905 nm pulsatun laseri-diodin ohjaaminen: virta, reunanopeudet ja mikä todella tappaa diodit

Ajuri kirjoittaa pulssin, jonka diodi todella näkee

Datalehden pulssin leveys on spesifikaatio, ei lupaus. Se, mikä saavuttaa liitoksen, on virtamuoto, jolla on rajalliset reunat, ylilyönnit ja värähtelyä, ja juuri se virtamuoto - ei lukema mittarissa - määrittää pulssien energian, jonka kohde näkee.

Tämä artikkeli käyttää omaa LZ-905-PD01 esimerkkinä, koska luvut on julkaistu. Sen pääparametrit:

Ensimmäinen huomioitava asia on ristiriita ajurin alueiden ja diodin nimellisarvojen välillä. Ajuri toimii mielellään 100 ns 30 kHz:lla. Diodi ei.

Reunanopeudet ovat kiinteä maksu jokaisesta pulssista

Nykyinen pulssi on trapezoidi: 7,5 ns nousu, tasainen huippu ja 12 ns lasku. Se tarkoittaa noin 20 ns siirtymää joka pulssissa, mikä on 40 % 50 ns pulssista ja 20 % 100 ns pulssista.

Trapetsiaalisen pulssin kohdalla, mitattuna puolimaksimissa, lasku toimii siististi: toimitettu varaus on huippuvirran ja puolimaksimileveyden tulo, joten

on tarkka ideaalille trapezoidille. Ongelma ei ole laskutoimituksessa, vaan siinä, että tasainen huippu saavutetaan lainkaan. Jos pulssi on liian lyhyt, jotta virta ehtii tasoittua, diodi ei koskaan näe nimellistä huippuvirtaansa, ja saat vähemmän energiaa kuin laskelma lupaa. Kaksi mekanismia aiheuttaa tämän: ajurin oma virran säätösilmukka ja johdotuksen induktanssi ajurin ja diodin välillä.

Silmukan induktanssi määrää, saavutetaanko huippuvirta

905 nm diodi, joka käy 25 A:lla, tarvitsee ajajan työntämään siihen 25 A muutamassa nanosekunnissa. Se on virran muutosnopeus, ja induktanssi vastustaa sitä:

Saavuttaaksesi 30 A 7,5 ns:ssa tarvitset di/dt noin 4 A/ns. 20 nH kierroksen induktanssilla - mikä on suunnilleen se, mitä pari 3 cm johdinta antaa, noin 6-8 nH per senttimetri johtoa ilmassa - induktiivinen jännitehäviö on:

Kahdeksankymmentä volttia tippuu, ohjaimessa, jonka ulostuloalue päättyy 50 V ja jonka MOSFET on arvostettu 80 V. Virta ei koskaan saavuta sitä, tai kytkin hajoaa, tai molemmat. Käytännön seuraukset:

• Pidä ajuri-diodi-silmukka mahdollisimman lyhyenä ja suorana fyysisesti. Jokainen senttimetri vaikuttaa sinua vastaan.
• Aja palautuspolku suoraan eteenpäin menevän polun alapuolella tai vieressä. Kierretty pari on parempi kuin kaksi erillistä johtoa.
• Käytä matalainduktiivista oikosulkukondensaattoripankkia, muutama mikrofaradi, matalalla ESR:llä, sijoitettuna diodin kohdalle, ei ohjaimen.
• Älä aseta diodia pitkälle kaapelille kaukana olevaan päähän odottaen täydellistä huippuvirtaa. Laita ajuri diodin lähelle tai hyväksy pidempi pulssi, jossa on pienempi huippuvirta.

Varastokondensaattori on tärkeämpi kuin virtalähde

Energia per pulssi on pieni - 18 µJ 180 W / 100 ns osalle - mutta se on toimitettava 100 ns:ssa. Se on varaus:

100 nF kondensaattori, joka on varattu 22 V:iin, varastoi noin 24 µJ, mikä on tuskin yksi pulssi, ja se romahtaa pahasti sen aikana. Määritä paikallinen pankki mikrofaradeissa ja anna virtalähteen täyttää se pulssien välillä: 10 kHz:llä keskimääräinen teho on vain 180 W × 0,1 % = 0,18 W, joten virtalähde on merkityksetön ja erottelu on kaikki.

Työsykli: ajurilla ja diodilla on erilaiset rajat

Diodin raja on 0,1 % käyttöaste. Ajurin taajuusalue ulottuu 30 kHz asti. Jos ne yhdistetään huolimattomasti, saadaan 100 ns 30 kHz = 0,3 %, mikä on kolme kertaa diodin nimellisarvon. Diodi toimii, kuumenee ja epäonnistuu kuukausia myöhemmin kentällä.

Rajoita raja tuotteen laiteohjelmistossa, ei testiraportin muistiinpanossa. Taulukko on 905 nm valinta-artikkelissa: 100 ns rajoittaa sinut 10 kHz:iin, 50 ns 20 kHz:iin, 33 ns 30 kHz:iin.

Jos tarvitset korkeaa toistonopeutta pitkällä pulssilla, ratkaisu on jakaa energia useiden peräkkäin ohjattujen emitterien kesken tai siirtyä toiseen laserteknologiaan. Ei ole ratkaisu ajaa osaa sen nimellisarvon yli.

Aikajitteri on etäisyysvirhe

Aikamatkajärjestelmässä 1 ns ajoituksen epävarmuutta vastaa 15 cm etäisyysvirhe, koska valo joutuu matkustamaan edestakaisin. Ohjain, jonka nousuaika on 7,5 ns ja jitteri muutamia nanosekunteja, lisää tämän virheen suoraan mittaukseesi.

• Käytä ohjaimen ulkoista TTL-tuloa, kun järjestelmässä on pääkello, ja pidä laukaisupolku lyhyenä ja impedanssitasapainoisena.
• Määritä aloitusviite optisesta pulssista, ei sähköisestä laukaisusta, jos tarkkuusbudjetti on tiukka. Yleinen ratkaisu on käyttää valvontafotodiodia tai poimintaa lähettimen sisältä.
• Tarkista sekä ajurin viiveen lämpötilan vaihtelu että diodin oma kytkeytymisen viive.

Mitä tappaa diodit

Lueteltu karkeasti sen mukaan, kuinka usein niitä näemme:

1. Ylivirta lyhyessä pulssissa. Suurempi virta kuin datalehti sallii muutaman nanosekunnin ajan on silti ylivirtaa. Liittymän pettää ensin pintatekijästä.
2. Käyttöjakson rikkominen. Hidas, lämpöön liittyvä, ja se näkyy tehohäviönä eikä rikkinäisenä osana.
3. Induktiiviset piikit käänteisen jännitteen yläpuolella. 905 nm osamme on arvioitu 20 V käänteiseen jännitteeseen. Laskevan reunan värinä kääntyy negatiiviseksi, joten käänteisen jännitteen kiinnitysdiodi laserin yli on halpaa vakuutusta.
4. ESD. Nämä ovat luokan 1A staattisesti herkkiä laitteita. Maadoitettu rannenauha, maadoitettu juotin, johtava pakkaus ja ei käsittelyä nastoista.
5. Kuuma liitäntä. Diodin liittäminen käynnissä olevaan ohjaimeen tarkoittaa, että erotuskapasitorit purkautuvat sen läpi.
6. Ei virran rajoitusta diodiin. Jännitelähde ilman säätöä antaa kaiken, mitä diodi ottaa. Säädä aina virtaa, älä koskaan jännitettä.
7. Kondensaatio. Käyttö kastepisteen alapuolella kylmässä kotelossa tuhoaa fasetin. Kuivaa ilmaa tai typpeä kotelossa ja kosteudelta suojaava pakkaus varastoinnissa.

Käyttöönotto tarkistuslista

• [ ] Mittaa optinen pulssi, ei sähköistä: valodiodi, jonka kaistanleveys on vähintään 1 GHz, liitettynä oskilloskooppiin, jonka tulosovitusimpedanssi on sopiva.
• [ ] Mittaa pulssin energia myös kalibroidulla energiamittarilla, koska nopea oskilloskooppi voi aliarvioida pulssin alueen hitaiden hännän vuoksi.
• [ ] Varmista, että tasopää on tasainen: virran pitäisi saavuttaa lakipisteensä hyvin ennen pulssin loppua, korkeintaan muutaman prosentin ylityksellä.
• [ ] Varmista käyttöjakso maksimikertnopeudella, jonka tuote koskaan määrää, mukaan lukien kaikki vikatilat.
• [ ] Tarkista diodin kotelon lämpötila pahimman mahdollisen ympäristön lämpötilassa sen jälkeen, kun tuote on ollut käynnissä tunnin ajan.
• [ ] Varmista, että käänteinen jännitemäärä on diodilla, ei kaapelin kaukaisessa päässä.
• [ ] Tallenna mitattu energia verrattuna laskettuun arvoon. Jos mittaus on yli 10 % laskettua arvoa pienempi, syynä on silmukka tai käyttöjännitteen rajoitus.