eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #1/2017
А.Верховцев, А.Гайосо де лос Сантос, З.Павлова
OEM-драйвер в корпусе butterfly для питания лазерных диодов
OEM-драйвер в корпусе butterfly для питания лазерных диодов
Просмотры: 4340
Компания ООО ФЕДАЛ, выпускающая компактные OEM-драйверы с диапазоном выходных токов 20–100 А и выходных напряжений 0–40 В, приступила к созданию OEM драйвера в корпусе butterfly для питания лазерных диодов.
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.61.1.76.80
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.61.1.76.80
Два года назад компания выпустила линейку компактных OEM-драйверов с диапазоном выходных токов от 20 А до 100 А и выходных напряжений от 0 до 40 В. В прошлом году начались работы по разработке нового OEM драйвера для питания лазерных диодов в корпусе butterfly (рис.1). Этот корпус является самым распространенным для лазерных диодов с мощностями от 10 мВт до 800 мВт и более (рис.2). Он состоит из лазерного диода, встроенного термоэлектрического охладителя Пельтье (TEM), термистора и фотоэлектрического отслеживающего устройства.
Основное отличие этого корпуса от других в том, что он обеспечивает более эффективный теплоотвод лазерного диода за счет увеличенной площади контакта элемента Пельтье с корпусом лазерного модуля (основная теплоотводящая поверхность – нижняя). Для этого электрические выводы перенесены на боковые грани, но такое техническое решение усложняет организацию разъемного соединения лазерного модуля с платой управления. Диоды в корпусе butterfly широко применяются в телекоммуникации (волоконно-оптическая связь, полупроводниковые оптические усилители), медицине (медицинская диагностическая аппаратура, исследование крови, дерматология), промышленности (спектроскопия высокого разрешения, определение утечек метана в шахтах и трубопроводах, определение концентрации аммиака для дистанционного обнаружения взрывчатых веществ, волоконно-оптические датчики давления, деформации, температуры, вращения, оптическая метрология и сенсорика).
На основе запросов потенциальных заказчиков OEM-драйвера для питания лазерных диодов в корпусе butterfly было составлено техническое задание. Большинство заказчиков планировало питать лазерные диоды током до 750 мА. При этом предъявлялись высокие требования к стабильности электрических параметров и низкому уровню шумов. Такие требования были характерны для заказов для лазерных диодов, используемых в сенсорах и задающих генераторах. Запросы, связанные с разработкой крепления модуля, сильно различались между собой. Поэтому было принято решение предусмотреть варианты модификации креплений с установкой лазерного диода в разъем на плату или пайкой на плату (рис.3). Важный параметр для OEM драйвера – компактность. Габариты драйвера, которые планировалось достичь, – 101,6 Ч 61 Ч 15мм. Также в опциях необходимо было предусмотреть наличие охладителя, который мог бы обеспечить стабильный теплоотвод.
На данный момент реализовано две модификации драйвера: SF8025 (ток до 250 мА) и SF8075 (ток до 750 мА). В ближайшее время планируется к выпуску драйвер SF8150 (ток до 1500 мА). Драйвер лазерного диода основан на DC/DC преобразователе с выходной характеристикой источника тока, что позволяет избежать необходимости подстраивать напряжение. Для обеспечения высокой стабильности и низких шумов применен линейный регулятор напряжения.
В качестве термоконтроллера так же используется DC/DC преобразователь, построенный на специализированном ШИМ-контроллере, он обладает низким уровнем пульсаций (порядка 2 мА). Термоконтроллер имеет встроенный ПИД-регулятор, который способствует оптимальному выходу на заданный температурный режим и не требует настройки.
На плате расположены все необходимые органы управления, позволяющие настроить работу устройства на нужный режим без использования дополнительных внешних схем управления. Это может быть полезно при встраивании модуля в конечную систему для целей миниатюризации и уменьшения количества компонентов. Аналоговый разъем дублирует сигналы управления, а также сообщает измеренные величины для контроля и состояния устройства. Интерфейс цифрового управления находится в разработке.
В устройстве использован ряд защит, обеспечивающих безопасность лазерного диода.На плате предусмотрена перемычка, шунтирующая выходы драйвера, для защиты лазерного диода от статических разрядов при монтаже диода на плату и подключении платы к другим устройствам (рис.4).
Обратный диод драйвера защищает лазерный диод от возникновения обратного тока и исключает появление обратного напряжения на выходе драйвера.
Защита по току обеспечивает безопасную работу лазерного диода в допустимой для нее области токов. При срабатывании защиты по току генератор тока выключается, а выход шунтируется. Сопротивление шунта 2 мОм. Шунтирование выхода позволяет обезопасить нагрузку даже в случае выхода из строя компонентов драйвера.
Ограничение напряжения термоконтроллера позволяет выставить безопасное для термоэлемента максимальное напряжение.
В дальнейшем компания планирует расширить модельный ряд, выпустив драйвер без посадочного места под butterfly. Такая модификация позволит питать и термостатировать диоды c элементами Пельтье в других типах корпусов. Кроме того это позволит уменьшить габариты драйвера и реализовать его в стандартном типоразмере half-brick 61 Ч 58 Ч 15 мм.
Основное отличие этого корпуса от других в том, что он обеспечивает более эффективный теплоотвод лазерного диода за счет увеличенной площади контакта элемента Пельтье с корпусом лазерного модуля (основная теплоотводящая поверхность – нижняя). Для этого электрические выводы перенесены на боковые грани, но такое техническое решение усложняет организацию разъемного соединения лазерного модуля с платой управления. Диоды в корпусе butterfly широко применяются в телекоммуникации (волоконно-оптическая связь, полупроводниковые оптические усилители), медицине (медицинская диагностическая аппаратура, исследование крови, дерматология), промышленности (спектроскопия высокого разрешения, определение утечек метана в шахтах и трубопроводах, определение концентрации аммиака для дистанционного обнаружения взрывчатых веществ, волоконно-оптические датчики давления, деформации, температуры, вращения, оптическая метрология и сенсорика).
На основе запросов потенциальных заказчиков OEM-драйвера для питания лазерных диодов в корпусе butterfly было составлено техническое задание. Большинство заказчиков планировало питать лазерные диоды током до 750 мА. При этом предъявлялись высокие требования к стабильности электрических параметров и низкому уровню шумов. Такие требования были характерны для заказов для лазерных диодов, используемых в сенсорах и задающих генераторах. Запросы, связанные с разработкой крепления модуля, сильно различались между собой. Поэтому было принято решение предусмотреть варианты модификации креплений с установкой лазерного диода в разъем на плату или пайкой на плату (рис.3). Важный параметр для OEM драйвера – компактность. Габариты драйвера, которые планировалось достичь, – 101,6 Ч 61 Ч 15мм. Также в опциях необходимо было предусмотреть наличие охладителя, который мог бы обеспечить стабильный теплоотвод.
На данный момент реализовано две модификации драйвера: SF8025 (ток до 250 мА) и SF8075 (ток до 750 мА). В ближайшее время планируется к выпуску драйвер SF8150 (ток до 1500 мА). Драйвер лазерного диода основан на DC/DC преобразователе с выходной характеристикой источника тока, что позволяет избежать необходимости подстраивать напряжение. Для обеспечения высокой стабильности и низких шумов применен линейный регулятор напряжения.
В качестве термоконтроллера так же используется DC/DC преобразователь, построенный на специализированном ШИМ-контроллере, он обладает низким уровнем пульсаций (порядка 2 мА). Термоконтроллер имеет встроенный ПИД-регулятор, который способствует оптимальному выходу на заданный температурный режим и не требует настройки.
На плате расположены все необходимые органы управления, позволяющие настроить работу устройства на нужный режим без использования дополнительных внешних схем управления. Это может быть полезно при встраивании модуля в конечную систему для целей миниатюризации и уменьшения количества компонентов. Аналоговый разъем дублирует сигналы управления, а также сообщает измеренные величины для контроля и состояния устройства. Интерфейс цифрового управления находится в разработке.
В устройстве использован ряд защит, обеспечивающих безопасность лазерного диода.На плате предусмотрена перемычка, шунтирующая выходы драйвера, для защиты лазерного диода от статических разрядов при монтаже диода на плату и подключении платы к другим устройствам (рис.4).
Обратный диод драйвера защищает лазерный диод от возникновения обратного тока и исключает появление обратного напряжения на выходе драйвера.
Защита по току обеспечивает безопасную работу лазерного диода в допустимой для нее области токов. При срабатывании защиты по току генератор тока выключается, а выход шунтируется. Сопротивление шунта 2 мОм. Шунтирование выхода позволяет обезопасить нагрузку даже в случае выхода из строя компонентов драйвера.
Ограничение напряжения термоконтроллера позволяет выставить безопасное для термоэлемента максимальное напряжение.
В дальнейшем компания планирует расширить модельный ряд, выпустив драйвер без посадочного места под butterfly. Такая модификация позволит питать и термостатировать диоды c элементами Пельтье в других типах корпусов. Кроме того это позволит уменьшить габариты драйвера и реализовать его в стандартном типоразмере half-brick 61 Ч 58 Ч 15 мм.
Отзывы читателей
