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1 # 電子及工控技術
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2 # 電子產品設計方案
設計1Hz頻率,脈寬為20ms的脈衝半導體鐳射二極體驅動電路並不難
在設計之前首先要理解頻率、脈寬的含義,還要知道半導體鐳射二極體的工作電壓、電流要求。半導體鐳射二極體工作電流一般是幾十毫安到幾百毫安不等,使用三極體驅動即可。
頻率、週期、脈寬、佔空比是什麼?頻率指每秒鐘復重的次數,假如1秒種出現一次,那麼頻率就是1Hz,比如我們平常用的交流電為50Hz,那麼意味著每秒出現50次重複的變化。
週期指每一次變化所佔用的時間,比如一個方波,它的高電平為20ms,低電平為80m,那麼它的週期就是20ms+80ms=100ms了。
脈寬指一個週期內,有效狀態所佔的時間,比如一個方波高電平為20ms,低電平為80ms,高電平為有效的工作狀態,那麼認為脈寬為20ms,如果利用低電平為有效的工作狀態,那麼就認為脈寬為80ms。
佔空比指有效狀態與整個週期的比例,比如一個方波高電平為20ms,低電平為80ms,高電平為有效的工作狀態,那麼佔空比=20/(20+80)=20%。
微控制器設計1H頻率20ms脈寬半導體鐳射二極體驅動電路因為需要用週期性的方波來控制鐳射二極體通斷,利用微控制器(MCU)產生PWM訊號驅動三極體控制鐳射二極體的開和關是最簡單的了,可以做到非常準確,如果時間精度要求不高,使用微控制器內部的晶振就可以了,如果時間精度要求較高,可以使用外部晶振哦。
只要選用一款帶PWM輸出的微控制器即可,如果有需要還可以設計為頻率可調,佔空比可調,增加兩個可調電阻作為調節控制。
如果微控制器沒有PWM輸出功能,也可以透過微控制器的定時器計時,然後根據時間用GPIO模擬輸出需要的方波就可以了。
當然,使用微控制器需要有一定的程式設計基礎。
時基整合晶片555設計1H頻率20ms脈寬半導體鐳射二極體驅動電路使用時基整合晶片555來設計一個方波訊號發生器,然後就推動三極體控制鐳射二極體的開關,也可以實現題主的要求哦。透過設定適當的電阻和電容來控制電容的充電和放電的時間就可以了,當然這種方法的時間精確度就會差很多了,便設計方便、簡單,也不需要程式設計。
充電時間計算:電阻RA和二極體D1對電容C進行充電,T充=0.7*RA*C
放電時間計算:電阻RB和二極體DB對電容C進行放電,T放=0.7*RB*C
當電路通電後,振盪器就會起振,電容C上的電壓因為不能突變,時基整合晶片2腳起始是低電平,第3腳呈現為高電平,電容C透過電阻RA和二極體D1進行充電,當電容C充電到2/3Vdd電壓後,時基整合晶片555就會復位,第3腳呈現為低電平狀態,電容C透過電阻RB和二極體DB和555內部放電管進行放電。
不知道大家更偏好於那種方法呢?
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3 # DZ科技
從你提問上看不出你使用鐳射器的具體引數,只能知道是脈衝式的;當然你說的頻率1Hz,脈寬20ms時可用設計的;
以前設計過一款脈衝式的半導體鐳射器驅動,你可用參考;
具體鐳射器引數見下圖:
從上面圖可用看出,這款鐳射工作時峰值功率比較大50W,但是它的脈衝寬度非常小隻有200ns,佔空比為0.1%,頻率為5KHz,也就是說其脈衝能量是10uJ,平均功率為10uJx5KHz=50mW;所有雖然看起來峰值工功率大,實際使用時的平均功率還是比較小的。
設計時最主要考慮的是,高電壓(幾十伏特),大功率,大電流,短脈衝;這種鐳射器封裝比較小,大部分用在行動式裝置上;這就要使用鋰電池供電了;
1. 高電壓
鋰電池是3.7V電壓,這離幾十伏還差很遠,最初考慮使用普通的升壓IC,結果發現效果不好,比較升壓IC電壓最高也就二十幾伏特,而且IC對輸出電流有限制,結論是,雖然能驅動,但是效果不好,這個IC容易損壞;
改進方案,就是採用原始的升壓方式:
其中,V+是鋰電池輸入,L5是儲能電感,PW0開關頻率(4KHz),Q1臨時使用的開關管,D4是1N4007二極體;透過這個電路後,輸出電壓大約是在幾十伏特,要注意的是,這個電壓隨著鐳射器點亮,會有變化;
2. 短脈衝
原始200ns,肯定是要微控制器輸出,這裡對微控制器的晶振要求高,內部有倍頻的話最好,比如25M晶振,加上內部倍頻可以達到百兆以上;
3. 鐳射器驅動電路
V0是鋰電池升壓後的電壓,LASER時鐳射器;Q5:NCE0110K NMOS管,VDS=100V,Id=9.6A,Idm=58A;VGS=1.8V; PB5是脈衝輸入;
驅動電路儘量不要是用電容,200ns對電容很敏感,會影響波形;
4. 示波器監測
鐳射器上的電流(鐳射器串0.15歐電阻),測電阻上的電壓變化:
波形峰值5V,寬度約250ns左右,可以算出,鐳射器工作峰值電流約5V/0.15Ω=33A。因為這個鐳射器時不可見光,肉眼很難看到,我們可以用手機攝像頭來看,就很容易看到點亮時的光,鐳射器點亮會發出“滋滋”的聲音;
回覆列表
對於這樣一個問題我來給出製作這種電路的方案,首先我們對題目重新審視一下,題目要求重複輸出頻率為1HZ,也就是週期為1秒。脈寬是20毫秒也就是脈衝的佔空比為2%,因此在1秒的週期中高電平只持續20毫秒、低電平持續980毫秒的脈衝。
第一種方案就是利用微控制器來實現微控制器完成脈衝的輸出是它的“強項”,因為在微控制器內部有一種特殊暫存器可以用來進行“計數”或者“計時”,我們只要在這個暫存器中簡單設定一下初始值就可以完成。這種控制的思路就好比用微控制器實現PWM波形來對直流電機進行調速的思路是一樣的,在程式編寫時設定一個“標誌位”即可,透過不停檢測“標誌位”狀態對電平不停地翻轉就會在微控制器的I/O口輸出我們想要的高低電平脈衝。這個脈衝透過微控制器的外設驅動就可以驅動鐳射二極體。因此利用微控制器產生週期為1秒的方波,其中高脈衝為20毫秒、低電平為980毫秒是很容易實現的。並且在程式中只要改變脈寬的計數值會很容易對脈寬進行的調節。微控制器外圍驅動鐳射二極體是非常簡單的,電路圖如下圖所示。
第二種方案用EN555作為主控電路實現用NE555模數混合晶片也可以實現脈衝的輸出,在下面的電路中電阻R1、R2、RP1、RP2、C1組成了一個頻率可調的脈衝電路。在電路中輸出的方波頻率是由R1、 R2 、RP1、RP2、C1決定的,在電路中我們只需調節RP2就可以達到我們所需的要求。
以上兩種電路都可以對半導體鐳射二極體進行控制驅動,半導體鐳射二極體由於所消耗的功率低大約為2毫瓦,因此在驅動電路上不需要太高的電壓。