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半导体激光器温度控制电路设计
作者：霍佳皓李洪祚来源：《现代电子技术》2013年第20期
摘要：在对激光器的温度控制理论作了深入研究的基础上，为了使激光器工作时温度恒定，设计了一种新型的温度控制电路，电路中采用了ADN8831作为的核心器件，结合PWM控制方案，完成了包括输入级、补偿环节、输出级、滤波电路和保护及检测电路的硬件电路设计。经过实际连接激光器实验，温度控制精度可达001℃。电路具有体积小、效率高、可靠性高、驱动能力强等特点，可以为激光器提供恒定的温度控制。
关键词：温度控制；半导体激光器；TEC；PID
中图分类号：TN72234文献标识码：A文章编号：1004373X（2013）20015303
0引言
通过对半导体激光器特性的研究，可知温度对激光器的正常工作有着重要的影响。温度会直接影响到半导体激光器的工作参数包括1：阈值电流、VI关系、输出波长、PI关系等。同时高温也会对激光器产生极大的影响，严重影响其使用寿命和效率。本文采用ADN8831温度控制芯片3为激光器提供恒定且可调的工作温度来保证激光器高效率工作。
1温度控制芯片介绍
根据半导体激光器对温度的要求，选定ADN8831作为激光器的温度控制主芯片。ADN8831芯片是目前最优秀的单芯片高集成度、高输出效率和高性能的TEC驱动模块之一。ADN8831的最大温漂电压低于250mV，能够使设定温度误差控制在±001℃左右。在工作过程中，ADN8831输入端的电压值对应一个设定好的目标温度。适当大小的电流流过TEC，使TEC加热或制冷，在这个过程中使激光器表面温度向设定温度值靠近2。此芯片还有过流保护功能，可编程开关频率最高可达1MHz。
2TEC控制原理
TEC（ThermoElectricCooler）实际上是用两种材料不同半导体（P型和N型）组成PN结，当PN结中有直流电流通过时，由于两种材料中的电子和空穴在跨越PN结移动过程中产生吸热或放热效应（帕尔帖效应4），就会使PN结表现出制冷或制热的效果，改变电流方向即可实现TEC加热或制冷，调节电流大小即可控制加热或制冷量的输出5。利用TEC稳定激光器温度方法的系统框图6如图1所示。
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图1中贴着激光器右侧的是温度传感器，这里使用具有负温度系数的热敏电阻。这个热敏电阻是用来测量安放在TEC表面上的激光器的温度。期望的激光器温度用一个固定的电压值来表示，与热敏电阻产生的电压值通过高精度运算放大器进行比较，比较后产生的误差电压通过高增益的放大器放大，同时补r