À l'heure actuelle, semi-conducteur Le laser (LD) a été largement utilisé dans de nombreux domaines tels que la communication, l'inspection de l'information, le traitement médical et le traitement de précision et militaire. L'alimentation laser est une partie importante du dispositif laser et ses performances affectent directement les indicateurs techniques de l'ensemble du dispositif laser. Cette conception utilise une source de courant constant contrôlée par DSP pour fournir du courant au laser à semi-conducteur. Dans le circuit, le principe de rétroaction négative est utilisé pour contrôler le courant de sortie de la puissance composite régulateur pour atteindre l'objectif de stabiliser le courant de sortie. Le système utilise une combinaison de conception de circuit et de conception d'algorithme de contrôle de programme pour détecter et contrôler l'état de fonctionnement du laser à semi-conducteur en temps réel sous de nombreux aspects, de sorte que les performances du système soient considérablement améliorées et améliorées, et résolvent efficacement la précision de le laser à semi-conducteur. , Les problèmes de stabilité et de fiabilité ont encore amélioré les indicateurs de sortie des lasers à semi-conducteurs.
Principe du système
Pour que le laser émette un laser avec une longueur d'onde stable, le courant traversant le laser doit être très stable, de sorte que le circuit d'alimentation sélectionne une source de courant constant stable et à faible bruit. Le courant de source de courant constant peut être ajusté en continu entre 0A et 3A pour s'adapter aux différentes spécifications des lasers. À l'heure actuelle, le développement secondaire des alimentations laser à semi-conducteur adopte généralement des systèmes de circuits matériels purs ou un contrôle à puce unique. Avec le micro-traitement intégré Avec le développement rapide du DSP, le contrôle numérique basé sur le DSP peut résoudre plus efficacement les problèmes de stabilité, de précision et de fiabilité du travail au laser à semi-conducteur. Le principe du développement secondaire de la DSP est illustré à la figure 1.
Figure 1 Schéma de principe du système
Les Tension Le signal de commande émis par le DSP est envoyé à l'amplificateur opérationnel, qui est amplifié par l'amplificateur opérationnel et émis pour contrôler le régulateur composite composé de la triode 8050 et du régulateur TIP122. L'émetteur du tube régulateur est connecté en série avec un Relais et un échantillonnage à haute puissance Resistor. Prenez le signal de tension des deux extrémités de la résistance d'échantillonnage et envoyez-le au circuit amplificateur différentiel U2 pour obtenir la tension sur la résistance d'échantillonnage. Ce signal de tension passe par un suiveur de tension et entre dans le canal d'entrée de signal analogique de l'ADC contrôlé par le DSP. L'ADC convertit le signal analogique d'entrée en un signal numérique, puis le DSP effectue le traitement des données sur le signal numérique converti. La résistance d'échantillonnage est une résistance à couche métallique haute puissance de 0.15Ω, ce qui nécessite un bon coefficient de température. Le facteur d'amplification de l'amplificateur opérationnel U1 détermine la précision de la commande de courant. Plus le facteur d'amplification est petit, plus la précision de sortie de courant est élevée. Dans le même temps, le facteur d'amplification du circuit de rétroaction différentiel U2 affectera également la précision de contrôle du courant. Plus le facteur d'amplification est grand, plus la stabilité du courant est élevée, mais la plage de sortie du courant devient plus petite. Dans le cas d'une certaine tension de commande, la sélection précise du multiple de l'amplificateur opérationnel U1 et du multiple du circuit de rétroaction différentiel U2 deviendra un facteur important pour déterminer la précision de sortie de courant et la plage de sortie de courant de la source de courant constant.
Figure 2 Flux de travail du système
Système de contrôle TMS320F2812
Le circuit de conception est basé sur le processeur de signal numérique TMS320F2812. L'alimentation est composée de plusieurs parties telles que le circuit de commande, le circuit de protection et le circuit principal, parmi lesquels le DSP joue un rôle central. Les principales tâches de contrôle sont : 1. Contrôler le système d'acquisition de données. À l'aide de l'ADC 12 bits fourni avec la puce DSP, le contrôle est effectué en fonction du signal d'échantillonnage après le traitement arithmétique PID. La commande de démarrage de la conversion de données est contrôlée par la broche XF de F2812, c'est-à-dire que la broche XF est définie à un niveau élevé par le logiciel pour contrôler la conversion de données de l'ADC. Une fois la conversion des données terminée, le signal BUSY passera au niveau bas, déclenchant l'interruption F2812 et lisant immédiatement les données de la ligne de données 16 bits D[15:0]. Le code de données de ce système est le code complément à deux. F2812 traite les données reçues, les met en mémoire tampon et les envoie à LCD pour un affichage en temps réel.
Conception de filtres numériques et de logiciels système
Conception de filtre numérique
Compte tenu des lacunes de la conception de filtrage actuelle dans le processus de développement précédent de ce projet, un filtre numérique basé sur le TMS320F2812 est maintenant introduit pour filtrer le signal d'échantillonnage actuel. Afin de concevoir le filtre rapidement et facilement, utilisez directement la bibliothèque de fonctions filterlibrary fournie par TI pour concevoir. Les étapes de conception sont les suivantes : en fonction des exigences réelles de la tâche, déterminer les indicateurs de performance du filtre ; dans Matlab, appelez la fonction ezfir dans la bibliothèque filterlibrary pour simuler ; déterminer la valeur de chaque paramètre en fonction des résultats de simulation ; appeler le programme assembleur filter.asmDSP dans la bibliothèque filterlibrary Module, copiez les valeurs des paramètres de simulation dans Matlab dans le programme et implémentez le filtrage sur F2812.
Figure 3 Courbe de contrôle de la source de courant constant
Conception du logiciel système
Le flux de travail du système est illustré à la figure 2. Après la mise sous tension, le système démarre l'auto-vérification. Une fois l'auto-vérification terminée, il entre dans l'initialisation du système, y compris DSP, DAC, LCD, ainsi que le contrôleur d'interruption interne et le compteur du DSP. Une fois le système prêt, entrez dans le fichier de démarrage pour écran. Activez l'interruption du clavier et attendez que la touche sélectionne la fonction correspondante. Si le "réglage des paramètres" est sélectionné, appuyez sur la touche de travail pour entrer dans l'interface "réglage des paramètres", et vous pouvez définir les valeurs de tension, de courant et de puissance. Après le réglage, revenez à l'écran de démarrage et démarrez le laser pour qu'il fonctionne. Une fois que le système est passé à l'état de fonctionnement, l'utilisateur peut toujours définir une nouvelle valeur sans arrêter le laser. Une fois le réglage terminé, le laser produira un laser conformément à la nouvelle exigence.
Lorsqu'il y a une erreur dans le processus d'auto-vérification et de contrôle du système, ou que le système est en surintensité ou en surtension, le programme de protection sera appelé automatiquement. Lorsque le système est arrêté ou que l'alimentation est soudainement coupée, afin d'éviter que la tension aux deux extrémités du laser ne tombe à zéro, le système adopte une méthode d'arrêt complet. Le principe est de réduire progressivement la sortie de la valeur échantillonnée jusqu'à ce qu'elle tombe à zéro avant que l'arrêt ne soit autorisé.
Remarques finales
Cet article détermine expérimentalement que le grossissement de U1 et U2 est tous de 1, le courant de sortie est réglable de 0A à 3A et la puissance de sortie du laser est réglable de 0W à 2W. L'introduction du système de contrôle DSP s'est considérablement améliorée par rapport au précédent contrôle monopuce. Se manifeste principalement par : en raison du niveau d'intégration élevé et des bonnes performances du TMS320F2812, le système présente les avantages d'une petite taille, d'une vitesse rapide, d'une forte capacité de traitement, d'une fiabilité élevée et d'une faible consommation d'énergie ; la méthode de filtrage numérique du TMS320F2812 est simple et l'efficacité du développement est améliorée. . Une fois la conception du pilote et du circuit de protection du laser à semi-conducteur terminée, le soudage et le débogage doivent être effectués. Le tableau 1 montre la relation entre la tension de commande et le courant de sortie de la source de courant constant à 25 °C. La figure 3 est une courbe de contrôle de source de courant constant établie sur la base des données du tableau 1. La plage de tension de sortie est de 0 V à 5 V et le taux d'erreur de courant de sortie est de 0.1 %. La tension et le courant de sortie ont une relation linéaire, qui répond aux exigences.