Laserdioden- Treiber mit Power?

[race]

Abend,

da ich gerade - da ja noch keine Teile da sind- ein wenig über die Stromversorgung für die beiden 5W Dioden grübel, habe ich das Netz mal ein wenig durchforstet. Das hier habe ich gefunden:
https://www.ebay.de/itm/191674673636
Hier auch das DB zum verwendeten XL4015 https://datasheet.lcsc.com/lcsc/1811081 ... C51661.pdf

Ins Auge gefallen ist mir das ganze da ich dort bequem die Ausgangsspannung, sowie den maximalen Strom einstellen kann ! Ich würde meine beiden Dioden in Reihe schalten, damit auch wirklich jede den selben Strom erhält. D.h. wenn ich die mit 4V Treiben möchte, stelle ich das Modul auf 8V und regel den Strom entsprechend DB auf die max. 3A. Für die TTL-PWM Verbindung zum PC habe ich auch schon eine Idee: Im DB auf Seite 8 wird gezeigt, wie man den Wandler qausi per TTL Signal ab-bzw. anschalten kann. Etwas blöd wie ich finde ist, das es quasi invertiert ist- TTL z.B. 5V (HI) schaltet den Regler aus, 0V (LOW) hingegen schalten ihn ein. Das PWM Signal von meinem Laser GRBL hat ca. 1khz, das sollte die 300khz Schaltfrequenz des Wandlers eher wenig stören bzw. das IC hat sicher intern alle möglichen ZCS Sachn um die FETs zu schützen, da mach ich mir mal keinen Kopf!

So wie ich das sehe haben die bei dem Modul oben auf den FB Eingang einmal ein Poti für die variable Ausgangsspannung gehängt und ein zweites, was über den dicken SMD Widerstand, wohl der Mess-Shunt, und den kleinen Transistor/FET auch irgendwie mit an diesen geht. Ich denke mal der schaltet den Wandler ebenfalls immer dann aus, wenn der eingestellte max. Strom erreicht wird bzw. regelt ihn zurück. Dabei würde aber die Spannung stark schwanken, vermute also eher ersteres Vorgehen.
Recht viel mehr Anschlüsse hat der IC nämlich nicht und weitere externe FETs sieht man zumindest auf dem Foto nicht

Ist die Frage wie die Ausgangsspannung in so einem Ausschalt-bzw Anschaltvorgang aussieht, sprich viele Spikes etc drin sind. Ich habe mir das Modul einfach mal bestellt und kann nächste Woche wohl mal ein paar Messungen vornehmen !

Habt ihr sowas auch schon einmal verwendet für euere Laser ?

Edit: Hier noch etwas zum Board, wird wohl dieser Schaltplan sein https://www.electroschematics.com/dc-module/ Ist wohl sogar doch nen bissl mehr Logik mit drauf

lg, Andi

[Death]

Wenn du dich auf diesen Pfad begibst, brauchst du auf jedenfall noch ein Oszilloskop.

Ein normales Multimeter zeigt dir keine Spikes an und die töten dir die Dioden im Handumdrehen.

[race]

Hi jo kein problem hab nen Digitalspeicher-Oszi, mit Elektronik kenn ich mich ganz gut aus, zwar nix in der Richtung gelernt, studiert etc aber das mach ich ez bestimmt ah scho 12 Jahre als Hobby aber ich lern gern was Neues dazu !

Lg, Andi

[race]

Guten Morgen,

sorry für den Doppelpost Hier hab ich mal eingezeichnet (das in rot) wie ich mir die PWM Steuerung gedacht habe.



Durch den 100R Pullup habe ich auch gleich die Sicherheit, dass der Laser auf jedenfall aus ist, wenn kein Signal ankommen sollte! Wenn dann der Optokoppler schaltet, sinken die 3.5V wieder so weit, dass die Spannung am Spannungsteiler zwischen Poti und 270R Widerstand höher als diese ist und der Regler wieder seinen Dienst tun kann. Was evtl. auch noch ginge: Das PWM-Signal vom PC durch einen Tiefpass schicken, sprich eine analoge Spannung draus machen von 0-5V (0%-100% pwm) und diese irgendwo mit ankoppeln, um so direkt den Strom am Modul zu stellen.

Werde das halt einfach mal testen (natürlich noch nicht mit den teueren Dioden):D

[tracky]

Es gibt diese Teile bereits aufgebaut als LiPo Ladebaugruppe auf EBay, wo Spannung und I max per Trimmer eingestellt werden kann, manche haben sogar noch ein Display für Strom/Spannung. Ich habe mich auch schon mit diesen Teilen beschäftigt. Bei den heutigen Power RGB Modulen sind i.d.R. mehrere Dioden in Serie geschaltet, so daß hier schonmal 24V als Basisspannung für die Dioden von Nöten sind. Durchschnittlich benötigen Laserdioden Bereiche von 2-6V, um arbeiten zu können. Rote Dioden z.B. 2,0 - 2,2V. Setz man jetzt in einem Power Modul z.B. 8 Stück "ROT" in Serie, liegt die benötigte Spannung schon mal bei rund 18V für die Dioden, die man benötigt. Spannungsabfall an der Regelstufe, je nach Typ zwischen 0,3V - 0,7V und der Spannungsabfall über den Shunt Widerstand. Alles in Allem muss dann also ohne Step Down Regler die überschüssige Spannung zu den 24V als Wärme über den Regelzweig abgehen. Bei dieser Zusammenstellung hält sich die Abwärme noch in Grenzen. Nimmt man jetzt z.B. 3 grüne Dioden wird die überschüssige Spannung schon mal größer. 5,5V pro Diode und wir haben 16,5V. Also müßten hier schon mal 7,5V in Wärme vom Transistor und dem Shunt abgeführt werden. Es wird warm. Hier macht ein StepDown in Reihe zu den Dioden schon mal Sinn! Am schlimmsten kommt es, wenn man z.B. die 3,5W Blau nimmt. Die Dioden arbeiten mit ca. 5,1V und benötigen gut 2,5A Strom. Hier fallen gut 18V ab. Da macht es schon Sinn diese Teile wieder in der Spannungszuführung der Dioden im Regelkreis einzusetzen. ABER: ich würde dies nicht als Treiber für eine Laserdiode sehen. Es gibt zwar Fertigbausteine von den Dingern, wo Strom und Spannung getrennt eingestellt werden kann, aber hier ist keine Modulation der Diode möglich. Desweiteren ist beim Selbstbau dieses Reglers auf gute Leiterbahnführung und stromfeste Spulen zu setzen. Not so easy, wie ich meine. Gegenüber den LMxxxx Reglern sehen die XL4015, was die Wärme Entwicklung betrifft besser aus. Auch die Spikes im Ausgangssignal sind eher minimal, vorraus gesetzt, das Layout und die verwendeten Bauteile passen. Habe da schon diverse Tests im Net gesehen. Ich persönlich würde mit deiner Schaltung keine Laserdiode betreiben!

[race]

Hi Sven,

na das so ein Schaltregler effizienter ist als ein normaler Linearregler sollte klar sein. Klar, für die kleinen Dioden könnte man sogar nen normalen Widerstand verwenden, für die etwas stärkeren dann eher so sachen wie LM317... aber die stärkeren Dioden mit den ca. 3A wie du es geschrieben hast, braucht man mit solchen Teilen nicht mehr bespaßen. Daher fand ich die fertigen Module da nicht verkehrt. Wieso sind sie deiner Meinung nach den ungeeignet ?

Es gibt zwar Fertigbausteine von den Dingern, wo Strom und Spannung getrennt eingestellt werden kann, aber hier ist keine Modulation der Diode möglich

Naja das ist ja gerade die interessante Sache. Es werden sehr wohl auch kleinere Module mit PWM eingang angeboten, allerdings leider nicht mit genügend Leistung

Auch die Spikes im Ausgangssignal sind eher minimal, vorraus gesetzt, das Layout und die verwendeten Bauteile passen. Habe da schon diverse Tests im Net gesehen

Hast du da evtl. ne Seite zu, würde mich interessieren ! Ich kann mir vorstellen, dass die Chinaleute da sicherlich nicht die besten Bauteile verbaut haben, allerdings können die ja auch nur das nehmen, was es gerade so gibt.
Vom Layout her- naja denke schon die haben da genug teuere Entwicklungsprogramme und Leute sitzen, routen die wichtigen Leitungen dick, kurz und nahe an den Teilen etc... aber natürlich der Griff ins Klo ist bei den preisen nicht ausgeschlossen Daher möchte ich das ganze ja auch testen- habe glücklicherweise die Möglichkeiten. Und selbst wenn es Spikes geben sollte, so kann man ja genug dagegen tun, andere Werte im Tiefpass z.B. Snubberdioden, Gute Keramik-kondis... da mach ich mir mal keine Sorgen. Aber wie gesagt, habe bisher nur ein solches Modul für meinen Power-LED "Sun-Blaster" verwendet, war allerdings ein Step-Up-Wandlermodul.

Die One-Chip-Regler da find ich auf jeden fall nicht verkehrt, werden ja recht häufig verwendet- meist scheiterts wie du sagst eher an dem Drumherum was eig recht schade ist weil oft könnte mit ein wenig mehr geistigem Aufwand sehr coole Sachn raus kommen

Aja wenn wir schon bei Schutzbeschaltung sind, wie schützt ihr euere Dioden ? Meine haben zumindest laut DB bereits interne ESD-Dioden verbaut. In den Power-Modulen scheinen ja sogar kleine Kondensatoren parallel angeschlossen zu sein, habe da iwo nen Bild gesehn...

lg, Andi

[race]

Hallo zusammen !

Heute kam der Konstantstromtreiber bei mir an. Natürlich gleich ausprobiert. Getestet ersteinmal nur mit Widerständen. Erste große Enttäuschung: Das dumme Teil heitzt ab den 2A wie noch was
Angeblich hat der Chip zwar nen Übertemp. Sensor aber naja wenn der Laser alle Minute ausgeht hab ich auch nix gekonnt. Und die Spannung nujaa Spikes sind schon ordentlich vorhanden, ca 2V ...

Um mich selbst zu zitieren:

.. aber natürlich der Griff ins Klo ist bei den preisen nicht ausgeschlossen

Nun ja wieder um eine Erkenntnis reicher. Das Modul ist ja nicht hinüber, für was anderes wird man es sicher noch verwenden können.

Allerdings brauch ich nu ja doch etwas anderes. Ich habe geplant die Dioden in Reihe zu schalten.
Laut DB ist die maximale Spannung 5V., typisch 4.3V. Ein 12V Netzteil ist verbaut.
Max. Diodenstrom sind 3.8A angegeben, 3A typisch. Wenn ich also mal mit den 4.3V x2 = 8.6V und den 3A rechne bin ich bei ca. 1.7Ohm und ca. 15W was ich an Vorwiderstand bräuchte.
Nachteil ist hier natürlich, dass da nix stabilisiert ist, wenn die Eingangsspannung vom NT schwankt, schwankt auch der Strom in der Diodenkette!

Ich denke sowas in die richtung wäre nicht schlecht: https://elektronikbasteln.pl7.de/konsta ... transistor Wäre ne einfache analoge Schaltung

lg, Andi

[VDX]

Hi Andi,

... Laserdioden werden (sollen) nur über den Strom geregelt (werden) - nicht über die Spannung!! ... der Grund ist einfach der, daß die Dioden im Betrieb bzw. mit Erwärmung ihren Widerstand stark ändern und dabei auch schneller kaputt gehen.

Meine "Faustformel" bei den Laserdioden ist maximal 90% des "Nominalstroms" == im Datenblatt angegebener Betriebsstrom für die "Nominalwerte" bei 25°C Diodentemperatur ... entweder höherer Strom oder höhere Temperatur läßt die Dioden schnell "altern", so daß sie nach wenigen 10 Stunden stark an Leistung verlieren bis kaputt gehen ...

Viktor

[race]

Hi Viktor,

ok dann werd ich nicht auf die vollen 3A (typisch) gehn sondern nur auf 2.7A

Laserdioden werden (sollen) nur über den Strom geregelt (werden) - nicht über die Spannung!!

Ja dann muss es also eine Konstantstromquelle werden. Die vom Link sollte ja genau das machen ? Muss noch nen bisschen rumrechnen, das mach ich aber heut abend nimmer ^^

Lg, Andi

[VDX]

... wenn Konstantstrom-Quelle, dann bitte keine mit einem DC-DC-Konverter oder um ein Schaltregler verbauten (hatte ich vorher schonmal was dazu geschrieben) -- die hochfrequenten Schaltpulse gehen "durch" und sind auch die Hautpursache der Spikes!

Besser einen altmodischen "Längs-Regler", auch wenn die viel mehr Abwärme produzieren.

Schau dir ggf. mal die Schaltungsvorschläge mit einem LM338 als "Konstantstrom-Quelle" an -- die können bis 5A und ich verwende mehrere davon mit eingestellten Konstantströmen von 0.5 bis 2.5A, die ich dann je nach gewünschtem Gesamtstrom parallel dazuschalte ...

Viktor

[race]

Guten Abend miteinander !

Das mit dem Schaltregler hat sich halt gut angehört (verständlich, alles schön justierbar etc...) aber du hast recht, ich bin mittlerweile auch davon abgekommen. Viele dieser Überschwinger bzw. das Rauschen dieser 100derte khz schaltenden Regler-Chips streut gewaltig. Mit einer Erdungsfeder (sehr kurze Erdeverbindung direkt am Tastkopf) brachte zwar minimal bessere Oszibilder aber nachdem der so schlecht arbeitet denke ich werde ich wirklich auf "old-school" umsteigen. Habe selber nichts gegen das alte analoge Zeug, finde sogar manches war damit viel viel leichter

Habe mir hetue mal schnell was zusammengebraten. Leider erstmal nur ein LM317 bis 1.5A aber ich wollte ja nur mal die Schaltung an sich testen. Diese läut erstaunlich gut und zuverlässig ! Egal welcher Eingangsspannungsbereich (natürlich, unterhalb einer gewissen Schwelle gehts nicht mehr) der Strom zeigt immer brav den selben Wert- top !

... Laserdioden werden (sollen) nur über den Strom geregelt (werden) - nicht über die Spannung!! ...

wobei dies ja aber eher indirekt so ist, hochregeln tut der Chip ja sehr wohl die Spannung. Je höher diese ist, desto höher ist auch der fliesende Strom durch R1 und z.b. die Led oder später durch die Laserdiode. Die Abfallende Spannung "misst" er ja am Adjust-Eingang wieder und regelt daher entsprechend ab oder hoch. Aber natürlich hast du schon recht, ändert sich im Betrieb der Innenwiderstand der Verbraucher, würde mehr Strom fließen. So allerdings regelt der LM317 ja dagegen und senkt die Spannung passend dazu damit es wieder passt. (So zieht die Diode z.B. im warmen Ihre 2A schon ab 3.8V da der Widerstand gesunken ist... - is ez nur nen fiktiver Wert...) Das kann man schön sehn wenn man erst eine, dann 2 in Reihe geschlossene LEDs ranhängt: Die einzelne zieht nicht mehr als die eingestellten 20mA bei ca. 2.6V die über ihr abfallen. Bei 2 LEDs sind es dann schon eher 5V, der Strom durch jede einzelne ist aber nach wie vor 20mA

Ich hab übrigens "deinen" Plan gefunden https://reprap.org/forum/file.php?414,file=76346
Über den kleinen Fet schaltet der Laser ein oder aus, sollte ja aber möglich sein dort das 1khz PWM Signal anzuschließen! Wäre eig genau da was ich brauch ^^. Die dickeren LM338 sind schon bestellt.

Was würdet Ihr noch an Schutzbeschaltung vorschlagen, TVS bzw. Zenerdioden parallel zu den in Reihe geschalteten Laserdioden (damit die Kette auch wirklich nie mehr als die 2x4.3V max bekommen kann)? Am Eingang vom LM nen bisschen Glättung kann nicht schaden nach dem längeren Kabel vom NT bis da hin. Evtl. nen kleinen Kerko als Snubber mit dazu ?

lg, Andi

[VDX]

... Puffer-Kondis an den LM-Eingängen sind kein Problem - Alles kapazitive/induktive, was du um die Laserdiode einbaust, kann aber die Regelung beeinflussen! - ich vermeide da zusätzliche Einflüsse und verlasse mich auf die "interne" Regelung in den LM's im Bereich bis 1A bei den LM317 und bis 2.5A bei den LM338 (für mehr Strom dann entsprechend mehrere parallel)

Viktor

[race]

Hi

Nija normal mach ich mixh da nixhr so verrück aber die Dioden sollten schon bisschen länger überdauern, ne 5ct LED is ja schnell ersetzt aber die 50Eur Laserdiode... das würd mich schon arg traurig stimmen ops
Das mit der TVS Diode is evtl ja nixht verkehrt. Wenn der LM dich hops geht yns der hängt ja ah in Reihe zu den Dioden, dann bekommt jede 6v ab ich denk das mögn die eher net. Testen werd ichs halr mal wenn der Krempel da is.


Aja Pwm, wie machn die chinesen das auf ihren modulen, ah nur nen FET in der Eungangsleitung zur Konstantstromquelle ? Weil übermäßig uCs haben meine Module ez net, sieht eig ah recht spärlich aus..

lg Andi

[VDX]

Hi Andi,

... meine Laserdioden kosten da schon etwas mehr - so um die 300-400€ für eine 9Watt-IR-Laserdiode bei den ersten Experimenten bis zu den dann verwendeten 25Watt-Dioden ... aktuell habe ich 200W und 270W-Dioden, die im Testaufbau auch mit den parallel geschalteten LM338-Treibern (bis 35A pro Modul) laufen.

Mit diesen "simplen" LM-Stufen-Treibern hatte ich in nun um die 15 Jahren noch keine Ausfälle ... die bisherigen drei "weggestorbenen" (eine 9W-IR-Diode und 2 blaue 3.5W-Dioden) waren jeweils mit zuviel Strom voreingestellt -- einmal "aus Versehen", 2 mal wegen Meßfehlern bzw. Interpretationsfehlern des gemessenen Signals

Die ersten China-Treiber waren auch noch (nach meinem Beispiel) mit einem LM317 aufgebaut -- irgendwann haben sie dann aber selber Schaltungen aufgebaut, die auch mehr Strom können ... sie tendieren aber immer wieder dazu, die Dioden gnadenlos zu übersteuern (typisch um 20-40% über dem "sicheren" Wert bei 25°C), weswegen die billigeren China-Module auch nur so kurz leben

Viktor

[race]

Hi Viktor,

sie tendieren aber immer wieder dazu, die Dioden gnadenlos zu übersteuern (typisch um 20-40% über dem "sicheren" Wert bei 25°C

Nija das versteh ich auch nicht so recht, der normale 0815 Hobby-Laserer hat ja normal keinen Highend-Leistungsmesser etc. Als ob man das überhaupt merken würde- außer man hat 2 Module zum vergleichen... Und dann gehen die wie du sagst viel zu schnell ein und man hat wieder einen "Hass" auf die und ihr "China-geraffel". Naja klar, auf der anderen Seite, wenn so ein Teil normal seine paar Jahre halten würde, hätten die ja nicht so ihre Absätze

Nu auf jeden Fall beruhigt mich es sehr, dass du schon so lange mit den LM Reglern "rum tust". Meine kamen heute an, morgen mal einen passenden Widerling hersuchen, gerechnet hab ich iwas um die 0.4 Ohm, mal sehn ob ich was habe, bzw. evtl. zwei 1Ohm parallel und mal messen.

Das mit dem PWM Fet in der Zuleitung teste ich halt mal aus ! Habe keine riesigen Kabelstrecken oder sonstige Induktivitäten etc was mir recht große Spikes geben könnte... Das PC Signal (verwende zur Zeit Laser Grbl) hat wie gesagt iwas um die 1khz. Habe mir gedacht einen IRLZ44N zu verwenden, so spar ich mir die sonstigen Gatedriver ^^.
Ich kann ja mal an den China-Modulen direkt über der Diode messen wie da das Signal aussieht, ob die die PWM direkt durchgeben oder ob die das wieder iwi analog umsetzen (wieder zu ner Steuerspannung machen) und das dann anderweitig läuft.

Bei dir laufen die dann wohl immer auf max. Leistung ?

lg, Andi

[VDX]

Hi Andi,

... ich stelle den Strom bei den "Konstantstrom"-Treibern auf iwas zwischen 85-90% des "Nominalstroms" ein (der, bei dem die Nominalleistung bei 25°C definiert ist) und regele dann die Effektivleistung über die Pulslänge ein - typisch ab 5µs bei 0V bis 300µs (oder auch mal 500µs bei langsamen Anlagen) bei 5V.

Bei den analog regelbaren habe ich andere Treiber mit einem "regelbaren Konstantstrom" über Doppel-OpAmps, welche ich dann mit 0-5V über einen Widerstandsteiler entsprechend anpasse, so daß bei 5V am Eingang der (erlaubte) Maximalstrom ausgegeben wird ... hier kann ich dann zwar auch noch über die Pulszeit "feintunen", das funktioniert dann aber auch mit einer Analogsteuerung, so daß die Leistungsregelung nochmal feiner im "unteren Bereich" angepaßt werden kann -- hier dann z.B. fürs "gefühlvolle" schneiden von Aufklebefolien, ohne das Trägerpapier durchzubrennen ... oder für "Bildergravur" mit besserer Graustufen-Ausgabe

Viktor

[race]

Hi

wie hoch ist den bei dir dann die Frequenz vom Signal ?

An meinem 1khz werd ich leider nicht viel drehn können, das ist ja iwo im PGM vom Arduino hinterlegt (gut wäre jetzt nicht unmöglich). Im Endeffekt wird das schon funktionieren, bei den Chinakrachern wird das auch nicht viel anders sein

lg, Andi

[VDX]

... Einzelpulse bis etwa 100kHz -- ich verwende aber auch kein fixes PWM-Signal, weil das dann die Linienenden ausbrennen würde, sondern die "Extruder-Pulse" einer typischen 3D-Drucker-Elektronik+Firmware (RADDS miut ArduinoDue und Marlin4Due als Firmware) - die Pulse für den Extruder sind "bahnsynchron" bzw. so abgestimmt, daß sie als "Pulse pro Millimeter" ausgegeben werden, egal wie schnell/langsam der Kopf bewegt wird

Viktor

[race]

Guten Abend,

heute kamen die LM338 an, natürlich direkt mal angeschlossen, ist ja nur ein Widerstand
Sieht so aus, als ob da alles läuft, habe erstmal nur einen weiteren Widerstand als Last genommen. auch nach einer halben Stunde bei ca 2.7A wird der Kühlkörper gerade mal lauwarm und das ohne Lüfter! Der Widerstand- über den er den Strom misst- wird etwas wärmer aber der 5W Keramik hält das schon durch. Das einzige was der LM gar nicht mochte war ein direkter Kurzschluss der mir versehentlich passiert ist. Danach hat er gleich mal alle Türen und Fenster aufgerissen und mir sein Inneres gezeigt Ist mir aber immer noch etwas unklar wieso dies so passiert ist, im DB gibt es eine Beispielbeschaltung für 5A (eig so das Maximum) mit 0.24 Ohm als Mess-Widerstand.


Ich fürchte ich bin den netten Leuten aus Fernost erneut auf den Leim gegangen. Das Original ist zudem Kurzschlussfest- was man von diesen Teilen nicht wriklich behaupten kann, da besorge ich mir lieber noch "echte" ! Ich hatte auch schon Mosfets bei denen die den originalen Körper überschliffen und neu gekennzeichnet hatten, erkennbar nur am untypischen flachen Aufbau

lg, Andi

[VDX]

Hi Andi,

... da sind die Chinesen wirklich irgendwas am durcheinandermischen bei den LM's -- die sind normal kurzschlußfest, schalten bei Überhitzung aber auch mal ab, um nach dem Runterkühlen wieder einzuschalten.

Bei einer Charge von LM338, die ich über die vorige Firma bestellt und verbaut hatte, gabs aber viel zu "frühe" thermische Abschalter, so daß ich vermute, daß die einfach (baugleiche) LM317 als LM338 markiert und verkauft haben

Bei dir scheint dann nochmal was anderes anders zu sein

Viktor

[race]

Hi

nija bei dem Preis hätte ich eig auch hellhörig werden sollen aber naja meine schalten ja auch ab und kühlen danach runter... nur is das irgendwie recht laut und riecht ah nicht besonders... naja und iwi schalten die dann aber nimmer ein

Ich brauch eh noch den einen richtigen Hochlast-Widerstand mit 0.47R der Zeit hab ich nämlich ne Art "Multi-Widerstand" aus allem niederohmigem was noch da war, so Werte hab ich leider selten ^^Da besorg ich mir lieber noch gescheite, das is es ja dann net wert ...

Aber rechnerisch komm ich iwo bei 2.7A raus das wird schon passen, wären deine 90%... Bin schon sehr gespannt!

lg, Andi