BG3917U1

BG3917U1 - Electronic controller for industrial laser control

Info

Publication number: BG3917U1
Application number: BG5087U
Authority: BG
Inventors: Светозар Илчев; Димов Андреев Румен; Румен Андреев; Кирилов Александров Александър; Александър Александров; Валериев Илчев Светозар; Златолилия Илчева; Симанова Илчева Златолилия
Original assignee: Институт по информационни и комуникационни технологии при БАН /ИИКТ - БАН/
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2020-10-30

Abstract

An electronic controller for industrial laser control monitors the operating temperatures and humidity in the industrial laser and controls the intensity of one or more laser diodes, the power and direction of cooling of one or more thermoelectric modules, and the activity of fans and heaters in the housing of the industrial laser . The electronic controller monitors and, if necessary, changes the output power of the laser diodes and actively pumps the heat released from them to the main radiator of the industrial laser. The heat transfer rate, as well as the operation of the fans and heaters, are regulated by a microprocessor in real time in order to maintain an optimal operating temperature.

Description

(54) ЕЛЕКТРОНЕН КОНТРОЛЕР ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ИНДУСТРИАЛЕН ЛАЗЕР Област на техниката(54) ELECTRONIC CONTROLLER FOR INDUSTRIAL LASER CONTROL

Настоящият полезен модел се отнася най-общо до електронен контролер за управление на индустриален лазер, който проектира точка, линия, кръст или друга геометрична фигура в индустриални приложения. По-специално, полезният модел се отнася до електронен контролер, който следи работните температури и влагата в индустриалния лазер и управлява интензитета на един или повече лазерни диоди, мощността и посоката на охлаждане на един или повече термоелектрически модули както и активността на вентилатори и нагреватели в корпуса на индустриалния лазер.This utility model generally refers to an electronic controller for controlling an industrial laser that designs a point, line, cross, or other geometric shape in industrial applications. In particular, the utility model relates to an electronic controller that monitors operating temperatures and humidity in an industrial laser and controls the intensity of one or more laser diodes, the power and direction of cooling of one or more thermoelectric modules, and the activity of fans and heaters in industrial laser housing.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Използваните в индустрията лазерни системи, които са предназначени за изобразяване на информация, възприемана от хора (напр. сини, зелени или червени ограничителни или направляващи линии, инструкции за монтаж, оформяне на работни зони на машини и др.), се базират на полупроводникови лазерни диоди. Тези диоди се нуждаят от точен и бърз контрол на протичащия през тях ток както и от управление на температурата и влагата по време на работата им. Контролът на тока се осъществява чрез специализирана електроника на базата на транзистори или специализирани интегрални схеми.Laser systems used in industry, which are designed to display information perceived by humans (eg blue, green or red boundary or guide lines, installation instructions, design of working areas of machines, etc.), are based on semiconductor laser diodes. These diodes need accurate and fast control of the current flowing through them as well as control of temperature and humidity during their operation. Current control is performed by specialized electronics based on transistors or specialized integrated circuits.

Управлението на температурата се реализира най-често чрез термоелектрически модули, функциониращи на базата на ефекта на Пелтие. Най-често използваните термоелектрически модули в индустрията са плоски, с четвъртита форма, подобна на плочка. Горната и долната повърхности на модула са изградени от керамичен материал а между тях се намират полупроводникови елементи, свързани посредством меден слой. Чрез два проводника се подава напрежение между полупроводниковите елементи, което причинява протичане на ток и поява на температурна разлика между двете повърхности на модула, която е пропорционална на големината на тока. Термоелектрическите модули се използват за активно предаване на топлината, генерирана от лазерните диоди в индустриалния лазер, към основната плоча или радиатор, на която те са монтирани, най-често посредством малки монтажни корпуси, направени от мед или месинг (фиг. 3). Термоелектрическите модули се разполагат между корпусите, в които са монтирани диодите и основната плоча или радиатор. Основната функция на термоелектрическите модули в този случай е бързото активно изпомпване на топлината, генерирана от корпусите на лазерните диоди, по посока на основната плоча или радиатор, така че работната температура на диодите да се поддържа на оптимално ниво. От другата страна на основната плоча или радиатор са монтирани един или повече вентилатори, които създават въздушен поток, охлаждащ плочата или радиатора и отвеждащ топлината извън корпуса на лазерната система. Работната температура се измерва чрез специални сензори, напр. термистори позиционирани в корпусите на лазерните диоди и в основната плоча или радиатора. Ефективността на топлинния трансфер е променлива и намалява с увеличаването на температурната разлика между горната и долната повърхност на термоелектрическия модул и с увеличението на експлоатационния му период.Temperature control is most often realized by thermoelectric modules operating on the basis of the Peltier effect. The most commonly used thermoelectric modules in the industry are flat, with a fourth tile-like shape. The upper and lower surfaces of the module are made of ceramic material and between them are semiconductor elements connected by a copper layer. Two wires supply voltage between the semiconductor elements, which causes a current to flow and a temperature difference between the two surfaces of the module, which is proportional to the magnitude of the current. Thermoelectric modules are used to actively transfer the heat generated by the laser diodes in the industrial laser to the base plate or radiator on which they are mounted, most often by means of small mounting housings made of copper or brass (Fig. 3). The thermoelectric modules are located between the housings in which the diodes are mounted and the base plate or radiator. The main function of the thermoelectric modules in this case is the rapid active pumping of the heat generated by the laser diode housings in the direction of the base plate or radiator so that the operating temperature of the diodes is maintained at an optimal level. On the other side of the base plate or radiator, one or more fans are mounted, which create an air flow that cools the plate or radiator and dissipates heat outside the housing of the laser system. Operating temperature is measured by special sensors, e.g. thermistors positioned in the laser diode housings and in the base plate or radiator. The efficiency of the heat transfer is variable and decreases with the increase of the temperature difference between the upper and lower surface of the thermoelectric module and with the increase of its operational period.

В случай на температури на околната среда под 0°С се налага затопляне на лазерните диоди, напр. чрез обръщане на посоката на тока, протичащ през термоелектрическите модули, или чрез отделни нагревателни елементи. В случай на прекадено голяма влажност се препоръчва изключването на лазерните диоди до нормализиране на влажността посредством вентилаторите и нагревателите.In case of ambient temperatures below 0 ° C it is necessary to heat the laser diodes, e.g. by reversing the direction of the current flowing through the thermoelectric modules or by separate heating elements. In case of excessive humidity, it is recommended to turn off the laser diodes until the humidity is normalized by means of fans and heaters.

BG 3917 UIBG 3917 UI

При известните решения, електронен контролер за управление на индустриален лазер може да се състои от функционални блокове като например входящ блок, блок за управление на термоелектрически модули, блок за управление на лазерни диоди, блок за управление на вентилатори и нагреватели и микропроцесорен блок.In known solutions, an electronic controller for controlling an industrial laser may consist of functional units such as an input unit, a control unit for thermoelectric modules, a control unit for laser diodes, a control unit for fans and heaters, and a microprocessor unit.

Техническа същност на полезния моделTechnical essence of the utility model

Настоящият полезен модел представлява електронен контролер за управление на индустриален лазер. При едно изпълнение, устройството за електронно управление включва следните функционални блокове, входящ блок, блок за управление на термоелектрически модули, блок за управление на лазерни диоди, блок за управление на вентилатори и нагреватели и микропроцесорен блок.This utility model is an electronic controller for industrial laser control. In one embodiment, the electronic control device includes the following functional units, an input unit, a thermoelectric module control unit, a laser diode control unit, a fan and heater control unit, and a microprocessor unit.

При едно изпълнение, входящият блок е директно свързан към захранващ мрежов адаптер чрез подходящ входен конектор, напр. клема за печатна платка с два терминала със стъпка 5 mm или 5.08 mm между терминалите. Входящият блок включва предпазител, унидирекционален трансил и електролитен кондензатор. Предпазителят е последователно свързан веднага след входния конектор на захранващото напрежение и прекъсва захранващото напрежение в случай на късо съединение или протичане на ток с нехарактерно голяма стойност. Унидирекционалният трансил е свързан след предпазителя паралелно на захранващите линии и предпазва устройството за електронно управление от поява на пренапрежения на входа. Ако това се случи, унидирекционалният трансил ограничава захранващото напрежение на входа до максимална стойност от около 28 V, като в такъв случай той разсейва остатъка от мощността и причинява протичане на голям ток през себе си. Ако това продължи повече от милисекунди, тогава предпазителят прекъсва захранващата верига. Електролитният кондензатор е свързан паралелно на унидирекционалния трансил и стабилизира захранващото напрежение.In one embodiment, the input unit is directly connected to a mains adapter via a suitable input connector, e.g. PCB terminal with two terminals with a step of 5 mm or 5.08 mm between the terminals. The input unit includes a fuse, a unidirectional transyl and an electrolytic capacitor. The fuse is connected in series immediately after the supply voltage input connector and interrupts the supply voltage in the event of a short circuit or a current of an unusually high value. The unidirectional transil is connected after the fuse in parallel to the supply lines and protects the electronic control device from the occurrence of overvoltages at the input. If this happens, the unidirectional transyl limit the input supply voltage to a maximum value of about 28 V, in which case it dissipates the rest of the power and causes a large current to flow through it. If this lasts more than milliseconds, then the fuse breaks the power supply circuit. The electrolytic capacitor is connected in parallel to the unidirectional transil and stabilizes the supply voltage.

При едно изпълнение, блокът за управление на термоелектрически модули се състои от импулсен регулатор на напрежение - интегрална схема в стандартизиран корпус, поддържащи кондензатори, индуктор. полупроводников Шотки-диод (англ. Schottky) активен делител на напрежение, регулиращ изходното напрежение на регулатора, верига за изключване на изходното напрежение към термоелектрическия модул и група от транзистори за управление на посоката на тока. Този блок се захранва от входящия блок и осигурява захранващото напрежение на термоелектрическия модул, като е възможно последователното свързване на няколко термоелектрически модула. Използва се понижаващ импулсен регулатор - захранващото напрежение трябва да бъде по-високо от пада на напрежение върху термоелектрическия модул. Необходимите допълнителни компоненти за реализация на блока включват няколко входни кондензатора за изглаждане на входното напрежение, няколко изходни кондензатора за поддържане на константно изходно напрежение, стартиращ кондензатор, достатъчно мощен изходен индуктор, Шотки-диод и компенсираща верига от кондензатори и съпротивления. Работната честота на импулсния регулатор е над 500 kHz, което позволява използването на малък по размери индуктор, но може да има влияние върху други важни параметри - напр. ефективността на регулатора и толеранса в точността на регулирания ток. Използваните кондензатори са многослойни керамични кондензатори с размери от 0402 до 1206 (размер 0402 съответства на дължина 0.04 inch и ширина 0.02 inch). Входните кондензатори обикновено са с общ капацитет около 10 pF, а изходните кондензатори - около 100 pF. Размери 0402 до 1206 имат и използваните SMD съпротивления (SMD елементи - елементи за повърхностен монтаж върху печатна платка). Изходният индуктор е обикновено със стойности до около 15 pH с цел поддържане наIn one embodiment, the control unit of thermoelectric modules consists of a pulse voltage regulator - an integrated circuit in a standardized housing, supporting capacitors, inductor. semiconductor Schottky diode active voltage divider, regulating the output voltage of the regulator, a circuit for disconnecting the output voltage to the thermoelectric module and a group of transistors for current direction control. This unit is powered by the input unit and provides the supply voltage of the thermoelectric module, and it is possible to connect several thermoelectric modules in series. A step-down pulse regulator is used - the supply voltage must be higher than the voltage drop across the thermoelectric module. The additional components required to implement the unit include several input capacitors to smooth the input voltage, several output capacitors to maintain a constant output voltage, a starting capacitor, a sufficiently powerful output inductor, a Schottky diode and a compensating circuit of capacitors and resistors. The operating frequency of the pulse regulator is over 500 kHz, which allows the use of a small inductor, but can affect other important parameters - e.g. the efficiency of the regulator and the tolerance in the accuracy of the regulated current. The capacitors used are multilayer ceramic capacitors with sizes from 0402 to 1206 (size 0402 corresponds to a length of 0.04 inch and a width of 0.02 inch). The input capacitors typically have a total capacitance of about 10 pF and the output capacitors about 100 pF. Sizes 0402 to 1206 also have the used SMD resistors (SMD elements - elements for surface mounting on a printed circuit board). The output inductor is usually up to about 15 pH in order to maintain

BG 3917 UI изходен ток от поне няколко ампера (напр. 10 pF за изходен ток до 5 А). В това примерно изпълнение, използваният импулсен регулатор на напрежение позволява протичането на изходен ток с големина до 5 А. За по-добро отвеждане на топлина, импулсният регулатор има пряк контакт с масата на печатната платка. Топлинните загуби са около 10% до 20% от консумираната от термоелектрическия модул мощност - т. е. ефективността на предаването на енергия към термоелектрическия модул е в диапазона от 80 до 90%. Стартиращият кондензатор е със стойности от 4.7 nF до 15 nF и осигурява плавно стартиране на импулсния регулатор. Компенсиращата верига от кондензатори и съпротивления се задава по указания от производителя в зависимост от работната честота, изходния ток и използвания индуктор, като нейната основна цел е осигуряване на надеждното функциониране на импулсния регулатор. Изходното напрежение на импулсния регулатор се определя чрез активен делител на напрежение, който се състои от две съпротивления и специализирана интегрална схема (напр. цифров потенциометър), свързана с микропроцесорния блок. Специализираната интегрална схема позволява промяна на стойността на съпротивлението между два нейни извода посредством микропроцесор. Това позволява динамично управление на изходното напрежение и регулиране на мощността на термоелектрическия модул от микропроцесора, намиращ се в микропроцесорния блок.BG 3917 UI output current of at least a few amperes (eg 10 pF for output current up to 5 A). In this embodiment, the pulse voltage regulator used allows an output current of up to 5 A to flow. For better heat dissipation, the pulse regulator has direct contact with the mass of the printed circuit board. Heat losses are about 10% to 20% of the power consumed by the thermoelectric module - ie the efficiency of energy transfer to the thermoelectric module is in the range from 80 to 90%. The starting capacitor has values from 4.7 nF to 15 nF and provides smooth starting of the pulse regulator. The compensating circuit of capacitors and resistors is set according to the manufacturer's instructions depending on the operating frequency, output current and inductor used, and its main purpose is to ensure the reliable operation of the pulse regulator. The output voltage of the pulse regulator is determined by an active voltage divider, which consists of two resistors and a specialized integrated circuit (eg digital potentiometer) connected to the microprocessor unit. The specialized integrated circuit allows changing the value of the resistance between its two terminals by means of a microprocessor. This allows dynamic control of the output voltage and regulation of the power of the thermoelectric module by the microprocessor located in the microprocessor unit.

Веригата за изключване на изходното напрежение към термоелектрическия модул включва или изключва импулсния регулатор на напрежение в зависимост от сигнал, подаван от микропроцесора, намиращ се в микропроцесорния блок. При едно изпълнение, тази верига включва съпротивление, което осигурява изключено състояние на импулсния регулатор при отсъствие на сигнал от микропроцесора.The circuit for disconnecting the output voltage to the thermoelectric module turns on or off the pulse voltage regulator depending on the signal supplied by the microprocessor located in the microprocessor unit. In one embodiment, this circuit includes a resistor that provides a switched off state of the pulse controller in the absence of a signal from the microprocessor.

Изходното напрежение на импулсния регулатор преминава през група от транзистори (напр. група от поне четири Р-MOSFET и N-MOSFET транзистора) за управление на посоката на тока. Те изпълняват ролята на транзисторен мост (англ. „Н-bridge“) и се управляват от микропроцесорния блок. Изходът на групата от транзистори е свързан към изходен конектор с два пина (напр. клема за печатна платка), към който се свързва термоелектрически модул.The output voltage of the pulse regulator passes through a group of transistors (eg a group of at least four P-MOSFET and N-MOSFET transistors) to control the current direction. They act as a transistor bridge ("H-bridge") and are controlled by the microprocessor unit. The output of the group of transistors is connected to a two-pin output connector (eg a PCB terminal) to which a thermoelectric module is connected.

Блокът за управление на лазерни диоди включва импулсен регулатор на ток - интегрална схема в стандартизиран корпус, два или повече кондензатора, индуктор, едно съпротивление за настройка на работната честота на регулатора и едно или повече съпротивления за регулиране на тока през лазерните диоди. Импулсният регулатор е понижаващ и подава константен ток (а не константно напрежение) към захранваните лазерни диоди. Необходимите допълнителни компоненти се състоят от входен кондензатор, стартиращ кондензатор, изходен кондензатор и индуктор. Настройката на работната честота на индуктора се реализира посредством съпротивление за настройка на честотата. Кондензаторите са многослойни керамични кондензатори, напр. 0805 до 1206. С цел по-доброто отвеждане на топлина, импулсният регулатор на ток има пряк контакт е масата на печатната платка. Топлинните загуби са около 10% от консумираната от лазерните диоди мощност. Токът, протичащ през лазерните диоди, преминава през едно или повече съпротивления за регулиране на тока, като падът на напрежение върху тези съпротивления служи за обратна връзка към регулатора. Тези съпротивления имат ниски стойности - напр. около 1 Ω и по-големи размери (1206 или 2512), за да могат да разсейват успешно топлинните загуби. Импулсният регулатор на ток на блока за управление на лазерни диоди е свързан с микропроцесорния блок, който може да го активира или деактивира.The control unit of laser diodes includes a pulse current regulator - an integrated circuit in a standardized housing, two or more capacitors, an inductor, a resistor to adjust the operating frequency of the regulator and one or more resistors to regulate the current through the laser diodes. The pulse regulator is a step-down and supplies a constant current (not a constant voltage) to the powered laser diodes. The required additional components consist of an input capacitor, a starting capacitor, an output capacitor and an inductor. The setting of the operating frequency of the inductor is realized by means of a resistance for setting the frequency. Capacitors are multilayer ceramic capacitors, e.g. 0805 to 1206. In order to better dissipate heat, the pulse current regulator has a direct contact with the ground of the printed circuit board. Heat losses are about 10% of the power consumed by laser diodes. The current flowing through the laser diodes passes through one or more resistors to regulate the current, and the voltage drop across these resistors serves as feedback to the regulator. These resistances have low values - e.g. about 1 Ω and larger sizes (1206 or 2512) to be able to successfully dissipate heat loss. The pulse current regulator of the laser diode control unit is connected to the microprocessor unit, which can activate or deactivate it.

BG 3917 UIBG 3917 UI

Блокът за управление на вентилатори и нагреватели е свързан с микропроцесорния блок и включва няколко управляващи канала, всеки от които управлява един вентилатор или един нагревател. Всеки управляващ канал включва две съпротивления, транзистор, напр. N-MOSFET транзистор, Шотки-диод и двупинов конектор за свързване на вентилатори или нагреватели. Гейтът на N-MOSFET транзистора е свързан през едно от съпротивленията към изходен пин на микропроцесора, а другото съпротивление свързва гейта с масата на печатната платка и изключва вентилаторите и нагревателите при липса на изходен сигнал от микропроцесора. Шотки-диодът е свързан към двата пина на конектора (англ. „freewheeling/flyback diode“) и предотвратява появата на високо напрежение, причинено от индуктивността на вентилаторите. Микропроцесорните изходи, управляващи N-MOSFET транзисторите, поддържат широчинно-импулсна модулация (ШИМ).The fan and heater control unit is connected to the microprocessor unit and includes several control channels, each of which controls one fan or one heater. Each control channel includes two resistors, a transistor, e.g. N-MOSFET transistor, Schottky diode and two-pin connector for connecting fans or heaters. The gate of the N-MOSFET transistor is connected through one of the resistors to the output pin of the microprocessor, and the other resistor connects the gate to the ground of the printed circuit board and turns off the fans and heaters in the absence of output signal from the microprocessor. The Schottky diode is connected to the two pins of the connector ("freewheeling / flyback diode") and prevents the occurrence of high voltage caused by the inductance of the fans. The microprocessor outputs controlling the N-MOSFET transistors support pulse width modulation (PWM).

Микропроцесорният блок е свързан с останалите блокове на електронния контролер и ги управлява. При едно изпълнение, този блок включва захранващи елементи, микропроцесор, сензор за температура и влага, EEPROM (англ. Electrically erasable programmable read-only memory, електрически изтриваема програмируема памет за четене), връзка с компютър, входове за термистори, конектор за свързване на допълнителни платки (англ. add-on boards) и изход за светодиод. Захранващите елементи на блока генерират постоянно напрежение (със стойност от 3.3 V в това примерно изпълнение) и могат да включват подходящ линеен регулатор и необходимите му кондензатори или понижаващ импулсен регулатор на напрежение и необходимите спомагателни елементи като индуктор, кондензатори и съпротивления. Микропроцесорът измерва температурата на лазерните диоди чрез един или повече термистори, свързани към входовете за термистори. В зависимост от актуалните температури и температурите, измерени в предходни моменти, микропроцесорът определя оптимално напрежение, подавано към термоелектрическия модул чрез активния делител на напрежение на импулсния регулатор, свързан посредством специализиран комуникационен интерфейс, напр. 12 С (12 С - Inter-Integrated Circuit - е нискоскоростен комуникационен сериен интерфейс за връзка между интегрални схеми). Микропроцесорът разполага с множество цифрови входо-изходи, няколко аналогови входа и вграден аналогово-цифров преобразувател (АЦП), чрез който превръща аналогово измерената температура в цифрова стойност. За програмирането на микропроцесора с нов фърмуер е предвиден специален конектор с няколко пина. Също така, чрез широчинно-импулсна модулация (ШИМ, англ. PWM). микроконтролерът може да променя интензитета на лазерните диоди и при необходимост да ги изключва в зависимост от измерените температури и активността на термоелектрическия модул и вентилаторите.The microprocessor unit is connected to the other units of the electronic controller and controls them. In one embodiment, this unit includes power supplies, microprocessor, temperature and humidity sensor, EEPROM (Electrically erasable programmable read-only memory, electrically erasable programmable read memory), computer connection, thermistor inputs, connector for connecting add-on boards and LED output. The power supply units of the unit generate a constant voltage (with a value of 3.3 V in this embodiment) and may include a suitable linear regulator and the necessary capacitors or a step-down pulse regulator and the necessary auxiliary elements such as inductor, capacitors and resistors. The microprocessor measures the temperature of the laser diodes through one or more thermistors connected to the thermistor inputs. Depending on the current temperatures and the temperatures measured in previous moments, the microprocessor determines the optimal voltage supplied to the thermoelectric module via the active voltage divider of the pulse regulator connected via a specialized communication interface, e.g. 12 C (12 C - Inter-Integrated Circuit - is a low-speed communication serial interface for connection between integrated circuits). The microprocessor has multiple digital inputs, several analog inputs and a built-in analog-to-digital converter (ADC), through which it converts the analog measured temperature into a digital value. A special connector with several pins is provided for programming the microprocessor with new firmware. Also, by pulse width modulation (PWM). the microcontroller can change the intensity of the laser diodes and, if necessary, turn them off depending on the measured temperatures and the activity of the thermoelectric module and the fans.

Сензорът за температура и влага измерва температурата и влагата в околността на печатната платка на електронния контролер и предава измерените стойности към микропроцесора посредством специализиран комуникационен интерфейс, напр. 12 С EEPROM-ът съхранява конфигурационни настройки и други данни, необходими за работата на микропроцесора (напр. информация за версията на електронния контролер) и е реализиран под формата на специализирана интегрална схема с подходящ комуникационен интерфейс, напр. 12 С, чрез който се свърза с микропроцесора.The temperature and humidity sensor measures the temperature and humidity in the vicinity of the printed circuit board of the electronic controller and transmits the measured values to the microprocessor via a specialized communication interface, e.g. 12 With the EEPROM, it stores configuration settings and other data necessary for the operation of the microprocessor (eg information about the version of the electronic controller) and is implemented in the form of a specialized integrated circuit with a suitable communication interface, e.g. 12 C, through which it connected to the microprocessor.

Връзката с компютър се осъществява чрез сериен комуникационен интерфейс (сериен порт) на микропроцесора (англ. UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmiter е комуникационен интерфейс, поддържащ серийно приемане и предаване на данни с определена скорост, обозначавана най-често като baud rate). Връзката с компютър включва подходящ куплунг за връзка с няколко пина и съпротивленияThe connection to a computer is made through a serial communication interface (serial port) of the microprocessor (UART - Universal Asynchronous Receiver / Transmiter is a communication interface that supports serial reception and transmission of data at a certain speed, most often referred to as baud rate). The connection to a computer includes a suitable connector for connection with several pins and resistors

BG 3917 UI (англ. pull-up resistors) за поддръжка на дефинирано ниво на напрежение на комуникационните линии при неактивен микропроцесор или несвързан компютър. Чрез връзката с компютър може да се препрограмира микропроцесорът, да се настройват работните параметри на електронния контролер и да се събират данни за моментното състояние на работната температура и управлението на термоелектрическия модул. В зависимост от конкретния компютър, с който се осъществява връзка, се използва допълнителна платка или специален кабел за конвертиране на сигналите на серийния порт в сигнали, съответстващи на стандарта RS-232, или сигнали, предавани чрез USB връзка (англ. USB - Universal Serial Bus).BG 3917 UI (pull-up resistors) to support a defined voltage level of communication lines when the microprocessor is inactive or the computer is not connected. Through the connection to a computer, the microprocessor can be reprogrammed, the operating parameters of the electronic controller can be set and data on the current state of the operating temperature and the control of the thermoelectric module can be collected. Depending on the specific computer being connected to, an optional circuit board or special cable is used to convert serial port signals to RS-232 compliant or USB-Universal Serial signals. Bus).

Всеки вход за термистор (в това примерно изпълнение - до три входа) включва конектор, съпротивление, което в комбинация с термистора образува делител на напрежение, и кондензатор, свързан между средната точка на делителя на напрежение и масата на печатната платка, за стабилизиране на измерваната температурна стойност. Единият край на термистора е свързан към напрежението, генерирано от захранващите елементи на микропроцесорния блок, а другият му край е свързан към средната точка на делителя на напрежение, към която е свързан и един от аналоговите входове на микропроцесора. Единият край на съпротивлението е свързан към масата на печатната платка, а другият му край е свързан към средната точка на делителя на напрежение.Each thermistor input (in this embodiment - up to three inputs) includes a connector, a resistor which in combination with the thermistor forms a voltage divider, and a capacitor connected between the midpoint of the voltage divider and the mass of the printed circuit board to stabilize the measured temperature value. One end of the thermistor is connected to the voltage generated by the power supplies of the microprocessor unit, and its other end is connected to the midpoint of the voltage divider, to which one of the analog inputs of the microprocessor is connected. One end of the resistor is connected to the ground of the printed circuit board, and its other end is connected to the midpoint of the voltage divider.

Конекторът за свързване на допълнителни платки дава достъп до множество свободни входо-изходни пинове на микропроцесора и комуникационни интерфейси, напр. SPI (SP1 - Serial Peripheral Interface - е сериен високоскоростен интерфейс за обмен на данни, който най-често се използва за комуникация с периферни интегрални схеми на същата платка). Чрез този конектор, допълнително разработени платки се свързват с микропроцесора и разширяват функциите на електронния контролер, напр. като предоставят жична или безжична свързаност чрез Ethernet, WiFi или Bluetooth или връзка с други видове сензори, напр. за измерване на осветеност.The connector for connecting additional boards provides access to many free input-output pins of the microprocessor and communication interfaces, e.g. SPI (SP1 - Serial Peripheral Interface - is a serial high-speed interface for data exchange, which is most often used to communicate with peripheral integrated circuits on the same board). Through this connector, further developed boards connect to the microprocessor and expand the functions of the electronic controller, e.g. by providing wired or wireless connectivity via Ethernet, WiFi or Bluetooth or connection to other types of sensors, e.g. to measure illuminance.

Изходът за светодиод включва транзистор, напр. N-MOSFET транзистор, три съпротивления и двупинов конектор за светодиод. Едното от съпротивленията е свързано между захранващото напрежение на микропроцесора и единия пин на конектора и ограничава тока през светодиода. Дрейнът на транзистора е свързан към другия пин на конектора, а сорсът на транзистора е свързан към масата на печатната платка. Второто съпротивление е свързано между гейта на транзистора и съответния микропроцесорен изход, който управлява светодиода. То ограничава тока през микропроцесорния изход при промяна на състоянието на светодиода. Третото съпротивление е свързано между гейта на транзистора и масата на печатната платка и изключва светодиода при липса на сигнал от микропроцесора.The LED output includes a transistor, e.g. N-MOSFET transistor, three resistors and two-pin LED connector. One of the resistors is connected between the supply voltage of the microprocessor and one pin of the connector and limits the current through the LED. The drain of the transistor is connected to the other pin of the connector, and the source of the transistor is connected to the ground of the printed circuit board. The second resistor is connected between the gate of the transistor and the corresponding microprocessor output, which controls the LED. It limits the current through the microprocessor output when the state of the LED changes. The third resistor is connected between the gate of the transistor and the ground of the printed circuit board and turns off the LED in the absence of a signal from the microprocessor.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

Фигура 1 е блок схема на електронен контролер за управление на индустриален лазер.Figure 1 is a block diagram of an electronic controller for controlling an industrial laser.

Фигура 2 представя техническа реализация на индустриален лазер, в която се интегрира електронният контролер за управление на индустриален лазер от фиг. 1.Figure 2 shows a technical implementation of an industrial laser, in which the electronic controller for control of an industrial laser of fig. 1.

Фигура 3 е блок схема на индустриален лазер с термоелектрически модул, плоча/радиатор и вентилатори.Figure 3 is a block diagram of an industrial laser with a thermoelectric module, a plate / radiator and fans.

Пример за изпълнение на полезния моделExample of implementation of the utility model

Полезният модел представлява електронен контролер за управление на индустриален лазер. На фигура 1 е показана блок схема на едно изпълнение на този електронен контролер. Електронен контролер за управление на индустриален лазер 100 се състои от следните функционални блокове: входящ блок 110,The utility model is an electronic controller for industrial laser control. Figure 1 shows a block diagram of one embodiment of this electronic controller. Electronic controller for control of industrial laser 100 consists of the following functional blocks: input block 110,

BG 3917 UI блок за управление на термоелектрически модули 120, блок за управление на лазерни диоди 130, блок за управление на вентилатори и нагреватели 140 и микропроцесорен блок 150. В този пример на реализация, електронният контролер за управление на индустриален лазер 100 е реализиран под формата на печатна платка с необходимите електронни елементи и конектори за свързване на един или повече термоелектрически модули, лазерен диод или диоди, както и един или повече вентилатори/нагреватели. Предвидени са възможности за закрепване на охлаждащ радиатор към платката. Електронният контролер за управление на индустриален лазер 100 поддържа източници на напрежение от 9 V до 28 V и осигурява ток през термоелектрическия модул до 5 А и ток през вентилаторите/нагревателите до 3 А. Поддържа се последователно свързване на няколко термоелектрически модула от един и същи вид, като основното ограничение е изходното напрежение на блока за управление на термоелектрически модули 120. В електронния контролер 100 се използват терминални клеми със стъпка 5.0 mm или 5.08 mm за свързване на входното напрежение и термоелектрическия модул.BG 3917 UI control unit for thermoelectric modules 120, control unit for laser diodes 130, control unit for fans and heaters 140 and microprocessor unit 150. In this embodiment, the electronic controller for control of an industrial laser 100 is implemented in the form on a printed circuit board with the necessary electronic elements and connectors for connecting one or more thermoelectric modules, laser diode or diodes, as well as one or more fans / heaters. Possibilities for attaching a cooling radiator to the board are provided. The electronic controller for control of an industrial laser 100 supports voltage sources from 9 V to 28 V and provides current through the thermoelectric module up to 5 A and current through the fans / heaters up to 3 A. Supports series connection of several thermoelectric modules of the same type , the main limitation being the output voltage of the thermoelectric module control unit 120. In the electronic controller 100, terminal terminals with a step of 5.0 mm or 5.08 mm are used to connect the input voltage and the thermoelectric module.

Входящият блок 110 включва предпазител 111 за защита на електронния контролер 100 от протичане на прекадено голям ток. Предвидена е употреба на SMD-предпазители с размери 1206, 1812 или по-големи (напр. ОМК 63, производител Schurter). SMD- предпазителите имат стойности между 5 А и 10 А. Унидирекционалният трансил 112 (напр. SMBJ28A) защитава електронния контролер 100 от моментни стойности на захранващото напрежение над 28 V. Електролитният кондензатор 113 (напр. FZ1V221MCRG10, производител Fujicon) стабилизира захранващото напрежение.The input unit 110 includes a fuse 111 to protect the electronic controller 100 from excessive current flow. The use of SMD fuses with dimensions 1206, 1812 or larger is planned (eg OMK 63, manufacturer Schurter). SMD fuses have values between 5 A and 10 A. The unidirectional transil 112 (eg SMBJ28A) protects the electronic controller 100 from instantaneous supply voltage values above 28 V. The electrolytic capacitor 113 (eg FZ1V221MCRG10, manufactured by Fujicon) stabilizes the supply voltage.

Блокът за управление на термоелектрически модули 120 предоставя подходящо работно напрежение на термоелектрическия модул. Централен елемент е импулсният регулатор на напрежение 121 (напр. асинхронен импулсен регулатор). Той се нуждае от поддържащи кондензатори 122 - входни и изходни многослойни керамични кондензатори (размер 1206 или 1210, напр. CL31A106KBHNNNE или GRM31CR61E226KE15L) и стартиращ кондензатор (напр. CL10B104KBNC), както и от индуктор и Шотки-диод 123 (напр. индуктор SR11205-100M в комбинация с диод SS54). Активният делител на напрежение 124 определя изходното напрежение в зависимост от управлението на микропроцесора 152 по цифров комуникационен интерфейс, напр. 12 С. В този случай активният делител на напрежение 124 е съставен от две съпротивления с размер 0402 и стойности съответно 12 κΩ и 560Ω и цифров потенциометър със стойност 10κΩ (напр. МСР4017Т-103Е. производител Microchip). Цифровият потенциометър е свързан с микропроцесора 152 чрез 12 С интерфейс, като позволява точност на регулиране на напрежението между 4% и 10%. Веригата за изключване на изходното напрежение 125 активира или деактивира импулсния регулатор на напрежение 121 в зависимост от сигнал, подаван от микропроцесора 152. Съпротивлението, определящо състоянието на регулатора (в този случай изключено) при неактивен микропроцесор 152, е със стойност 12kQ. Посредством веригата за изключване на изходното напрежение 125 се постига пълното изключване на термоелектрическия модул, което при тази реализация не е възможно да се постигне чрез активния делител на напрежение 124. Групата от транзистори за управление на посоката на тока 126 включва поне четири MOSFET транзистора, които са свързани в конфигурация „мост (англ. „Н-bridge ), като два от транзисторите са Р-MOSFET транзистори (напр. AON7421) и два от транзисторите са NMOSFET транзистори (напр. АО3400А). Тези четири MOSFET транзистора са свързани с микропроцесора 152, като техните гейтове се управляват съответно от общо четири цифрови изхода на микропроцесора 152. Изходите на четирите MOSFET транзистора са свързани към двупинов изходен конектор заThe thermoelectric module control unit 120 provides a suitable operating voltage to the thermoelectric module. The central element is the pulse voltage regulator 121 (eg asynchronous pulse regulator). It needs supporting capacitors 122 - input and output multilayer ceramic capacitors (size 1206 or 1210, eg CL31A106KBHNNNE or GRM31CR61E226KE15L) and a starting capacitor (eg CL10B104KBNC), as well as an inductor and SR-11 Schottky. 100M in combination with diode SS54). The active voltage divider 124 determines the output voltage depending on the control of the microprocessor 152 via a digital communication interface, e.g. 12 C. In this case, the active voltage divider 124 consists of two resistors with size 0402 and values of 12 κΩ and 560Ω, respectively, and a digital potentiometer with a value of 10κΩ (eg MCP4017T-103E. Manufacturer Microchip). The digital potentiometer is connected to the microprocessor 152 via a 12 C interface, allowing an accuracy of voltage regulation between 4% and 10%. The output voltage cut-out circuit 125 activates or deactivates the pulse voltage regulator 121 depending on a signal supplied by the microprocessor 152. The resistance determining the state of the regulator (in this case off) with the microprocessor 152 inactive is 12kQ. By means of the circuit for switching off the output voltage 125 the complete switching off of the thermoelectric module is achieved, which in this realization cannot be achieved by the active voltage divider 124. The group of transistors for controlling the current direction 126 includes at least four MOSFET transistors. are connected in a H-bridge configuration, with two of the transistors being P-MOSFET transistors (eg AON7421) and two of the transistors being NMOSFET transistors (eg AO3400A). These four MOSFET transistors are connected to the microprocessor 152, and their gates are controlled respectively by a total of four digital outputs of the microprocessor 152. The outputs of the four MOSFET transistors are connected to a two-pin output connector for

BG 3917 UI термоелектрически модул. Чрез транзисторите може да се обръща посоката на тока през термоелектрическия модул или да се прекъсне напълно подаването на напрежение към модула.BG 3917 UI thermoelectric module. The transistors can reverse the direction of the current through the thermoelectric module or completely interrupt the supply of voltage to the module.

Блокът за управление на лазерни диоди 130 включва импулсен регулатор на ток 131 (напр. А6211. производител Allegro), който регулира тока през лазерните диоди, като поддържа максимална стойност, определена от съпротивленията за регулиране на тока 135. Импулсният регулатор на ток 131 има цифров вход, поддържащ ШИМ модулация, свързан към свободен цифров изход на микропроцесора 152. Чрез този вход микропроцесорът 152 управлява големината на тока през лазерните диоди. Импулсният регулатор на ток 131 се нуждае от входен кондензатор, стартиращ кондензатор и изходен кондензатор 132, които са многослойни керамични кондензатори с размер 0805 или 1206 (напр. CL31A106KBHNNNE) както и от индуктор 133 (напр. 15цН - SD1 104R - 150М). Единият край на индуктора 133 е свързан към изхода на импулсния регулатор на ток 131, а другият край на индуктора 133 е свързан към катода на първия лазерен диод (ако се използва група от няколко последователно свързани лазерни диода). Съпротивлението за настройка на честотата 134 (напр. 0603SAF0473T50 или CRCW060347K0FKTABC) определя работната честота на импулсния регулатор на ток 131 (напр. в интервала 500 kHz до 1 MHz) и ефективността му. Съпротивленията за регулиране на тока 135 се състоят от едно до няколко съпротивления, всяко със стойност, близка до 1 Ω (напр. CRCW12061R00FKTABC) и служат за измерване на протичащия през лазерните диоди ток, като са свързани между анода на последния лазерен диод (ако се използва група от няколко последователно свързани лазерни диода) и масата на печатната платка.The control unit of the laser diodes 130 includes a pulse current regulator 131 (eg A6211. Manufacturer Allegro), which regulates the current through the laser diodes, maintaining a maximum value determined by the current control resistors 135. The pulse current regulator 131 has a digital an input supporting PWM modulation connected to a free digital output of the microprocessor 152. Through this input, the microprocessor 152 controls the amount of current through the laser diodes. The pulse current regulator 131 needs an input capacitor, a starting capacitor and an output capacitor 132, which are multilayer ceramic capacitors of size 0805 or 1206 (eg CL31A106KBHNNNE) as well as an inductor 133 (eg 15 μM - SD1 104R). One end of the inductor 133 is connected to the output of the pulse current regulator 131, and the other end of the inductor 133 is connected to the cathode of the first laser diode (if a group of several series-connected laser diodes is used). The frequency tuning resistance 134 (eg 0603SAF0473T50 or CRCW060347K0FKTABC) determines the operating frequency of the pulse current regulator 131 (eg in the range 500 kHz to 1 MHz) and its efficiency. The current control resistors 135 consist of one to several resistors, each with a value close to 1 Ω (eg CRCW12061R00FKTABC) and are used to measure the current flowing through the laser diodes by being connected between the anode of the last laser diode (if uses a group of several laser diodes connected in series) and the mass of the printed circuit board.

Блокът за управление на вентилатори и нагреватели 140 включва три канала за управление, които управляват вентилатори/нагреватели чрез транзистори 141, напр. N-MOSFET IRLML0030TRPbF, производител Infineon. Всеки канал за управление използва по един транзистор и позволява подключването към електронния контролер 100 на един или няколко последователно свързани вентилатора или нагревателя, консумиращи до 3 А ток. Каналите за управление включват още предпазни диоди 142, напр. SS34A и спомагателни съпротивления 143. За всеки канал, едно от тези съпротивления (около 100 Ω) свързва цифров изход на микропроцесора 152, поддържащ ШИМ с гейта на съответния транзистор, а друго съпротивление (около 12 kΩ) свързва същия цифров изход с масата на печатната платка и изключва транзистора на съответния канал при неактивен микропроцесор 152. В зависимост от измерените температури, микропроцесорът 152 активира или деактивира транзисторите 141, регулирайки по този начин температурата и влажността в индустриалния лазер.The fan and heater control unit 140 includes three control channels that control fans / heaters via transistors 141, e.g. N-MOSFET IRLML0030TRPbF, manufactured by Infineon. Each control channel uses one transistor and allows the connection to the electronic controller 100 of one or more series-connected fans or heaters consuming up to 3 A current. The control channels also include safety diodes 142, e.g. SS34A and auxiliary resistors 143. For each channel, one of these resistors (about 100 () connects the digital output of the microprocessor 152 supporting PWM to the gate of the respective transistor, and another resistor (about 12 kΩ) connects the same digital output to the mass of the printed circuit board. board and turns off the transistor of the respective channel when the microprocessor 152 is inactive. Depending on the measured temperatures, the microprocessor 152 activates or deactivates the transistors 141, thus regulating the temperature and humidity in the industrial laser.

Микропроцесорният блок 150 включва захранващи елементи 151, микропроцесор 152, сензор за температура и влага 153, EEPROM 154, връзка с компютър 155, входове за термистори 156, конектор за свързване на допълнителни платки 157 и изход за светодиод 158. Захранващите елементи 151 могат да включват линеен регулатор с изход 3.3 V и съответните поддържащи кондензатори или могат като алтернатива да включват понижаващ импулсен регулатор на напрежение, подобен на импулсния регулатор на напрежение 121, заедно с поддържащи елементи, подобни на поддържащите кондензатори 122, и индуктора и Шотки-диода 123. В такъв случай като делител на напрежение (за разлика от активния делител 124) се използва фиксиран делител на напрежение, състоящ се от две съпротивления с подходящи стойности (напр. 12 kΩ и 3.9 kΩ), които определят изходно напрежение със стойност около 3.3 V.The microprocessor unit 150 includes power supplies 151, a microprocessor 152, a temperature and humidity sensor 153, an EEPROM 154, a computer connection 155, thermistor inputs 156, an additional board connector 157, and an LED output 158. The power supplies 151 may include a linear regulator with a 3.3 V output and the corresponding supporting capacitors or may alternatively include a step-down pulse voltage regulator similar to the pulse voltage regulator 121, together with support elements similar to the supporting capacitors 122 and the inductor and Schottky diode 123. B In this case, a fixed voltage divider consisting of two resistors with appropriate values (eg 12 kΩ and 3.9 kΩ) is used as the voltage divider (as opposed to the active divider 124), which determines an output voltage of about 3.3 V.

Микропроцесорът 152 координира дейностите на електронния контролер 100, като използва и управлява другите функционални блокове. Микропроцесорът 152 регулира термоелектрическия модул иThe microprocessor 152 coordinates the activities of the electronic controller 100 using and controlling the other functional units. The microprocessor 152 regulates the thermoelectric module and

BG 3917 UI поддържа оптимална работна температура на лазерните диоди. В този пример на изпълнение, микропроцесорът 152 е 32-битов Cortex-MO, модел STM32F030C8T6, производител ST, разполагащ с достатъчен брой входо-изходни пинове, аналогови входове и комуникационни интерфейси. Програмирането му се осъществява чрез специален конектор с 5 пина, запоен на печатната платка и даващ достъп до SWD (англ. Serial Wire Debug) интерфейса му. Алтернативно, за целта може да се използва и връзката с компютър 155. Микропроцесорът 152 регулира тока през термоелектрическия модул, като регулира изходното напрежение на импулсния регулатор на напрежение 121 посредством активния делител на напрежение 124 и веригата за изключване на изходното напрежение 125. Връзката с цифровия потенциометър на делителя 124 се осъществява чрез 12 С комуникационен интерфейс. Веригата за изключване на изходното напрежение 125 е свързана с микропроцесора 152 чрез негов свободен цифров входо-изходен пин. Когато микропроцесорът 152 не е активен, напр. веднага след подаване на входно напрежение, веригата за изключване 125 поддържа импулсния регулатор на напрежение 121 в изключено състояние до инициализацията на цифровия потенциометър в делителя на напрежение 124.The BG 3917 UI maintains the optimum operating temperature of the laser diodes. In this embodiment, the microprocessor 152 is a 32-bit Cortex-MO, model STM32F030C8T6, manufacturer ST, having a sufficient number of input-output pins, analog inputs and communication interfaces. It is programmed via a special 5-pin connector, soldered to the PCB and giving access to its SWD (Serial Wire Debug) interface. Alternatively, a connection to a computer 155 may be used for this purpose. The microprocessor 152 regulates the current through the thermoelectric module by regulating the output voltage of the pulse voltage regulator 121 by means of the active voltage divider 124 and the output voltage disconnection circuit 125. The connection to the digital the divider potentiometer 124 is implemented via a 12 C communication interface. The output voltage disconnect circuit 125 is connected to the microprocessor 152 via its free digital input-output pin. When the microprocessor 152 is not active, e.g. immediately after the input voltage is applied, the tripping circuit 125 maintains the pulse voltage regulator 121 in the off state until the initialization of the digital potentiometer in the voltage divider 124.

Също така, микропроцесорът 152 може да променя посоката на тока през термоелектрическия модул чрез 4 свои изходни пина, които са свързани с транзисторите в групата от транзистори за управление на посоката на тока 126. Този начин на управление дава възможност и за изключване на термоелектрическия (ТЕС) модул чрез прекъсване на подаването на изходното напрежение на импулсния регулатор на напрежение 121 към ТЕС модула.Also, the microprocessor 152 can change the direction of current through the thermoelectric module through 4 of its output pins, which are connected to the transistors in the group of transistors to control the direction of current 126. This control method allows to turn off the thermoelectric (TES) ) module by interrupting the supply of the output voltage of the pulse voltage regulator 121 to the TES module.

Чрез връзка с цифровия вход, поддържащ ШИМ модулация, на импулсния регулатор на ток 131, микропроцесорът 152 може да променя големината на тока през лазерните диоди, както и може да изключва лазерните диоди в случай на опасност - напр. когато термоелектрическият модул не може да поддържа топлинно равновесие и работната температура на лазерните диоди стане твърде висока.By connecting to the digital input that supports PWM modulation of the pulse current regulator 131, the microprocessor 152 can change the magnitude of the current through the laser diodes, and can turn off the laser diodes in case of danger - e.g. when the thermoelectric module cannot maintain thermal equilibrium and the operating temperature of the laser diodes becomes too high.

Сензорът за температура и влага 153 е специализирана интегрална схема (напр. SHT21. производител Sensirion), която измерва и предава към микропроцесора 152 данни за температурата и влагата в корпуса на индустриалния лазер чрез подходящ комуникационен интерфейс, напр. 12 С. Тези данни се използват от микропроцесора 152 при управлението на термоелектрическия модул, вентилаторите и лазерните диоди. EEPROM-ът 154 е специализирана интегрална схема (напр. 24LC64, производител Microchip) за постоянно съхранение на ограничени количества данни, напр. конфигурационни настройки. EEPROM-ът 154 е свързан с микропроцесора 152. чрез подходящ комуникационен интерфейс, напр. 12 С.The temperature and humidity sensor 153 is a specialized integrated circuit (eg SHT21. Manufactured by Sensirion), which measures and transmits to the microprocessor 152 temperature and humidity data in the housing of the industrial laser via a suitable communication interface, e.g. 12 C. This data is used by the microprocessor 152 in the control of the thermoelectric module, fans and laser diodes. The EEPROM 154 is a specialized integrated circuit (eg 24LC64, manufactured by Microchip) for permanent storage of limited amounts of data, e.g. configuration settings. The EEPROM 154 is connected to the microprocessor 152. via a suitable communication interface, e.g. 12 С.

Връзката с компютър 155 е предназначена да осигури възможности за наблюдение, контрол и препрограмиране на електронния контролер 100 чрез стационарен или преносим компютър. Стойностите на измерените температури и влагата както данни на управлението на индустриалния лазер могат да бъдат изпращани към компютъра и архивирани за бъдещ анализ. Команди за повишаване на степента на охлаждане или активиране на аварийно изключване могат да бъдат изпращани обратно към електронния контролер 100. Връзката с компютър 155 включва конектор, даващ достъп до сериен порт (UART) на микропроцесора 152. Съпротивления със стойности от 10 кО до 20 kQ са свързани към захранването на микропроцесора 152 и поддържат състоянието на комуникационните линии в дефинирано състояние, когато няма свързан компютър.The connection to a computer 155 is designed to provide capabilities for monitoring, controlling and reprogramming the electronic controller 100 via a desktop or laptop computer. The measured temperature and humidity values as well as industrial laser control data can be sent to the computer and archived for future analysis. Commands to increase the cooling rate or activate emergency shutdown can be sent back to the electronic controller 100. The connection to computer 155 includes a connector giving access to the serial port (UART) of the microprocessor 152. Resistors with values from 10 kO to 20 kQ are connected to the power of the microprocessor 152 and maintain the state of the communication lines in a defined state when no computer is connected.

Входовете за термистори 156 (в този пример на изпълнение до 3 входа) се използват за връзка с термистори (пасивни температурни датчици), които могат да бъдат физически разположени в монтажнияThe thermistor inputs 156 (in this embodiment up to 3 inputs) are used to connect thermistors (passive temperature sensors) that can be physically located in the mounting

BG 3917 UI корпус на лазерния диод, в основната плоча или радиатора на индустриалния лазер или на друго място, подходящо за измерване на температура. Стойностите на температурата, получени от термисторите, се съхраняват в микропроцесора 152, който ги анализира, за да промени поведението на термоелектрическия модул и вентилаторите/нагревателите. Единият край на всеки термистор е свързан към аналогов вход на микропроцесора 152, а другият край е свързан към масата на печатната платка.BG 3917 UI laser diode housing, in the base plate or radiator of the industrial laser or in another place suitable for temperature measurement. The temperature values obtained from the thermistors are stored in the microprocessor 152, which analyzes them to change the behavior of the thermoelectric module and the fans / heaters. One end of each thermistor is connected to the analog input of the microprocessor 152, and the other end is connected to the ground of the printed circuit board.

Паралелно на термистора е свързан кондензатор със стойност до 100 nF (в този пример на изпълнение в корпус 0402). Между съответния аналогов вход на микропроцесора 152 и захранващото напрежение от 3.3 V на микропроцесора 152 е свързано съпротивление със стойност от 4.7 Ш до 20 kQ. Съпротивлението и термисторът образуват делител на напрежение, а кондензаторът изпълнява ролята на нискочестотен филтър.A capacitor with a value of up to 100 nF is connected in parallel to the thermistor (in this embodiment in housing 0402). A resistance of 4.7 W to 20 kQ is connected between the corresponding analog input of the microprocessor 152 and the supply voltage of 3.3 V of the microprocessor 152. The resistor and the thermistor form a voltage divider, and the capacitor acts as a low-pass filter.

Конекторът за свързване на допълнителни платки 157 е двуредов конектор със стъпка между пиновете 2.54 mm от тип IDC - в този пример на изпълнение с общо 26 пина. Пиновете са директно свързани към свободни входо-изходи на микропроцесора 152. към масата на печатната платка, към входното напрежение или към напрежението от 3.3 V, генерирано от захранващите елементи 151. С помощта на този конектор може да бъде разширена функционалността на електронния контролер 100 чрез добавяне на нови функционални блокове, реализирани посредством допълнителни печатни платки - напр. за комуникация чрез Ethernet, WiFi, или Bluetooth или за измерване на допълнителни параметри. Изходът за светодиод 158 включва транзистор (напр. 2N7002), управляван от микропроцесора 152, подходящ двупинов конектор за светодиод и три съпротивления (две съпротивления със стойност около 100 Ω и едно съпротивление със стойност около 12 Н2). Светодиодът показва състоянието на електронния контролер 100.The connector for connecting additional boards 157 is a two-row connector with a step between the pins 2.54 mm of the IDC type - in this embodiment with a total of 26 pins. The pins are directly connected to the free input-outputs of the microprocessor 152. to the ground of the printed circuit board, to the input voltage or to the voltage of 3.3 V generated by the power supplies 151. With the help of this connector the functionality of the electronic controller 100 can be extended by adding new functional blocks, realized by means of additional printed circuit boards - e.g. for communication via Ethernet, WiFi, or Bluetooth or for measuring additional parameters. The LED output 158 includes a transistor (e.g., 2N7002) controlled by the microprocessor 152, a suitable two-pin LED connector, and three resistors (two resistors with a value of about 100 съ and one resistance with a value of about 12 H2). The LED indicates the status of the electronic controller 100.

На фигура 2 е показана примерна техническа реализация на индустриален лазер 200, използващ предложения електронен контролер за управление на индустриален лазер 100. Посредством проводниците 212 и превключвателя на захранването 211, захранването 210 е свързано към електронния контролер 100. То може да има изходно напрежение от 9 V до 28 V DC и трябва да може да осигури ток с достатъчна големина, за да захрани термоелектрическия (ТЕС) модул 220, лазерните диоди 260 и вентилаторите и нагревателите 250. Захранването 210 е свързано към електрическата мрежа, която обикновено е с напрежение 110 V-240 V в зависимост от географския регион. ТЕС модулът 220 е свързан към електронния контролер 100 чрез проводниците 221. До три термистора 240 могат да бъдат свързани към електронния контролер 100 за измерване на температурите на корпуса на лазерните диоди, основната плоча или радиатора или корпуса на индустриалния лазер 200. Вентилаторите и нагревателите 250 се управляват от електронния контролер 100. Вентилаторите осигуряват въздушен поток за понижаване на температурата на основната плоча или радиатора, а нагревателите повишават температурата в корпуса на индустриалния лазер 200 в случай на нужда. Един или повече лазерни диоди 260 са свързани към електронния контролер 100. В случай на прегряване или друга аварийна ситуация, чрез връзката с импулсния регулатор на ток 131 (фиг. 1), електронният контролер 100 може да изключи лазерните диоди 260. Компютърът за наблюдение, контрол и настройка 280 се свързва към електронния контролер 100, намиращ се вътре в индустриалния лазер 200, посредством връзката с персонален компютър 155 (фиг. 1). Наличието на компютър за наблюдение, контрол и настройка 280 не е задължително. Този компютър може да се използва за непрекъснато следене на работните характеристики или само по време на първоначалната настройка на електронния контролер 100. Като допълнителна функция, компютърът за наблюдение, контрол иFigure 2 shows an exemplary technical implementation of an industrial laser 200 using the proposed electronic controller to control an industrial laser 100. By means of the wires 212 and the power switch 211, the power supply 210 is connected to the electronic controller 100. It may have an output voltage of 9 V to 28 V DC and must be able to provide a current of sufficient magnitude to supply the thermoelectric (TEC) module 220, the laser diodes 260 and the fans and heaters 250. The power supply 210 is connected to the mains, which is usually 110 V -240 V depending on the geographical region. The TES module 220 is connected to the electronic controller 100 via wires 221. Up to three thermistors 240 may be connected to the electronic controller 100 for measuring the temperatures of the laser diode housing, the base plate or the radiator or the industrial laser housing 200. The fans and heaters 250 are controlled by the electronic controller 100. The fans provide air flow to lower the temperature of the base plate or radiator, and the heaters raise the temperature in the housing of the industrial laser 200 in case of need. One or more laser diodes 260 are connected to the electronic controller 100. In case of overheating or other emergency, by connecting to the pulse current regulator 131 (Fig. 1), the electronic controller 100 can turn off the laser diodes 260. The monitoring computer, control and tuning 280 is connected to the electronic controller 100 located inside the industrial laser 200 via the connection to a personal computer 155 (Fig. 1). The presence of a computer for monitoring, control and adjustment 280 is not required. This computer can be used for continuous monitoring of performance or only during the initial setup of the electronic controller 100. As an additional feature, the computer for monitoring, control and

BG 3917 UI настройка 280 може да извършва актуализация на фърмуера на електронния контролер 100. когато това е необходимо.BG 3917 UI setting 280 can update the firmware of the electronic controller 100. when necessary.

На фигура 3 е показана примерна техническа реализация на индустриален лазер 300, в която е илюстрирано взаимното разположение на термоелектрическите (ТЕС) модули 330, монтажните корпуси 310 на лазерните диоди 320, основната месингова/алуминиева охлаждаща плоча или радиатор 340 и вентилаторите 350.Figure 3 shows an exemplary technical implementation of an industrial laser 300, which illustrates the mutual arrangement of the thermoelectric (TEC) modules 330, the mounting housings 310 of the laser diodes 320, the main brass / aluminum cooling plate or radiator 340 and the fans 350.

Приложение на полезния моделApplication of the utility model

Предложеният полезен модел намира приложение в конструирането на едноцветни или многоцветни индустриални лазери, работещи с напрежение от електрическата мрежа или външни акумулаторни батерии. Тези индустриални лазери се използват без прекъсване за създаване на пътна маркировка на закрити и открити места, за насочване на движещи се обекти и инструменти в пространството, за визуално обособяване на работни зони и зони за безопасност, и др.The proposed utility model finds application in the construction of single-color or multi-color industrial lasers operating with mains voltage or external batteries. These industrial lasers are used without interruption to create road markings in indoor and outdoor areas, to direct moving objects and tools in space, to visually delineate work areas and safety areas, and more.

Електронен контролер за управление на индустриален лазер предлага компактно и надеждно решение за управлението на един или повече лазерни диоди, включително поддържането на оптимална работна температура в корпуса на индустриалния лазер.An electronic industrial laser controller offers a compact and reliable solution for controlling one or more laser diodes, including maintaining an optimal operating temperature in the industrial laser housing.

Производството на електронния контролер се осъществява чрез обичайните за електронни изделия производствени стъпки и процеси.The production of the electronic controller is carried out through the usual production steps and processes for electronic products.

Claims

An electronic controller for controlling an industrial laser (100), comprising: an input unit (110);

thermoelectric module control unit (120);

a laser diode control unit (130);

fan and heater control unit (140); and a microprocessor unit (150) including a microprocessor (152);

characterized in that:

the thermoelectric module control unit (120) includes:

a pulse voltage regulator (121) with an active voltage divider (124), the active voltage divider (124) comprising a digital potentiometer connected to the microprocessor (152), an output voltage switching circuit (125) connected to the microprocessor ( 152), and a group of current control transistors (126), this group comprising at least four MOSFET transistors connected to the microprocessor (152) and the outputs of these four MOSFET transistors connected to a two-pin thermoelectric module output connector;

the laser diode control unit (130) includes a pulse current regulator (131) with a digital input connected to a free digital output of the microprocessor (152); and the microprocessor unit (150) includes a connection to a computer (155), which in turn includes a connector.