di Alessandro Greborio Università degli Studi di Pavia Progetto di un alimentatore con controllo di temperatura per diodi laser in continuous wave di bassa potenza di Alessandro Greborio relatore: Prof.ssa Carla Vacchi

Obiettivo Realizzare un alimentatore che rispetti le specifiche richieste dal carico e permetta all’utente di interagire con esso DIODO DI POMPAGGIO PER CAVITA’ LASER CARICO CHE CARATTERISTICHE DEVE AVERE L’ALIMENTAZIONE DEL DIODO? Perché serve un’alimentazione controllata in temperatura: durata diodo, mantenere agganciata la frequanza di emissione del diodo di pompaggio con la frequenza di assorbimento della cavità laser, efficienza del diodo CONTROLLATA IN TEMPERATURA NON DEVE DARE ELEVATE VARIAZIONI DI CORRENTE AL CARICO

Controllo di temperatura MANTENERE ACCORDATA LA LUNGHEZZA D’ONDA DEL RAGGIO EMESSO DAL DIODO CON LA FREQUENZA DI MASSIMO ASSORBIMENTO DI POTENZA DELLA CAVITA’ LASER UN AUMENTO DI TEMPERATURA PUO’ PROVOCARE LA ROTTURA DELLA GIUNZIONE

Elementi a disposizione FINO A 2.2 AMPERE CONTROLLATO IN TEMPERATURA IL DRIVER NTC DIODO PELTIER DRIVER Come elementi base Che cos’ho?...un driver laser che alimenta a 2.2 ampere di default e fa un controllo in temperatura, un diodo da alimentare una peltier un ntc e un pic Cosa voglio ottenere? Un sistema che permette di fare: 1 impostare l’alimentaz a un valore desiderato 2 visualizzare i l valore di corrente erogata al diodo 3 bloccare l’erogazione in caso di errato funzionamento.

Il modulo di Peltier É formata da una serie di giunzioni pn elementari Per effetto Peltier, al passaggio di corrente, corrisponde una migrazione di calore da un lato all’altro del modulo proporzionale a tale corrente

colloquio CI SERVE QUINDI UN SISTEMA DI COLLOQUIO TRA OPERATORE E DRIVER CHE MONITORI IL PROCESSO E GARANTISCA LA SICUREZZA NECESSARIA colloquio

Il sistema di colloquio deve permettere: Impostare dinamicamente la corrente di alimentazione al diodo Permettere di visualizzare a display la corrente erogata al diodo Bloccare l’erogazione di corrente in caso di errori QUALI SONO GLI ERRORI? Erogazione eccessiva di corrente al diodo Aumento eccessivo della temperatura del diodo

Elementi per il colloquio Microcontrollore PIC I/O ADC CPU programmazione del PIC impostazione soglie T E M P R A U C O R E N T PIC Il pic: dire cosa si deve fare col pic: programmarlo(compilatore jal con un simil c ) e impostare le soglie; IMPOSTARE SOGLIE IN CORRENTE MAX E l’intervallo DI TEMPERATURA. Confronto i dati fisici istantanei con le soglie preimpostate

Elementi per il colloquio LA SCHEDA RAPPRESENTA L’ORGANO CENTRALE DI INTERFACCIA TRA I VARI DISPOSITIVI INTERAGENTI NEL SISTEMA Supporto circuitale per impostazione soglie Alimentazione per driver, ventola e dispositivi di segnalazione Segnali Driver-PIC Che ruolo rivestono questi dispositivi? Il driver alimenta il diodo e il pic osserva il corretto svolgimento del processo di alimentazione grazie ai limiti impostati e blocca tutto se c’è qualche cosa che non va. I valori scambiati sono quindi relativi a corrente nel diodo e temperatura che sono parametri fisici trasdotti in tensioni PIC-Driver Esterno-PIC Esterno-Driver

Funzionamento del sistema NTC DIODO ENABLE DRIVER PIC PELTIER T SCHEDA I Lo schema di funzionamento del dispositivo è quindi il seguente(da dividere nel discorso in tre casi: normale, temperatura, e nella slide successiva, corrente) corrente TRIMMER

Funzionamento del sistema NTC PELTIER TRIMMER DIODO ENABLE DRIVER PIC T SCHEDA I Lo schema di funzionamento del dispositivo è quindi il seguente(da dividere nel discorso in tre casi: normale, temperatura, e nella slide successiva, corrente) Errore termico

Funzionamento del sistema NTC PELTIER TRIMMER DIODO ENABLE DRIVER PIC T SCHEDA I Lo schema di funzionamento del dispositivo è quindi il seguente(da dividere nel discorso in tre casi: normale, temperatura, e nella slide successiva, corrente) Errore potenza

Sviluppo della scheda Elevata compattezza OBIETTIVO IMPOSTO Elevata compattezza La realizzazione ha seguito due fasi: Cis Progettazione con il software Orcad Capture Trimmer di programma soglie, alimentazione ventola, lampadina e display; i segnali sono driver-pic(temperatura sensori,corrente diodo), pic-driver(abilitazione), esteno-pic(trimmer regolazione potenza), esterno-driver(trimmer regolazione potenza) Layout Realizzazione fisica

Capture Cis Introduzione ai passi fondamentali dello sviluppo della scheda

Capture Cis Tramite capture cis viene schema del sistema che voglio realizzare, nominando le net che interconnettono i pin dei vari dispositivi si crea un cammino logico tra di essi che mi semplifica la successiva fase di elaborazione del layout

Capture Cis - connessioni PIC DRIVER

Orcad Layout Data la notevole quantità di interconnessioni ho optato per una soluzione su doppia faccia 68 mm Il secondo passo verso lo stampato è elaborare lo schema con Orcad layout. Dopo un primo tentativo di elaborare un layout singola faccia si è capito che la densità di interconnessioni era elevata a tal punto da impedire una soluzione su singola faccia cosi si è optato per una soluzione su doppia faccia. Infatti nel layout completo possiamo notare la presenza di piste rosse che riguardano il lato bottom e di piste blu che riguardano il lato top. 100 mm

Sviluppo fisico Stampato lato top Stampato lato bottom Realizzate le maschere siamo passati allo sviluppo fisico e quindi alla fotoincisione e all’attacco acido. Queste operazioni hanno prodotto il seguente risultato; lo stampato viene poi forato, interconnesse le due facce del circuito e montati i componenti. Confrontato con lo stampato di un progetto simile risulta Il 30% inferiore in termini di area

Scheda ultimata Questa è un’immagine relativa alla scheda ultimata nella quale possiamo notare il pic al centro, il pulsante di fissaggio delle soglie nel pic ed il relativo trimmer di regolazione delle stesse; si può notare una notevole quantità di connettori che collegano le varie parti del sistema.

Alimentatore

Alimentatore ALIMENTAZIONE VENTOLA SCHEDA DRIVER

Alimentatore

Alimentatore Rispetta le norme elettriche di sicurezza DISPLAY SPIA ON-OFF POTENZA ERRORE TEMPERATURA CORRENTE Rispetta le norme elettriche di sicurezza Costo di realizzazione poco elevato

GRAZIE PER L'ATTENZIONE