偿网络对因为激光器的冷热端引起的相位延迟进行补偿,补偿后驱动H桥输出,H桥不仅控制TEC电流的大小还能控制TEC电流的方向。当激光器的温度值低于设定点温度值时,H桥会朝TEC一个方向按一定的幅值驱动电流,此时TEC处于加热状态;当激光器的温度值高于设定点温度值时,H桥会减少TEC的电流大小甚至会改变TEC的电流方向,这时TEC就处于制冷状态。当控制环路达到平衡时,TEC的电流的大小和方向就调整好了,激光器温度就会慢慢的向设定好温度靠近。
3温控电路设计
31输入部分设计
32补偿电路设计
PID(Proportio
I
tegratorDiffere
tiator)比例积分微分调节补偿网络是TEC温控电路中最关键的部分,它决定了TEC控制器的响应速度和温度稳定性。PID相当于放大倍数可调的放大器,用比例运算和积分运算来提高调节精度,用微分运算加速过渡过程,较好地解决了调节速度与精度的矛盾。PID的数学模型可用式(4)表示:
式中:KP为比例系数;TI为积分时间常数;TD为微分时间常数。
在进行修正时,一般采用调节补偿电路参数的方法来使TEC控制系统的响应时间和精度变得更优9。在电路设计时,把前级误差运放的输出连接到温度补偿电路的输入管脚上,这样就完成了温度补偿电路的设计,具体电路连接图如图4所示。
由于本文中测温目标为激光器,根据设计要求和计算,系统的参数通常这样选取10:R5100kΩ,RH1MΩ,RF200kΩ,C11μF,C210μF和一个330pF的反馈电容。
33输出部分设计
ADN8831是一个差分输出方式的TEC控制器。搭建一个外围H桥电路产生适当的电流来驱动TEC,使其对半导体激光器加热或制冷。如图5所示。
图中的P1,P2,N1,N2,OUTA,OUTB分别连到ADN8831的P1,P2,N1,N2,OUTA,OUTB引脚上。TEC控制器设在H桥中间,构成一个不对称桥。ADN8831对H桥的左支采用开关方式驱动,右支采用线性方式驱动,即当开关管N1导通、开关管P1关闭、P2常通、N2常闭时,电流从TEC的OUTB端经TEC流向OUTA端,此为制冷状态;当开关管
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N1关闭、开关管P1导通、P2常闭、N2常通时,电流从TEC的OUTA端经TEC流向OUTB端,此为致热状态。这种灵活又方便的外接H桥,能更好的提高电源效率,减小纹波电流,增加了散热路径。
用非对称H桥驱动TEC,其中器件的选择要考虑两个因素:
(1)TEC工作的最大电流是多少;
(2)导通电阻最小可以是多少(考虑功率耗散问题)。
本文采用的是FAIRCHILDSEMICONDUCTOR公司的FDW2520C芯片。该芯片由一对PMOS和NMOS管构成,其中PMOS管能够提供的r