현재, 반도체 레이저(LD)는 통신, 정보검사, 의료, 정밀가공, 군사 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 레이저 전원 공급 장치는 레이저 장치의 중요한 부분이며 그 성능은 전체 레이저 장치의 기술 지표에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 설계는 DSP에 의해 제어되는 정전류 소스를 사용하여 반도체 레이저에 전류를 제공합니다. 회로에서는 네거티브 피드백 원리를 사용하여 복합 전력의 출력 전류를 제어합니다. 조정기 출력 전류를 안정화시키는 목적을 달성하기 위해. 시스템은 회로 설계와 프로그램 제어 알고리즘 설계의 조합을 사용하여 반도체 레이저의 작동 상태를 여러 측면에서 실시간으로 감지 및 제어하므로 시스템 성능이 크게 향상되고 향상되며 정확도를 효과적으로 해결합니다. 반도체 레이저. , 안정성 및 신뢰성 문제로 인해 반도체 레이저의 출력 표시기가 더욱 향상되었습니다.
시스템 원리
레이저 출력을 안정된 파장의 레이저로 만들기 위해서는 레이저에 흐르는 전류가 매우 안정적이어야 하므로 전원 회로는 노이즈가 적고 안정된 정전류원을 선택합니다. 정전류 소스 전류는 0A와 3A 사이에서 지속적으로 조정되어 다양한 레이저 사양에 맞출 수 있습니다. 현재 반도체 레이저 전원 공급 장치의 1차 개발은 일반적으로 순수 하드웨어 회로 시스템 또는 단일 칩 제어를 채택합니다. 임베디드 마이크로 프로세싱으로 DSP의 급속한 발전으로 DSP 기반 디지털 제어는 반도체 레이저 작업의 안정성, 정확성 및 신뢰성 문제를보다 효과적으로 해결할 수 있습니다. DSP의 XNUMX차 개발 원리는 그림 XNUMX과 같다.
그림 1 시스템 개략도
XNUMXD덴탈의 전압 DSP에 의해 출력된 제어 신호는 연산 증폭기로 출력되고 연산 증폭기에 의해 증폭되어 8050극관 122 및 레귤레이터 TIPXNUMX로 구성된 복합 레귤레이터를 제어하기 위해 출력됩니다. 레귤레이터 튜브의 이미 터는 다음과 직렬로 연결됩니다. 계전기 고출력 샘플링 저항기. 샘플링 저항기의 양쪽 끝에서 전압 신호를 가져와 차동 증폭기 회로 U2로 보내 샘플링 저항기의 전압을 얻습니다. 이 전압 신호는 전압 팔로워를 거쳐 DSP에 의해 제어되는 ADC의 아날로그 신호 입력 채널로 들어갑니다. ADC는 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 DSP는 변환된 디지털 신호를 데이터 처리한다. 샘플링 저항은 0.15Ω의 고전력 금속막 저항으로 좋은 온도 계수가 필요합니다. 연산 증폭기 U1의 증폭 계수는 전류 제어 정확도를 결정합니다. 증폭 계수가 작을수록 전류 출력 정확도가 높아집니다. 동시에 차동 피드백 회로 U2의 증폭 계수도 전류의 제어 정확도에 영향을 미칩니다. 증폭 계수가 클수록 전류의 안정성은 높아지지만 전류의 출력 범위는 작아집니다. 특정 제어 전압의 경우 연산 증폭기 U1의 배수와 차동 피드백 회로 U2의 배수를 정확하게 선택하는 것이 정전류원의 전류 출력 정확도와 전류 출력 범위를 결정하는 중요한 요소가 됩니다.
그림 2 시스템 워크플로
TMS320F2812 제어 시스템
설계 회로는 디지털 신호 프로세서 TMS320F2812를 기반으로 합니다. 전원 공급 장치는 제어 회로, 보호 회로 및 주 회로와 같은 여러 부분으로 구성되며 그 중 DSP가 핵심 역할을 합니다. 주요 제어 작업은 다음과 같습니다. 1. 데이터 수집 시스템을 제어합니다. DSP 칩과 함께 제공되는 12비트 ADC를 사용하여 PID 연산 처리 후 샘플링 신호에 따라 제어합니다. 데이터 변환 시작 명령은 F2812의 핀 XF에 의해 제어됩니다. 즉, 핀 XF는 ADC의 데이터 변환을 제어하기 위해 소프트웨어에 의해 하이 레벨로 설정됩니다. 데이터 변환이 완료되면 신호 BUSY가 로우 레벨로 변경되어 F2812 인터럽트를 트리거하고 즉시 16비트 데이터 라인 D[15:0]에서 데이터를 읽습니다. 이 시스템의 데이터 코드는 2812의 보수 코드입니다. FXNUMX는 수신된 데이터를 처리하고 버퍼링한 다음 LCD 실시간 표시용.
디지털 필터 및 시스템 소프트웨어 설계
디지털 필터 설계
이 프로젝트의 이전 개발 프로세스에서 현재 필터링 설계의 단점을 고려하여 이제 TMS320F2812 기반 디지털 필터를 도입하여 현재 샘플링 신호를 필터링합니다. 필터를 빠르고 편리하게 설계하려면 TI에서 제공하는 filterlibrary 함수 라이브러리를 직접 사용하여 설계하세요. 설계 단계는 다음과 같습니다. 실제 작업 요구 사항에 따라 필터 성능 지표를 결정합니다. Matlab에서는 filterlibrary 라이브러리의 ezfir 함수를 호출하여 시뮬레이션합니다. 시뮬레이션 결과에 따라 각 매개변수의 값을 결정합니다. filterlibrary 라이브러리에서 filter.asmDSP 어셈블리 프로그램을 호출합니다. 모듈, Matlab의 시뮬레이션 매개변수 값을 프로그램에 복사하고 F2812에 필터링을 구현합니다.
그림 3 정전류 소스 제어 곡선
시스템 소프트웨어 설계
시스템 워크플로는 그림 2에 나와 있습니다. 전원을 켜면 시스템이 자체 검사를 시작합니다. 자체 점검이 완료되면 DSP, DAC를 포함한 시스템 초기화에 들어갑니다. LCD, DSP의 내부 인터럽트 컨트롤러 및 카운터. 시스템이 준비되면 부팅 모드로 들어갑니다. 화면. 키보드 인터럽트를 켜고 키가 해당 기능을 선택할 때까지 기다립니다. "매개변수 설정"이 선택되면 작업 키를 눌러 "매개변수 설정" 인터페이스로 들어가고 전압, 전류 및 전력 값을 설정할 수 있습니다. 설정 후 시작 화면으로 돌아가 레이저가 작동하도록 시작합니다. 시스템이 실행 상태에 들어간 후에도 사용자는 레이저를 멈추지 않고 새 값을 설정할 수 있습니다. 설정이 완료되면 레이저는 새로운 요구 사항에 따라 레이저를 출력합니다.
시스템 자체 점검 및 제어 프로세스에 오류가 있거나 시스템이 과전류 또는 과전압이면 보호 프로그램이 자동으로 호출됩니다. 시스템이 종료되거나 전원이 갑자기 차단될 때 레이저 양단의 전압이 XNUMX으로 떨어지는 것을 방지하기 위해 시스템은 완전 차단 방식을 채택합니다. 원칙은 종료가 허용되기 전에 XNUMX으로 떨어질 때까지 샘플링된 값의 출력을 점진적으로 줄이는 것입니다.
끝 맺는 말
이 기사에서는 U1과 U2의 배율이 모두 1이고 출력 전류는 0A”3A 조정 가능하며 레이저 출력 전력은 0W”2W 조정 가능하다는 것을 실험적으로 결정했습니다. DSP 제어 시스템의 도입은 이전 단일 칩 제어에 비해 크게 향상되었습니다. 주로 다음에서 나타납니다: TMS320F2812의 높은 통합 수준과 우수한 성능으로 인해 시스템은 작은 크기, 빠른 속도, 강력한 처리 용량, 높은 신뢰성 및 낮은 전력 소비라는 장점을 가지고 있습니다. TMS320F2812의 디지털 필터링 방식은 간단하고 개발 효율성이 향상되었습니다. . 반도체 레이저의 드라이버 및 보호회로 설계가 완료된 후 용접 및 디버깅 작업을 진행합니다. 표 1은 25°C에서 정전류원의 제어 전압과 출력 전류 사이의 관계를 보여줍니다. 그림 3은 표 1의 데이터를 바탕으로 그려진 정전류 소스 제어 곡선이다. 출력 전압 범위는 0V~5V이고, 출력 전류 오류율은 0.1%이다. 출력 전압과 전류는 요구 사항을 충족하는 선형 관계를 갖습니다.