В настоящее время, полупроводник Лазер (LD) широко используется во многих областях, таких как связь, проверка информации, медицинское лечение, точная обработка и военное дело. Блок питания лазера является важной частью лазерного устройства, и его производительность напрямую влияет на технические показатели всего лазерного устройства. В этой конструкции используется источник постоянного тока, управляемый DSP, для обеспечения тока полупроводникового лазера. В схеме для управления выходным током композитного источника питания используется принцип отрицательной обратной связи. регулятор для достижения цели стабилизации выходного тока. Система использует комбинацию схемотехники и разработки алгоритма программного управления для обнаружения и контроля рабочего состояния полупроводникового лазера в режиме реального времени по многим аспектам, так что производительность системы значительно улучшается и улучшается, а также эффективно решает проблему точности полупроводниковый лазер. Проблемы стабильности и надежности еще больше улучшили выходные показатели полупроводниковых лазеров.
Системный принцип
Чтобы лазер выдавал лазер со стабильной длиной волны, ток, протекающий через лазер, должен быть очень стабильным, поэтому схема источника питания выбирает стабильный источник постоянного тока с низким уровнем шума. Ток источника постоянного тока можно плавно регулировать в диапазоне от 0 до 3 А для адаптации к различным характеристикам лазеров. В настоящее время вторичная разработка источников питания для полупроводниковых лазеров обычно использует чисто аппаратные схемы или однокристальные системы управления. Со встроенной микрообработкой С быстрым развитием DSP, цифровое управление на основе DSP может более эффективно решать проблемы стабильности, точности и надежности работы полупроводниковых лазеров. Принцип вторичной развертки DSP показан на рисунке 1.
Рисунок 1 Принципиальная схема системы
Ассоциация напряжение Управляющий сигнал с выхода DSP поступает на операционный усилитель, который усиливается операционным усилителем и выводится для управления композитным стабилизатором, состоящим из триода 8050 и регулятора TIP122. Эмиттер трубки регулятора соединен последовательно с Реле и мощная выборка резистор. Возьмите сигнал напряжения с обоих концов резистора выборки и отправьте его в схему дифференциального усилителя U2, чтобы получить напряжение на резисторе выборки. Этот сигнал напряжения проходит через повторитель напряжения и поступает в канал ввода аналогового сигнала АЦП, управляемого DSP. АЦП преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой, а затем DSP выполняет обработку данных на преобразованном цифровом сигнале. Резистор отбора проб - это мощный металлический пленочный резистор с сопротивлением 0.15 Ом, который требует хорошего температурного коэффициента. Коэффициент усиления операционного усилителя U1 определяет точность регулирования тока. Чем меньше коэффициент усиления, тем выше точность выхода по току. В то же время коэффициент усиления цепи дифференциальной обратной связи U2 также будет влиять на точность управления током. Чем больше коэффициент усиления, тем выше стабильность тока, но выходной диапазон тока становится меньше. В случае определенного управляющего напряжения точный выбор кратного операционного усилителя U1 и кратного значения схемы дифференциальной обратной связи U2 станет важным фактором при определении точности выходного тока и диапазона выходного тока источника постоянного тока.
Рисунок 2 Рабочий процесс системы
Система управления TMS320F2812
Конструктивная схема построена на базе цифрового сигнального процессора TMS320F2812. Источник питания состоит из нескольких частей, таких как схема управления, схема защиты и основная схема, среди которых DSP играет ключевую роль. Основными задачами управления являются: 1. Управление системой сбора данных. Используя 12-битный АЦП, поставляемый с микросхемой DSP, управление выполняется в соответствии с сигналом выборки после арифметической обработки PID. Команда запуска преобразования данных управляется выводом XF F2812, то есть вывод XF устанавливается на высокий уровень программным обеспечением для управления преобразованием данных АЦП. После завершения преобразования данных сигнал BUSY переходит на низкий уровень, вызывая прерывание F2812 и немедленно считывая данные из 16-битной линии данных D [15: 0]. Код данных этой системы - это код с дополнением до двух. F2812 обрабатывает полученные данные, буферизует их и отправляет на ЖК-дисплей для отображения в реальном времени.
Цифровой фильтр и проектирование системного программного обеспечения
Дизайн цифрового фильтра
Ввиду недостатков текущей конструкции фильтрации в предыдущем процессе разработки этого проекта теперь введен цифровой фильтр на основе TMS320F2812 для фильтрации текущего сигнала выборки. Чтобы быстро и удобно спроектировать фильтр, используйте для проектирования библиотеку функций filterlibrary, предоставленную TI. Этапы проектирования следующие: по фактическим требованиям задачи определить показатели эффективности фильтра; в Matlab вызовите функцию ezfir в библиотеке фильтров для моделирования; определить значение каждого параметра по результатам моделирования; вызовите ассемблерную программу filter.asmDSP в библиотеке filterlibrary Модули, и скопируйте в программу значения параметров моделирования в Matlab, и реализуйте фильтрацию по F2812.
Рисунок 3 Кривая управления источником постоянного тока
Разработка системного программного обеспечения
Рабочий процесс системы показан на рисунке 2. После включения система начинает самопроверку. После завершения самопроверки происходит инициализация системы, включая DSP, DAC, ЖК-дисплей, а также внутренний контроллер прерываний и счетчик DSP. После того, как система будет готова, войдите в загрузочный экран. Включите прерывание клавиатуры и дождитесь, пока клавиша не выберет соответствующую функцию. Если выбрана «настройка параметров», нажмите рабочую кнопку, чтобы войти в интерфейс «настройки параметров», и вы можете установить значения напряжения, тока и мощности. После настройки вернитесь к начальному экрану и запустите лазер. После того, как система перейдет в рабочее состояние, пользователь все еще может установить новое значение, не останавливая лазер. После завершения настройки лазер будет выводить лазер в соответствии с новым требованием.
При возникновении ошибки в процессе самопроверки и контроля системы, или в случае перегрузки по току или перенапряжения в системе, программа защиты будет вызвана автоматически. Когда система выключается или внезапно отключается питание, чтобы предотвратить падение напряжения на обоих концах лазера до нуля, система использует метод полного отключения. Принцип заключается в постепенном уменьшении выходного сигнала выборочного значения до тех пор, пока оно не упадет до нуля, прежде чем будет разрешено отключение.
Заключительные замечания
В этой статье экспериментально установлено, что увеличение U1 и U2 равно 1, выходной ток регулируется в пределах 0 А”3 А, а выходная мощность лазера регулируется в пределах 0 Вт” 2 Вт. Внедрение системы управления DSP значительно улучшилось по сравнению с предыдущим однокристальным управлением. В основном это проявляется в следующем: благодаря высокому уровню интеграции и хорошей производительности TMS320F2812 система имеет такие преимущества, как небольшой размер, высокая скорость, высокая вычислительная мощность, высокая надежность и низкое энергопотребление; метод цифровой фильтрации в TMS320F2812 прост, а эффективность разработки повышена. . После завершения проектирования схемы драйвера и защиты полупроводникового лазера необходимо провести сварку и наладку. В таблице 1 показана зависимость между управляющим напряжением и выходным током источника постоянного тока при 25°C. На рисунке 3 представлена кривая управления источником постоянного тока, построенная на основе данных таблицы 1. Диапазон выходного напряжения составляет 0–5 В, а коэффициент погрешности выходного тока составляет 0.1%. Выходное напряжение и ток имеют линейную зависимость, что соответствует требованиям.