Драйвер лазерного диода из указки. Что такое драйвер и что нужно для питания Лазерного Диода. Читать в первую очередь

Микросхема драйвера лазера занимает в лазерном принтере одну из ключевых позиций, ведь именно к ее функциям относится включение/выключение лазера, стабилизация мощности лазерного луча, защита лазера от превышения тока. Другими словам, работающий блок лазера – это, в первую очередь, исправный и правильно функционирующий драйвер лазера. На сегодняшний день производителями элементной базы предлагается достаточное количество самых разнообразных драйверов лазера с разнообразными характеристиками. Но, несмотря на все многообразие предложений по драйверам лазера, производители лазерных принтеров в своих изделиях используют ограниченный набор микросхем для управления лазерным светодиодом. Получается, что всего несколько микросхем используется для производства подавляющего большинства современных лазерных принтеров разных моделей от всех мировых брэндов. Одним из таких базовых драйверов, который используется, чуть ли не в половине всех современных лазерных принтеров, является микросхема 65ALS543. Именно о ней и пойдет наш дальнейший разговор.

В рамках данной статьи мы не будем рассказывать об общих принципах функционирования блока лазера – это известно любому специалисту, мало-мальски знакомому с лазерной печатью. Мы сразу же переходим к обсуждению микросхемы драйвера лазера. Как мы уже отмечали, микросхем 65ALS543 используется очень широко в самых разных принтерах. Кроме того, анализ запросов, посылаемых сервисными специалистами в различные конференции и форумы, посвященных оргтехнике, говорит об интересе к этой микросхеме, а также о том, что имеется потребность в ее диагностировании. К сожалению, документации (так называемого, DataSheet"а) на данный драйвер лазера не существует (по крайне мере, к нему нет широкого доступа и скачать его через Internet невозможно). Мы постараемся устранить этот информационный пробел, рассказав об этой микросхеме то, что нам известно. Сразу же оговоримся, что мы также не имеем доступа к официальной информации об этом драйвере, поэтому расскажем только о своем практическом опыте, своих наблюдениях и поделимся всем, что удалось найти и узнать об этой микросхеме.

Драйвер лазера предназначен для управления лазерным светодиодом. Если выражаться точнее, то основными функциями драйвера лазера являются:

- включение и выключение лазера в соответствии с приходящими сигналами управления;

- контроль мощности светового потока лазера;

- регулировка и стабилизация тока лазера, т.е. стабилизация мощности излучения;

- ограничение тока лазера, т.е. защита лазера.

Лазерное излучение формируется лазерным светодиодом, на который в качестве питающего напряжения подается +5В. Это напряжение прикладывается к аноду светодиода, а его катод подключен непосредственно к одному из выводов микросхемы драйвера лазера. Поэтому для включения лазера этот вывод микросхемы переводится в "низкий" уровень, что обеспечивает создание падения напряжения на лазерном светодиоде, а значит, обеспечивает протекание тока через него. Таким образом, в составе микросхемы драйвера лазера имеется встроенный транзистор (рис.1), выполняющий функцию ключа, управляющего включением/выключением лазера, а также осуществляющего регулировку тока лазерного светодиода.

Рис.1

На лазерном светодиоде должно создаваться падение напряжения около 2.5В (обычно 2.2В), поэтому при включенном лазере, на выводе микросхемы, который обычно обозначается LD (Laser Diode), можно контролировать напряжение порядка 3В.

Величина тока, протекающего через светодиод, определяет мощность светового потока, т.е. определяет яркость лазерного луча. Для обеспечения контроля этой мощности и стабилизации излучения имеется датчик светового потока - фотодетектор. Этот фотодетектор представляет собой фотодиод, который устанавливается с тыльной стороны лазерного светодиода. Так как светодиод обеспечивает излучение и в обратную сторону, то и мощность "прямого" и "обратного" световых потоков прямо пропорциональны. Фотодетектор и лазер расположены в корпусе "лазерной пушки", т.е. представляют собой монолитную структуру. Сигнал от фотодетектора подается на вход микросхемы драйвера лазера, и этот контакт называется PD (Photo Detector) (рис.2).

Рис.2

Контакт PD соединен с внутренним компаратором драйвера лазера, и его напряжение сравнивается с внутренним опорным напряжением (Vref), что позволяет оценить мощность светового потока лазера.

Общая блок-схема драйвера лазера 65ALS543 представлена на рис.3.

Рис.3

Но это мы описали работу драйвера лазера лишь в общих чертах, чтобы понять его базовые принципы функционирования. Теперь попробуем разобраться в некоторых деталях, которые позволят нам более осознанно подходить к процессу диагностирования драйвера лазера.

Выходной каскад

Эквивалентная схема выходного каскада драйвера лазера представлена на рис.4.

Рис.4

Выходной каскад современных драйверов лазера строится по схеме токового зеркала. Такое исполнение позволяет обеспечить очень точную подстройку тока лазера, позволяет иметь линейную зависимость выходного тока от входного управляющего тока, позволяет обеспечить высокую термостабильность схемы (что, кстати, очень важно для лазера, т.к. его параметры находятся в сильной и прямой зависимости от температуры).

Величина тока лазерного светодиода (ILD) определяется как сумма токов ISWO и IBIAS, т.е. ILD=ISWO+IBIAS. Ток ISWO задается токовым зеркалом, и этот ток, в свою очередь, пропорционален управляющему току ISW и он больше тока ISW в кратное количество раз (однако эта кратность для 65ALS543 нам неизвестна). Свою очередь, величина тока ISW определяется двумя основными параметрами:

- величиной сигнала от фотодетектора PD, т.е. зависит от выходной мощности лазера;

- максимальной допустимой величиной тока лазера (ISWI).

Максимально допустимая величина тока лазера ISWI задается внешним резистором RS, подключаемым к конт.1. Увеличение номинала резистора RS приводит к уменьшению тока лазера.

Вторым током, напрямую влияющим на ток лазера, является ток смещения IBIAS, величина которого задается управляющим напряжением VB и внешним резистором RB. Напряжение VB может формироваться разными способами: оно может быть сформировано внутренними источниками опорных напряжений самого драйвера лазера, или может формироваться внешними схемами, что дает возможность гибкого управления лазером. В практически схемах современных принтеров (на примере принтеров HP и Canon) ток IBIAS не используется, т.е. он равен нулю и не оказывает влияния на ток лазера. В случае, когда ток IBIAS не используется, контакты VB (конт.4) и RB (конт.3) должны оставаться свободными, т.е. должны «висеть в воздухе» и никуда не должны подключаться.

Среди внешних элементов выходного каскада драйвера лазера, отметим два.

Во-первых, это нагрузочный резистор, обозначенный на рис.4 как RL. Этот резистор подключается между минусом токового зеркала и питающим напряжением лазерного светодиода +5V. Величина тока, протекающего через этот резистор, пропорциональна току ISW, т.е. пропорциональна тока лазера. Наличие этого резистора позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую на микросхеме драйвера лазера. Номинал этого резистора рассчитывается, исходя из величины предельного допустимого тока лазера, величины питающего напряжения и величины напряжения на выходе токового зеркала. Характеристики драйвера 65ALS543 доподлинно неизвестны, но исходя из номинала резистора RL, используемого в большинстве практических схем, можно говорить, что максимальная величина тока лазера составляет около 100 мА. При этом номинал резистора RL равен примерно 20 Ом. Все эти цифры получены в результате анализа параметров аналогичных микросхем драйвера лазера.

Во-вторых, необходимо обратить внимание на демпфирующую цепь (снаббер), состоящую из резистора Rd и конденсатора Cd. Данная цепь обеспечивает подавление всплесков напряжения при переключении светодиода. Это позволяет обеспечить защиту как лазерного светодиода, так внутренних транзисторов драйвера лазера от пробоев, хотя в первую очередь введение демпферной цепи призвано повысить качество изображения. Подавление демпферной цепью всплесков напряжения на лазерном светодиоде, приводит также и к устранению случайных световых импульсов лазерного светодиода, что оказывается чрезвычайно важным при формировании изображения с высокой разрешающей способностью. Параметры элементов Rd и Cd определяются, в первую очередь, рабочей частотой лазера, т.е. скоростью печати и разрешающей способностью принтера.

Управление драйвером

Прежде чем говорить о методах управления драйвером лазера, напомним общие принципы формирования изображения, которые являются наиболее важными для понимания функционирования драйвера лазера.

Для сканирования поверхности фотобарабана лазерным лучом предназначено вращающееся многогранное сканирующее зеркало (Polygon Mirror), которое представляет собой металлическую призму с хорошо отполированными гранями. В различных моделях лазерных принтеров это зеркало имеет разное количество граней – от 2 до 6. Каждая грань этого зеркала формирует одну строку изображения на фотобарабане.

Во время формирования строки лазер включается и выключается драйвером лазера по командам либо от микроконтроллера принтера, либо от микропроцессора обработки данных (от форматера). При включении лазера соответствующий участок фотобарабана засвечивается, и впоследствии этот участок должен быть черным. Таким образом, управление лазером должно осуществляться только в те моменты времени, когда сканирующее зеркало занимает положение, при котором отраженный луч будет попадать на фотобарабан, т.е. работа лазера должна четко синхронизироваться с положением вращающегося зеркала. Для такой синхронизации в блоке сканер/лазера предусмотрен датчик оптической синхронизации (BEAM или SOS). Этот датчик является фотодетектором, реагирующим на световой поток. Датчик BEAM (SOS) расположен так, что попадающий на него световой поток лазера соответствует началу строки, т.е. сигнал от этого датчика разрешает формирование строки изображения.

Микросхема управляется четырьмя сигналами, приходящими от микроконтроллера механизмов и от форматера. Эти сигналы называются CNT0, CNT1, VDO, #VDO (знак # обозначает, что сигнал активен "низким" уровнем). Сигналы CNT0, CNT1 формируются микроконтроллером механизмов и являются сигналами для "служебного" управления лазером. А сигналы VDO и #VDO генерируются микросхемой форматера и являются данными для управления лазером. Эти сигналы формируются в соответствии с данными из ОЗУ принтера – так называемого буфера печати. На рис.5 в качестве примера представлена блок-схема, поясняющая взаимодействие элементов принтера при управлении лазером.

Рис.5

Представленная блок- схема соответствует принтеру HP LaserJet 1100. Представленный вариант схемотехники является традиционным, которого и придерживается большинство производителей лазерных принтеров, хотя нельзя утверждать, что такое построение единственно возможное. В большинстве современных принтеров используется логика с питанием 3.3 В, поэтому все эти сигналы имеют уровни до 3.3 В.

При управлении лазером можно выделить несколько периодов:

1) Определение начала строки и контроль мощности светового потока.

2) Формирование полей на краях листа (рис.6).

3) Формирование строки.

Рис.6

Для синхронизации работы лазера с положением вращающегося зеркала Polygon Mirror вводится период поиска и определения начала строки. Для этого лазер включается на достаточно продолжительный период времени до тех пор, пока датчик BEAM/SOS не выдаст импульс низкого уровня, что соответствует такому положению зеркала, при котором луч лазера приходится на начало строки, точнее сказать, - через определенный момент времени после этого импульса лазер займет позицию в начале строки (эта временная задержка рассчитывается при проектировании принтера и учитывает скорость вращения зеркала и временные задержки электронных схем). На этом этапе лазер включен и через него протекает фиксированный ток, задаваемый микросхемой драйвера лазера, и поэтому этот период можно использовать и для определения мощности светового потока с помощью фотодетектора PD. Сигнал от PD подается на драйвер лазера, который проводит процедуру автоматической подстройки мощности лазера (APC).

После того, как датчик BEAM/SOS сформировал импульс начальной позиции зеркала, лазер выключается на фиксированный период времени для формирования белого поля с левого края. Далее лазер начинает включаться и выключаться, формируя строку изображения в соответствии с сигналами VDO и #VDO. После того, как все точки строки будут сформированы, лазер выключается для формирования белого поля с правого края. Через определенный период времени после этого луч снова генерируется для поиска начала следующей строки. Временная последовательность управления лазером при формировании изображения представлена на рис.7.

Рис.7

Микросхема драйвера лазера обеспечивает четыре режима работы, определяемые состоянием сигналов CNT0 и CNT1, которые формируются микроконтроллером принтера:

1. Режим сброса (Reset).

2. Режим автоматического управления мощностью лазера (APC).

3. Маскируемый режим (Masking).

4. Немаскируемый режим (Unmasking).

Соответствие режимов и состояний сигналов CNT0 и CNT1 приводится в таблице 1.

Таблица 1.

В режиме сброса (Reset) лазер полностью выключен и никак не управляется. В этот режим лазер переводится в те моменты времени, когда принтер не печатает и находится в состоянии ожидания, а также в моменты передачи данных на принтер от ПК.

В немаскируемом режиме (Unmasking) лазер разрешен для работы, и он управляется сигналами VDO и #VDO. Этот режим соответствует формированию строки изображения при распечатке данных из оперативной памяти принтера, т.е. в этот режим лазер периодически переводится в момент печати. Мощность лазерного светодиода в этом режиме определяется значением, полученным на этапе APC. Сигналы VDO и #VDO – это дифференциальные сигналы, что повышает помехоустойчивость схемы и предотвращает случайные ошибки при управлении лазером, обусловленные высокочастотными помехами. Эти сигналы поступают на вход внутреннего дифференциального усилителя, который формирует на своем выходе цифровой дискретный сигнал, разрешающий или запрещающий включение лазера. Начальное смещение сигналов VDO и #VDO составляет примерно 1.2 и 1.8 В соответственно. Для включения лазера сигнал VDO должен быть установлен в "высокий" уровень, а сигнал #VDO – в низкий, причем это должно происходить одновременно. В результате, чтобы лазер мог включаться форматером принтера, необходимо такое соотношение сигналов CNT0, CNT1, VDO и #VDO, которое представлено на рис.8.

Рис.8

Режим APC используется для оценки мощности светового потока лазерного светодиода, т.е. режим APC можно считать периодом измерения В соответствии со значением мощности, полученным в этом режиме, настраивается величина тока лазерного светодиода на время формирования строки изображения. Таким образом, этот режим работы предшествует каждой строке изображения. В режиме APC лазер включен и через него течет фиксированный ток (см. выше). Мощность светового потока измеряется фотодетектором PD. Далее сигнал от PD используется схемой квантования, которая управляет величиной тока заряда конденсатора CH. Этот конденсатор является "запоминающим", т.е. напряжение на нем будет определять величину тока лазера в режиме Unmasking при формировании всей строки. Другими словами, конденсатор запоминает величину тока лазера для последующей строки изображения. Чем выше напряжение на конденсаторе СH, тем больше мощность светового потока лазера.

В маскируемом режиме лазер выключается, независимо от состояния сигналов VDO и #VDO. В то же самое время лазер не выключается полностью, как это происходит в режиме Reset. В режиме Masking через лазерный светодиод может протекать ток смещения IBIAS. Режим Masking используется для формирования белых полей по краям листа.

На рис.9 представлена временная диаграмма сигналов управления драйвера 65ALS543 для всех рассмотренных режимов работы.

Рис.9

Схема квантования

Схема квантования с запоминанием (а в англоязычной литературе схема Sample/Hold) очень тесно связана с режимом автоматической подстройки мощности лазера – режимом APC. А если быть более точным, то именно схемой квантования осуществляется измерение мощности светового потока лазера и осуществляется его коррекция. Работа схемы квантования состоит из двух этапов:

- Sample – период измерения;

- Hold – период удержания.

На этапе Sample схема квантования измеряет мощность светового потока лазера, определяет необходимость увеличения мощности лазера или, наоборот, снижения мощности, после чего полученный результат запоминается во внешней памяти, роль которой играет внешний конденсатор CH. Все это происходит в период APC, который соответствует моменту поиска начала строки изображения.

На этапе Hold осуществляется считывание записанной в конденсатор CH информации, которая используется для задания тока лазера, т.е. для управления величиной тока ISW. Таким образом, этап Hold соответствует периоду формирования строки изображения, т.е. соответствует периодам Unmasking и Masking. Соответствие основных периодов управления лазером этапам Sample и Hold отражено на рис.9.

Общий вид схемы квантования представлен на рис.10.

Рис.10

Одним из важнейших элементов схемы квантования является компаратор, который сравнивает сигнал, полученный от фотодетектора PD с некоторым опорным напряжением, которое условно назовем VR. Напряжение VR подается на один из контактов драйвера лазера (т.е. ему соответствует внешний вывод микросхемы), поэтому данное напряжение можно, в принципе регулировать, что, в итоге, будет приводить к изменению мощности лазера. Однако на практике производители предпочитают на контакт VR подавать опорное напряжение, сформированное внутренним высокостабилизированным и прецизионным источником опорного напряжения. Это позволяет обеспечить точность и неизменность результатов производимых измерений. Таким образом, величину VR можно считать неизменной. В 65ALS543 таким опорным напряжением является 1.4 В, устанавливаемое на конт.5.

На второй вход компаратора подается напряжение, которое мы условно назовем VM. Напряжение VM – это напряжение, прямо пропорциональное величине сигнала фотодетектора PD (VM и получают из напряжения PD). Но на величину сигнала PD оказывает еще влияние и резистивный делитель, подключенный к контакту RM, т.е. напряжение VM – это напряжение PD, уменьшенное на величину, определяемую внешним делителем. Для получения возможности регулировать параметры лазера, к контакту RM подключают переменный резистор. Установка этого резистора является заводской регулировкой, осуществляемой для подстройки каждого конкретного лазерного светодиода. В полевых условиях регулировка этого резистора осуществляться не должна (но практика говорит о том, что в некоторых случаях регулировка этого резистора является очень эффективным способом «оживить» лазерный принтер). Переменный резистор может быть один (как у большинства производителей), так их может быть и два (как у Canon и HP). Если используется два переменных резистора, то один из них является «грубой» регулировкой, а второй – точной подстройкой. Как показывает практика, вращение по часовой стрелке этих резисторов приводит к увеличению мощности лазера.

Итак, компаратор сравнивает два напряжения: VR и VM. Происходит это в период APC, т.е. когда через лазер протекает некоторый фиксированный ток.

Если напряжение VM>VR, то это говорит о значительной мощности сигнала от фотодетектора и необходимости уменьшить ток через лазер. В результате, на выходе компаратора формируется сигнал, который приводит к активизации цепи разряда конденсатора CH (рис.11).

Рис.11

Если напряжение VM

Все это соответствует этапу Sample. Таким образом, после окончания этапа Sample на конденсаторе CH устанавливается напряжение, величина которого пропорциональна мощности светового потока лазера.

Далее наступает этап удержания Hold. При этом вывод CH переводится в высокоимпедансное состояние, в результате чего напряжение на конденсаторе CH фиксируется на уровне, установившимся во время Sample. Это напряжение прикладывается ко входу внутреннего компаратора, задающего тока лазера, а именно величину тока ISW (см выше обсуждение выходного каскада драйвера лазера). Другими словами, компаратор «считывает информацию, записанную в конденсаторе». Заданная величина тока действует до следующего периода измерения, т.е. до следующего этапа Sample.

Здесь необходимо отметить всю важность конденсатора CH и важность его характеристик. Утечка конденсатора CH может приводить к тому, что лазер не будет светить, и дело будет совсем не в лазере и не в микросхеме драйвера. Как показывают практические измерения, номинальное напряжение на СH драйвера 65ALS543 находится в диапазоне 0.9...1.2 В. Это напряжение изменяется при регулировках переменных резисторов.

Теперь, когда почти все основы функционирования драйвера лазера рассмотрены, переходим непосредственно к методикам его проверки. В качестве примера практической реализации микросхемы 65ALS543, на рис.12 представлена принципиальная схема драйвера лазера принтера HP LaserJet 1100. На схеме имеются обозначения TP – это контрольные точки платы.

Рис.12

Так как лазерное излучение является видимым излучением (но на крышке этого блока как раз указывается наоборот, т.е. сообщается, что излучение невидимое), то его проверка может быть проведена, в том числе, и визуальным способом (но имеются принтеры, в которых лазер работает и в невидимом инфракрасном диапазоне), но об этом чуть позже. А, прежде всего, необходимо сказать о технике безопасности. Лазерное излучение не является безопасным для человека и может стать причиной травмы глаз, повредив сетчатку глаза. Поэтому при работе с лазерным блоком необходимо быть особенно осторожным, особенно при работе со снятыми крышками. Ни в коем случае не направляйте лазер в сторону своего лица и в сторону других людей. Постарайтесь таким образом оборудовать свое рабочее место, чтобы возможное лазерное излучение приходилось в сторону от людей, а лучше всего – в стену. Уберите со своего рабочего стола зеркала и другие отражающие поверхности, например хромированные инструменты и т.п.

Хочется отметить еще такой момент. Диагностика драйвера лазера неотрывно связана с проверкой самого лазера, поэтому ниже рассмотрим, как проверить абсолютно все элементы лазерной системы принтера.

Для обеспечения наглядности, описание проверки элементов лазерной системы мы будем приводить с привязкой к конкретному устройству – драйверу лазера принтера HP LaserJet 1100, электрическая схема которого представлена на рис.12.

Методики проверки лазерного светодиода

Методика №1. Простейшая проверка работы лазера заключается в визуальном контроле светового потока от лазера во время печати. Для этого необходимо будет включать принтер при всех снятых крышках корпуса и при снятой крышке блока лазера. Сам блок лазера снимать не нужно, а также не нужно снимать его отдельные элементы и ослаблять какие либо винты. Не забывайте о технике безопасности! Итак, при снятых крышках распечатайте что угодно (лист конфигурации, Engine тест, любое задание от ПК), но лучше всего пошлите на принтер задание в виде сплошной черной страницы. Когда произойдет захват листа, и его середина дойдет до картриджа, установите прямо перед лазером кусочек белого листа. В течение небольшого периода времени вы сможете наблюдать на бумаге маленькую красную точку, после чего лазер выключается и принтер переходит в состояние фатальной ошибки. Для сброса ошибки необходимо будет выключить и снова включить принтер. Необходимо отметить, что красная точка, которую необходимо увидеть, имеет достаточно малую интенсивность, т.е. увидеть ее не так уж и просто, особенно если в помещении достаточно светло. Поэтому при проведении данной проверки желательно сделать так, чтобы в вашей лаборатории было достаточно темно.

Методика №2. Проверка проводится при выключенном принтере. В этом случае также можно работать при снятой крышке блока лазера (но может быть вам будет удобнее работать, сняв плату драйвера лазера). Для проверки работы лазера понадобиться внешний регулируемый источник напряжения. Установите выходное напряжение источника на величину 2В, значение тока стабилизации задайте в районе 100 мА. Вывод «+» источника питания подключите к аноду лазера, обозначаемому часто как COM (конт.1 разъема J802 на рис.12). Вывод «-» источника питания подключите к катоду лазера, часто обозначаемому как LD (конт.2 разъема J802 на рис.12). Если лазер исправен, то при включении источника питания можно проконтролировать световое излучение лазера. Поместите перед лазерной пушкой кусочек белой бумаги, на котором будет наблюдаться красная точка. Увеличение приложенного к лазеру напряжения должно приводить к возрастанию мощности светового потока, а уменьшение напряжения – к уменьшению светоотдачи лазера. При уменьшении напряжения до 1.7 В лазер выключается – его ток в этом случае становится меньше тока накачки. Внимание! Не увеличивайте напряжение, приложенное к лазерному светодиоду, свыше 2.5 В. Это может привести к его повреждению. Можно отметить еще такой момент. Для ограничения тока через лазерный светодиод на безопасном уровне, при его подключении к источнику питания желательно использовать последовательно включенный резистор.

Методика проверки фотодетектора

Проверять фотодетектор, расположенный с тыльной стороны лазера можно только при включенном лазере. Поэтому сделайте все так, как это было рассмотрено в методике №2 проверки лазера. Только при этом еще необходимо проводить измерение уровня напряжения на конт.3 разъема J802. Вывод фотодетектора на печатной плате часто обозначается как PD. Уровень напряжение на выходе фотодетектора можно измерять относительно "общего" вывода, например конт.4 разъема J802. Увеличение напряжения, приложенного к лазеру должно приводить к увеличению напряжения, снимаемого с фотодетектора, и, соответственно, наоборот, при уменьшении.

Методика проверки микросхемы драйвера лазера

Диагностику микросхемы драйвера лучше всего начинать традиционно – с визуального осмотра, хотя разрушение корпуса драйвера – это нечто выходящее за рамки возможного, но и исключать, например, электростатического пробоя тоже нельзя.

Если визуальный осмотр не дал никаких результатов, следует переходить к «прозвонке» микросхемы на предмет выявления различных внутренних электрических пробоев основных каскадов. Здесь необходимо проверить на отсутствие пробоев на «землю» следующие контакты драйвера лазера 65ALS543:

- контакт первого питающего напряжения VCC1 (конт.8);

- контакт второго питающего напряжения VCC2 (конт.20);

- выводы выходного каскада (конт.18 и конт.19).

Все эти измерения должны показать отсутствие короткого замыкания между соответствующими контактами и землей. Даже наличие малого сопротивления во время измерения должно насторожить специалиста, ведь этого быть не должно.

Если пробой и короткие замыкания отсутствуют, то можно переходить к диагностике функционирования драйвера лазера. Все проверки удобно проводить при включенном принтере и снятых крышках с блока лазера. Здесь проверку можно осуществлять в несколько этапов.

1) Достаточно уверенно можно говорить об исправности драйвера лазера в том случае, если нормально функционирует его внутренние источники опорного напряжения. На внешние контакты выводится только одно опорное напряжение драйвера лазера. Проконтролировать его возможно на конт.5. Итак, включаем принтер и с помощью тестера контролируем величину напряжения на конт.5. оно должно быть примерно 1.4В. Отсутствие этого напряжения или сильное несоответствие его указанному значению говорит о неисправности микросхемы.

Кроме того, не мешает еще раз проконтролировать и стабильность питающего напряжения, прикладываемого к конт.8 и конт.20. Это напряжение должно быть около 5В.

На конт.18 (LD) должно наблюдаться напряжение 3.7...4.1В. Наличие этого напряжения говорит об исправности лазера и отсутствие в нем обрыва цепи.

На входных контактах сигналы VDO и VDO# должно установиться в свои рабочие уровни. Для сигнала VDO – это 1.2...1.7 В, а для сигнала VDO# - это 1.8...2.0 В. Но здесь необходимо понимать, что отсутствие этих сигналов, или их значительное несоответствие указанным значениям может говорить не только о неисправности драйвера лазера, но и о наличии проблем с форматером, соединительными разъемами и т.п.

2) В момент включения принтера, или в момент начала печати, драйвер лазера должен включить лазер. И даже если лазер не включается и возникает фатальная ошибка, то в начальный момент времени (пусть даже и очень короткий) у исправного драйвера лазера на соответствующих контактах должны появиться правильные напряжения. Итак, в эти моменты времени необходимо проконтролировать напряжения, указанные в табл.2 (измерения проводятся обычным тестером, хотя наличие осциллографа можно только приветствовать).

Таблица 2.

3) Проверку драйвера лазера 65ALS543 можно осуществлять и методом его принудительного включения. При этом контролируется либо наличие сигналов в соответствующих контрольных точках, либо свечение лазера.

Исправность микросхемы оценивается по работе в режиме APC. При включенном принтере, когда он находится в режиме ожидания, сигналы CNT0 и CNT1 установлены в "низкий" уровень. При этом микросхема драйвера 65ALS543 находится в режиме Reset. Для перевода драйвера лазера в режим APC необходимо установить сигнал CNT1 в "высокий" уровень. Чтобы это сделать понадобится лабораторный источник питания, на выходе которого нужно задать напряжение 3.3 В.

Сформированный таким образом сигнал логической «1» необходимо приложить к конт.12 микросхемы 65ALS543 (CNT1). При исправной микросхеме и исправном лазерном светодиоде это должно привести к включению лазера, что можно оценить по наличию его излучения (как это сделать мы говорили выше). Кроме того, о включении лазера можно узнать и по появлению соответствующих напряжений на соответствующих контактах драйвера лазера. В случае контроля напряжений на контактах драйвера лазера следует обратиться к информации, изложенной в табл.2.

Вот, пожалуй, мы и рассмотрели основные методики проверки лазера и драйвера лазера 65ALS543. Хочется отметить, что, конечно же, схемы включения драйвера лазера могут быть различными в разных моделях принтеров, но вот методы проверки в любом случае оказываются одинаковыми. Надеемся, что теперь у наших читателей не будет сложностей с диагностикой блока лазера лазерных принтеров, МФУ и цифровых копировальных аппаратов.

1. Небольшое вступление.

Давным давно, на сайте лазерорг, была выложена интересная схемка драйвера питания синего лазерного диода. Выложил ее пользователь под ником ArtDen . За основу взят чип tps61030 от компании техас инструментс. (стоит около 150-250руб). На первый взгляд схема подкупает своей простотой, небольшим количеством обвески. Но это не совсем так. Одному Богу известно сколько этих чипо в было спалено. В итоге, после сбора, не все умудрялись стабильно запустить драйвер, как правило выгорала микросхема, а иногда даже и ЛД диоды отправлялись на тот свет.

2. Характеристики драйвера

Внимание! Этот драйвер нельзя включать без нагрузки или некачественно (без пайки) подключать к нагрузке! Такое включение убивает микросхему!

1.Диапазон входного напряжения зависит от ЛД (445 нм) для сини это 1.8...5В, для фиолета (405нм) - 1.8...5.5В.
2.Напряжение на выходе 5 вольт.
3.При запитке синего лд 1ватт ток на выходе 1.3а. (Снимали до 2а.) Ток регулируется резистором R2.
4.Ток потребляния 3-4а.
5.КПД 72-80%

3. Схема и детали

Рис.1 Схема драйвера для синего лазера


Рис.2 Печатка. Автор Squork


Рис. 3 Еще печатка от Alex72

Рис. 4 Сама микросхема, точкой показана нога 1.

Плановые детали, по возможности, лучше купить новые, что благоприятно скажется на работе драйвера. Критичные детали - позиции 1;2;6;8 При установке диода позиция №2 РЕЗИСТОР 22кОм НЕ НУЖЕН !

4. Причины нестабильной работы и перегорания.

Разберем причины из за которых чип выходит из строя. Для их выявления мне пришлось сжечь не одну микруху.

Ты будешь арать как сука, когда почуешь этот пренеприятный горелый запах! =)

1. Подключение без нагрузки - 100% дохлая микросхема. Автор, впервые выложивший эту схему, предупреждает об этом, все же я тоже проверил =) Если и вы рискнете так подключить, услышите этот звык "ПЫЩ", а микросхема испустит клуб дыма.
2. Дроссель ниже 4.a, или нонейм дроссель. Дроссель лучше купить и не рисковать. При нагрузке драйвера 1.5-2 ватта можно наблюдать как дроссель нагревается. Затем происходит насыщение дросселя, микросхема уходит в защиту и при последующем включение получаете ПЫЩ! Дроссель необходим не менее 4А по току.
3. Кривая пайка и тонкие длинные дорожки, иногда они убивают микросхему. Желательно покрывать дорожки тонким слоем припоя.
4. Нестабильный контакт по время замеров тока, или забытие выставить на мультиметре функцию замеров тока, получаете пункт 1. Если решились на замеры, тщательно проверяйте контакты. Тесты можно проводить с резистором 3-ома, дохлым синим лд.

По поводу умирание микры поговорили, теперь по поводу нестабильной работы. Иногда драйвер начинает пульсировать, нет стабилизации по току, диод мигает. Иной раз не выходит из софт старта, на выходе получаем малую мощность. А иной раз вообще не включается.

1. Нестабильная работа, диод меняет яркость гаснет и включается, нет стабилизации по току. Это происходит в следствии неправильной работы дросселя (скорее всего ваш дроссель ниже 4А), либо диод VD1 нонэйм не рассчитаный для данного устройства. Так же может быть, если ваш ЛД уже почти мертвый, при этом драйвер исправен.
2. Конденсаторы на выходе лучше танталовые иначе может вообще не включиться, или включиться но должной мощности на лазерном диоде не получите.
3. Кривая пайка так же может стать причиной нестабильной работы.

5. Подключение драйвера.

Рис. 5 Лазер в процессе сборки. Дроссель и R2 с обратной стороны платки.


Рис. 6 Луч лазера. В моем варианте 1.7-1.8ватт (R2-0.33ома)

29-12-2013

Tai-Shan Liao, Тайвань

При чрезмерной мощности излучения даже кратковременное попадание в глаза луча лазерной указки может быть опасным для здоровья человека, как при прямом воздействии, так и при отражении от окружающих предметов. По этой причине в большинстве стран устанавливаются нормы безопасных уровней лазерного излучения, регламентирующие максимально допустимую мощность. В статье описывается драйвер лазерного диода, способный работать даже от 1.5-вольтовой батарейки, разряженной до напряжения 1 В. Драйвер снабжен надежной защитой на сдвоенном транзисторе, сводящей к минимуму вероятность выхода интенсивности излучения за установленные пределы.

На Рисунке 1 транзисторы Q 1 , Q 2 и Q 3 образуют составной элемент с отрицательным сопротивлением, значение которого приближенно выражается формулой

Током лазерного диода управляют транзисторы Q 5 и Q 6 . Встроенный фотодиод через транзистор Q 4 передает сигнал отрицательной обратной связи на базы Q 5 и Q 6 , стабилизируя интенсивность лазерного излучения. Пара транзисторов Q 5 и Q 6 включена последовательно в целях повышения безопасности. При пробое одного из транзисторов второй продолжит поддерживать излучение на безопасном уровне. Вероятность одновременного выхода из строя двух транзисторов несоизмеримо меньше, чем одного.

Замечание редактора EDN

Из-за разброса параметров лазера и фотодиода для установки необходимого уровня ограничения интенсивности излучения сопротивление резистора R 7 , возможно, придется подбирать.

• Неаккуратно публикует материал первоисточник. Транзисторы накиданы в рисунке как попало, на преднамеренную ошибку конечно не тянет, ибо разобраться не сложно.
• Q6 изображен npn, Q5 -ни как. В довесок транзистор 2N2907 на схеме, то прямой, то обратный....
• Спасибо всем, кто обратил внимание на ошибку. Исправлено
• Особо отметил бы тактичность Рафаила. Все мы люди, ошибаемся... Не ошибается, тот, кто ничего не делает. Просто еще свежи в памяти поучения по поводу одной недавней опечатки. Там нас "припечатали" по полной. Ну прям, ощущаешь себя опять в детском саде ("кто разбил чашку?") :) Поменьше снобизма, ребят, он еще никого не красил. Еще раз спасибо Рафаилу.
• Что-то я не понял - какой смысл так-уж беспокоиться о пробое транзисторов в цепи питания диода? С тем-же успехом излучение превысит нормы и при обрыве к-э в Q4, например, или в цепи фотодиода и R3. Все эти цепи не защищены и не дублированы. Вообще, не логичнее-ли встроить защиту по току потребления всей схемы?

— это усовершенствованная схема защиты лазерного диода от бросков напряжения. Дорогие полупроводниковые лазеры не обладают устойчивостью к быстрым скачкам напряжения или тока. Для снижения риска их повреждения используются стандартные схемы ограничения на полевых транзисторах с р-n переходом. Именно они в отсутствие напряжения закорачивают лазер, защищая его от таких бросков (Рисунок 1).

Когда на отрицательной шине питания появляется напряжение, полевой транзистор закрывается. Схема эффективна для защиты маломощных лазерных диодов, но плохо подходит для диодов с током потребления более 150 мА. Этот предел обусловлен значением максимального тока полевого транзистора. Если в аварийном режиме возникает необходимость ограничения тока лазерного диода, выбранный полевой транзистор может не справиться с этой задачей. Правда, существуют и сильноточные полевые транзисторы с р-n переходом, однако они существенно дороже, и их сложно найти в продаже.

Схема на Рисунке 2 позволяет избежать этих недостатков. Она похожа на стандартную схему с полевым транзистором. Но дополнена биполярным транзистором, который шунтирует большую часть отрицательных токов, когда полевой транзистор открыт. Резистор R2 фиксирует потенциал затвора транзистора Qb a R3 обеспечивает быстрое выключение транзистора Q2. Диод 1 N914 принимает на себя любые положительные броски тока. RC-цепочка устанавливает
достаточно низкую скорость отклика, сглаживая переходы от открытого состояния к закрытому.

По сравнению со светом обычных светодиодов лазерный свет имеет высокую концентрацию, он имеет более узкий угол обзора. Для подключения лазерного диода к электронной цепи понадобится специальная схема, называемая драйвером лазерного диода. В данном материале будет показано, как самостоятельно собрать простой драйвер лазерного диода на основе LM317.

Драйвер лазерного диода – это схема, которая используется для ограничения тока и затем подачи его на лазерный диод, чтобы он работал должным образом. Если мы напрямую подключим его к источнику питания, из-за потребности в большем токе он может не заработать или даже привести к некоторым повреждениям цепи.

Если ток будет небольшим, лазерный светодиод не будет работать из-за отсутствия достаточной мощности для включения. Таким образом, необходима схема драйвера для обеспечения правильного значения тока, при котором лазерный диод перейдет в рабочее состояние. Простому светодиоду нужен только резистор для ограничения тока, но в случае с лазерным диодом нам нужна правильная схема для ограничения и регулирования тока. Для регулирования мощности в цепи драйвера лазерного диода можно использовать LM317.

Трехвыводная микросхема LM317 представляет собой стабилизатор напряжения. На своем выходе он может выдавать от 1.25 до 37 вольт. Внешний вид LM317 с подписанными выводами представлен на изображении ниже.

LM317 является регулируемым стабилизатором, иными словами можно изменять значение напряжения на выходе в зависимости от потребностей, используя два внешних резистора, подключенных к линии регулировки (Adjust). Эти два резистора работают как цепь делителя напряжения, используемая для увеличения или уменьшения выходного напряжения. LM317 обеспечивает ограничение тока и защиту от тепловой перегрузки.

Схема драйвера лазерного диода на основе стабилизатора напряжения LM317 показана на рисунке ниже.

Ее довольно быстро можно собрать на макетной плате.

Работает схема следующим образом. Когда батарея начинает подавать напряжение, оно сначала протекает через керамический конденсатор (0.1 мкФ). Этот конденсатор используется для фильтрации высокочастотного шума от нашего источника постоянного тока и обеспечивает входной сигнал для LM317. Потенциометр (10 КОм) и резистор (330 Ом), подключенные к линии регулировки, используются в качестве схемы ограничения напряжения. Выходное напряжение полностью зависит от значения этого резистора и потенциометра. Выходное напряжение стабилизатора попадает на фильтр второго конденсатора (1 мкФ). Этот конденсатор ведет себя как балансировщик мощности для фильтрации флуктуирующих сигналов. В итоге можно регулировать интенсивность лазерного излучения, вращая ручку потенциометра.