Hiện nay, bán dẫn laser (LD) đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như truyền thông, kiểm tra thông tin, điều trị y tế và xử lý chính xác và quân sự. Nguồn cung cấp năng lượng laser là một bộ phận quan trọng của thiết bị laser và hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ số kỹ thuật của toàn bộ thiết bị laser. Thiết kế này sử dụng nguồn dòng không đổi được điều khiển bởi DSP để cung cấp dòng điện cho laser bán dẫn. Trong mạch sử dụng nguyên lý phản hồi âm để điều khiển dòng điện ra của nguồn điện tổng hợp điều chỉnh để đạt được mục đích ổn định dòng điện đầu ra. Hệ thống sử dụng kết hợp giữa thiết kế mạch và thiết kế thuật toán điều khiển chương trình để phát hiện và kiểm soát trạng thái làm việc của laser bán dẫn trong thời gian thực từ nhiều khía cạnh, nhờ đó hiệu suất của hệ thống được cải thiện và cải thiện đáng kể, đồng thời giải quyết hiệu quả độ chính xác của laser bán dẫn. Các vấn đề về độ ổn định và độ tin cậy đã cải thiện hơn nữa các chỉ số đầu ra của laser bán dẫn.
Nguyên tắc hệ thống
Để tia laser phát ra tia laser có bước sóng ổn định thì dòng điện chạy qua tia laser bắt buộc phải rất ổn định, do đó mạch cấp nguồn chọn nguồn dòng điện ổn định ít nhiễu. Dòng điện nguồn không đổi có thể được điều chỉnh liên tục giữa 0A và 3A để thích ứng với các thông số kỹ thuật khác nhau của laser. Hiện tại, sự phát triển thứ cấp của bộ nguồn laze bán dẫn thường áp dụng hệ thống mạch phần cứng thuần túy hoặc điều khiển chip đơn. Với vi xử lý nhúng Với sự phát triển nhanh chóng của DSP, điều khiển kỹ thuật số dựa trên DSP có thể giải quyết hiệu quả hơn các vấn đề về độ ổn định, độ chính xác và độ tin cậy của công việc laser bán dẫn. Nguyên tắc phát triển thứ cấp của DSP được thể hiện trong Hình 1.
Hình 1 Sơ đồ hệ thống
Sản phẩm Vôn Đầu ra tín hiệu điều khiển bởi DSP được đưa ra bộ khuếch đại hoạt động, được khuếch đại bởi bộ khuếch đại hoạt động và đầu ra để điều khiển bộ điều chỉnh tổng hợp bao gồm triode 8050 và bộ điều chỉnh TIP122. Bộ phát của ống điều chỉnh được mắc nối tiếp với một Đặt lại và lấy mẫu công suất cao Điện trở. Lấy tín hiệu điện áp từ hai đầu điện trở lấy mẫu đưa đến mạch khuếch đại vi sai U2 để thu được hiệu điện thế trên điện trở lấy mẫu. Tín hiệu điện áp này đi qua bộ theo điện áp và đi vào kênh đầu vào tín hiệu tương tự của ADC do DSP điều khiển. ADC chuyển đổi tín hiệu tương tự đầu vào thành tín hiệu kỹ thuật số, sau đó DSP thực hiện xử lý dữ liệu trên tín hiệu kỹ thuật số được chuyển đổi. Điện trở lấy mẫu là điện trở màng kim loại công suất cao 0.15Ω, yêu cầu hệ số nhiệt độ tốt. Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại hoạt động U1 xác định độ chính xác của điều khiển hiện tại. Hệ số khuếch đại càng nhỏ, độ chính xác đầu ra hiện tại càng cao. Đồng thời, hệ số khuếch đại của mạch hồi tiếp vi sai U2 cũng sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển của dòng điện. Hệ số khuếch đại càng lớn thì độ ổn định của dòng điện càng cao, nhưng phạm vi đầu ra của dòng điện trở nên nhỏ hơn. Trong trường hợp của một điện áp điều khiển nhất định, việc lựa chọn chính xác bội số của bộ khuếch đại hoạt động U1 và bội số của mạch phản hồi vi sai U2 sẽ trở thành một yếu tố quan trọng trong việc xác định độ chính xác đầu ra hiện tại và phạm vi đầu ra hiện tại của nguồn dòng không đổi.
Hình 2 Quy trình làm việc của hệ thống
Hệ thống điều khiển TMS320F2812
Mạch thiết kế dựa trên bộ xử lý tín hiệu số TMS320F2812. Bộ nguồn bao gồm một số bộ phận như mạch điều khiển, mạch bảo vệ và mạch chính, trong đó DSP đóng vai trò cốt lõi. Các nhiệm vụ điều khiển chính là: 1. Điều khiển hệ thống thu thập dữ liệu. Sử dụng ADC 12-bit đi kèm với chip DSP, điều khiển được thực hiện theo tín hiệu lấy mẫu sau khi xử lý số học PID. Lệnh bắt đầu chuyển đổi dữ liệu được điều khiển bởi chân XF của F2812, nghĩa là, chân XF được phần mềm đặt ở mức cao để điều khiển việc chuyển đổi dữ liệu của ADC. Sau khi hoàn thành chuyển đổi dữ liệu, tín hiệu BUSY sẽ chuyển sang mức thấp, kích hoạt ngắt F2812 và đọc dữ liệu từ dòng dữ liệu 16 bit D [15: 0] ngay lập tức. Mã dữ liệu của hệ thống này là mã bổ sung của hai. F2812 xử lý dữ liệu đã nhận, lưu vào bộ đệm và gửi đến LCD để hiển thị thời gian thực.
Bộ lọc kỹ thuật số và thiết kế phần mềm hệ thống
Thiết kế bộ lọc kỹ thuật số
Do những thiếu sót của thiết kế lọc hiện tại trong quá trình phát triển trước đây của dự án này, bộ lọc kỹ thuật số dựa trên TMS320F2812 hiện đã được giới thiệu để lọc tín hiệu lấy mẫu hiện tại. Để thiết kế bộ lọc nhanh chóng và thuận tiện, hãy sử dụng trực tiếp thư viện chức năng thư viện bộ lọc do TI cung cấp để thiết kế. Các bước thiết kế như sau: theo yêu cầu nhiệm vụ thực tế, xác định các chỉ số hiệu suất của bộ lọc; trong Matlab gọi hàm ezfir trong thư viện filterlibrary để mô phỏng; xác định giá trị của từng thông số theo kết quả mô phỏng; gọi chương trình lắp ráp filter.asmDSP trong thư viện filterlibrary Mô-đunvà sao chép các giá trị tham số mô phỏng trong Matlab vào chương trình và thực hiện lọc trên F2812.
Hình 3 Đường cong điều khiển nguồn dòng không đổi
Thiết kế phần mềm hệ thống
Quy trình làm việc của hệ thống được hiển thị trong Hình 2. Sau khi bật nguồn, hệ thống sẽ bắt đầu tự kiểm tra. Sau khi quá trình tự kiểm tra hoàn tất, nó sẽ tiến hành khởi tạo hệ thống, bao gồm DSP, DAC, LCDvà bộ điều khiển ngắt bên trong và bộ đếm của DSP. Sau khi hệ thống đã sẵn sàng, hãy vào boot Màn. Bật ngắt bàn phím và đợi phím chọn chức năng tương ứng. Nếu “cài đặt thông số” được chọn, hãy nhấn phím làm việc để vào giao diện “cài đặt thông số” và bạn có thể đặt các giá trị điện áp, dòng điện và công suất. Sau khi thiết lập, quay lại màn hình khởi động và bắt đầu hoạt động của tia laser. Sau khi hệ thống chuyển sang trạng thái đang chạy, người dùng vẫn có thể đặt giá trị mới mà không cần dừng tia laser. Sau khi thiết lập xong, máy sẽ xuất tia laser theo yêu cầu mới.
Khi có lỗi trong quá trình tự kiểm tra và điều khiển hệ thống, hoặc hệ thống quá dòng hoặc quá áp, chương trình bảo vệ sẽ tự động được gọi. Khi hệ thống tắt hoặc nguồn đột ngột bị cắt, để ngăn điện áp ở cả hai đầu của tia laser giảm xuống XNUMX, hệ thống áp dụng phương pháp tắt hoàn toàn. Nguyên tắc là giảm dần đầu ra của giá trị lấy mẫu cho đến khi nó giảm xuống XNUMX trước khi cho phép tắt máy.
Kết luận
Bài viết này xác định bằng thực nghiệm rằng độ phóng đại của U1 và U2 đều là 1, dòng điện đầu ra là 0A ”3A có thể điều chỉnh và công suất đầu ra laser là 0W”2W có thể điều chỉnh. Sự ra đời của hệ thống điều khiển DSP đã được cải thiện đáng kể so với điều khiển đơn chip trước đây. Chủ yếu thể hiện ở chỗ: do TMS320F2812 có mức độ tích hợp cao và hiệu năng tốt nên hệ thống có ưu điểm là kích thước nhỏ, tốc độ nhanh, khả năng xử lý mạnh, độ tin cậy cao và tiêu thụ điện năng thấp; phương pháp lọc kỹ thuật số trong TMS320F2812 rất đơn giản và hiệu quả phát triển được cải thiện. . Sau khi hoàn thành việc thiết kế bộ điều khiển và mạch bảo vệ của laser bán dẫn, việc hàn và gỡ lỗi sẽ được tiến hành. Bảng 1 thể hiện mối quan hệ giữa điện áp điều khiển và dòng điện đầu ra của nguồn dòng không đổi ở 25°C. Hình 3 là đường cong điều khiển nguồn dòng không đổi được vẽ dựa trên dữ liệu trong Bảng 1. Dải điện áp đầu ra là 0V”5V và tỷ lệ lỗi dòng điện đầu ra là 0.1%. Điện áp đầu ra và dòng điện có mối quan hệ tuyến tính, đáp ứng yêu cầu..