Żródło prądowe do zasilania diody Laserowej.

[BlackJack]

Witam. Kolega poprosił mnie o zbudowanie zasilacza / żródła prądowego do diody laserowej z nagrywarki DVD do grawerarki.

Nigdy wcześniej nie rozgryzałem tematu.

Ogólnie chodzi o to żeby tą diodę można było włączać i wyłączać sygnałem z sterownika do maszyn CNC. Prawdopodobnie styk przekaźnika, ale może sygnał TTL z portu drukarkowego też się znajdzie.

Częstotliwość nie jest mi znana, ale sądzę że nie będzie duża, raczej będzie klasyczne ON/OFF w razie potrzeby (zmiany pozycji na stole).

Ogólnie znalazlem kilka schematów, ale szukam czegoś prostego.

Czy taki uklad na LM17 się nada ?

A.. prądy MAX sądzę zerobię do 375mA. Więcej i tak chyba nie ma sensu ?

Chyba że ktoś ma w miarę prosty sprawdzony inny uklad na wzmacniaczu operacyjnym.

[marek1707]

Ten schemat a właściwie ta idea jest bardzo dobra. Rzecz polega na tym, by nie załączać samego źródła prądowego i nie powodować gwałtownych stanów przejściowych w nim samym tylko sterować przepływem stałego prądu miedzy dwoma gałęziami. Tutaj masz źródło na LM317 - żadna filozofia, ale może nic więcej w takiej aplikacji nie potrzeba z którego prąd (wciąż taki sam) płynie albo do diody laserowej albo przez tranzystor do masy.

Wadą tej konfiguracji jest.. potencjometr włączony szeregowo z prądem. O ile opornik wyznaczający prąd takiego źródła można kupić o dowolnej mocy, o tyle potencjometr już trudniej. Przy większych prądach będzie to sporo ciepła i będziesz musiał użyć potencjometru drutowego. Dla żądanych 375mA potrzebujesz rezystancji szeregowej 1.25/0.375=3.3Ω a potencjometr w granicach 5-10Ω będzie trudny do kupienia. Z tego powodu układ np. ze wzmacniaczem operacyjnym jest dużo lepszy, bo tam jakakolwiek regulacja jest po stronie sygnałowej, gdzie moce są zerowe. Można wtedy trywialnie zrobić regulację prądu np. z PWM procesora albo kupić dowolny potencjometr liniowy np. 20k czy 50k i wyskalować go w mA.

Bardzo chętnie bym się czepnął doboru elementów na schemacie. Np. diody serii 1N400x w tym zastosowaniu to jak machanie ręką wystawioną przez okno samolotu po to żeby leciał szybciej.

Jeżeli powyższe przekonało Cię do zrobienia (lub nie) tego układu, możemy skupić się (lub nie 🙂 ) na szczegółach.

[BlackJack]

Tzn. Tak schemat rzuciłem trochę tak po chamsku prosto z internetu i nie analizowałem go pod kontem doboru elementów.

Na pewno diody klasy 1N400x się tu nie nadają bo to typowe diody prostownicze, i sądzę trzeba by tu zdecydowanie coś szybszego i o innych parametrach.

Co do ustalania zakresu źródła prądowego, to chciałem dać 3 połączone równolegle rezystory 10Ω/2W co daje wypadkowo te 3,3Ω. A w razie potrzeby w takim układzie łatwo zmniejszyć MAX prąd regulacji, dając zworki, na 1-2 rezystory.

Potencjometr miał mieć 100Ω/3W. Mam w domu taki potencjometr drutowy tylko 5W, ale to straszna kobyła taka trochę ni w ząb ni w oko do całości.

No i nie podałem ważnej rzeczy. Napięcie zasilania 12V, byłoby super.

Na wzmacniaczu operacyjnym nigdy takiego czegoś nie budowałem, wiem że jest to duzo lepsze rozwiązanie, i jakościowo i gabarytowo, bo w sumie jest jeden opornik pomiarowy 1Ω, tranzystor, US i tyle, Co najwyżej wejście ENABLE można odseparować galwanicznie PC816.

No i fajnie można zrobić sobie regulację progów prądu czyli zakres MIN i MAX.

Poszperam co mi lezy w domu. Jakiś wzmacniacz operacyjny na pewno mam, CA3140 na 100% (jakiś TL lub LM też, ale muszę sprawdzić) jakiś MOSFET też chyba IRF/BUZ ?, opornik 1Ω/1W też pewnie. gdzieś się wala.

Ogólnie jednak skłaniałbym się do czegoś na wzmacniczu operacyjnym. Więm będzie więcej roboty, ale i układ znacznie lepszy.

Parametry.

Zasilanie 12V (prawdopodobnie zasilacz z komputera to pociągnie)

Prąd regulowany tak od 20 - 500mA MAX, ale z możliwością ustalenia sobie okna bezpieczeństwa, np od 50-200mA. Bo nie wiem tak naprawde jakie parametry ma dioda laserowa z odzysku ?

[Marooned]

To tak tylko wtrącę, czy aby na pewno ma być tylko on/off? Nie miałem niestety do czynienia z takimi grawerkami (choć po głowie pomysł się pałętał), ale kojarzę na necie, że potrafią one "cieniować", co zawsze zakładałem, że wypalają z mniejszym wypełnieniem sterującym?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

No właśnie, z diodami laserowymi z odzysku jest problem polegający na nieznajomości ich parametrów. Laser półprzewodnikowy to nie dioda LED - to nie działa tak, że dając mniejszy prąd masz proporcjonalnie mniej światła. Stan akcji laserowej zaczyna się dopiero od jakiegoś prądu progowego a potem bardzo szybko natężenie światła rośnie. Tak więc poniżej progu masz zwykłego LEDa a powyżej masz dosłownie odrobinkę zakresu do przekroczenia maksimum i spalenia diody. Tak więc optymalny dla danego elementu prąd może być oddalony o kilka/naście procent od przepaści spoza której nie ma powrotu. I niestety nie jest to związane jedynie z efektami termicznymi (jak w normalnych LEDach) - bo to jeszcze można by nawet palcem wyczuć, powoli zwiększając prąd i badając organoleptycznie temperaturę obudowy. Ważny jest strumień światła a tego nie sposób ocenić w domu.

Właśnie do celów stabilizacji natężenia światła służy wbudowana w tę samą obudowę fotodioda. Każdy szanujący się driver lasera - czy to scalony czy robiony na piechotę, ma wejście sprzężenia zwrotnego z tej diody, ale to znowu jest kłopot, a nawet dwa. Pierwszy dotyczy braku wiedzy: nieznajomość typu diody i brak optycznego sprzętu pomiarowego uniemożliwia poprawne ustawienie docelowego strumienia światła więc nie wiadomo na jakim prądzie stabilizować główny laser. Drugi to technologiczny: fotodiody między kolejnymi sztukami tego samego typu laserów mogą różnić się o więcej niż 50% czułości i dlatego nie można bazować na sygnale z nich wychodzącym.

Cóż, pozostają eksperymenty. Na szczęście kilogram używanych nagrywarek CD/DVD jest tańszy niż kilogram gruszek więc można sobie pozwolić na niszczące próby. A sprzężenie zwrotne od jasności jest ważne, bo próg startu lasera bardzo zależy od temperatury (która nie może przekroczyć jakichś 50°C). Tak więc na starcie może być za słabo i z "laserowania" nici albo ledwo-ledwo a po wzroście temperatury można tym samym lub lekko podkręconym prądem (bo przecież nie działa..) spalić główną diodę.

No i ESD. Lasery są ekstremalnie czułe na wszelkie wyładowania, iskierki a nawet przerzuty prądu spowodowane wahaniami zasilania, niekontaktującymi czy szumiącymi potencjometrami lub nawet niestabilnościami układu źródła prądowego. Uzbrój się w założenie, że poprawnie i stabilnie działający układ wyjdzie dopiero za którymś razem i którąś diodą...

CA3140 będzie OK - zadziała w układzie źródła, ale jeśli ma to być urządzenie dla kogoś i to jeszcze pracujące "zarobkowo" a w każdym razie w jakiejś niezabawkowej maszynie CNC, to może warto przemyśleć użycie dedykowanego, scalonego drivera lasera?

----------------------------

Marooned: regulację mocy możesz zrobić przez zmianę prądu ciągłego (analogowo) lub modulację PWM. Ten drugi przypadek to właśnie ON-OFF, tylko szybko 🙂

[Marooned]

Ten drugi przypadek to właśnie ON-OFF, tylko szybko

Ano, a piłem do

Prawdopodobnie styk przekaźnika

, stąd post, że może niekoniecznie to najlepsze rozwiązanie, jeśli grawerka ma obsługiwać wspomniane "cieniowanie".

[BlackJack]

CA3140 będzie OK - zadziała w układzie źródła, ale jeśli ma to być urządzenie dla kogoś i to jeszcze pracujące "zarobkowo" a w każdym razie w jakiejś niezabawkowej maszynie CNC, to może warto przemyśleć użycie dedykowanego, scalonego drivera lasera?

Lepiej do pracy magisterskiej.

Szukałem scalonych gotowych układów i znalazłem w przystępnej cenie np. to:

http://sklep.semicon.com.pl/shop2/?lang_id=2&id_category=201&id_product=1295

Tylko obawiam się że pokona mnie obudowa DFN10. No chyba że ktoś z was zna jakiś nadający się i dostępny układ scalony.

Ogólnie temat trudny, tak czy siak.

No i chyba znalazłem kandydata w rozsądnej cenie. Tylko czy w domowych warunkach dam rade zrobić PCB i to przylutować ?

http://www.elfadistrelec.pl/pl/sterownik-diod-laserowych-qfn-24-ic-haus-ic-nzn-qfn24-4x4/p/11039532

[marek1707]

Kiedy interesowałem się tym tematem, większość scalaków była w obudowach SO..

Teraz znalazłem na szybko coś takiego:

http://pl.farnell.com/laser-components/2011666/ic-driver-laser-diode-soic8-wkn/dp/1272673

albo taki:

http://pl.farnell.com/maxim-integrated-products/max3766eep/laser-driver-qsop-20/dp/2516991

Ten pierwszy to fajne SO8 (z thermal padem pod brzuchem), prosta aplikacja - kilka elementów dookoła, ale do 300mA no i trochę drogi.

Maxim to wszystkomający modulator z kompensacją temperaturową zniekształceń itd, ale prąd jeszcze mniejszy 🙁

Od biedy można wymyślić coś samemu. Same tranzystory lub wzmacniacz jako źródło + feedback z fotodiody. Po kilku iteracjach powinno działać. Przrewidujesz jakąś modulację mocy? A w tej maszynie czy tam pracy magisterskiej, to cały ten laser będzie podstawą opracowania, czy to tylko jakaś poboczna część projektu na którą nikt nie spojrzy bo będą się zachwycać - nie wiem, sztywnością ramy z alu lub 5-osiowym posuwem narzędzia? Chodzi mi o wymagane podejście do tego i wymagany stopień "naukowości".

------------------------------------------

EDIT: Ja lutuję (w firmie) DFN, QFN, BGA itp na pastę nanoszoną dyspenserem cisnieniowym w niewielkim piecyku IR z ustawianym profilem i wszystko jest OK. Da się może nawet nagrzewnicą hot-air, ale pasta do lutowania SMT musi być.

[BlackJack]

Wracając do tematu. Grawerarka będzie oparta o następujące komponenety:

Płyta CNC - SSK-MB1 Szkoda, że projektanci tego cuda nie wysilili się o danie jakiegoś bufora TTL, aby separować port drukarkowy komputera od reszty.

Dwa sterowniki silnika krokowego - SSk-B01

No i Laser który trzeba zrobić.

Zasilacz to kwestia otwarta, albo jaki stary z PCta, albo będzie się coś budować, no bo silniki tez trzeba jakoś zasilić.

Że względu na to że nie mam ani zaplecza do zabawy w SMD typu DFN, ani zbytnio czasu (ok miesiąc), zostałbym na rozwiązaniu z wzmacniaczem operacyjnym.

Tak co przejrzałem moje szpargały to na stole mam:

TL074

TL082

LM358

TL431 też się znajdzie.

Tranzystory

PNP - 2SA1015

BC547B

MOSFET IRF840, BUZ10

Diody 1N5822, 1N5819 jakieś Zenerki 12V/3,3V/5V, 1N4841 (od groma i trochę raz się pomylili zamiast 10szt, posłali 100)

PC816 jakiś CNY jakby byla potrzebna izolacja galwaniczna też bez problemu mam

No jakaś drobnica w postaci potków etc też.

[marek1707]

Ojej, otwieramy szufladę i robimy elektronikę? 🙂

Dobra, to tak: spróbujmy użyć wzmacniacza LM358 - żaden wyczynowiec, ale umie pracować z niesymetrycznym zasilaniem tj. sygnałami bliskimi GND i wytrzymuje zasilanie dużo powyżej zakładanych 12V. Gdyby to miał być układ z otwartą pętlą, wystarczyłoby narysować kanoniczne źródło prądowe z tranzystorem N-MOSFET na wyjściu. Napięcie wejściowe odniesione do masy jest tam porównywane przez wzmacniacz z napięciem wytworzonym na szeregowym rezystorze pomiarowym w źródle tranzystora. Mamy więc przetwornik napięcie-prąd i od tego zacznijmy. Potem dospawamy do tego pętlę sprzężenia zwrotnego od światła czyli od prądu fotodiody. Na razie rysuj takie proste źródełko - to będzie etap I.

Zastanawiałem się też nad ustawieniem punktu pracy (prądu) lasera gdy układ już będzie kompletny i działający. Żeby mieć jakiekolwiek światło laserowe wystarczy wyregulować prąd by dioda jakoś tam jasno świeciła, ale żeby przy nieznajomości jej parametrów wycisnąć maksimum możliwości, trzeba zaryzykować. Aby z kolei w ogóle móc oceniać ilościowo wyniki kolejnych prób, trzeba dysponować niezależną metodą pomiaru wielkości strumienia światła lasera. Niezależną tj, dającą powtarzalne wyniki po wymianie lasera na inną sztukę - z inną optyką a przede wszystkim z inną fotodiodą pomiarową. Chyba jedyną sensowną, domową metodą pomiaru natężenia promieniowania lasera jest.. kalorymetr. Dzisiaj nikt już nie podgrzewa wody w wiaderku i nie zanurza w niej termometru, ale będziesz musiał kupić małe ogniowo Peltiera (takie 2-10cm²) i mniej więcej pasujący do niego mały radiator - to tylko taka zapowiedź w ramach przygotowań do strojenia lasera.

Wbrew pozorom metoda cieplna stosowana jest obecnie nawet w laboratoriach bawiących się laserami na co dzień. Różnica jest tylko taka, że tam mają sprzęt kalibrowany przez producenta. Twoje wyniki będą obarczone pewnym (ale wcale nie tak dużym) błędem skali, ale przecież chcesz raczej porównywać kolejne lasery ze sobą a nie mierzyć bezwzględną moc.

[BlackJack]

PS. W czeluściach mojej szuflady znalazłem jeszcze takie cudo Texas Instruments.OPT101P

Może się przyda do pomiaru strumienia światła lasera przy kalibracji ?

[marek1707]

Hm, ten element nie sprawdzi się z takiego samego powodu z jakiego nie możesz użyć fotodiody albo ogniwa słonecznego. Koncentracje energii lasera są takie, że skoro jego promień wypala dziurkę w plastiku czy zostawia trwały ślad w innych materiałach (a przecież po to chyba tę grawerkę robicie, tak?) to jak ma przeżyć delikatna struktura krzemowa? W pełnym słońcu w lato masz 1000W/m² - wydaje się dużo, ale to tylko 1mW/mm². Tutaj świecisz mocą powiedzmy 300mW na obszar 0.2mm² - a i to przy kiepskim skupieniu. Masz zatem koncentrację 1500mW/mm².

Z resztą popatrz na wykresy: to czuły element do pomiarów w pomieszczeniach, skale poziome kończą się na 100W/m² i na 1mW mocy promieniowanej ze źródła. To nawet nie te rzędy wielkości.

Mógłbyś próbować jakiegoś filtra optycznego, ale znajdź materiał który punktowo przyjmie (i pochłonie - w końcu to filtr) 1.5W/mm², przepuści dalej zawsze tyle samo i nie da sobie zrobić krzywdy nagrzewając się do kilkuset stopni. Nie znam się na tym, ale czuję, że może być trudno...

Dlatego rozglądaj się za Peltierem 🙂 Z jednej strony zrobisz mu małe kółko ołówkiem (matowy czarny) żeby pochłaniał wszystko co laser wypuści a z drugiej dasz radiator by zachował różnicę temperatur. Pomiar napięcia (jakieś mV DC) da niezłą estymację mocy doprowadzonej od strony "gorącej". A kalibrację robisz zwykłymi opornikami SMD przyczepionymi do powierzchni i grzejącymi tę samą stronę - oczywiście bez lasera. Ciepło to ciepło, Peltier nie odróżni czy to z lasera czy z opornika. Ich moc możesz wyznaczyć U*I lub I²*R całkiem dokładnie. Jak już raz dowiesz się jaką Twój nowy przyrząd ma skalę [mV/mW] pomiary laserów będą łatwe 🙂

[BlackJack]

Ja znalazłem taki schemat? Nie jest mój odchudziłem go tylko o 2 elementy, bo układ oprócz wejścia cyfrowego miał też analagowe.

Pytanie da się do czegoś pożytecznego wykorzystać 2 połówkę LM358 ?

Takie ogniwo Peltiera TEC1-12706 12V 60W o wymiarach 40x40mm wystarczy ?

Są mniejsze 30x30mm ale o dziwo są droższe od tego ?

[marek1707]

Bardzo dobrze, właśnie o taki układ chodziło. Wywal z niego wszystko co jest na lewo od wejścia (-). Ma tam zostać tylko rezystor sprzężenia zwrotnego 1k i kondensator obcinający pasmo. Wylatują też (na razie) oba potencjometry i źródło napięcia odniesienia. Wejście (+) będzie teraz wejściem napięciowym naszego źródełka. Transoptor też na razie usuń i narysuj tak uproszczony układ na czysto.

Drugi wzmacniacz za chwilę posłuży do zrobienia kompensacji od fotodiody.

Zwykle lasery mają główną diodę "w dół" - tak ja ta narysowana u Ciebie i obok niej fotodiodę pomiarową "do góry", obie połączone do wspólnej nóżki na plusie zasilania. Wrysuj więc fotodiodę sprzężoną optycznie z laserem na schemat (katodą do plusa zasilania) a z jej anody daj opornik wprost do masy. Na nim dostaniesz napięcie proporcjonalne do oświetlenia czyli do mocy wyjściowej lasera. Zastanów się teraz jak przy pomocy drugiego wzmacniacza wziąć je pod uwagę 🙂 Jego wzrost ma przyduszać prąd lasera i odwrotnie, a całość ma starać utrzymywać się napięcie z fotodiody na stałym, zadanym np. potencjometrem poziomie.

EDIT: 40x40 może być. Jeszcze radiator, co najmniej taki sam, jakiś dobry, czarny, "wielopłetwowy" np. od dużych scalaków BGA itp.

[BlackJack]

Kurcze ale mnie szkolisz, na elektronice i to jeszcze analagowej znam się jak kot na szczekanu no, ale spróbuję.

Chodzi ci pewnie o obcięcie tego do czegoś takiego ?

Teraz tak jak dobrze rozumiem działanie tego układu to prąd Diody laserowej jest tym większy im większe napięcie na wejściu nieodwracającym (+) U1A ??

Na wyjściu fotodiody dostnę jakieś napięcie (w mV) proporcjonalne do mocy lasera. Im większa będzie emitowana moc tym większe będzie to napięcie.

Czyli jak dobrze rozumuję potrzebuję wzmacniacz różnicowy do tej fotodiody który będzie mi porównywał (właściwie wypluwał różnicę napięć) z fotodiody z napięciem odniesienia, i będzie to właśnie te moje Uster dla U1A ???