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Robótica => Projectos de robótica => Projectos em desenvolvimento => Tópico iniciado por: dropes em 09 de Maio de 2022, 16:06

Título: LASER M140
Enviado por: dropes em 09 de Maio de 2022, 16:06
Olá a todos,
tenho andado entretido a montar um circuito peculiar
simulações, testes, estudos, montagens, etc... o costume  ::)


Objetivos:
-Alimentação a partir de uma bateria 18650
-Carregamento integrado
-Corrente de saída constante até 2A, ajustável
-Tensão máxima de saída de 5V


Laser Nichia M140 445nm:
https://pt.aliexpress.com/item/4001001177840.html
(a funcionar perfeitamente em testes, de momento com um LM317  :P)

Dissipador com suporte para díodo (lente de plástico):
https://pt.aliexpress.com/item/1005002531922650.html
(foco perfeitamente ajustável)

Step down 3A:
https://pt.aliexpress.com/item/1005001785198203.html
(aqui fui enganado e enviaram-me 5pcs com o MP1482 2A em vez do MP2307 3A, deixei uma avaliação má, descrevendo o sucedido)

Carregador e conversor de 3.7V para 5V2A
Versão USBc:
https://pt.aliexpress.com/item/1005002035171696.html
(mais uma vez nenhuma das 3 placas funcionou corretamente, também avaliei)

Versão board:
https://pt.aliexpress.com/item/32932416873.html
(agora encomendei +9pcs, a ver se tenho mais sorte, ainda não testei nenhuma. Tenho convertido diversos aparelhos para lithium e estas placas parecem-me boas para isso)

Não me dou bem com circuitos steps-down/up de forma artesanal, daí ter encomendado placas que façam o que quero, para mais tarde alterar para as correntes devidas.

O rendimento não me é importante, desde que seja acima de 50% já fico feliz.

Procurei por drivers para este tipo de díodo, a maior parte são step-down alimentadas por duas baterias, e isso está fora de questão, quando pretendo algo mais compacto.

Após imensas simulações e leituras de fichas técnicas, decidi-me a criar uma board com as dimensões do dissipador 46x22mm.

(https://i.imgur.com/x3MWX4j.png)
(os 3 mosfets e os 2 díodos, se encontram na face de baixo para se encostarem ao dissipador)

Já soldei tudo e parece-me promissor o resultado:

- Precisão corrente laser = 10.9mA
- Precisão corrente carregamento = 21mA
- Precisão tensão bateria = 4.3mV
- Corrente máxima de entrada = 4A
- Corrente máxima de saída para díodo = 2A

Extras:
- Sensor de temperatura do dissipador (Attiny85 incorpora sensor de temperatura via ADC4)
- Monitor de bateria com pré-carregamento abaixo dos 3V
- Aviso através de um LED de suas funções
- 4 níveis de potência selecionáveis 0.2/0.5/1.0/1.6A

(https://i.imgur.com/enDHPx4.png)

No carregamento, o circuito corta (Q2) a alimentação do booster (Q3) e o mesmo sinal PWM é utilizado para controlar a corrente para a bateria (Q1).
Por norma, o carregamento é realizado em CC 1A até a tensão da bateria atingir 4.2V, a partir daí entra no modo CV em que a tensão se mantém, mas a corrente vai decrescendo até 50mA.

Ainda estou na fase de programação, os níveis dos 3 ADCs são perfeitos, REF1.1V com filtros passa-baixo, evita uma cambada de cálculos para achar a média.

A frequência de PWM anda pelos 64kHz, é possível alterar este valor até 1MHz, entretanto muitos dos componentes não acompanham, e as perdas aumentam.
Tenho um ripple de 500mV na saída, ainda não descobri como corrigir isso, apesar de não afetar os ADCs, é um valor um pouco elevado para esta frequência.

Os condensadores são de baixo ESR, mas ainda há alguma coisa que me está a escapar.



Mais pormenores brevemente...  ;)

nota:
Na medição de corrente, existem vária formas de o fazer, o mais fácil usando apenas um micro, seria a medição diferencial pelo VCC, entretanto este modo implica uma falha na linearidade (comprovado) (ATtiny25/45/85 [DATASHEET]Differential Non-linearity (DNL)).

ps: afinal o ripple é de "apenas" 200mV (o gnd do osciloscópio estava mal posicionado :-[)

Título: Re: LASER M140
Enviado por: jm_araujo em 09 de Maio de 2022, 18:24
Quando brinquei com laser-diodo, foi sempre com fontes simples e sem grandes potências (ok, tirando um de 400mW IR... e ponteiros de 100mW vermelho / 50mW verde)

Como é que desligas? Interruptor na pilha? é que com Q2 L1 D2 tens sempre tensão no LED, e com uma pilha carregada (4.2V) já dá qq coisita :D
Não podias ligar o R10 ao S1? Com o LED parece para ligar, não?

E lente de plástico para 2W? não é arriscar?
Título: Re: LASER M140
Enviado por: dropes em 09 de Maio de 2022, 19:03
Boas

Ainda não experimentei ligar o díodo, tenho andado a jogar com resistências de baixo valor e só o ligo quando estiver mais operacional, segurança.

Tens razão em relação á alimentação permanente, e pretendo colocar um interruptor geral na pilha, tipo de 10A.
O díodo tem um "Threshold Current" cerca de 100mA a 3.7V, é nessa altura em que começa a emitir alguma luz.

Existe uma pequena queda em Q2 e D2, se isso não for suficiente quando alimentado a 4.2V, então coloco alguns díodos em série, a saída é regulada em corrente e não tensão.

Sim, a lente não é grande coisa, vou substituir mais tarde, foi mais pelo dissipador e suporte.


Com apontadores é mais para brincar e evita-se apontar para os olhos, 2W já entra na classe IV, pode gravar em madeira e queima mesmo a 10m, fora de questão não usar óculos  8)


Tenho andado a ver filtros para fontes SMPS aqui na net, parece que são constituídos por um condensador, bobina e outro condensador... interessante
Título: Re: LASER M140
Enviado por: dropes em 10 de Maio de 2022, 16:48
Lá encontrei um interruptor, era de um portátil 386 e suporta 6A 28VDC.
Incrivelmente ainda está em comercialização: https://www.tme.com/mx/en/details/1101m2s3abe2/slide-switches/c-k/

Tive de fresar o dissipador para conseguir encaixar o bicho, parece-me bem até agora

(https://i.imgur.com/XlyvNCD.jpg)

Aqui lateralmente, notam-se diferentes alturas transistors e díodos, deverei colocar umas pads para conseguir dissipar alguma coisa, se bem que ainda não notei grande aquecimento a 4A

(https://i.imgur.com/eRGponj.jpg)

Sim, a bobine não correspondeu ao footprint, pretendia colocar outra mas mesmo rebobinando com fio de diâmetro superior, não foi capaz de acompanhar e aquecia muito.

(https://i.imgur.com/x95lHVj.jpg)


Também tenho outros diodos, vermelho e verde, desconheço a potência mas são fraquitos. Já IR não me sinto muito á vontade, ele acende mas não se vê, talvez com um cristal possa modificar o comprimento de onda e passe a verde...  ;D
Título: Re: LASER M140
Enviado por: josecarlos em 10 de Maio de 2022, 20:55
Olá 😀
O que pretendes fazer com ele gravação ou é só testes?
Título: Re: LASER M140
Enviado por: dropes em 10 de Maio de 2022, 21:31
Olá #josecarlos

Acho os lasers fascinantes, e gosto de brincar um pouco com eles.
O objectivo agora é de fazer um simples apontador, mais tarde vou adaptar a um mecanismo tipo cnc para gravações, madeira ou mesmo cortar papel.

Já fiz uns testes com a tal alimentação LM317 CC e grava bem em madeira, se bem que desaconselho este IC para manter.
Título: Re: LASER M140
Enviado por: jm_araujo em 10 de Maio de 2022, 21:34
Porque desaconselhas o LM317?
O regulador é um bom regulador :D
Título: Re: LASER M140
Enviado por: josecarlos em 10 de Maio de 2022, 21:48
Tenho feito algumas brincadeiras com o meu laser é mundo fascinante!!
Título: Re: LASER M140
Enviado por: josecarlos em 10 de Maio de 2022, 21:59
https://youtube.com/shorts/Xrdqn12G3fM?feature=share
Título: Re: LASER M140
Enviado por: dropes em 11 de Maio de 2022, 11:09
Porque desaconselhas o LM317?
O regulador é um bom regulador :D

Apesar de estar a usar provisoriamente um "lm317 steel", já perdi o numero dos que avariei e o resultado é sempre o mesmo, a saída fica em curto com a entrada.

https://youtube.com/shorts/Xrdqn12G3fM?feature=share

Uau, com "air assist" e tudo, que potência estás a usar?


ps: Estive há pouco a medir o threshold e verifiquei ser de 2.9V, significa que tenho de perder 1.3V em díodos (o diodo e transistor em série não apresentam quedas significativas)
Título: Re: LASER M140
Enviado por: josecarlos em 11 de Maio de 2022, 21:23
Laser 40w gravo com 80%
Air é  uma bomba de aquário com um bico de impressora 3d  e fogo a peça 😀
Título: Re: LASER M140
Enviado por: jm_araujo em 11 de Maio de 2022, 21:34
40w num diodo laser é otimista.
Este anunciam 40w, mas pelas dimensões do tubo deve andar pelos 35w:
(https://lusorobotica.com/index.php?action=dlattach;topic=9936.0;attach=4967)
Título: Re: LASER M140
Enviado por: josecarlos em 11 de Maio de 2022, 22:03
Esta é  a minha maquina
https://youtu.be/Lru2IfLZzVk
Título: Re: LASER M140
Enviado por: jm_araujo em 11 de Maio de 2022, 22:18
Com uma pesquisa rápida na net acho que entendi, 40w é.o consumo total da máquina (laser+motores+controladora) , o laser que tem é de 5.5W, que para diodo é muito respeitável .
Mais um caso de marqueting "criativo"  ::) ::) ::)
Título: Re: LASER M140
Enviado por: josecarlos em 11 de Maio de 2022, 22:24
Nunca se pode comparar com  Co2 são duas  coisas diferentes 🙂
Título: Re: LASER M140
Enviado por: dropes em 12 de Maio de 2022, 11:06
Excelente, com esse já consegues cortar mdf estreito.

Air-assiste é mesmo assim, uma bomba de aquário serve, proteges a lente e a gravação sai mais perfeita sem manchas de fumo.

Meu orçamento é bastante reduzido e não deu para um de maior potência, vou brincando com o que tenho.
Existem diferenças entre potência de consumo e de ótica, o laser consegue ser 30% eficiente, enquanto o led anda pelos 70%.
Mas não se pode comparar quanto ao tipo de luz e sua concentração (10k maior que o LED)
Título: Re: LASER M140
Enviado por: dropes em 12 de Maio de 2022, 20:12
A programação vai andando, a parte do booster está terminada e a funcionar bem.
O hardware também já terminei.

Soldei 3 díodos 30DF1 em série, cada um tem uma perda de +-0.45V, em 2A terão uma dissipação de 2.7W, não me parece muito já que o laser anda por volta de 10W.
Tive também de os limar para inseri-los na ranhura onde fica o interruptor:
(https://i.imgur.com/MVQio8n.jpg)

Agora aparecem os restantes problemas, carregar uma bateria através do attiny...
na net há quem o tenha feito, mas de uma forma totalmente diferente, por alguma razão existem os ics dedicados, e eu tenho 9 encostados, mas não vou pegar neles.

meto-me em cada uma  :o
Título: Re: LASER M140
Enviado por: josecarlos em 12 de Maio de 2022, 21:53
Olá
Não quero estar a inundar o teu tópico com as minhas ideias o laser para mim foi mais um processo de aprendizagem.
O meu laser corta 3mm em duas passagens.
Ando a namorar uma K40 mas a Maria é  desta que me põe  na rua🙈🙈🙈🙈
Título: Re: LASER M140
Enviado por: jm_araujo em 12 de Maio de 2022, 22:29
Eu tive um sorte jeitosa: a minha K40 estava a metade do preço no OLX supostamente avariada. Fiz uma oferta por baixo a contar com uma fonte ou tubo novo e ainda sair a ganhar. Um mês sem vender e aceitaram a oferta. Quando chegou a casa, só precisei de mudar uma fita de ligação de um interruptor ótico de homing que estava no caminho do sensor, e em menos de 5 minutos estava a funcionar. 8)
Já fiz muitas modificações, mas as peças de "desgaste" ainda são as originais: tubo, espelhos, lente, fonte e controladora. Se tiveres questões sobre a K40 estás à vontade, conheço-a de traz pra frente. Mesmo na compra de uma nova há truques, não são todas iguais!
Título: Re: LASER M140
Enviado por: dropes em 15 de Maio de 2022, 15:01
Este tópico é de todos, mesmo mensagens off-topic são bem-vindas  :)

Quando chegou a casa, só precisei de mudar uma fita de ligação de um interruptor ótico de homing que estava no caminho do sensor, e em menos de 5 minutos estava a funcionar. 8)
Aproveita as vantagens de um técnico, conseguiste um bom negócio  ;)


Continuando a saga, deparei-me que não conseguia controlar a corrente de carga, apesar de funcionar em simulação desconheço o motivo, as ligações estão todas bem feitas com as tensões devidas, mas quando entra em carregamento, o mínimo de corrente é de 1A  :(

Resolvi por esta razão, eliminar a função de carregamento pelo Attiny, cortei para isso uma destas placas MH-CD42, de forma a conseguir encaixar em cima da placa que fiz, mais tarde coloco uma foto.
Para confirmar que não interrompia alguma pista ao eliminar a zona dos contatos, desabitei outra placa e lixei-a:
(https://i.imgur.com/EGvwFC4.jpg)

A saída desta placa em booster para 5V, não é usada.
A vantagem é que também consigo ler o nível da bateria, em carregamento e uso, através de 4 LEDs.  ::)
Título: Re: LASER M140
Enviado por: dropes em 16 de Maio de 2022, 21:41
(https://i.imgur.com/VEYy8IE.jpg)
(https://i.imgur.com/4HWANnl.jpg)
(https://i.imgur.com/25upJJa.jpg)
(https://i.imgur.com/IEEKyDQ.jpg)

https://youtube.com/shorts/vYk4OOKp6Hs






Título: Re: LASER M140
Enviado por: jm_araujo em 16 de Maio de 2022, 22:13
Estava no YouTube quando caiu o teu vídeo e vim  aqui responder!
Isso não é um laser! É um lightsaber! Espetáculo!
Título: Re: LASER M140
Enviado por: josecarlos em 17 de Maio de 2022, 06:48
Muito fixe que a força esteja contigo 👍