图2所示，为本发明的实现输出功率自动调节控制的电路结构的结构示意图。

[0034] 在一种实施方式中，该实现输出功率自动调节控制的电路结构包括恒压产生模块、积分比较模块、模拟驱动模块、光电检测模块和二阶反馈电路模块，所述的恒压产生模块的输出端连接所述的积分比较模块的正输入端，所述的积分比较模块的输出端连接所述的模拟驱动模块，所述的光电检测模块连接所述的模拟驱动模块，所述的光电检测模块的输出端连接所述的二阶反馈电路模块的输入端，所述的二阶反馈电路模块的输出端连接所述的积分比较模块的输入端，所述的二阶反馈电路模块包括模拟量反馈电路和数字量反馈电路，所述的模拟量反馈电路和数字量反馈电路均连接于所述的光电检测模块的输出端和积分比较模块的负输入端之间。其中，所述的积分比较模块可以为运算放大积分电路。所述的光电检测模块包括相互连接的光电探测器和跨导放大器，所述的光电探测器连接所述的模拟驱动模块，所述的跨导放大器的输出端连接所述的二阶反馈电路模块的输入端。

[0035] 基于该实施方式所述的电路结构实现输出功率自动调节控制的方法，如图3所示，包括以下步骤：

[0036] (1)所述的二阶反馈电路模块根据用户操作，调整预设的目标功率；

[0037] (2)所述的二阶反馈电路模块中的数字量反馈电路根据从所述的光电检测模块获得的当前实际功率和所述的目标功率确定调整方向与调整步进量；

[0038] (3)所述的数字量反馈电路根据所述的调整方向与调整步进量向所述的积分比较模块输出调整电压信号；

[0039] (4)当所述的光电检测模块获得的当前实际功率超出所述的目标功率时，所述的数字量反馈电路进行反向调整并将所述的调整步进量降为最小值后，锁定所述的向积分比较模块输出调整电压信号；

[0040] (5)所述的模拟量反馈电路根据从所述的光电检测模块获得的当前实际功率和所述的目标功率的差，向所述的积分比较模块输出调整电压信号。

[0041] 在一种较优选的实施方式中，所述的二阶反馈电路模块还包括累加控制模块；所述的模拟量反馈电路包括模拟量自动调整模块，所述的模拟量自动调整模块的输入端连接所述的光电检测模块的输出端，所述的模拟量自动调整模块的输出端连接所述的累加控制模块的输入端；所述的数字量反馈电路包括顺序连接的CPU控制模块和数字量自动调整模块，所述的CPU控制模块的输入端连接所述的光电检测模块的输出端，所述的数字量自动调整模块的输出端连接所述的累加控制模块的输入端，所述的累加控制模块的输出端连接所述的积分比较模块的负输入端。

[0042] 基于该较优选的实施方式所述的电路结构实现输出功率自动调节控制的方法中，所述的步骤(2)具体为：所述的CPU控制模块根据从所述的光电检测模块获得的当前实际功率和所述的目标功率的差值确定调整方向与调整步进量。

[0043] 在更优选的实施方式中，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

[0044] (31)所述的CPU控制模块根据所述的调整方向与调整步进量计算出增量信号；

[0045] (32)所述的CPU控制模块控制所述的数字量自动调整模块向所述的积分比较模块输出所述的增量信号。

[0046] 且所述的步骤(4)具体包括以下步骤：

[0047] (41)所述的CPU控制模块判断从所述的光电检测模块获得的当前实际功率超出所述的目标功率；

[0048] (42)所述的CPU控制模块进行将所述的调整方向设定为与原方向相反；

[0049] (43)所述的CPU控制模块检测到所述的当前实际功率与所述的目标功率间的差值小于或等于该CPU控制模块的最小调整步进量时，锁定所述的向所述的积分比较模块输出所述的增量信号。

[0050] 在实际应用中，本发明的输出功率自动调节控制的电路结构，如图2及图4所示，包括一个恒压产生模块、一个累加控制模块、一个积分比较模块，一个数字自动调整、一个CPU控制、一个光电检测模块、一个模拟调整模块以及一个模拟驱动模块。

[0051] 如图4所示，的本发明较佳的实施例中，光电检测模块将检测的输出功率的光信号转变为电压信号送入数字自动调整模块与模拟调整模块，这两个模块根据这个反馈量分别进行相关输出，两个调整模块的电压输出信号经过累加控制模块进行叠加之后送入比较控制模块的负端，比较控制模块通过比较叠加信号的输出与恒压信号，其差值经过积分之后，产生整个电路的稳定输出的激光器的驱动电压信号，送入模拟驱动模块，从而产生稳定的功率输出。

[0052] 恒压产生模块通过恒压产生电路或者基准管，固定产生一个恒定的电压信号，送入积分比较模块的正端；该端的电压信号在整个电路工作过程中始终保持恒定，使得后面的比较电路只随另一端的波动而变化。

[0053] 积分比较模块通过一个运放积分电路，完成比较模块两端电压信号差的积分累加，由于其正端的电压幅度永远恒定，而运放的输入阻抗接近无穷大，使得整个积分电路的输出控制信号的变化只依赖负端的输入变化，从而防止了正负两端同时变化引起的输出电压信号的振荡。

[0054] 光电检测模块主要完成输出功率信号的检测，它一般通过PD(光电探测器)以及一个跨导放大电路完成光功率信号的检测与电流电压转换。该转换电路的输出送入CPU模块与模拟控制电路模块用于功率的调整。

[0055] 光电检测模块的输出可以与数字调整模块直接连接进行算术累加，此时检测到的光电流信号被积分电路反馈到功率驱动部分，如果此时功率没有达到设定值，则积分回路反馈到驱动电路，自动抬高输出功率；输出功率的增加，通过光电检测模块再反馈到积分回路，使其输出达到相应的设定值。

[0056] 在本发明的应用过程中，当设定某个目标功率后，数字调整模块可以根据系统的当前实际检测的功率值，比较得出其调整方向与调整步进量Δ1。如图5所示，逐步调整其DAC(数模转换)的输出值，该数字量DAC的输出被转换为电压信号，通过比较模块反馈到驱动电路用以调整输出功率；当数字DAC输出值导致系统输出功率高于或者低于设定值时，数字调整模块开始反方向调整，并将调整步进量降低为最小值；当调整后的输出功率低于或者高于设定值时，数字系统锁定此时的DAC输出，并保持不变。

[0057] 在数字调整模块输出锁定后，输出功率的细微功率调整由模拟反馈电路自动跟踪完成。

[0058] 由此产生的效果就是，一方面，数字调整模块的调整信息可以非常迅速的送入比较电路，完成整个电路的快速响应；同时，模拟调整模块的调整信息也可以平稳的被积分比较电路接收，并使得输出功率稳定。该累加模块完成了整个反馈电路的二阶环控制。

[0059] 模拟驱动模块将收到的电压信号加载在激光器或者其它功率输出器件的两端，完成驱动电压信号到功率信号的转换。

[0060] CPU控制模块一方面通过检测光电模块的输出，通过比较设备的输出功率值与系统的系统期望的功率值的差值，自动计算并产生一个合理的输出增量信号，如果两者的差值已经接近或者小于CPU控制电路所能产生的最小精度值的话，CPU控制模块将锁定此时的增量输出。

[0061] 当CPU控制模块处于稳定状态，并锁定增量输出时，如果系统输出功率要求改变或者此时的检测到的输出功率因为其它原因导致大幅波动超过了CPU的最小调整精度的话，CPU控制模块重新调整输出增量信号；为保证输出功率不会出现大的波动，通常CPU的每次调整幅度不应该太大。

[0062] 数字自动调整模块通过接收CPU控制模块的增量输出信号，并将其转换为电压信号，通过累加模块并最终作为整个积分比较模块的偏置电压，从而快速完成整个系统的数字反馈控制。

[0063] 模拟自动调整模块通过光电模块的输出与积分反馈电路完成实际期望功率的差值进行持续的小幅度调整，调整信号通过累加电路送入积分比较模块，作为整个电路工作过程中持续的调整分量，保证整个反馈系统的动态平衡。

[0064] 采用了该发明的输出功率自动调节控制电路结构，由于其包括恒压产生模块、积分比较模块、模拟驱动模块、光电检测模块和二阶反馈电路模块，且所述的二阶反馈电路模块包括模拟量反馈电路和数字量反馈电路，所述的模拟量反馈电路和数字量反馈电路均连接于所述的光电检测模块的输出端和积分比较模块的负输入端之间；从而在自动调节控制输出功率的方法中，可以首先由所述的数字量反馈电路根据调整方向与调整步进量向所述的积分比较模块输出调整电压信号；而当所述的光电检测模块获得的当前实际功率超出所述的目标功率时，数字量反馈电路进行反向调整并将所述的调整步进量降为最小值，且锁定所述的向积分比较模块输出调整电压信号后；再由所述的模拟量反馈电路根据当前实际功率和目标功率的差，向所述的积分比较模块输出调整电压信号。从而保证了通过该电路结构，既能利用数字量反馈电路反馈控制迅速的优点，又能兼顾模拟量反馈控制精度高的优势，避免了现有技术中数字反馈控制振荡剧烈精度较差，以及模拟控制响应速度慢的缺陷，在调整设定的输出功率的情况下，能够使输出功率迅速进入稳定状态，且本发明的输出功率自动调节控制电路结构简单，成本低廉，其应用方法简便，应用范围也较为广泛。

[0065] 在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。