Das Mysterium der massebezogenen Treiber

[Gast]

Hi!

Ich möchte hier mal ein bisschen Licht in diese Sache bringen, da es für viele ein schwieriges Thema zu sein scheint.

Zunächst schauen wir uns mal an, wie ein Standard-Treiber, der nicht massebezogen (also "plusbezogen") arbeitet:

Am Eingang gibt's meist eine Differenz-Eingangsstufe, da das Modulationssignal per ILDA-Standard ein symmetrisches, unipolares Differenzsignal von +/- 2,5V ist.
Diese Eingangsstufe hat die Aufgabe, dieses Signal in ein unsymmetrisches Signal zurückzuwandeln. Gleichzeitig macht man damit auch noch gleich eine Pegelanpassung auf jene Spannungshöhe, die in der weiteren Schaltung benötigt wird. Nehmen wir hier mal beispielhaft an, wir erzeugen uns ein Signal mit einem Wert zwischen 0V (für Laser dunkel) und +2V (für Laser maximale Leistung).

Als nächstes kommt dann meistens noch eine Ruhestromeinstellung und eine Strombegrenzung dazu. Der Ruhestrom wird irgendwo nach dem Arbeitsstrom-Einsteller dazuaddiert, und die Strombegrenzung limitiert dann den maximal auftretenden Gesamtpegel.

Die letzte Stufe ist dann der Leistungsteil. Das ist eine sog. spannungsgesteuerte Stromquelle. Mittels eines niederohmigen Strommesswiderstandes wird im Leistungspfad der Strom als Spannungswert abgegriffen, und der Regelung zugeführt. (Der Soll-Wert kommt von dem aufbereiteten Modulationssignal daher, und der Ist-Wert vom Strommesswiderstand.)

Bei einem Standard-Treiber kommt im Leistungspfad von Plus-Richtung aus gesehen als erstes die Laser-Diode, dann der Transistor als Stellglied, dann der Messwiderstand. Man könnte den Messwiderstand auch an einer anderen Stelle einfügen, wenn er aber gegen Masse geschaltet ist, ist es am leichtesten, den Spannungswert abzugreifen.

Soweit der plusbezogene Treiber. Wenn man nun die Last - also den Laser - gegen Masse schalten möchte (aus den allseits bekannten Gründen), muss man wohl oder übel Transistor und Widerstand an anderer Stelle in den Leistungspfad einfügen. Da man den Transistor definiert auf-/zusteuern können muss, muss man jetzt einen pnp-Typ nehmen, weil ja sonst der Emitterpegel vom Spannungsabfall an der Laserdiode abhängt, und eine LD, wie wir wissen, eine nichtlineare Abhängigkeit Spannung zu Strom aufweist. (Zur Erinnerung: Ein bipolarer Transistor wird über seinen Basisstrom gesteuert, und der Basisstrom ergibt sich aus der Basis-Emitterspannung.)

Bei einem pnp-Transistor (dem Feind eines jeden Hobby-Elektronikers) ist alles genau invertiert zu betrachten (Stromflussrichtung, Spannungswerte). D.h., der Emitter ist z.B. an Plus angeschlossen, und will man ihn nun aufsteuern, dann muss die Basis-Spannung entsprechend niedriger werden als die Emitterspannung (z.B. mind. ca. 0,7V geringer bei einem Standard-Bipolar-Trans.)

So, der Leistungspfad ist also jetzt invertiert. Um nun einen ganzen Treiber mit massebezogenem Laser bauen zu können, müsste man nur mehr den restlichen Teil auch noch "umdrehen" können. Also auch das Modulationssignal (+Ruhestrom+Begrenzerschaltung).
D.h., man müsste es hinbekommen, dass das Modulationssignal bei "Laser dunkel" = Ub ist (z.B. 5V), und je heller der Laser sein soll, desto niedriger das Mod.-Signal. In unserem Beispiel dann Ub - 2V (z.B. 3V) für volle Leistung.

Jetzt die kleine Überraschung: Mit unserer Differenzeingangsstufe ist nichts leichter als das! Man muss nur zwei Kleinigkeiten ändern. Erstens: Beim Modulationssignal Plus mit Minus vertauschen. Und zweitens: Den einen Widerstand vom nicht-invertierenden OP-Eingang nicht gegen Masse, sondern gegen Plus schalten. Das war's. Jetzt ist das Mod.-Signal plusbezogen. Jetzt nurmehr für den restlichen Signalweg alles umdrehen. Also z.B. das Stromeinstellungs-Poti auch gegen Plus statt Masse. Bei der Ruhestrom-Einstellung und der Strombegrenzung ist das genauso möglich.

Alle Klarheiten beseitigt?


dERwOLF

[bernd]

Hallo dERwOLF,

<<< Alle Klarheiten beseitigt? >>>

bei mir ja.

Ich freue mich dann auf eine Schaltung von dir damit, die zuverlässig funktioniert!

Nebenbei: Je mehr Dioden und somit Treiber im Spiel sind, umsomehr Verlustwärme wird an / durch die Treiber erzeugt - Hat sich mal einer mit einer digitalen Ansteuerung - also quasi Schalt(netzteil)treiber (Eingangsspannung z.B. + 12 V) - für LDs beschäftigt?

Fertige Bausteine für "Spannung" gibt es ja wie Sand am Meer - Denen müsste mann nur statt "Spannung" eben "Strom" beibringen...

Bernd

[richardk]

Hallo Bernd

An einen Digitalen Treiber habe ich auch schon gedacht.

Fazit meiner Überlegungen dazu war, dass bei einem
modulierten Treiber sagen wir mal bis 30kHz durch das
Oversampling was nötig wird, eine Taktfrequenz von ~300khz
herschen müsste.

Der Aufwand, und der Nutzen bei Treibern so um die
0-2.5A stehen in keinem Verhältniss, zumindestens für Freaks
welche schon über Preise für einen normalen Treiber jammern.
Weiters sind bei diesen hohen Taktfrequenzen die Schaltverluste
dermassen hoch, dass es bei diesen kleinen Leistungen
auch kaum was bringen würde.

Fakt: Aufwand, Nutzen, Kosten Verhältniss stimmt nicht.


Gruss Richard