Attualmente, semiconduttore il laser (LD) è stato ampiamente utilizzato in molti campi come la comunicazione, l'ispezione delle informazioni, le cure mediche, l'elaborazione di precisione e il settore militare. L'alimentatore laser è una parte importante del dispositivo laser e le sue prestazioni influiscono direttamente sugli indicatori tecnici dell'intero dispositivo laser. Questo progetto utilizza una sorgente di corrente costante controllata da DSP per fornire corrente al laser a semiconduttore. Nel circuito, il principio del feedback negativo viene utilizzato per controllare la corrente di uscita della potenza composita regolatore per raggiungere lo scopo di stabilizzare la corrente di uscita. Il sistema utilizza una combinazione di progettazione del circuito e progettazione dell'algoritmo di controllo del programma per rilevare e controllare lo stato di funzionamento del laser a semiconduttore in tempo reale da molti aspetti, in modo che le prestazioni del sistema siano notevolmente migliorate e migliorate e risolvano efficacemente la precisione di il laser a semiconduttore. I problemi di stabilità e affidabilità hanno ulteriormente migliorato gli indicatori di uscita dei laser a semiconduttore.
Principio del sistema
Per fare in modo che il laser emetta un laser con una lunghezza d'onda stabile, è necessario che la corrente che fluisce attraverso il laser sia molto stabile, quindi il circuito di alimentazione seleziona una sorgente di corrente costante a basso rumore e stabile. La corrente della sorgente di corrente costante può essere regolata continuamente tra 0A e 3A per adattarsi alle diverse specifiche dei laser. Attualmente, lo sviluppo secondario di alimentatori laser a semiconduttore adotta generalmente sistemi di circuiti hardware puri o controllo a chip singolo. Con microelaborazione incorporata Con il rapido sviluppo di DSP, il controllo digitale basato su DSP può risolvere in modo più efficace i problemi di stabilità, precisione e affidabilità del lavoro laser a semiconduttore. Il principio dello sviluppo secondario di DSP è mostrato nella Figura 1.
Figura 1 Schema schematico del sistema
I voltaggio il segnale di controllo in uscita dal DSP viene emesso all'amplificatore operazionale, che viene amplificato dall'amplificatore operazionale ed emesso per controllare il regolatore composito composto dal triodo 8050 e dal regolatore TIP122. L'emettitore del tubo regolatore è collegato in serie con a staffetta e un campionamento ad alta potenza Resistore. Prendere il segnale di tensione da entrambe le estremità del resistore di campionamento e inviarlo al circuito amplificatore differenziale U2 per ottenere la tensione sul resistore di campionamento. Questo segnale di tensione passa attraverso un inseguitore di tensione ed entra nel canale di ingresso del segnale analogico dell'ADC controllato dal DSP. L'ADC converte il segnale analogico in ingresso in un segnale digitale, quindi il DSP esegue l'elaborazione dei dati sul segnale digitale convertito. Il resistore di campionamento è un resistore a film metallico ad alta potenza di 0.15 , che richiede un buon coefficiente di temperatura. Il fattore di amplificazione dell'amplificatore operazionale U1 determina la precisione del controllo della corrente. Minore è il fattore di amplificazione, maggiore è la precisione dell'uscita di corrente. Allo stesso tempo, il fattore di amplificazione del circuito di retroazione differenziale U2 influenzerà anche la precisione di controllo della corrente. Maggiore è il fattore di amplificazione, maggiore è la stabilità della corrente, ma l'intervallo di uscita della corrente diventa più piccolo. Nel caso di una certa tensione di controllo, la selezione accurata del multiplo dell'amplificatore operazionale U1 e del multiplo del circuito di retroazione differenziale U2 diventerà un fattore importante nel determinare l'accuratezza dell'uscita di corrente e l'intervallo di uscita di corrente della sorgente di corrente costante.
Figura 2 Flusso di lavoro del sistema
Sistema di controllo TMS320F2812
Il circuito di progettazione si basa sul processore di segnale digitale TMS320F2812. L'alimentatore è composto da diverse parti come circuito di controllo, circuito di protezione e circuito principale, tra cui il DSP svolge un ruolo fondamentale. I principali compiti di controllo sono: 1. Controllare il sistema di acquisizione dati. Utilizzando l'ADC a 12 bit fornito con il chip DSP, il controllo viene eseguito in base al segnale di campionamento dopo l'elaborazione aritmetica PID. Il comando di avvio della conversione dei dati è controllato dal pin XF di F2812, ovvero il pin XF è impostato su un livello alto dal software per controllare la conversione dei dati dell'ADC. Al termine della conversione dei dati, il segnale BUSY passerà al livello basso, attivando l'interrupt F2812 e leggendo immediatamente i dati dalla linea dati a 16 bit D[15:0]. Il codice dati di questo sistema è il codice del complemento a due. F2812 elabora i dati ricevuti, li memorizza nel buffer e li invia a LCD per la visualizzazione in tempo reale.
Progettazione di filtri digitali e software di sistema
Design del filtro digitale
In considerazione delle carenze dell'attuale progettazione del filtraggio nel precedente processo di sviluppo di questo progetto, viene ora introdotto un filtro digitale basato su TMS320F2812 per filtrare il segnale di campionamento corrente. Per progettare il filtro in modo rapido e conveniente, utilizzare direttamente la libreria di funzioni filterlibrary fornita da TI per la progettazione. Le fasi di progettazione sono le seguenti: in base ai requisiti effettivi del compito, determinare gli indicatori di prestazione del filtro; in Matlab, chiama la funzione ezfir nella libreria filterlibrary per simulare; determinare il valore di ciascun parametro in base ai risultati della simulazione; chiamare il programma assembly filter.asmDSP nella libreria filterlibrary Modulie copiare i valori dei parametri di simulazione in Matlab nel programma e implementare il filtraggio su F2812.
Figura 3 Curva di controllo della sorgente a corrente costante
Progettazione del software di sistema
Il flusso di lavoro del sistema è mostrato nella Figura 2. Dopo l'accensione, il sistema avvia l'autocontrollo. Una volta completato l'autocontrollo, entra nell'inizializzazione del sistema, inclusi DSP, DAC, LCDe il controller di interruzione interno e il contatore del DSP. Dopo che il sistema è pronto, accedere al boot allo. Attiva l'interrupt da tastiera e attendi che il tasto selezioni la funzione corrispondente. Se è selezionata l'"impostazione dei parametri", premere il tasto di lavoro per accedere all'interfaccia di "impostazione dei parametri", ed è possibile impostare i valori di tensione, corrente e potenza. Dopo l'impostazione, tornare alla schermata di avvio e avviare il laser per funzionare. Dopo che il sistema è entrato nello stato di esecuzione, l'utente può ancora impostare un nuovo valore senza fermare il laser. Al termine dell'impostazione, il laser emetterà il laser in base al nuovo requisito.
Quando si verifica un errore nel processo di autoverifica e controllo del sistema, o il sistema è in sovracorrente o sovratensione, il programma di protezione verrà chiamato automaticamente. Quando il sistema viene spento o l'alimentazione viene interrotta improvvisamente, per evitare che la tensione a entrambe le estremità del laser scenda a zero, il sistema adotta un metodo di spegnimento completo. Il principio è quello di ridurre gradualmente l'uscita del valore campionato fino a quando non scende a zero prima che sia consentito lo spegnimento.
Osservazioni conclusive
Questo articolo determina sperimentalmente che l'ingrandimento di U1 e U2 sono tutti 1, la corrente di uscita è regolabile di 0 A"3 A e la potenza di uscita del laser è regolabile di 0 W" 2 W. L'introduzione del sistema di controllo DSP è notevolmente migliorata rispetto al precedente controllo a chip singolo. Principalmente manifestato in: grazie all'elevato livello di integrazione e alle buone prestazioni di TMS320F2812, il sistema presenta i vantaggi di dimensioni ridotte, alta velocità, forte capacità di elaborazione, alta affidabilità e basso consumo energetico; il metodo di filtraggio digitale in TMS320F2812 è semplice e l'efficienza di sviluppo è migliorata. . Una volta completata la progettazione del driver e del circuito di protezione del laser a semiconduttore, verranno eseguite la saldatura e il debug. La tabella 1 mostra la relazione tra la tensione di controllo e la corrente di uscita della sorgente di corrente costante a 25°C. La Figura 3 è una curva di controllo della sorgente di corrente costante tracciata in base ai dati nella Tabella 1. L'intervallo della tensione di uscita è 0 V”5 V e il tasso di errore della corrente di uscita è 0.1%. La tensione e la corrente di uscita hanno una relazione lineare, che soddisfa i requisiti.