LD/TEC Treiber

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HVflash
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LD/TEC Treiber

Beitrag von HVflash » So 26 Aug, 2012 9:27 pm

Guten Abend,

aus schlechtem Gewissen, dass ich ständig nur Sachen Frage bzw. Suche möchte ich euch hier meinen nun endgültigen Treiber für meinen RGB Projektor Vorstellen.

Features:

25x55mm klein
TEC und LD Treiber auf einer Platine
TEC Strom bis 6A (lineare Regelung oder PWM, auch 2 Punktregler möglich, je nach belieben)
µC gestützt
LD Treiber: Threshold 0-200mA, Modulation Threshold-1,2A
Standby-Strahlunterdrückung
TEC Abschaltung nach z.B. 5min Ruhe möglich.

Schaltplan:

Bild

Layout:
TARGET- treiber mit tec.pdf
Fotos:

Bild

Bild

Code (für linearregelung):

Code: Alles auswählen

int peltier = 0;
int led = 1;
int temp = 2;
int per = 0;
int offset = 0;
int ntc = 3;
int input = 1;

void setup() 
{     
  pinMode(led, OUTPUT);     
  pinMode(peltier, OUTPUT);  
}

void loop() 
{
 if (analogRead(input) < 40)
 digitalWrite(led, HIGH);
 
 else
 digitalWrite(led, LOW);
 
 per = analogRead(temp) / 2;
 offset = analogRead(ntc) - (500 + per);
 analogWrite(peltier, offset * (-1));
}
Nach Version 1 und 2 meines Treibers ist dies nun hoffentlich die Endgültige.
Nachdem ich bei der ersten Version Platzprobleme hatte und ich nun für rot und grün TEC verwenden möchte, musste was neues her. Allerdings mit völlig neuem Konzept. Da die eine rote Diode eh die Anode auf dem Gehäuse hat und beide so wie s durch die Peltiers isoliert werden und grün das so wie so schon ist, baute ich dieses Konzept von Anfang an auf einem lowside Treiber auf. Nach einigen versuchen mit Highspeed-rail-to-rail Opamps und softswitch-Fet's kam ich einige LED's später zu dem Entschluss dass das so nichts wird. Entweder fangen die Dinger an auf einigen MHz zu schwingen oder jeder noch so kleiner Peak geht glatt durch den FET direkt in die Diode.
Etwas anderes musste her. Etwas sanfteres. Die rede ist vom guten alten Bipolartransistor. Ja, so etwas gibt es noch, doch offenbar nicht in meinem Zimmer. Also schnell den erstbesten CD Player zerlegt und einen BD135 entdeckt. Versuche mit diesem waren sehr vielversprechend. Allerdings hatte ich immer noch das Problem dass der Opamp schwingt, Filter machen den ganzen Treiber langsam und so ein Transistor will auch seine 20mA Basisstrom. Hört sich nach nicht viel an, doch diese super tollen Hightech-Opamps sind ja alle nur noch max. 5mA da alles auf Spannungssteuerung ausgelegt ist. Doch zum Glück gibts ja noch den guten alten LM358. Und genau da war ich an dem Punkt an dem ich dachte: [zensiert], das sieht ja alles exakt aus wie die popelschaltungen die so als erste Suchergebnisse auf den Suchbegriff "Laserdiodentreiber" bei Google Bilder folgen -_-. Aber es ist wirklich so, das Ding schwingt nicht, ist robust, bis 400kHz Dreieck ziemlich linear und die Verluste sind auch nicht arg viel höher als "digital".

Also gehts weiter zum TEC Treiber. Aus Platzgründen müsste dieser unbedingt mit auf die Platine.
Die erste Frage die man sich hier vll stellt:

"Warum zur hölle verwendet man da einen µC?! das ist doch totaler overkill!"

Das mag vll sein, aber dieser hat sowohl Preislich als auch technisch erhebliche Vorteile:

Sehr universell, allein durch die software kann ich wählen zwischen zweipunktregler, linearregler (gut, dafür muss ein Lötpunktjumper zu einem Tiefpass gesetzt werden, mehr aber auch nicht...) , PWM, ich kann die Schatschwelle für die Standby-Strahlunterdrückung frei wählen (oder beliebig weglassen, z.B. für DPSS) und z.B. nichtlineare Regelkurven können leicht übernommen werden.

Ich habe mich übrigens für den linearregler entschieden, da Peltiers PWM ja bekanntlich nicht so mögen und 2 Punktregler zu sehr "wackelt".

Vom Platz ganz zu schweigen ein kurzes Rechenbeispiel:

ein ATTINY45 kostet bei Reichelt 1,20€

um das selbe "analog" zu erreichen würde folgendes benötigt werden:

- LM393: 16ct
- 200mW Referenzspannung (im einfachsten Fall Diode + drei Widerstände) 50ct

- LM358 für linearregelung / PWM Controller für PWM / Komparator für 2 Punktregler: 1ct / >3€ / 1€

Na, fällt was auf? :freak:

Naja, so ist im laufe des Sommerurlaubs / den letzten 2 Tagen seit ich zurück bin :P das Layout, der Schaltplan und das Programm entstanden. Wobei letzteres natürlich frei nach eigenen Bedürfnissen angepasst werden kann.



Viele Grüße,
Niklas Fauth
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dyak
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Re: Ultimativer LD/TEC Treiber

Beitrag von dyak » Mo 27 Aug, 2012 12:21 am

Etwas provokante Überschrift :wink: *edit jetzt isse weg :lol:
Aber bevor gewisse Leute das hier kommentieren und es wieder eskaliert hab ich ein paar Anregungen für dich.

1. Schutzdiode in gegenrichtung zur Laserdiode fehlt
2. Keine Spannungsreferenz. Der Threshold ist also von der Eingangspannung abhängig.
3. Deine Probleme mit dem Schwingen kann man mit einem kleinen Kompensationskondensator über den OPV beseitigen
4. Durch Einsatz eines Darlington Tarnsistors kann der Strom in die Basis minimiert werden.
5. Ich kann die Schaltung deiner Potis nicht ganz nachvollziehen aber ich bezweifle das Strom und Threshold völlig unabhängig voneinander eingestellt werden können. :wink:
6. Ein Mindestschutz vor gewissen Überspannungen am Modulationseingang wäre schön. Sonst legt man da mal aus versehen 12V an und die Diode ist futsch. :evil:

Zweipunktregler reicht für die einfache Kühlung von Laserdioden. Linearregler ist eher tödlich. Die Verluste im Transistor sind dann enorm.
Das Problem bei dem Zweipunktregler ist dass das Peltier auch auf die Versorgungsspannung passen muss. Ein Peltier mit 1,8V wird hier nicht gehen. Auch hast du keine Ahnung welcher Strom durch das Peltier jetzt wirklich fließt und wie groß die Leistung ist.

An deinem Shunt fällt eine Leistung im schlimmsten Falle von 2W ab. Das hällt der ganz sicher nicht aus! Sieht mir mehr nach 1W aus.
Aber es ist wirklich so, das Ding schwingt nicht, ist robust, bis 400kHz Dreieck ziemlich linear und die Verluste sind auch nicht arg viel höher als "digital".
Mit einem Dreiecksignal macht und wird man auch nie eine Aussage über die Geschwindigkeit eines Treibers machen. Die Sprungantwort ist von Interesse. Und was meinst du mit digital :?:

An sich wirkt das nicht ganz nach einem ausgereiften Treiber. Aber die Idee mit TEC und Treiber zusammen mag ich. Immer weiter basteln :mrgreen:
Wer Rechtschreibfehler findet, darf sie behalten!

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mR.Os
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Re: LD/TEC Treiber

Beitrag von mR.Os » Mo 27 Aug, 2012 9:10 am

Hi,
erst mal schön, dass du den Treiber vorstellst. Treiber kann man nieee genug haben :D

Aber ich sehe auch ein paar Probleme/Anregungen:
  • Ich kann die Potis für die Stromeinstellung überhaupt nicht nachvollziehen. Wenn die Verbindung der beiden auf Masse gelegt werden würde, dann ja, aber so ... (vielleicht ist es aber auch dafür zu früh)
  • Du hast in deiner Schaltung keine Möglichkeit, die Parameter (Strom, Spannung) des TECs zu überwachen. Du schaltest das nur an und aus bzw. schaltest einen dir nicht bekannten Widerstand mit dazu. Wenn du da ein Peltier Element was mehr als 5V und einen recht hohen Strom verträgt da ran hängst, gibt es keine Probleme. Aber wenn es kleiner mit weniger Leistung wird, dann wird es kaputt gehen. Alle TEC Treiber die ich kenne, sind als Stromquellen aufgebaut. Und bei dem Linearregler kommt die riesige Verlustleistung hinzu.
  • Dein Treiber funktioniert nur mit 5V. Da wirst du Probleme bei der Beamy Diode haben, wenn du sie mit 1Ohm Vorwiderstand bei voller Leistung nutzen willst. Du bist auch auf diese Spannung begrenzt, da der AVR nicht mehr verträgt. Ein Widerstand und eine Z-Diode würde da sicher für den AVR reichen.
  • Die SBSU mit einem µC zu machen halte ich für ungünstig. Du wirst da recht starke Verzögerungen zwischen unterschreiten der Schwellspannung und dem tatsächlichen Ausschalten haben. Ich weiß nicht aus dem Kopf, wie schnell der ADC ist, aber dann kommt ja auch noch die Verarbeitung hinzu, und da weißt du nicht, was der C Compiler macht. Der LM393 kostet keine 20cent und hat eine Verzögerung von 1µs.
  • + das, was dyak gesagt hat (bis auf die Antiparallele Diode zur LD, da bin ich mir gerade über den Nutzen ein wenig unschlüssig (außer verpolte Betriebsspannung))
Aber das wird schon noch was. Ein, zwei Iterationen und dann ... wird es ganz toll (die Leute kennen das von mir aus dem Forum ;) )

Mit besten Grüßen
Andreas

(was ich glaub ich schon mal bei dir angemerkt habe [wenn es bei jemand anderem war, sorry]: warum lädst du die Bilder nicht im Forum hoch? Auf der externen Webseite verschwinden sie irgendwann und dann ist der Thread nutzlos. So viel Speicher wird schon auf den Servern sein ... und wenn es mal voll wird, kümmert sich vielleicht mal der Admin um die Seite)
Beste Grüße
Andreas

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HVflash
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Re: LD/TEC Treiber

Beitrag von HVflash » Mo 27 Aug, 2012 9:45 am

Hi,

da habt ihr wohl recht. Hab bei den Messungen auch festgestellt dass das murks ist.
Hat einer von euch vll den Schaltplan von andythemechanics TEC Treiber oder zumindest den IC-Typ?
Ich finde dazu im Forum leider nichts, und der Treiber soll ja ganz gut sein.

Viele Grüße,
Niklas Fauth

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Re: LD/TEC Treiber

Beitrag von die-zunge » Mo 27 Aug, 2012 2:01 pm

Hi

Mal OT:@ HVFLASH vielleicht kann ich dich doch nach Mainz mitnehmen, melde dich mal bei mir
Grüßle
Uwe

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Re: LD/TEC Treiber

Beitrag von tracky » Mo 27 Aug, 2012 2:08 pm

Wenn man beide Trimmer mit Pin 3 auf GND legt, sollte zumindestens ein Regelverhalten da sein. Allerdings wie schon oben erwähnt, hast Du eine Summierung von Threshold und Current. Hier würde ich den Threshold lieber vor dem Current anordnen und mit einer Ub halbe fest definieren. Der Eingang ist offen wie ein Scheunentor. Wehedem Modulation größer 5V, dann rumpst es. Hier wäre wohl ein anderer Aufbau von Nöten. Welchen Strom willst Du über die 1Ohm den fahren? Da geht nicht all zuviel.
Du ziehst direkt das Eingangssignal gegen GND. macht nicht viel Sinn. Da würde ich lieber den FET an der Stromregelstufe einsetzen und dort das Signal gegen GND ziehen. Dann kannst Du auch den 100k am Eingang verkleinern und vielleicht noch durch zwei Dioden etwas absichern.
Bei der TEC Regelstufe aus dem GB wurde ein FAN verwendet. Bis 2A Strom reicht allemal aus ein TEC einzueisen.
Gruß Sven

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Re: Ultimativer LD/TEC Treiber

Beitrag von pulslaser » Mo 27 Aug, 2012 2:56 pm

dyak hat geschrieben: Zweipunktregler reicht für die einfache Kühlung von Laserdioden. Linearregler ist eher tödlich. Die Verluste im Transistor sind dann enorm.
Hallo dyak,

im Prinzip ist es egal ob die Verlustwärme im Peltier (durch anlegen von 100% Stromimpuls bei PWM) oder bei Teillast am Stellglied bei Linearregelung entsteht. Wenn man den Leistungstransistor (Stellglied) mit auf der warmen Seite des Kühlkörpers des Peltiers montiert heben sich die Verluste gegenseitig auf.
Vorteil Linearregler ist, dass er keine Störimpulse produziert.
Ich habs schon oft durchgerechnet.

LG

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dyak
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Re: LD/TEC Treiber

Beitrag von dyak » Mo 27 Aug, 2012 3:54 pm

Hallo dyak,

im Prinzip ist es egal ob die Verlustwärme im Peltier (durch anlegen von 100% Stromimpuls bei PWM) oder bei Teillast am Stellglied bei Linearregelung entsteht. Wenn man den Leistungstransistor (Stellglied) mit auf der warmen Seite des Kühlkörpers des Peltiers montiert heben sich die Verluste gegenseitig auf.
Vorteil Linearregler ist, dass er keine Störimpulse produziert.
Ich habs schon oft durchgerechnet.
Ja da hast du recht. :)
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