Schutzmassnamen für Laserdioden?

Ok, hoert sich nicht an, dass Ihr die mit etwas schnellem modulieren muesst. Ich habe stets zwei Dinge da dran: Eine antiparallele schnelle Diode plus einige zig bis hundert nF Kapazitaet. Achtung: Bei allzu "sub-optimaler" Schaltung im gekauften Treiber kann der mit der kapazitiven Last anfangen zu schwingen. Dann waere leichtes Burggrabentunken beim Hersteller angesagt ;-)

Wichtig ist die Qualitaet der Stromtreiber, IOW keinerlei Schwing- oder Ueberschwingneigung. Dabei nehme ich nichts fertiges, alles selbstgestrickt, noch nie eine Laserdiode gestorben. Die beim derzeitigen Projekt kosten einen laessigen Tausender. Pro Stueck.

Weil Du mit der fertigen Schaltung leben willst oder musst, bleibt nur die Hoffnung, dass da drauf entweder eine harte und funktionierende Strombegrenzung ist oder ein PID Regler, der garantiert nicht ueberschwingt. Wenn er nach Lastwechsel ueberschwingt bleiben leider nur zwei Loesungen: Ansteuerung rauswerfen und bessere besorgen/entwickeln. Oder herausfinden, notfalls per Reverse Engineering, was sie falsch gemacht haben und mit Rework nachbessern (Ziegler-Nichols laesst gruessen).

Haenge zum Test mal zwei bis drei 1N4007 in Serie als "Laserdiode" rein, damit Du nicht noch eine opfern musst. Dann ein Scope an einen Shunt (evtl. Diff-Messung noetig). Nun schalte wie wild hin und her und fahnde nach Ueberschwingern. Sehr gut moeglich, dass beim Anblick des Scope Bildschirms ein kerniger Fluch rausrutscht ...

Idealerweise sollte man Laserdioden nicht mit Relais schalten. Besser waeren FETs.

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Gruesse, Joerg

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Ok, noch ein Tip falls Du echt nicht an die Steuerung rankommst:

Neben dem Kondensator und der Diode (muss sein) kannst Du noch einen LM317 als Strombegrenzer reinhaengen, der dann bei xxx mA dicht macht. Dazu muss die Stromquelle aber genuegend Compliance Range haben. Wie immer das in Deutsch heisst, sie muss in der Lage sein, die Drop-Out Spannung des LM317 bei Betrieb mit Eurem Nennstrom dazu zu packen.

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HTH, Joerg

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Abgesehen von der Elektrik, wie schauts aus mit der Luftfeuchtigkeit. Sind sie gekapselt?

w.

Hallo,

Wolfgang Gerber schrieb:

Oh! Da würde mich interessieren, wie die das Thema Fertigungstoleranzen un Alterung in den Griff bekommen, denn der Lasereffekt ist wirklich extrem nichtlinear.

Die Dinger sind Mimosen - allen voran die ungeregelten.

Wäre zu klären, ob das Relais auch wirklich vor allem anderen ausschaltet. Ferner sollte selbst das Reed-Relais nur im stromlosen Zustand schalten. Wegen irgendwelcher Induktivitäten. Alternativ sollte man mit dem Reed-Relais einfach nur die Diode kurzschließen. Das ist erstmal sicher. Dann fließt der Strom halt ggf. vorbei.

Eso es!

C und ggf. kurzschließen. Ggf. Schutzdioden gegen Verpolung. Und last but not least: die ungeregelten Dioden nicht bis ans Limit fahren.

Wäre denkbar.

Ist der Strom moduliert?

Marcel

Joerg schrieb:

Danke für die umfangreiche Antwort.

Im Geigentiel - Die Stromstärke bzw. Helligkeit wird nur zu Beginn der Messung eingestellt. Danach (nach der Warmlaufphase) sollte sich an der Emission absolut nichts mehr ändern.

was für ein Typ köme da in Frage

Kann ich ja mal ausprobieren wie sich die Regelung verhält

Solche Dioden kommen auch gerade auf uns zu. Mir graust jetzt schon.

Wir planen für die Zukunft die Stromregler pro Laserdiode direkt in die Messköpfe zu setzen und per irgend einem Signal anzusteuern. Das soll mal unserer neuer zukünftiger Entwickler machen. Bloß den haben wir noch nicht und sind (noch) auf Fremdfirmen angewiesen.

Den Schaltplan haben wir. Und Kontakt zu den Entwicklern der Platine. Die ist ja in unserem Auftrag entwickelt worden. Bloß Änderungen sind halt nicht unbedingt einfach. Ich kann natürlich jede Board irgenwie manuell modifzieren bis mal ein Redesign kommt. Z.B. Bauteile ändern, was umverdrahten oder huckepack draufpacken. Aber das geht nur bei einfachen Sachen. Und ich müsste wissen wie. Bin aber auf diesem Sektor nicht sonderlich bewandert. Eher Servicetechniker als Konstrukteur.

Den Test mache ich mal die nächsten Tage. Danke

Wir schalten sie ja auch stromlos. Also vor und nach einer Messungsprozedur. D.h. wenn unser Programm im Messmodus aktiv ist.

Vor der Messung Kontakt umschalten, Strom hochfahren, Messen, Strom runterfahren, Kontakt umschalten.

Bedingt schon. Ich baue die Platinen ja in unsere Rechner ein. Und habe alle Unterlagen.

Sorry - dumme Frage. Wie schaltet man den dann? Ich kenne Schaltungen als Spannungsregler und als Konstantstromquelle. Aber als Strombegrenzer speziell in diesem Fall?

Spannungsreserve dürfte genug da sein um einen Verlust durch einen Strombegrenzer auszugleichen.

Es ist auch nicht wichtig, daß die Stromkurve linear oder genau ist. Wie schon gesagt wird die Stromstärke (Lichtstärke) von Hand passend zum Messvorgang nach Kamerabild hingeregelt. Und muss dann "nur" noch absolut stabil bleiben.

Danke - sehr.

Gruss Wolfgang

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Marcel Müller schrieb:

Das spielt keine Rolle. Jede Messung wird ja anhand eines Referenzbildes manuell "PI x Auge" auf optimale Heligkeit und Kontrast eingeregelt.

+/- 10% macht da gar nichts aus. Nur stabil muss es während der Messung bleiben.

Umgekehrt. Erst Strom runterregeln auf Null. Dann Relais schalten um ab jetzt die Diode zu schützen. Vor der Messung umgekehrt. Relais schalten und dann Strom hochfahren.

machen wir

Das ist IMHO eigentlich eine gute Idee. Der Stromtreiber ist ja eh begrenzt auf den eingestellten Strom.

haben wir schon an jeder Diode dran. Aber nur AFAIK 10n

Wir trennen die Zuleitung einpolig und schalten die Diode gegen die verbleibende Masse. Direkt vor der Diode.

Verpolung kann nicht passieren. Sind alles codierte Stecker

machen wir auch nicht. I.d.R. ca. 50 bis 75%

Nein - wird "langsam" rauf und runtergefahren. Langsam = einige dutzend Millisekunden von 0 auf x

Und nach der Einstellung bleibt er stabil und unmoduliert. Darauf beruht u.a. das Messprinzip daß sich am Laserlicht nichts ändern darf. Also keinerlei Schwankungen oder Phasensprünge.

Danke!

Wolfgang Gerber [ snipped-for-privacy@vorsicht-bissig.de] schrub...

In +-------+ Out R1 (+) o-----+---| LM317 |--------/\/\-----+-----+------o LD anode | +-------+ 18 ohms* | | C1 _|_ + | Adjust | _|_ C2 __|__ 22uF --- +---------------------+ --- 1uF _\_/_ | = | | | | (-) o-----+-----------------------------------+------o LD cathode

Der LM317 ist zu ungenau und rauscht unter 1A wie hulle.=20

Damit habe ich gute Erfahrungen gemacht:=20

auch ohne Monitordiode. Alle Kondensatoren als Wimas ausf=FChren.

Falk D.

Ein bisschen driften tun die eigentlich immer. Auch Reflektion des Lichts zurueck in die Facetten kann die Dinger schiessen. Sie sterben dann meist nicht den thermischen Tod, sondern es zerbroeselt die Facetten, also die Resonanzstrecke. Danach hat man nur noch eine super-teure LED :-(

U.a. deshalb benutzt man immer eine Regelung ueber eine eingebaute Back Facet Photodiode, wenn man den Strom nahe an der Abs Max Grenze fuer die Laserdiode faehrt. Habe ich beim letzten aber auch nicht getan, weil wir rund 30% unterm Limit bleiben. Mein Regler ist so gebaut, dass er selbst beim Ableben des Endtransistors oder einem Software-Bock nicht mehr liefern kann.

Beim letzten Design was auch um die 150mA pro Diode liegt habe ich ganz ordinaere 1N4148 genommen. Weil ich fuer diese leidigen Butterfly-Gehaeuse bedrahtete Dioden brauchte.

Gerade mal nachgeguckt, ich habe 100nF drin. Allerdings bei selbst entwickelter Regelung.

Mir war auch erst mulmig, besonders da es pro Geraet einige Dutzend sind. So der Gegenwert eines C-Daimlers nur an Laserdioden. Wenn das fatzt, wuerde mich alle unwirsch angucken ...

Das ist sehr vernuenftig.

Fremdentwickler muessen nicht schlecht sein. Ich bin fuer den letzten Laserkunden auch die Fremdfirma, die haben keinen angestellten Ingenieur fuer analoge oder schnelle digitale Sachen. Brauchen sie auch eigentlich nicht, weil sie mich ja nur bezahlen muessen, solange sie mich brauchen.

Ich glaube, es hatte schon jemand hier im Thread erwaehnt: Laserdioden schaltet man am besten per Current Robbing ab. Oder auf gut Deutsch ein Transistor (oder notfalls ein Relais) schliesst die Laserdiode kurz und uebernimmt den Strom komplett. So bleibt die Stromquelle "im Schuss" und macht weniger Sperenzchen, weil sie dadurch keinen Lastwechsel sieht. So modulieren auch die Telco Leute ihre gepulsten Lichtfasern.

Einfach als Konstantstromquelle. Wenn die Steuerschaltung weniger Strom anbietet, versucht der LM317 voll durchzusteuern, der Spannungsabfall am LM317 wird gering. Wenn die Steuerschaltung "spinnt" und ueber das Limit will stellt der LM317 seinen Spannungsabfall so ein, dass einfach nicht mehr als er zulaesst fliesst. Im letzteren Fall kann er mit einiger Verlustleistung beaufschlagt werden, das muss man gegebenenfalls wegkuehlen.

Gehe mal so von bis zu 2.5V zusaetzlicher Reserve aus. Ich wuerde die version im TO220 Gehaeuse empfehlen.

[...]

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Gruesse, Joerg

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[...]

Ich wuerde das so machen, wenn Ihr die dann dauerhaft anstehende Verlustleistung in der Steuerschaltung verknusern koennt.

Laserdioden halten nur wenige Volt rueckwaerts aus. Da kann die kleinste statische Aufladung reichen.

Das geht in der Tat meist ohne Back Facet Regelung.

Langfristig koennte man ueber eine Abzweigung von etwas Licht nachdenken, das messen und dann elektronisch regeln. So machen wir das derzeit. Ging kaum anders, denn wir mussten in der spektralen Reinheit auf einige hundert kHz Linienbreite gekommen. Da hatten uns viele gesagt, dies sei unmoeglich. Was natuerlich erst recht Ansporn gab :-)

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Gruesse, Joerg

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Wie die Hersteller (Sony & Co) die Toleranzen in den Griff bekommen ist sicher deren Betriebsgeheimnis. Tatsache ist, dass sie es geschafft haben. Die üblichen Laserdioden halten sich recht eng an die für den Typ angegebenen Kennlinen im Datenblatt.

Leistungsdioden mit deutlich zweistelliger mW-Zahl haben einen recht großen Strombereich zwischen Laserschwelle und Maximum. Wenn man nicht auf maximale Leistung angewiesen ist bleibt man einfach ein gutes Stück vom Maximum entfernt und hat kein Problem. 20% bis 30% wären ein guter Wert.

EMV-Probleme sind ausgeschlossen?

Gar so schrecklich ist es nicht. DVD-Laufwerke laufen stabil genug, dass ein Austausch der Diode durch den Anwender nicht vorgesehen ist.

ack. Wenn man nahe am Maximalstrom arbeitet, kann auch ein Rückreflex die Diode "spontan" killen. Das ist allerdings eher unwahrscheinlich. Der Klassiker von Wieman/Hollberg enthält einen längeren Abschnitt über das Ableben von Laserdioden: C.E. Wieman and L. Hollberg: "Using laser diodes for atomic physics", Rev.Sci.Instrum. 62 1 (1991).

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Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog

Eine typische Todesursache beim Ableben im Betrieb mit fast allen Treiberschaltungen ist ein Wackelkontakt in der Zuleitung. Durch die Unterbrechung des Stromnkreises passiert der Diode erstmal nichts dramatisches. Die Regelung des Treibers versucht jedoch den Strom konstant zu halten und fährt als Reaktion die Spannung hoch. Wenn nun plötzlich wieder Kntakt hergestellt wird, liegt im ersten Moment die volle Ausgangsspannung des Treibers an der Diode an. Die Kapazität des Kabels reicht dann aus, um einen für die Diode tödlichen Strom-Spike zu erzeugen. Dafür reichen einige Mikrosekunden.

Linderung schafft ein ausreichend großer Kondensator über der Diode. Damit beschneidet man sich allerdings die Möglichkeit zur Strommodulation über den Treiber. Außerdem mögen nicht alle Endstufen eine deutliche Kapazität am Ausgang. Besser ist ein Treiber, dessen schnelle Regelung sich auf die Spannung über der Laserdiode bezieht statt auf den Strom. Aber Veränderungen auf der Seite sdes Problems hast Du ja kategorisch ausgeschlossen.

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Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog

Er faehrt den Strom allerdings erst sanft runter, trennt dann das Relais. Vor dem Wiederhochfahren wird das Relais geschlossen.

Falls rabiates An- und Abschalten per Relais noetig ist, sollte das als Oeffner parallel zur Laserdiode sitzen. Das vermeidet dieses Hochschiessen des Stroms, denn dann sieht der Treiber entweder die Laserdiode oder einen Kurzschluss.

Ich vermute mal, in Wolfgangs Fall passiert mehr. EMV, ESD, Pulse, eben so das in der Industrie uebliche. Jemand drueckt im unpassenden Moment auf den "Aufwaerts" Knopf der Krans ... fatz ... aus.

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Gruesse, Joerg

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Wolfgang: Gerade beim Bier kam ein Gedanke, was bei dem von Kai-Martin beschriebenen Szenario noch passieren koennte:

Meist bestehen solche Stromquellen aus Opamp, Transistor, Widerstand im Emitter, plus Huehnerfutter. Wird auf Null gesetzt, dann wird oft lediglich der IN+ des Opamp auf Masse gezogen. Wenn der nun ein wenig Offet nach + hat, dann versucht er auch dann noch, ein paar zig Mikroampere in die Last zu schicken. Die ist aber per Relais abgetrennt, also Widerstand unendlich. Ergo geht die Stromquelle bis an den Poller,

12V oder was immer. Am Ausgang sitzt oft zwecks EMV ein Kondensator, der sich dann auf diese Spannung auflaedt.

Nun schliesst das Relais, aus dem Kondensator kommen die vollen 12V rausgedonnert, brechen zwar in Millisekunden zusammen aber das ist zu spaet ... fatz ... *PENG*

Nur so eine Idee. Kannst Du messen, indem Du ein Voltmeter an die Eingangsseite des Relais haeltst wenn "Strom Aus" eingestellt ist. Am besten bei einem Kanal, wo es oefter gerummst hat. Als Abhilfe reicht oft schon ein Ableitwiderstand von 1K oder so. Ist nicht astrein, aber dann geht der Betrieb erstmal weiter bis eine gescheite Loesung da ist.

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Gruesse, Joerg

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Hi NG,

Joerg schrieb:

D. h., der Laser ist während des stromlosen Betriebs NICHT kurzgeschlossen, weil das Relais in Serie zum Laser liegt? Der OP sagte ausdrücklich "Um die Dioden bei Ausstecken des Kabels des Messkopfes oder bei stromloser Anlage zu schützen werden sie bei abgeschalteter Anlage und also stromlosem Messkopf per Reed-Relais von der Zuleitung getrennt und kurzgeschlossen"? Wat denn nu?

Ein Relais (oder FET) sollte auf jeden Fall als reiner Öffner mit dem Common- und dem N.C.-Kontakt parallel parallel zum Laser liegen, wobei der N.O.-Anschluss unbeschaltet bleibt. Dann wird auch bei Ausfall der Relaisversorgung der Laser vorsichtshalber kurzgeschlossen. Dass kurz vor Kurzschluss der Treiber keinen Unfug anstellt, muss natürlich gesondert sichergestellt sein.

Mit einem einzigen Reed-Relais als Umschalter kann selbst das kurze Floaten des Lasers in der break-before-make-Phase diesen killen. Erst recht natürlich in der Einschaltphase, auch bei Stromsollwert Null! Wenn also der Laser vom Treiber durch einen in Serie geschalteten Reedkontakt abgetrennt werden soll, dann müssen IMHO zwei Relais verwendet werden, die so angesteuert werden, dass zu Beginn und zum Ende einer Schutzphase ein make-before-break-Charakteristik entsteht - Reedkontakte machen konstruktionsbedingt niemals make-before-break:

Abschaltphase

1. Strom auf Null herunterfahren
2. Laser kurzschließen
3. Stromquelle kurzschließen
4. Stromzufuhr zum Laser unterbrechen
5. Stromquelle abschalten

Einschalten:

1. Stromquelle im Kurzschluss einschalten und auf Null fahren
2. Stromzufuhr zum Laser wieder herstellen
3. Kurzschluss der Stromquelle aufheben
4. Kurzschluss des Lasers aufheben
5. Strom hochfahren

So hat es jedenfalls vor zwanzig Jahren mit quecksilberbenetzten Reedrelais (gibt es die noch?) ohne massenweises Hinsterben geklappt, jedenfalls nachdem ein Naturwissenschaftler endlich begriffen hatte, dass man eine Quelle nicht nur kurzschließen darf, sondern in diesem Fall kurzschließen muss.

Sanftes Hoch- und Abfahren durch den Stromtreiber ist dann in jedem Fall ungefährlich. Wenn bei einem Strom > 0 das parallel zum Laser geschaltete Relais schalten soll, muss allerdings der Treiber die Änderung der Bürde "wegstecken" können, darf also keine Überschwinger produzieren. Auch die beim obigen Szenario existierenden kleinen Bürdenänderungen (Leitungswiderstand, Leitungsinduktivität) muss der Stromregler wegstecken können.

... was vor allem in Sperrrichtung in Nanosekunden fatal sein kann.

Gruß, Volker.

Hi NG,

Joerg schrieb:

Haargenau. Null ist in der Technik ein theoretischer Grenzfall. Also auch die Stromquelle kurzschließen.

Gruß, Volker.

Bei modulierten Laserdioden, bei denen man ein gewisses Interesse an einem glatten Frequenzgang hat, sind die Induktivitäten der Bias-Tees des Networkanalyzers auch gerne genutzte Fallen.

Gruß, Gerhard

Ist im Prinzip Pott wie Deckel. Bei einem Relais kann z.B. der Schliesser parallel zur Diode voreilend oeffnen. Einige hundert Mikrosekunden koennen reichen und die Laserdiode ist hin.

So macht man das normalerweise. N.O. oder N.C. ist an sich egal, es sei denn, dass man gewaehrleisten muss dass bei Ausfall der Relaisansteuerung kein Laserlicht rauskommt.

Von Umschalten halte ich nicht viel. Irgendwann kommt der Zeitpunkt wo der Serienkontakt flattert weil der Strom mal kurz weg geht, aber eben nicht so ganz, und ... phsst ... *PENG*. Ist durch Weglassen selbigens vermeidbar :-)

Wenn der Stromregler fuer Laserdioden gedacht war und damit nicht zurande kommt, sollte man das mittelalterliche Burggrabentunken erwaegen. Bei den Baeckern soll es geholfen haben ...

Die Dinger halten diesbezueglich echt nicht viel aus. Doch wir sollen dankbar sein, dass es Laserdioden ueberhaupt gibt und mit einer billigen

1N4148 hat man dieses Problem normalerweise vom Tisch.

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Gruesse, Joerg

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Volker Staben schrieb:

Das erinnert mich an die Bemerkung/Messung von RAP in seinem Analog troubleshooting Buch. Einige Serien des 1N4184 Typs zeigen _Einschalt_Verzögerungen im Bereich von 20 ns. Bei nur 1 mA konnten bis etwa 0.5 V Overshoot über die üblichen

0.6 V beobachtet werden.

--
mfg Rolf Bombach

Man muss die nicht unbedingt mit voller Drahtlaenge anloeten oder ans Ende eines Klingeldrahtes setzen. Selbst die Sperrverzoegerungszeit liegt unter 5nsec unter das sind garantierte Daten:

Wenn die 20nsec Einschaltverzoegerung haetten, muessten etliche meiner Entwicklungen sofort aufhoeren zu funktionieren. Ein wenig Induktivitaet hat man natuerlich selbst bei kuerzester Verdrahtung, weshalb ich hie und da schon mal eine Ferritperle spendiere.

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Gruesse, Joerg

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