Actualmente, Semicondutor O laser (LD) tem sido amplamente utilizado em muitos campos, como comunicação, inspeção de informações, tratamento médico e processamento de precisão e militar. A fonte de alimentação do laser é uma parte importante do dispositivo a laser e seu desempenho afeta diretamente os indicadores técnicos de todo o dispositivo a laser. Este projeto usa uma fonte de corrente constante controlada por DSP para fornecer corrente ao laser semicondutor. No circuito, o princípio do feedback negativo é usado para controlar a corrente de saída da potência composta regulador para atingir o objetivo de estabilizar a corrente de saída. O sistema usa uma combinação de design de circuito e design de algoritmo de controle de programa para detectar e controlar o status de funcionamento do laser semicondutor em tempo real de muitos aspectos, de modo que o desempenho do sistema seja muito melhorado e melhorado, e resolva efetivamente a precisão de o laser semicondutor. , Problemas de estabilidade e confiabilidade melhoraram ainda mais os indicadores de saída dos lasers semicondutores.
Princípio do sistema
Para tornar a saída do laser um laser com comprimento de onda estável, a corrente que flui através do laser deve ser muito estável, de modo que o circuito de alimentação seleciona uma fonte de corrente constante estável e de baixo ruído. A fonte de corrente constante pode ser ajustada continuamente entre 0A e 3A para se adaptar às diferentes especificações dos lasers. Atualmente, o desenvolvimento secundário de fontes de alimentação de laser semicondutor geralmente adota sistemas de circuito de hardware puro ou controle de chip único. Com microprocessamento incorporado Com o rápido desenvolvimento do DSP, o controle digital baseado no DSP pode resolver com mais eficácia os problemas de estabilidade, precisão e confiabilidade do trabalho do laser semicondutor. O princípio do desenvolvimento secundário de DSP é mostrado na Figura 1.
Figura 1 Diagrama esquemático do sistema
A Voltagem A saída do sinal de controle pelo DSP é enviada para o amplificador operacional, que é amplificado pelo amplificador operacional e a saída para controlar o regulador composto composto pelo triodo 8050 e o regulador TIP122. O emissor do tubo regulador é conectado em série com um Retransmissão e uma amostragem de alta potência Resistor. Pegue o sinal de tensão de ambas as extremidades do resistor de amostragem e envie-o para o circuito amplificador diferencial U2 para obter a tensão no resistor de amostragem. Este sinal de tensão passa por um seguidor de tensão e entra no canal de entrada do sinal analógico do ADC controlado pelo DSP. O ADC converte o sinal analógico de entrada em um sinal digital e, em seguida, o DSP executa o processamento de dados no sinal digital convertido. O resistor de amostragem é um resistor de filme metálico de alta potência de 0.15Ω, que requer um bom coeficiente de temperatura. O fator de amplificação do amplificador operacional U1 determina a precisão do controle atual. Quanto menor for o fator de amplificação, maior será a precisão da saída de corrente. Ao mesmo tempo, o fator de amplificação do circuito de realimentação diferencial U2 também afetará a precisão de controle da corrente. Quanto maior o fator de amplificação, maior a estabilidade da corrente, mas a faixa de saída da corrente torna-se menor. No caso de uma certa tensão de controle, a seleção precisa do múltiplo do amplificador operacional U1 e do múltiplo do circuito de realimentação diferencial U2 se tornará um fator importante na determinação da precisão de saída de corrente e faixa de saída de corrente da fonte de corrente constante.
Figura 2 Fluxo de trabalho do sistema
Sistema de controle TMS320F2812
O circuito do projeto é baseado no processador de sinal digital TMS320F2812. A fonte de alimentação é composta por várias partes, como circuito de controle, circuito de proteção e circuito principal, entre as quais o DSP desempenha um papel central. As principais tarefas de controle são: 1. Controlar o sistema de aquisição de dados. Usando o ADC de 12 bits que vem com o chip DSP, o controle é executado de acordo com o sinal de amostragem após o processamento aritmético PID. O comando de início de conversão de dados é controlado pelo pino XF de F2812, ou seja, o pino XF é configurado em um nível alto pelo software para controlar a conversão de dados do ADC. Após a conversão de dados ser concluída, o sinal BUSY mudará para nível baixo, disparando a interrupção F2812 e lendo os dados da linha de dados de 16 bits D [15: 0] imediatamente. O código de dados deste sistema é o código do complemento de dois. F2812 processa os dados recebidos, os armazena em buffer e os envia para LCD para exibição em tempo real.
Filtro digital e design de software de sistema
Design de filtro digital
Tendo em vista as deficiências do projeto de filtragem atual no processo de desenvolvimento anterior deste projeto, um filtro digital baseado em TMS320F2812 é agora introduzido para filtrar o sinal de amostragem atual. Para projetar o filtro de forma rápida e conveniente, use diretamente a biblioteca de funções filterlibrary fornecida pela TI para projetar. As etapas do projeto são as seguintes: de acordo com os requisitos reais da tarefa, determine os indicadores de desempenho do filtro; no Matlab, chame a função ezfir na biblioteca filterlibrary para simular; determinar o valor de cada parâmetro de acordo com os resultados da simulação; chame o programa assembly filter.asmDSP na biblioteca filterlibrary Módulo, e copie os valores dos parâmetros de simulação em Matlab para o programa e implemente a filtragem em F2812.
Figura 3 Curva de controle de fonte de corrente constante
Projeto de software do sistema
O fluxo de trabalho do sistema é mostrado na Figura 2. Após ligar, o sistema inicia a autoverificação. Após a conclusão da autoverificação, ele entra na inicialização do sistema, incluindo DSP, DAC, LCD, e o controlador de interrupção interno e contador do DSP. Depois que o sistema estiver pronto, entre no boot Peneira. Ligue a interrupção do teclado e espere a tecla selecionar a função correspondente. Se a “configuração de parâmetro” for selecionada, pressione a tecla de trabalho para entrar na interface de “configuração de parâmetro” e você poderá definir os valores de tensão, corrente e potência. Após a configuração, retorne à tela inicial e inicie o funcionamento do laser. Depois que o sistema entra no estado de execução, o usuário ainda pode definir um novo valor sem parar o laser. Depois que a configuração for concluída, o laser emitirá laser de acordo com o novo requisito.
Quando há um erro no processo de autoverificação e controle do sistema, ou o sistema está com sobrecorrente ou sobretensão, o programa de proteção será chamado automaticamente. Quando o sistema é desligado ou a energia é cortada repentinamente, para evitar que a tensão em ambas as extremidades do laser caia para zero, o sistema adota um método de desligamento total. O princípio é reduzir gradualmente a saída do valor amostrado até que caia para zero antes que o desligamento seja permitido.
Observações finais
Este artigo determina experimentalmente que a ampliação de U1 e U2 são todas 1, a corrente de saída é 0A”3A ajustável e a potência de saída do laser é 0W”2W ajustável. A introdução do sistema de controle DSP melhorou significativamente em comparação com o controle anterior de chip único. Manifestado principalmente em: devido ao alto nível de integração e bom desempenho do TMS320F2812, o sistema tem as vantagens de tamanho pequeno, velocidade rápida, forte capacidade de processamento, alta confiabilidade e baixo consumo de energia; o método de filtragem digital no TMS320F2812 é simples e a eficiência do desenvolvimento é melhorada. . Após a conclusão do projeto do driver e do circuito de proteção do laser semicondutor, a soldagem e a depuração devem ser realizadas. A Tabela 1 mostra a relação entre a tensão de controle e a corrente de saída da fonte de corrente constante a 25°C. A Figura 3 é uma curva de controle de fonte de corrente constante desenhada com base nos dados da Tabela 1. A faixa de tensão de saída é 0V”5V e a taxa de erro da corrente de saída é de 0.1%. A tensão e a corrente de saída têm uma relação linear, que atende aos requisitos.