Saat sekarang, semikonduktor laser (LD) telah banyak digunakan di berbagai bidang seperti komunikasi, pemeriksaan informasi, perawatan medis dan pemrosesan presisi serta militer. Catu daya laser adalah bagian penting dari perangkat laser, dan kinerjanya secara langsung memengaruhi indikator teknis seluruh perangkat laser. Desain ini menggunakan sumber arus konstan yang dikendalikan oleh DSP untuk menyediakan arus bagi laser semikonduktor. Dalam rangkaian, prinsip umpan balik negatif digunakan untuk mengontrol arus keluaran daya komposit pengatur untuk mencapai tujuan menstabilkan arus keluaran. Sistem ini menggunakan kombinasi desain sirkuit dan desain algoritma kontrol program untuk mendeteksi dan mengontrol status kerja laser semikonduktor secara real time dari banyak aspek, sehingga kinerja sistem sangat meningkat dan ditingkatkan, dan secara efektif menyelesaikan keakuratan sistem. laser semikonduktor. , Masalah stabilitas dan keandalan semakin meningkatkan indikator keluaran laser semikonduktor.
Prinsip sistem
Untuk membuat keluaran laser menjadi laser dengan panjang gelombang yang stabil, arus yang mengalir melalui laser harus sangat stabil, sehingga rangkaian catu daya memilih sumber arus konstan dengan kebisingan rendah dan stabil. Arus sumber arus konstan dapat terus disesuaikan antara 0A dan 3A untuk beradaptasi dengan spesifikasi laser yang berbeda. Saat ini, pengembangan sekunder catu daya laser semikonduktor umumnya mengadopsi sistem sirkuit perangkat keras murni atau kontrol chip tunggal. Dengan pemrosesan mikro tertanam Dengan perkembangan DSP yang cepat, kontrol digital berdasarkan DSP dapat lebih efektif memecahkan masalah stabilitas, akurasi, dan keandalan pekerjaan laser semikonduktor. Prinsip pengembangan sekunder DSP ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram skema sistem
Grafik tegangan output sinyal kontrol oleh DSP adalah output ke penguat operasional, yang diperkuat oleh penguat operasional dan output untuk mengontrol regulator komposit yang terdiri dari triode 8050 dan regulator TIP122. Emitor dari tabung regulator dihubungkan secara seri dengan a menyampaikan dan pengambilan sampel daya tinggi Penghambat. Ambil sinyal tegangan dari kedua ujung resistor sampling dan kirimkan ke rangkaian penguat diferensial U2 untuk mendapatkan tegangan pada resistor sampling. Sinyal tegangan ini melewati pengikut tegangan dan memasuki saluran input sinyal analog dari ADC yang dikendalikan oleh DSP. ADC mengubah sinyal analog input menjadi sinyal digital, dan kemudian DSP melakukan pemrosesan data pada sinyal digital yang dikonversi. Resistor pengambilan sampel adalah resistor film logam berdaya tinggi 0.15Ω, yang membutuhkan koefisien suhu yang baik. Faktor amplifikasi penguat operasional U1 menentukan akurasi kontrol arus. Semakin kecil faktor amplifikasi, semakin tinggi akurasi keluaran arus. Pada saat yang sama, faktor amplifikasi dari rangkaian umpan balik diferensial U2 juga akan mempengaruhi akurasi kontrol arus. Semakin besar faktor amplifikasi, semakin tinggi stabilitas arus, tetapi jangkauan keluaran arus menjadi lebih kecil. Dalam kasus tegangan kontrol tertentu, pemilihan akurat dari kelipatan penguat operasional U1 dan kelipatan dari rangkaian umpan balik diferensial U2 akan menjadi faktor penting dalam menentukan akurasi keluaran arus dan rentang keluaran arus dari sumber arus konstan.
Gambar 2 Alur kerja sistem
Sistem kontrol TMS320F2812
Sirkuit desain didasarkan pada prosesor sinyal digital TMS320F2812. Catu daya terdiri dari beberapa bagian seperti sirkuit kontrol, sirkuit perlindungan dan sirkuit utama, di antaranya DSP memainkan peran inti. Tugas pengendalian utama adalah: 1. Mengontrol sistem akuisisi data. Menggunakan ADC 12-bit yang disertakan dengan chip DSP, kontrol dilakukan sesuai dengan sinyal sampling setelah pemrosesan aritmatika PID. Perintah mulai konversi data dikendalikan oleh pin XF dari F2812, yaitu, pin XF diatur ke tingkat tinggi oleh perangkat lunak untuk mengontrol konversi data ADC. Setelah konversi data selesai, sinyal BUSY akan berubah ke level rendah, memicu interupsi F2812, dan segera membaca data dari jalur data 16-bit D[15:0]. Kode data sistem ini adalah kode komplemen dua. F2812 memproses data yang diterima, menyangganya, dan mengirimkannya ke LCD untuk tampilan waktu nyata.
Filter digital dan desain perangkat lunak sistem
Desain filter digital
Mengingat kekurangan desain penyaringan saat ini dalam proses pengembangan sebelumnya dari proyek ini, filter digital berdasarkan TMS320F2812 sekarang diperkenalkan untuk menyaring sinyal pengambilan sampel saat ini. Untuk mendesain filter dengan cepat dan nyaman, langsung gunakan pustaka fungsi filterlibrary yang disediakan oleh TI untuk mendesain. Langkah-langkah desainnya adalah sebagai berikut: sesuai dengan persyaratan tugas sebenarnya, tentukan indikator kinerja filter; di Matlab, panggil fungsi ezfir di perpustakaan filterlibrary untuk melakukan simulasi; menentukan nilai setiap parameter sesuai hasil simulasi; panggil program perakitan filter.asmDSP di perpustakaan filterlibrary Modul, dan salin nilai parameter simulasi di Matlab ke program, dan terapkan pemfilteran pada F2812.
Gambar 3 Kurva kontrol sumber arus konstan
Desain perangkat lunak sistem
Alur kerja sistem ditunjukkan pada Gambar 2. Setelah dihidupkan, sistem mulai melakukan pemeriksaan mandiri. Setelah pengecekan mandiri selesai, masuk ke inisialisasi sistem, termasuk DSP, DAC, LCD, dan pengontrol interupsi internal dan penghitung DSP. Setelah sistem siap, masuk ke boot Layar. Nyalakan interupsi keyboard dan tunggu tombol untuk memilih fungsi yang sesuai. Jika "pengaturan parameter" dipilih, tekan tombol kerja untuk masuk ke antarmuka "pengaturan parameter", dan Anda dapat mengatur nilai tegangan, arus, dan daya. Setelah pengaturan, kembali ke layar pengaktifan dan mulai laser bekerja. Setelah sistem memasuki status berjalan, pengguna masih dapat menetapkan nilai baru tanpa menghentikan laser. Setelah pengaturan selesai, laser akan mengeluarkan laser sesuai dengan kebutuhan baru.
Ketika ada kesalahan dalam proses pemeriksaan dan kontrol sistem, atau sistem kelebihan arus atau tegangan berlebih, program perlindungan akan dipanggil secara otomatis. Ketika sistem dimatikan atau listrik tiba-tiba terputus, untuk mencegah tegangan di kedua ujung laser turun ke nol, sistem mengadopsi metode mematikan penuh. Prinsipnya adalah secara bertahap mengurangi output dari nilai sampel sampai turun ke nol sebelum shutdown diperbolehkan.
Penutup
Artikel ini secara eksperimental menentukan bahwa perbesaran U1 dan U2 semuanya 1, arus keluaran dapat disesuaikan 0A”3A, dan daya keluaran laser dapat disesuaikan 0W”2W. Pengenalan sistem kendali DSP telah meningkat secara signifikan dibandingkan dengan kendali chip tunggal sebelumnya. Terutama diwujudkan dalam: karena tingkat integrasi yang tinggi dan kinerja TMS320F2812 yang baik, sistem ini memiliki keunggulan ukuran kecil, kecepatan cepat, kapasitas pemrosesan yang kuat, keandalan tinggi, dan konsumsi daya rendah; metode pemfilteran digital di TMS320F2812 sederhana dan efisiensi pengembangan ditingkatkan. . Setelah desain driver dan sirkuit perlindungan laser semikonduktor selesai, pengelasan dan debugging harus dilakukan. Tabel 1 menunjukkan hubungan antara tegangan kontrol dan arus keluaran sumber arus konstan pada 25°C. Gambar 3 adalah kurva kontrol sumber arus konstan yang digambar berdasarkan data pada Tabel 1. Kisaran tegangan keluaran adalah 0V”5V, dan tingkat kesalahan arus keluaran adalah 0.1%. Tegangan dan arus keluaran memiliki hubungan linier, yang memenuhi persyaratan ..