En la actualidad, semiconductor El láser (LD) se ha utilizado ampliamente en muchos campos, como la comunicación, la inspección de información, el tratamiento médico y el procesamiento de precisión y el ejército. La fuente de alimentación del láser es una parte importante del dispositivo láser y su rendimiento afecta directamente los indicadores técnicos de todo el dispositivo láser. Este diseño utiliza una fuente de corriente constante controlada por DSP para proporcionar corriente al láser semiconductor. En el circuito, el principio de retroalimentación negativa se utiliza para controlar la corriente de salida de la potencia compuesta. organismo regulador para lograr el propósito de estabilizar la corriente de salida. El sistema utiliza una combinación de diseño de circuito y diseño de algoritmo de control de programa para detectar y controlar el estado de funcionamiento del láser semiconductor en tiempo real desde muchos aspectos, de modo que el rendimiento del sistema mejora y mejora considerablemente y resuelve eficazmente la precisión de El láser semiconductor. Los problemas de estabilidad y confiabilidad han mejorado aún más los indicadores de rendimiento de los láseres semiconductores.
Principio del sistema
Para que la salida del láser sea un láser con una longitud de onda estable, se requiere que la corriente que fluye a través del láser sea muy estable, por lo que el circuito de suministro de energía selecciona una fuente de corriente constante estable y de bajo ruido. La corriente de la fuente de corriente constante se puede ajustar continuamente entre 0A y 3A para adaptarse a las diferentes especificaciones de los láseres. En la actualidad, el desarrollo secundario de las fuentes de alimentación láser de semiconductores generalmente adopta sistemas de circuitos de hardware puro o control de un solo chip. Con microprocesamiento integrado Con el rápido desarrollo de DSP, el control digital basado en DSP puede resolver más eficazmente los problemas de estabilidad, precisión y confiabilidad del trabajo con láser semiconductor. El principio del desarrollo secundario de DSP se muestra en la Figura 1.
Figura 1 Diagrama esquemático del sistema
El voltaje La señal de control emitida por el DSP se envía al amplificador operacional, que es amplificado por el amplificador operacional y se emite para controlar el regulador compuesto compuesto por el triodo 8050 y el regulador TIP122. El emisor del tubo regulador está conectado en serie con un Relé y un muestreo de alta potencia Resistencia. Tome la señal de voltaje de ambos extremos de la resistencia de muestreo y envíela al circuito amplificador diferencial U2 para obtener el voltaje en la resistencia de muestreo. Esta señal de voltaje pasa a través de un seguidor de voltaje y entra en el canal de entrada de señal analógica del ADC controlado por el DSP. El ADC convierte la señal analógica de entrada en una señal digital, y luego el DSP realiza el procesamiento de datos en la señal digital convertida. La resistencia de muestreo es una resistencia de película metálica de alta potencia de 0.15 Ω, que requiere un buen coeficiente de temperatura. El factor de amplificación del amplificador operacional U1 determina la precisión del control de corriente. Cuanto menor sea el factor de amplificación, mayor será la precisión de la salida de corriente. Al mismo tiempo, el factor de amplificación del circuito de retroalimentación diferencial U2 también afectará la precisión de control de la corriente. Cuanto mayor sea el factor de amplificación, mayor será la estabilidad de la corriente, pero el rango de salida de la corriente se reduce. En el caso de un cierto voltaje de control, la selección precisa del múltiplo del amplificador operacional U1 y el múltiplo del circuito de retroalimentación diferencial U2 se convertirá en un factor importante para determinar la precisión de salida de corriente y el rango de salida de corriente de la fuente de corriente constante.
Figura 2 Flujo de trabajo del sistema
Sistema de control TMS320F2812
El circuito de diseño se basa en el procesador de señales digitales TMS320F2812. La fuente de alimentación se compone de varias partes, como el circuito de control, el circuito de protección y el circuito principal, entre los cuales el DSP juega un papel fundamental. Las principales tareas de control son: 1. Controlar el sistema de adquisición de datos. Usando el ADC de 12 bits que viene con el chip DSP, el control se realiza de acuerdo con la señal de muestreo después del procesamiento aritmético PID. El comando de inicio de conversión de datos está controlado por el pin XF de F2812, es decir, el pin XF está configurado en un nivel alto por software para controlar la conversión de datos del ADC. Una vez completada la conversión de datos, la señal BUSY cambiará a nivel bajo, activando la interrupción F2812 y leyendo los datos de la línea de datos de 16 bits D [15: 0] inmediatamente. El código de datos de este sistema es un código de complemento a dos. F2812 procesa los datos recibidos, los almacena en búfer y los envía a LCD para visualización en tiempo real.
Diseño de software de sistemas y filtros digitales
Diseño de filtro digital
En vista de las deficiencias del diseño de filtrado actual en el proceso de desarrollo anterior de este proyecto, ahora se introduce un filtro digital basado en TMS320F2812 para filtrar la señal de muestreo actual. Para diseñar el filtro de forma rápida y cómoda, utilice directamente la biblioteca de funciones filterlibrary proporcionada por TI para diseñar. Los pasos de diseño son los siguientes: de acuerdo con los requisitos reales de la tarea, determinar los indicadores de rendimiento del filtro; en Matlab, llame a la función ezfir en la biblioteca filterlibrary para simular; determinar el valor de cada parámetro según los resultados de la simulación; llame al programa ensamblador filter.asmDSP en la biblioteca filterlibrary Móduloy copie los valores de los parámetros de simulación en Matlab al programa e implemente el filtrado en F2812.
Figura 3 Curva de control de fuente de corriente constante
Diseño de software del sistema
El flujo de trabajo del sistema se muestra en la Figura 2. Después del encendido, el sistema comienza la autoverificación. Una vez completada la autoverificación, ingresa a la inicialización del sistema, incluidos DSP, DAC, LCDy el controlador de interrupciones interno y el contador del DSP. Una vez que el sistema esté listo, ingrese al inicio Pantalla. Encienda la interrupción del teclado y espere a que la tecla seleccione la función correspondiente. Si se selecciona la “configuración de parámetros”, presione la tecla de trabajo para ingresar a la interfaz de “configuración de parámetros”, y puede configurar los valores de voltaje, corriente y potencia. Después de la configuración, vuelva a la pantalla de inicio y encienda el láser para que funcione. Una vez que el sistema ingresa al estado de funcionamiento, el usuario aún puede establecer un nuevo valor sin detener el láser. Una vez finalizada la configuración, el láser emitirá láser de acuerdo con el nuevo requisito.
Cuando hay un error en el proceso de autocomprobación y control del sistema, o el sistema tiene sobrecorriente o sobretensión, el programa de protección se llamará automáticamente. Cuando el sistema se apaga o la energía se corta repentinamente, para evitar que el voltaje en ambos extremos del láser caiga a cero, el sistema adopta un método de apagado completo. El principio es reducir gradualmente la salida del valor muestreado hasta que descienda a cero antes de que se permita el apagado.
Observaciones finales
Este artículo determina experimentalmente que los aumentos de U1 y U2 son todos 1, la corriente de salida es ajustable de 0A”3A y la potencia de salida del láser es ajustable de 0W”2W. La introducción del sistema de control DSP ha mejorado significativamente en comparación con el control de un solo chip anterior. Principalmente manifestado en: debido al alto nivel de integración y buen rendimiento del TMS320F2812, el sistema tiene las ventajas de tamaño pequeño, velocidad rápida, gran capacidad de procesamiento, alta confiabilidad y bajo consumo de energía; el método de filtrado digital en TMS320F2812 es simple y se mejora la eficiencia del desarrollo. . Una vez completado el diseño del controlador y el circuito de protección del láser semiconductor, se llevará a cabo la soldadura y la depuración. La Tabla 1 muestra la relación entre el voltaje de control y la corriente de salida de la fuente de corriente constante a 25°C. La Figura 3 es una curva de control de fuente de corriente constante dibujada en base a los datos de la Tabla 1. El rango de voltaje de salida es de 0 V a 5 V y la tasa de error de corriente de salida es del 0.1 %. El voltaje y la corriente de salida tienen una relación lineal, lo que cumple con los requisitos.