EM2019WSP12/Tests und Validierung/Test 06: Unterschied zwischen den Versionen

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Lässt man das Eingangssignal undefiniert, sorgen die Entladewiderstände R1, R2 für ein definiertes 0 Signal am Ausgang der Schaltung.
 
Lässt man das Eingangssignal undefiniert, sorgen die Entladewiderstände R1, R2 für ein definiertes 0 Signal am Ausgang der Schaltung.
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=== Versuchsaufbau zur Laserschutzschaltung ===
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In der Abbildung ist der Versuchsaufbau der Laserschutzschaltung zu sehen.
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Die Schaltung wurde ausgiebig getestet und ein Langzeittest (1h) mit einem Laser druchgeführt, um festzustellen ob dieser sich bei der eingestellten Frequenz erhitzt. Der Laser erwärmte sich bei einer Frequenz von 100 kHz (Über Frequenzwahlschalter der Breakout-Boards wählbar) nur um 2°C.
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Das bedeutet, dass die Einschaltzeit prinzipiell erhöht werden kann indem man R4 vergrößert.
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Da jedoch keine geeigneten Ersatzlaser vorhanden sind wird die Harfe zunächst mit den gegebenen Sicherheitsbeschränkungen fertig gestellt.
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[[Datei: Versuchsaufbau_Laserschutzschaltung.jpg | Versuchsaufbau_Laserschutzschaltung | 600 px]]

Version vom 4. März 2020, 22:25 Uhr

Laserschutzschaltung

Die in diesem Projekt verwendeten Laser werden Werksmäßig über einen Taktgenerator angesteuert, um diese gegen Überhitzung zu schützen. Da der High Anteil der Periode des Taktgenerators jedoch nur 1,7 ms lang ist und zusätzlich den Laser, nach Einschalten der Versorgungsspannung, verzögert einschaltet, war dieser für eine echtzeitfähige Steuerung ausgeschlossen. Die Einschaltimpulse der Laser mussten also vom feather board gesteuert werden.

Dies brachte leider einige Gefahren mit sich. Sollte das Programm des feather boards sich aufhängen, würde ein Laser permanent eingeschaltet sein, oder im schlimmsten Fall mehrere Laser, aufgrund undefinierter Programmzustände. Das hätte zur Folge, dass die Eingeschalteten Laser nach etwa 0,5 Sekunden durchbrennen würden.

Um in allen drei möglichen Zuständen eines Eingangssignals (high, low oder open drain) ein definiertes Ausgangssignal zu erhalten wurde eine Schutzschaltung mit einem AND und einem NAND Logikgatter entworfen.

Laserschutzschaltung

Die Schaltung funktioniert wie folgt:
1.  Das Signal zum Einschalten des Lasers kommt aus dem feather board an IN Pin an.
    Der Widerstand R3 begrenzt den Basisstrom des BC547 NPN Transistors auf 5mA
    (der im Datenblatt angegebene maximale Basisstrom um vollständig durch zu schalten).
2.  Der Kondensator ist zunächst entladen, daher liegt eine 1 und eine 0 am NAND Gatter.
    Daraus folgt ein 1 am Ausgang des NAND Gatters. Am AND Gatter liegt eine 1 und eine 1.
    Demzufolge wird der Laser ohne Verzögerung eingeschaltet.
2.  Der Transistor schaltet durch.
3.  Der Kondensator lädt sich auf.
4.1 Überschreitet die Spannung des Kondensators die Einschaltspannung des NAND Gatters,
    schaltet das NAND Gatter den Ausgang auf 0. Der Laser geht aus.
4.2 Wird das Eingangssingal zuvor unterbrochen schaltet der Laser aus.
5.  Ist das Eingangsignal am IN Pin = 0, entlädt sich der Kondensator
    über die Widerstände R1, R2. Ein weiteres Einschalten des Lasers ist also erst
    nach einer durch die Widerstände vorgegebenen Entladezeit möglich.
Damit ist ein Überhitzen der Laser ausgeschlossen.

Mit der hier aufgebauten Schaltung kann eine Laserdiode niemals länger als 2ms eingeschaltet werden. Hier wird die Schaltung mit einem 100 kHz Signal des Evaluationsboards betrieben. Das Signal muss also noch durch 8x256 Pixel geteilt werden, um die Einschaltdauer einer der 8 Laser zu errechnen. (100000/(8*256) = 48,8Hz). Bei einer Periodendauer von 20,3 ms wäre also jeder Laser 20,3 / 8 = 2,54 ms eingeschaltet. Die Schutzschaltung begrenzt die Einschaltdauer nun auf etwa 2 ms.

safety_goiosig-normal_entladewiderstand_630Ohm-max_2ms_ON_time_at_100kHz

Bei einer höheren Frequenz (200kHz) bleibt die Schaltung ohne Funktion, da nun die Einschaltdauer und der Abstand der Einschaltimpulse nie überschritten wird.

safety_goiosig-normal_entladewiderstand_630Ohm-max_2ms_ON_time_at_200kHz

Schaltet man den Eingang jedoch dauerhaft ein, so wird er der Ausgang nach 2 ms deaktiviert.

safety_goiosig-daueran

Lässt man das Eingangssignal undefiniert, sorgen die Entladewiderstände R1, R2 für ein definiertes 0 Signal am Ausgang der Schaltung.

Versuchsaufbau zur Laserschutzschaltung

In der Abbildung ist der Versuchsaufbau der Laserschutzschaltung zu sehen. Die Schaltung wurde ausgiebig getestet und ein Langzeittest (1h) mit einem Laser druchgeführt, um festzustellen ob dieser sich bei der eingestellten Frequenz erhitzt. Der Laser erwärmte sich bei einer Frequenz von 100 kHz (Über Frequenzwahlschalter der Breakout-Boards wählbar) nur um 2°C. Das bedeutet, dass die Einschaltzeit prinzipiell erhöht werden kann indem man R4 vergrößert. Da jedoch keine geeigneten Ersatzlaser vorhanden sind wird die Harfe zunächst mit den gegebenen Sicherheitsbeschränkungen fertig gestellt.

Versuchsaufbau_Laserschutzschaltung