Zasilacz diod laserowych dużej mocy o regulowanym prądzie w...

BIULETYN WAT VOL. LVII, NR 1, 2008

Zasilacz diod laserowych dużej mocy o regulowanym prądzie w zakresie 0-60A

JACEK ŚWIDERSKI, WIESŁAW PICHOLA

Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2

Streszczenie. W artykule przedstawiono opracowany zasilacz diod laserowych dużej mocy wraz z układem chłodzenia umożliwiający kontrolę i sterowanie ich podstawowych parametrów. Zasilacz ten gwarantował na wyjściu prąd stabilizowany i regulowany w przedziale 0-60 A, przy napięciu nie większym niż 4 V z możliwością ograniczenia wartości maksymalnej prądu. Ponadto zasilacz ten umożliwiał: zadanie wartości prądu płynącego przez złącze przed włączeniem diody, monitorowanie wartości prądu płynącego przez diodę, ustawienie temperatury diody w zakresie 15-30°C, monitoro-wanie aktualnej temperatury diody, kontrolę stanów pracy termochłodziarki i zasilacza mocy.Słowa kluczowe: zasilanie diod laserowych, kontrola parametrów diod laserowychSymbole UKD: 621.375.826

1. Wstęp

We wczesnych latach 70. lasery pompowane były głównie lampami błyskowy-mi lub innymi laserami [1, 2]. Koniec lat 80. i lata 90. to okres, w którym zaczęto wykorzystywać diody laserowe jako źródła pompujące lasery ciała stałego i fakt ten zadecydował w ogromnej mierze o ich gwałtownym rozwoju, jaki obserwujemy do dziś [3-5].

Pompujące diody laserowe dużej mocy mają wiele zalet, z których najważ-niejsze to:

— bardzo wysoka sprawność przetwarzania energii elektrycznej w świetlną,— doskonałe dopasowanie pasma emisji diod pompujących do pasma ab-

sorpcji materiałów czynnych,— niskie, bezpieczne napięcia zasilające,

264 J. Świderski, W. Pichola

— długi czas życia — co najmniej 10 000 godz.Wadami diod laserowych, z punktu widzenia zasilania, są:— duże prądy zasilania, sięgające już 100 A dla pojedynczych modułów,— niskie wartości napięć przebicia złącza, co powoduje wysoki stopień kom-

plikacji układów zasilających (bardzo dokładną regulację i stabilizację napięcia i prądu zasilania diod, całkowitą eliminację stanów nieustalonych przy włączaniu i wyłączaniu).

Dla diod laserowych dużej mocy pracujących w reżimie pracy ciągłej (CW — Continuous Work) odprowadzanie mocy strat wymaga dodatkowego chłodzenia. Może to być woda, wymuszony obieg powietrza lub chłodziarka termoelektryczna. Najczęściej wykorzystywana jest chłodziarka termoelektryczna TEC (thermoelectric cooler) działająca na zasadzie złącza, które zmienia swoją temperaturę odpowiednio do przepływającego przez nią prądu. Współpracuje ona z wewnętrznym czujnikiem temperatury, który w sposób ciągły kontroluje temperaturę struktury diody lasero-wej. Sygnał z czujnika steruje pośrednio wartością prądu chłodziarki. Diody dużej mocy mogą mieć również fotodiodę monitorującą moc diody laserowej, a także dodatkowy laser wskaźnikowy.

2. Założenia i projekt koncepcyjny zasilacza diody laserowej

Opracowany zasilacz ma być źródłem energii elektrycznej dla pompujących diod laserowych cw firmy Jenoptik (typ JOLD-45-CPXF-1L) oraz powinien zapew-nić odpowiednie jej chłodzenie. W tabeli 1 przedstawiono parametry ww. diod, na podstawie których można ustalić wymagania techniczne układu zasilania.

Tabela 1 Podstawowe parametry diod laserowych cw JOLD-45-CPXF-1L

Typowy prąd pracy 60 A

Max prąd pracy 70 A

Typowy prąd progowy 6 A

Maksymalny prąd progowy 9 A

Sprawność 0,8 W/A

Napięcie pracy < 2 V

Czas życia > 20 000 godz.

Dioda o parametrach elektrycznych wyspecyfikowanych w tabeli 1 będziechłodzona przy pomocy dwóch modułów Peltiera TEC-127105 (15,4V, 10A) po-

265Zasilacz diod laserowych dużej mocy o regulowanym prądzie w zakresie 0-60A

łączonych szeregowo. Z danych przedstawionych w tabeli 1 możemy wyodrębnić zasadnicze podzespoły (rys. 1) projektowanego układu zasilania oraz określić ich podstawowe parametry.

Rys. 1. Schemat blokowy zasilacza i sterownika pompującej diody laserowej. MP1, MP2 — moduły Pel-tiera; NTC — termistor sterowania temperaturą; PT100 — element pomiarowy temperatury diody

Zespół zasilania i sterowania składa się z:— zasilacza złącza diody laserowej zwanego dalej zasilaczem mocy, — programowanego regulatora temperatury,— zasilacza modułów Peltiera,— układu sterowania.

Zasilacz mocy powinien zapewniać na wyjściu prąd stabilizowany i regulowany w przedziale 6-60 A, przy napięciu nie większym niż 4 V. Zasilacz powinien mieć również możliwość ograniczenia wartości maksymalnej prądu złącza w granicach 6-60 A.

Programowany regulator temperatury ma za zadanie:— utrzymywać temperaturę na zadanym ręcznie przez użytkownika pozio-

mie poprzez regulację prądu zasilacza modułu Peltiera z dokładnością co najmniej ±0,5°C,

— przerwać pracę zasilacza mocy i zasilacza modułu Peltiera w przypadku przekroczenia dopuszczalnej temperatury pracy złącza diody laserowej,

— sygnalizować stany pracy zasilacza modułu Peltiera (grzanie, chłodzenie, temperatura zadana, przegrzanie).


Zasilacz modułu Peltiera powinien dostarczać do termochłodziarki moc zapewniającą utrzymywanie ustawionej ręcznie wartości temperatury złącza dio-dy laserowej (mierzonej przez termistor NTC). Prądem wyjściowym zasilacza steruje programowany regulator temperatury. Cały układ zasilacza zasilany będzie z jednofazowej sieci przemysłowej 230 V/50 Hz i umieszczony zostanie w jednej, kompaktowej obudowie.

Ponadto użytkownik powinien mieć możliwość:— zadania wartości prądu płynącego przez złącze przed włączeniem diody,— monitorowania wartości prądu płynącego przez diodę,— ustawiania temperatury złącza diody w zakresie 15-30°C,— monitorowania aktualnej temperatury złącza diody,— kontroli stanów pracy termochłodziarki i zasilacza mocy.

Powyższe zadania spełniać powinien układ sterowania.Po analizie wymogów na poszczególne podzespoły jako zasilacz mocy zasto-

sowano zasilacz typu LDD-250-4 firmy Lumina Power, Inc. Jako programowanyregulator temperatury wybrano kontroler temperatury TC-36-25 RS232 firmy TETechnology, Inc. Do zasilania modułu Peltiera użyto zasilacza PS-24-12 tej samej firmy, kompatybilnego z zastosowanym regulatorem temperatury.

Układ sterowania zaprojektowano i wykonano w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej. Całość urządzenia umieszczono w 19-calowej obudowie typu BOPLA. Fotografia płyty czołowej oraz płyty tylnej opracowanegozasilacza przedstawiona została na rysunkach 2 i 3.

Rys. 2. Widok płyty czołowej zasilacza diody laserowej


Na płycie czołowej obudowy zasilacza umieszczone zostały:1(1) Wł/Wy sieciowy. Przełącznik ten odpowiada za pobór energii elektrycznej

sieci prądu przemiennego 230 V/50 Hz;1(2) czerwona dioda LED „Sieć”. Jej świecenie informuje użytkownika, że

przełącznik Wł/Wy został włączony;1(3) Wł/Wy „START”. Przełącznik odpowiada za funkcję „miękkiego” startu;1(4) zielona dioda LED “START”. Jej świecenie informuje użytkownika, że

złącze diody jest zasilane;1(5) potencjometr „REG. PRĄDU” — pozwala sterować wartością prądu

złącza diody;1(6) potencjometr „REG. TEMP.” — pozwala na ustawienie temperatury złącza

diody w zaprogramowanym wcześniej zakresie;1(7) dioda „CHŁODZENIE” (niebieska) — będzie świecić, gdy temperatura

diody laserowej spadnie poniżej zaprogramowanego zakresu;1(8) dioda „GOTOWE” (zielona) — zapala się, gdy temperatura diody lase-

rowej mieści się w zaprogramowanym zakresie;1(9) dioda „GRZANIE” (czerwona) — zacznie świecić, gdy czujnik pomia-

rowy odczyta temperaturę o 1°C wyższą, niż zaprogramowana górna granica;

(10) wyświetlacz miernika prądu diody;(11) wyświetlacz miernika temperatury diody;(12) przycisk „KASOWANIE ALARMU”;(13) potencjometr „REG. OGR. PRĄDU” służący do ograniczania górnego

limitu prądu.

Rys. 3. Widok płyty tylnej zasilacza diody laserowej


Na płycie tylnej znajdują się:(1) wyjście z zasilacza mocy do podłączenia przewodów zasilających do diody

laserowej;(2) uziemienie „GND”;(3) BZ1 — bezpiecznik (obwód zasilania zasilacza mocy);(4) BZ2 — bezpiecznik (obwód zasilania termochłodziarki);(5) gniazdo BNC do podłączania zewnętrznych blokad;(6) złącze typu Cannon 15 Female łączące sterownik TC-36-25 RS232 z ter-

mochłodziarką i termistorem NTC;(7) przepust pod kabel sieciowy;(8) przepust pod przewód łączący czujnik temperatury PT100 złącza diody

laserowej z miernikiem temperatury;(9) wentylator zasilacza mocy.

3. Charakterystyka podzespołów zasilacza diod laserowych

3.1. Zasilacz mocy

Moduł LUMINA POWER LDD-250-60-4 jest źródłem energii dla diod la-serowych dużej mocy o chłodzeniu powietrznym wymuszonym. Według danych producenta może on pracować w zakresie temperatury od 0°C do 40°C. LDD-250--60-4 został zaprojektowany z wiedzą, iż diody laserowe CW dużej mocy są bardzo drogie. Czas narastania i opadania podczas załączania i wyłączania diody laserowej są pod ścisłą kontrolą, aby redukować stany nieustalone mogące spowodować jej uszkodzenie. Parametry podawane przez producenta to:

— maksymalna moc wyjściowa Pout max: 250 W,— maksymalny prąd wyjściowy Ioutmax: 60 A,— napięcie wejściowe: 90-264 V AC,— współczynnik mocy: > 0,98,— typ złącza: 15 Pin ”D” Sub Female,— Voutput monitor: 0-10 V = 0-60 A,— Ioutput monitor: 0-10 V = 0-60 A,— Iprogram: 0-10 V = 0-60 A,— czas narastania/opadania: < 1 ms (od 10% do 90% dla całkowitego prądu)

(< 350 µs na żądanie),— regulacja prądu: 0,5% maksymalnej wartości prądu,— prąd pulsacji: < 0,5% maksymalnej wartości prądu,— błąd dokładności nastawy prądu: < 1% maksymalnej wartości prądu,— temperatura pracy: 0-40°C,— prąd upływu: < 250 µA.


3.2. Mikroprocesorowy kontroler temperatury

Mikroprocesorowy kontroler temperatury TC-36-25 RS232 zastosowany w opracowanym zasilaczu diody laserowej charakteryzuje się następującymi pa-rametrami:

— kontroler spełnia normy RoHS,— napięcie wejściowe: 12-36 V DC,— znamionowa wartość prądu na wyjściu H mostka — do 25 A,— programowanie komputerowe przez port komunikacyjny RS-232,— dwukierunkowe działanie H mostka na ciele stałym zapewniające chło-

dzenie i grzanie.— kontrola temperatury od –20°C do +100°C przy użyciu termistora

MP-2996,— kontrola proporcjonalna (P), całkująca (I) i różniczkująca (D), która może

być skonfigurowana w trybach P, I, PD lub PID; lub kontrola typu Dead-band (strefa nieczułości — on/off) z regulowaną histerezą,

— rozdzielczość temperatury na poziomie 0,01 °C lub 0,01°F,— dokładność stabilizacji temperatury do ±0,01°C lub ±0,01°F (przy kontroli

zimnej płytki),— wyjście z modulacją PWM: częstotliwość 2700 Hz, moc do 900 W,

— możliwe ustawienia temperatury: ustawienia z komputera przez port RS232 z kontrolerem pracującym

samodzielnie, zdalne ustawianie temperatury przez użytkownika za pomocą poten-

cjometru, pętla prądowa od 0 do 25 mA, zakres regulacji napięcia od 0 do 5 V DC, różnicowa kontrola temperatury,

— uniwersalny system alarmowy: wyjście sprzętowe przy 25 mA z ustawianym napięciem do 11 V, odwołanie alarmu jest możliwe przez oprogramowanie komputerowe

lub zdalny przycisk, przy różnicowej kontroli temperatury drugi termistor jest konfiguro-

wany jako nadtemperaturowy czujnik gorącej strony radiatora,— utrzymywanie parametrów w pamięci stałej (maksymalnie 1 000 000 cykli

zapisu),— temperaturowy zakres pracy od 0°C do 60°C,— zakres temperatur przechowywania od –55°C do 105°C.


Kontroler TC-36-25 RS232 jest zdolny do pracy przy wejściowym zasilaniu od 12 V do 36 V DC, powszechnym dla wielu chłodziarek termoelektrycznych. Nieza-leżne urządzenie wyjściowe MOSFET (H mostek) przewodzi prądy obciążenia od 0,1 A do 25 A. Moc jednostki wynosi do 900 W przy ograniczonej rozdzielczości temperatury na poziomie 0,01°C lub 0,01°F.

Sygnał wyjściowy do modułu termoelektrycznego jest sygnałem modulowanym PWM (Pulse Width Modulation) o jednej częstotliwości 2700 Hz. Modulacja sze-rokości impulsu (PWM) uśrednia ilość energii dostarczoną do modułu i redukuje ekstremalne skoki temperatury, na które narażony jest termostatyczny system kontroli. Prowadzi to do wydłużenia czasu życia i niezawodności urządzeń termo-elektrycznych. Układ sterowania układem wykonawczym PWM pozwala osiągnąć dokładność kontroli czujnika nie mniejszą niż ±0,01°C lub ±0,01°F.

Standardowy zakres kontroli temperatury (–20°C do +100°C) jest dostępny przy użyciu standardowego termistora MP-2996, dostarczonego przez TE Tech-nology i ustawionego jako początkowy. Można ustawiać temperaturę dodatkowo zewnętrznymi wejściami. Drugi termistor może być użyty do kontroli różnicowej (lub może być użyty do wykrywania warunków alarmu). Dodatkowo temperaturę można ustawić zdalnie za pomocą potencjometru, sygnałem od 0 V do 5 V DC lub za pomocą pętli prądowej od 0 do 20 mA.

Istnieje również możliwość wyboru trybu kontroli wyjścia układu, tzn. okre-ślenia kierunku przepływu prądu przez moduł termoelektryczny podczas pracy urządzenia. Prąd może przepływać od WP1+ do WP2– lub odwrotnie, w zależności od wybranej opcji. Podobnie, istnieje wybór opcji ustawień alarmów aktywujących wyjście alarmowe 25 mA. Ustawienia mogą być wybrane spośród funkcji: „no alarm”, „tracking alarm”, „fixed-value alarm”. Wartości temperatur alarmowych wprowadzasię w opcjach okna dialogowego (wyświetlanego na monitorze komputera). Menu opcji alarmu umożliwia również wybór opcji zatrzasku warunków alarmu. Czuj-nikami alarmu mogą być: termistor standardowy lub dodatkowy termistor.

Maksymalna dopuszczalna temperatura otoczenia dla kontrolera wynosi 65°C. Natomiast maksymalna, dozwolona temperatura podstawki kontrolera (pod spodem obszaru, na którym zamocowane są tranzystory) wynosi 80°C.

Dla zapewnienia pracy kontrolera TC-36-25 wymagane jest napięcie 10,8-36 V (minimalne napięcie 10,8 V jest konieczne, by działał mikroprocesor wewnętrzny). Powyższy kontroler to modulator szerokości impulsu (PWM). Impulsy „włączony” i „wyłączony” następują po sobie z taką prędkością, że w pracy urządzenia nie występuje obieg ciepła. W ten sposób kontrolery te nie obniżają w żaden sposób niezawodności urządzenia, co może być efektem obiegu ciepłego powietrza w przy-padku termostatu lub zwykłego kontrolera z opcją „włączony”, „wyłączony”. Napięcie wyjściowe musi być zatem ustawione w taki sposób, by nie przekraczało wartości maksymalnej dla danego zestawu chłodzącego lub urządzenia termoelektrycznego. Jeśli decydujemy się na własny system chłodzenia złożony z kilku modułów termo-


elektrycznych, to wówczas maksymalna wartość napięcia podczas pracy (napięcie dostarczone kontrolera) powinna wynosić nie więcej niż 75% dozwolonej wartości maksymalnej dla danego modułu. Oczywiście w sytuacji, gdy zestaw składa się z kilku połączonych ze sobą szeregowo modułów, maksymalną wartość zestawu obliczyć należy, mnożąc wartość maksymalną (Vmax) każdego z modułów przez ilość modułów w zestawie. W tym wypadku dostarczone napięcie jest nie większe niż 75% całego systemu.

Kontroler TC-36-25 RS232 używa ujemnego współczynnika temperaturowego termistora, tworząc pętlę sprzężenia zwrotnego do kontroli zespołu obwodów elek-trycznych. Nominalna rezystancja czujnika wynosi 15 kΩ w temperaturze 25°C. Te same typy termistorów mogą zostać użyte do odczytu stanów nadtemperaturowych. Termistor powinien mieć ujemny współczynnik temperaturowy, gdyż temperatura kontrolera jest faktycznie mierzona poprzez rezystancję termistora, a ta z kolei jest konwertowana na temperaturę.

3.3. Zasilacz modułów Peltiera

Do zasilania modułów Peltiera wybrano zasilacz w wersji OEM firmy TETechnology, Inc. cechujący się następującymi parametrami:

— napięcie wejściowe: 115-230 V AC,— napięcie wyjściowe stabilizowane: 24 V DC,— maksymalny prąd wyjściowy: 12,5 A,— temperatura pracy: 0-50°C.Zasilacz ten wyposażony jest w układ PFC (Power Factor Correction) oraz

stosowne zabezpieczenia (temperaturowe, prądowe, napięciowe i zwarciowe).

3.4. Układ włączania, regulacji, ograniczania i pomiaru prądu modułu LDD-250-6-4

Aby zapewnić prawidłową współpracę podzespołów zasilacza pokazanych na rysunku 1, niezbędny jest jeszcze dodatkowy układ realizujący ten cel. Do funk-cjonowania zasilacza mocy niezbędne są jeszcze: miernik do pomiaru prądu diody laserowej, układ wytwarzający regulowane, niezależne od temperatury napięcie sterujące prądem złącza i układ ograniczania maksymalnego prądu diody. Zasto-sowany miernik cyfrowy wymaga własnego, izolowanego galwanicznie zasilania — niezbędny jest jeszcze zasilacz małej mocy (+9 V). Włączenie zespołu mocy jest dwustopniowe, dlatego na płycie czołowej powinny się znaleźć dwa przełączniki i dwie diody wskazujące stan pracy zasilacza.

Schemat układu włączania, regulacji, ograniczania i pomiaru prądu modułu LDD-250-60-4 pokazano na rysunku 4.


Do ustawienia żądanej wartości prądu służy potencjometr P2. Zadana war-tość prądu jest wyświetlana na mierniku cyfrowym. W celu niedopuszczenia do przekroczenia wartości prądu diody (dopuszczalnego dla danego typu diody) zastosowany został układ ograniczający. Zabezpieczenie to polega na podaniu na potencjometr P2 takiego napięcia, które przy maksymalnym nastawieniu nie spowoduje uszkodzenia diody. Do realizacji tego ograniczenia zastosowana została programowana dioda Zenera — układ TL431 — wraz z układem wykonawczym. Do nastawy limitu prądu służy potencjometr P1. Zadaniem układu wykonawcze-go jest wierne powtórzenie napięcia diody Zenera na potencjometrze P2. Układ wykonawczy zrealizowany jest na układzie scalonym µA741 i tranzystorze BC107 tworzących razem układ wtórnika napięciowego. Napięcie z TL-431 jest podawane na wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego. Wartością napięcia wyjścio-wego (pin 6) steruje tranzystor BC107. Dla zamknięcia pętli sprzężenia zwrotnego układu scalonego podaje się napięcie z emitera tranzystora na wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego.

Dzięki bardzo dużemu wzmocnieniu układu µA741 z otwartą pętlą, przy za-mknięciu pętli sprzężenia zwrotnego, niestabilność temperaturowa BC107 jest do pominięcia, w wyniku czego otrzymujemy wierne powtórzenie programowalnego napięcia na wyjściu układu wykonawczego. Poprzez zastosowanie jednakowych rezystorów 10 kΩ na wejście odwracające i nieodwracające wzmacniacza opera-cyjnego zminimalizowano jego dryft temperaturowy.

Rys. 4. Schemat układu włączania, regulacji, ograniczania i pomiaru prądu modułu LDD-250-60-4


4. Włączenie i wyłączenie urządzenia

Włączenie zasilacza diody laserowej powinno przebiegać w następującej ko-lejności:

1. Włączenie przełącznika „Sieć”

Napięcie przemienne 230 V/50 Hz podawane jest na zasilacz modułów Peltiera przez bezpiecznik BZ1 oraz zasilacz mocy i zasilacze amperomierza i termometru cyfrowe przez bezpiecznik BZ2.Na wyjściu zasilacza modułów Peltiera pojawia się napięcie +12 V, które uruchamia programowany regulator temperatury. Zasilacz mocy wytwarza pomocnicze napięcia +5 V, ±15 V. Z napięcia +5 V zasilana jest dioda „Sieć”, umieszczona na płycie czołowej. Napięcie ±15 V przekazywane jest do sterowania prądu modułu LDD-250-60-4.Dioda laserowa nie jest jeszcze zasilana, na wyjściu silnoprą-dowym modułu mocy nie pojawia się jeszcze napięcie.

2. Ustawienie limitu prądu diody

Potencjometrem „Reg. Ogr. Prądu” ustawiamy wybraną wartość prądu uznaną za maksymalną dla dołączonej do zasilacza diody.

3. Regulacja prądu pracy diody

Prąd pracy diody ustawiamy dziesięcioobrotowym potencjometrem „Reg. Prądu”.

4. Włączenie przełącznika „Start”

Po przestawieniu przełącznika Start na wyjściu silnoprądowym zasilacza mocy pojawia się napięcie. Przez złącze diody laserowej popłynie wcześniej zadany prąd. Jego aktualną wartość wskazuje amperomierz. Przy prawidłowym działaniu układu chłodzenia cały czas pali się zielona dioda „Gotowe”.

Wyłączenie zasilacza diody laserowej przebiega w następującej kolejności:

1. Wyłączenie przełącznika „Start”

Zielona dioda „Start” zgaśnie, a na wyjściu silnoprądowym mocy zaniknie napięcie. Przez szeregowo połączone złącza diod laserowych nie popłynie już żaden prąd. Wyświetlacz amperomierza w dalszym ciągu pokazuje zadaną wartość prądu.

2. Wyłączenie przełącznika „Sieć”

Gaśnie czerwona dioda „Sieć”, a wszystkie podzespoły zasilacza zostają odłączone od napięcia sieci.


5. Stany awaryjne zasilacza

Jeśli temperatura mierzona przez termistor NTC przekroczy zaprogramowany poziom (przy strojeniu ustawiony na 25,5°C), dany kontroler przejdzie w awaryjny tryb pracy. Spowoduje to:

— zdjęcie napięcia zasilania z modułów Peltiera dołączonych do tego zasi-lacza,

— rozwarcie obwodu „Start” zasilacza mocy i przerwanie jego pracy, a w kon-sekwencji zanik prądu diody laserowej i zgaśnięcie diody elektrolumine-scencyjnej „Start”.

W celu powrotu do normalnego trybu pracy, należy poczekać, aż temperatura złącza będzie miała bezpieczną wartość, a następnie wyłączyć awaryjny tryb pracy przyciskiem „Kasowanie Alarmu”.

6. Podłączenie urządzenia do diod laserowych

Podłączenie przewodów złącz typu Cannon 15 Female do elementów układu chłodzenia zostało pokazane na rysunku 5.

Przed podłączeniem wyjścia silnoprądowego (plus do anody, minus do katody) zasilacza mocy do obciążenia, należy pamiętać, że anoda i katoda diody powinna być zwarta. W diodach laserowych JOLD-45-CPXF-1L plus zasilania jest na obu-dowie diody (na masie).

Po dołączeniu do diody przewodów silnoprądowych zasilacza przewód zwie-rający katodę i anodę należy odłączyć. Przed kolejnym odłączeniem przewodów zasilających od diody należy pamiętać o zwarciu anody i katody diody zewnętrznym przewodem.


7. Podsumowanie

Na przestrzeni ostatniej dekady nastąpił gwałtowny rozwój laserów ciała stałe-go pompowanych półprzewodnikowymi diodami laserowymi dużej mocy. Lasery te znajdują szerokie zastosowania w przemyśle, medycynie, metrologii, ochronie środowiska, czy też w wojsku. Aby urządzenia te mogły pracować stabilnie i nie-zawodnie, muszą być odpowiednio zasilane i sterowane.

W pracy przedstawiony został autorski zasilacz diod laserowych dużej mocy o regulowanym prądzie w zakresie 0-60 A wraz z układem chłodzenia, kontroli i ste-rowania podstawowych parametrów pracy diod laserowych. Układ ten może stanowić alternatywę i konkurencję dla występujących na rynku podobnych zasilaczy.

PodziękowanieAutorzy składają podziękowanie Janowi KARCZEWSKIEMU za ogromną pomoc przy budowie zasilacza oraz cenne wskazówki konstrukcyjne.

Rys. 5. Złącze typu Cannon 15 Female łączące sterownik TC-36-25 RS232 z termochłodziarką i ter-mistorem sterowania temperaturą (NTC-15K)


Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2007-2009 jako projekt badawczy.

Artykuł wpłynął do redakcji 26.02.2008 r. Zweryfikowaną wersję po recenzji otrzymano w kwietniu2008 r.

LITERATURA

[1] E. Snitzer, Proposed fibre cavities for optical masers, J. Appl. Phys., 32, 1961, 36-39. [2] Z. Jankiewicz, Lasery gazowe i ciała stałego, Podstawowe problemy współczesnej techniki,

A. Smoliński (red.), t. 26, cz. 1, PWN, Warszawa, 1992. [3] http://www.limo.de [4] http://www.dilas.de [5] http://www.jold.de

J. ŚWIDERSKI, W. PICHOLA

Power supply of high-power laser diodes with regulated current in the range of 0-60 A

Abstract. The paper presents the developed diode laser supply system including a cooling system.It ensures monitoring and controlling basic parameters of laser diodes. The system delivers, at itsend, the stabilized and regulated current in the range of 6-60 A (by the voltage up to 4 V) with the possibility of limiting the maximum current value. Moreover, the diode laser supply provides: setting the current value flowing through a diode junction before switching-on the diode, monitoring thevalue of the current flowing through a diode, setting the diode temperature in the range of 15-30°C,monitoring a current temperature of a diode, control of the operating conditions of a thermo-cooler and power supply.Keywords: power supply of laser diodes, control of diode laser parametersUniversal Decimal Classification: 621.375.826

Zasilacz diod laserowych dużej mocy o regulowanym prądzie w...

Documents

Transcript of Zasilacz diod laserowych dużej mocy o regulowanym prądzie w...