Derzeit Halbleiter Laser (LD) werden in vielen Bereichen wie Kommunikation, Informationsinspektion, medizinische Behandlung und Präzisionsverarbeitung sowie im Militär eingesetzt. Die Laserstromversorgung ist ein wichtiger Bestandteil des Lasergeräts und ihre Leistung wirkt sich direkt auf die technischen Indikatoren des gesamten Lasergeräts aus. Dieses Design verwendet eine von DSP gesteuerte Konstantstromquelle, um den Halbleiterlaser mit Strom zu versorgen. In der Schaltung wird das Prinzip der Gegenkopplung genutzt, um den Ausgangsstrom der zusammengesetzten Leistung zu steuern Regler um den Zweck der Stabilisierung des Ausgangsstroms zu erreichen. Das System verwendet eine Kombination aus Schaltungsdesign und Programmsteuerungsalgorithmusdesign, um den Arbeitsstatus des Halbleiterlasers in Echtzeit unter vielen Gesichtspunkten zu erkennen und zu steuern, sodass die Leistung des Systems erheblich verbessert und verbessert wird und die Genauigkeit effektiv gelöst wird Der Halbleiterlaser. , Stabilitäts- und Zuverlässigkeitsprobleme haben die Leistungsindikatoren von Halbleiterlasern weiter verbessert.
Systemprinzip
Um die Laserausgabe zu einem Laser mit einer stabilen Wellenlänge zu machen, muss der durch den Laser fließende Strom sehr stabil sein, so dass die Stromversorgungsschaltung eine rauscharme, stabile Konstantstromquelle auswählt. Der Konstantstromquellenstrom kann stufenlos zwischen 0A und 3A eingestellt werden, um sich an unterschiedliche Laserspezifikationen anzupassen. Gegenwärtig verwendet die Sekundärentwicklung von Halbleiterlaserstromversorgungen im Allgemeinen reine Hardware-Schaltungssysteme oder Einzelchip-Steuerung. Mit eingebetteter Mikroverarbeitung Mit der schnellen Entwicklung von DSP kann eine auf DSP basierende digitale Steuerung die Probleme der Stabilität, Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Halbleiterlaserarbeiten effektiver lösen. Das Prinzip der Sekundärentwicklung von DSP ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1 Schematische Darstellung des Systems
Das Spannung Das vom DSP ausgegebene Steuersignal wird an den Operationsverstärker ausgegeben, der durch den Operationsverstärker verstärkt und ausgegeben wird, um den zusammengesetzten Regler zu steuern, der aus der Triode 8050 und dem Regler TIP122 besteht. Der Strahler des Reglerrohres ist in Reihe mit a Relais und ein High-Power-Sampling Widerstand. Nehmen Sie das Spannungssignal von beiden Enden des Abtastwiderstands und senden Sie es an die Differenzverstärkerschaltung U2, um die Spannung am Abtastwiderstand zu erhalten. Dieses Spannungssignal durchläuft einen Spannungsfolger und gelangt in den analogen Signaleingangskanal des vom DSP gesteuerten ADC. Der ADC wandelt das analoge Eingangssignal in ein digitales Signal um, und dann führt der DSP eine Datenverarbeitung des umgewandelten digitalen Signals durch. Der Abtastwiderstand ist ein Hochleistungs-Metallschichtwiderstand von 0.15 , der einen guten Temperaturkoeffizienten erfordert. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers U1 bestimmt die Stromregelgenauigkeit. Je kleiner der Verstärkungsfaktor, desto höher die Genauigkeit der Stromausgabe. Gleichzeitig beeinflusst der Verstärkungsfaktor der Differenz-Rückkopplungsschaltung U2 auch die Regelgenauigkeit des Stroms. Je größer der Verstärkungsfaktor ist, desto höher ist die Stabilität des Stroms, aber der Ausgangsbereich des Stroms wird kleiner. Im Fall einer bestimmten Steuerspannung wird die genaue Auswahl des Vielfachen des Operationsverstärkers U1 und des Vielfachen der Differenzrückkopplungsschaltung U2 ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Stromausgangsgenauigkeit und des Stromausgangsbereichs der Konstantstromquelle.
Abbildung 2 Systemworkflow
TMS320F2812 Steuerungssystem
Die Designschaltung basiert auf dem digitalen Signalprozessor TMS320F2812. Das Netzteil besteht aus mehreren Teilen wie Steuerstromkreis, Schutzstromkreis und Hauptstromkreis, unter denen DSP eine zentrale Rolle spielt. Die wichtigsten Steuerungsaufgaben sind: 1. Steuerung des Datenerfassungssystems. Unter Verwendung des 12-Bit-ADC, der mit dem DSP-Chip geliefert wird, erfolgt die Steuerung gemäß dem Abtastsignal nach der PID-Arithmetikverarbeitung. Der Datenumwandlungsstartbefehl wird durch den Pin XF von F2812 gesteuert, dh der Pin XF wird durch Software auf einen hohen Pegel gesetzt, um die Datenumwandlung des ADC zu steuern. Nachdem die Datenumwandlung abgeschlossen ist, wechselt das Signal BUSY auf Low-Pegel, löst den F2812-Interrupt aus und liest die Daten sofort von der 16-Bit-Datenleitung D[15:0]. Der Datencode dieses Systems ist ein Zweier-Komplement-Code. F2812 verarbeitet die empfangenen Daten, puffert sie und sendet sie an LCD für die Echtzeitanzeige.
Design digitaler Filter und Systemsoftware
Digitales Filterdesign
Angesichts der Mängel des aktuellen Filterdesigns im vorherigen Entwicklungsprozess dieses Projekts wird nun ein digitaler Filter auf Basis von TMS320F2812 eingeführt, um das aktuelle Abtastsignal zu filtern. Um den Filter schnell und bequem zu entwerfen, verwenden Sie zum Entwerfen direkt die von TI bereitgestellte Filterbibliotheksfunktionsbibliothek. Die Entwurfsschritte lauten wie folgt: Bestimmen Sie die Filterleistungsindikatoren entsprechend den tatsächlichen Aufgabenanforderungen. Rufen Sie in Matlab die Ezfir-Funktion in der Filterbibliothek auf, um sie zu simulieren. Bestimmen Sie den Wert jedes Parameters gemäß den Simulationsergebnissen. Rufen Sie das Assemblerprogramm filter.asmDSP in der Filterlibrary-Bibliothek auf ModulKopieren Sie die Simulationsparameterwerte in Matlab in das Programm und implementieren Sie die Filterung auf F2812.
Abbildung 3 Steuerkurve der Konstantstromquelle
Systemsoftware-Design
Der Systemablauf ist in Abbildung 2 dargestellt. Nach dem Einschalten beginnt das System mit der Selbstprüfung. Nach Abschluss der Selbstprüfung erfolgt die Systeminitialisierung, einschließlich DSP, DAC, LCD, und der interne Interrupt-Controller und Zähler des DSP. Nachdem das System bereit ist, rufen Sie den Startvorgang auf Bildschirm. Schalten Sie die Tastaturunterbrechung ein und warten Sie, bis die Taste die entsprechende Funktion auswählt. Wenn die „Parametereinstellung“ ausgewählt ist, drücken Sie die Arbeitstaste, um in die Schnittstelle „Parametereinstellung“ zu gelangen und Sie können die Spannungs-, Strom- und Leistungswerte einstellen. Kehren Sie nach der Einstellung zum Startbildschirm zurück und starten Sie den Laser. Nachdem das System in den Betriebszustand übergegangen ist, kann der Benutzer immer noch einen neuen Wert einstellen, ohne den Laser anzuhalten. Nachdem die Einstellung abgeschlossen ist, gibt der Laser den Laser entsprechend der neuen Anforderung aus.
Wenn ein Fehler im Systemselbstprüfungs- und -steuerungsprozess auftritt oder das System einen Überstrom oder eine Überspannung aufweist, wird das Schutzprogramm automatisch aufgerufen. Wenn das System heruntergefahren oder die Stromversorgung plötzlich unterbrochen wird, um zu verhindern, dass die Spannung an beiden Enden des Lasers auf Null abfällt, wendet das System eine vollständige Abschaltmethode an. Das Prinzip besteht darin, die Ausgabe des abgetasteten Werts schrittweise zu reduzieren, bis er auf Null abfällt, bevor die Abschaltung zugelassen wird.
Abschließende Bemerkungen
In diesem Artikel wird experimentell festgestellt, dass die Vergrößerung von U1 und U2 alle 1 beträgt, der Ausgangsstrom auf 0 A bis 3 A einstellbar ist und die Laserausgangsleistung auf 0 W bis 2 W einstellbar ist. Die Einführung des DSP-Steuerungssystems hat im Vergleich zur vorherigen Single-Chip-Steuerung deutliche Verbesserungen gebracht. Dies zeigt sich hauptsächlich in: Aufgrund des hohen Integrationsgrads und der guten Leistung von TMS320F2812 bietet das System die Vorteile einer geringen Größe, einer hohen Geschwindigkeit, einer starken Verarbeitungskapazität, einer hohen Zuverlässigkeit und eines geringen Stromverbrauchs. Die digitale Filtermethode in TMS320F2812 ist einfach und die Entwicklungseffizienz wird verbessert. . Nachdem der Entwurf der Treiber- und Schutzschaltung des Halbleiterlasers abgeschlossen ist, müssen Schweiß- und Debugging-Vorgänge durchgeführt werden. Tabelle 1 zeigt den Zusammenhang zwischen der Steuerspannung und dem Ausgangsstrom der Konstantstromquelle bei 25 °C. Abbildung 3 ist eine Steuerkurve für eine Konstantstromquelle, die auf den Daten in Tabelle 1 basiert. Der Ausgangsspannungsbereich beträgt 0 V bis 5 V und die Fehlerrate des Ausgangsstroms beträgt 0.1 %. Die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom stehen in einem linearen Zusammenhang, der den Anforderungen entspricht.