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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Laserdiodentreiber-Schaltung


Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Ich hab hier aus nem Laserdrucker die Treiberschaltung für die Diode 
ausgebaut. Jetzt hab ich mir aus der (zum glück einseitigen) Platine 
einen Schaltplan erstellt, ganz schön arbeit puh

Bauteilwerte müssten stimmen, kann zwar sein, dass sich nen Fehler 
eingeschlichen hat, glaub ich aber eher nicht.

Jetzt nach dem Zeichnen gehts ans verstehen.

Die Schaltung um die Photodiode ist mir klar.
Die Stromversorgung natürlich auch ;)

Jetzt kommt der eigentilche Treiberteil. Was noch nicht eingezeichnet 
ist: die Verbindungen vom ODER-Gatter zum steckverbinder, aber die 3 
Gatter die noch keine Verbindung haben, kommen noch an den 
Steckverbinder (CN4)

Die Logikbausteine sind mir im prinzip schon klar, und was die 
Analogschalter machen ist natürlich auch logisch. Jetzt ist nur die 
Frage: wie Funktioniert der Opamp teil? Dass U2C als Impedanzwandler 
fungiert ist klar, dass U2D im prinzip eine Stromquelle mit Q1 und R13 
darstellt ist auch logisch. U5 ist ein NAND Gatter/Treiber, der 300mA 
gegen GND schalten kann.

Die Spannung der Z-Dioden hab ich leider nicht ablesen können, da ist 
ein Farbcode drauf, aber ich hab nur Normen für normale Dioden gefunden.

In erster linie will ich wissen, welche Signale ich an die Gatter 
anlegen muss, damit die Diode das macht, was ich will, nämlich ein und 
ausgehen ;)
Doch es interessiert mich auch sehr, wie jetzt die Regelung da genau 
funktioniert.

Und nein: ich hab nicht vor mir die Augen wegzulasern ;)

Achja: FL1 ist ein Filter gegen hochfrequente störungen wie sich 
herausgestellt hat in meinem letzten Thread hierzu, wobei das was da wie 
Widerstände eingezeichnet ist wohl eher Ferritperlen sind.

PPS: Wie sich ja aus dem Schaltplan ablesen lässt, ist CN1 der 
steckverbinder für die Laserdiode, wobei Pin1 die Kathode, Pin2 die 
Anode und Pin3 die Photodiode ist.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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U2B dürfte eine Einschaltverzögerung sein die die Laserdiode für eine 
Zeit lang sperrt wenn die Spannung eingeschaltet wird.

Wie das genau funktioniert kann ich dir jetzt auch nicht sagen, aber 
alle Laserdiodentreiber aus Laserdruckern hatten eines gemeinsam:
- Sollwertvorgabe über eine Spannung
- Rückgabe eines digitalen Signals ob Laserleistung ober/unterhalb eines 
Schwellwerts. Daraus wird dann der Sollwert erstellt. Teilweise wird das 
ganze auch schon auf der Platine gemacht, vermutlich auch bei dir.
Dazu dienen die Analogschalter UC3. UC3C ist quasi eine Art Sample/Hold 
Schaltung für den automatisch geregelten Sollwert.
Vermutlich müssen die Signale passend getimed gesteuert werden, damit 
die Regelung sauber funktioniert.
Ich würde daher in UC2 eine externe Spannung einspeisen und so 
vorsichtig per Hand die Leistung vorgeben. U4A und B müssten mit den 
Eingängen auf Low liegen, damit der Laser angeht (wenn ich da richtig 
sehe.)

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Wenn man sich die ODER Gatter schaltung in verbindung mit der NAND 
anschaut sieht man, dass der Analogschalter immer nur dann 12V U2C gibt, 
wenn die Laserdiode ausgeschaltet ist (emitter vom Treibertransistor 
nichg auf GND geschaltet), also wird jetzt der output vom dem 
Potodiodenverstärker auf U2C geschaltet wenn das eingangssignal an U4A 
low ist.
Dient das 12V auf U2C schalten vielleicht irgendwie dem wegrennen oder 
definierten Startwert geben der Regelung während dem Treibertransistor 
GND am Emitter geklaut wird?

Die Schaltung um U2B werd ich einfach gleich mal simulieren ;) die 
Z-Diode kann man ja einfach mal durchprobieren.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Hauke Radtki wrote:
> Dient das 12V auf U2C schalten vielleicht irgendwie dem wegrennen oder
> definierten Startwert geben der Regelung während dem Treibertransistor
> GND am Emitter geklaut wird?

Vermutlich. Wenn an UC2C 0V anliegen ist der Strom maximal, wenn 12V 
anliegen minimal.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Die Schaltung um U2B erzeugt bei mir in der Simulation enie ziemlich 
kurze einschaltverzögerung von etwa 0.75ms. Ich denke ich mach hier noch 
etwas in der Simulation falsch, da ja die 100k/10µ Kombo eine relativ 
große Zeitkonstante hat, und wenn diese nicht umgesetzt würde (wie es 
mir im moment scheint, dann wäre es ja sinnlos.

Auf jeden fall wird nach dem Ende der Zeitverzögerung der + Eingang von 
U2D auf Masse gezogen, womit dies dann ein einfacher Verstärker bzw. 
eine Stromquelle wäre.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Hauke Radtki wrote:

> Auf jeden fall wird nach dem Ende der Zeitverzögerung der + Eingang von
> U2D auf Masse gezogen, womit dies dann ein einfacher Verstärker bzw.
> eine Stromquelle wäre.

Kann nicht sein, das macht keinen Sinn:
Nach der Verzögerung muss Q2 abschalten. Vermutlich ist die Z Diode die 
die Referenz aus den 12V erzeugt falsch.
Dann stellt sich am Eingang eine Spannung von etwa 6V ein, die als 
virtuelle Masse für U2D dient.
Schaltet Q2 ein, wir der Eingang von U2D auf Masse gezogen und somit der 
Ausgang und die Laserdiode gesperrt.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Ja da hab ich meinen Fehler in der Schaltung und dadurch auch in der 
Simulation gefunden, der Widerstand R18 hat 1MOhm ... die Spannung ist 
nach 1,7 sekunden auf 6V ;)


Und: angenommene 100mA Diodenstrom würden am 56Ohm Widerstand 
entsprechend 5,6V abfallen lassen, also die Größenordnung stimmt ;)

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ja, die 6V/56 Ohm=107mA ist der maximale Strom. Den kann man durch eine 
Zusatzspannung über R8 auf bis zu 0mA reduzieren.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Ich hab die Ansteuerschaltung mal Simuliert.

 Ich komme auf einen Regelbereich von 4.79V bis 8.74V In diesem bereich 
wird der Diodenstrom von 0 bis 140mA geregelt.

Jetzt muss ich noch den Fall simulieren, dass der Emitter vom Transistor 
von Masse weggeschaltet wird und dabei 12V an den Endverstärker gehen, 
und wieder zurück auf eine definierte regelspannung. Aber das mach ich 
erst, wenn die Sonne wieder oben am Himmel steht.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Hier mal der komplette Schaltplan.

Ich denke, dass SIG1 zur wirklichen Modulation der Laserdiode genutzt 
wird, da an dieser leitung im gegensatz zu den anderen SSignalen nur 
100pF hängen (die anderen haben 1nF). So ist SIG2 wohl eher eine Art 
Enable signal oder so ähnlich?! Die 12V die bei Low Pegel auf U2D 
gegeben werden scheinen also nur eine art Startwert für die sample and 
hold schaltung zu sein oder so ähnlich?

Auf jeden fall wird mit SIG3 auf LOW die sample and hold schaltung für 
die Photodiodenrückkopplung eingeschaltet. Ich denke es wird immer nach 
enier Umdrehung des Spiegels gesampelt (also ein einem bereich in dem 
der Laserstrahl sich gerade nicht auf dem Optisch empflichnlichen Medium 
befindet.)

Hat jemand was auszusetzen an der Interpretation? :)

Dank der in der Laser, Motor, Spiegeleinheit eingebauten Photodiode weiß 
man, wann der Laser sich einmal von links nach rechts bewegt hat. Sobald 
diese Photodiode triggert, würde ich dann per µC einmal die Sample and 
hold Schaltung anschmeißen um den Diodenstrom der abgegebenen 
Lichtleistung anzupassen.

Moduliert wir ddann per SIG1.

Bei gelegenheit werde ich das ganze mal testen, ich denke man kann nix 
kaputtmachen durch "falsche" ansteuerung. (Außer die Augen, falls man 
reinguckt während das ding an ist :P)

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