【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及半導體制冷器控制，具體為一種泵浦激光器溫控用tec控制電路及控制方法。
技術介紹
1、隨著科技的不斷進步，激光通信技術的應用也越來越廣泛。光放大器作為激光通信中的關鍵器件之一，其核心部件就包括了泵浦激光器。泵浦激光器在工作過程中會產(chǎn)生較多的熱量，熱量帶來的溫度變化會使激光器的輸出波長發(fā)生偏離，同時還會使得信號光功率輸出不穩(wěn)定，最終會導致通信質量嚴重下降。為解決上述問題，現(xiàn)有技術中采用在泵浦激光器中集成半導體制冷器的方式，半導體制冷器即tec(thermoelectric?cooler)。tec可以利用半導體熱電效應，在相應控制下對泵浦激光器進行加熱或制冷，從而達到控制激光器溫度變化的效果。然而，目前對tec進行控制的幾種常用方式，在實際應用中均存在著局限性，具體地：
2、采用硬件電路和軟件的控制方式中：主要使用單片機內部的程序邏輯來對tec的工作模式進行控制；例如公開號為cn113625802a的中國專利提供了一種智能tec溫度控制電路，包括與tec連接的單片機主控電路、溫度采集電路等。但是，該方式所應用的軟件運算比較容易受到外部中斷信號的影響，并且環(huán)路控制時間較長以及存在一定的不確定性，由此會大大影響控制穩(wěn)定性；另外控制方式中即含有運算軟件又包括硬件電路，使得結構較為復雜，進而會導致成本較高且不便維護。
3、采用tec專用芯片的控制方式中：直接使用tec驅動芯片來控制tec加熱或制冷；例如公開號為cn103076827a的中國專利提供了一種小范圍內高精度溫度控制裝置，其中使用tec驅動芯片
4、采用分立元器件搭建tec控制電路的控制方式中：所使用的電路中容易存在設計缺陷，進而可能會導致溫度控制精度較低，有的還會導致光模塊出現(xiàn)間歇性浪涌電流等問題，從而使得泵浦激光器無法穩(wěn)定工作；另外還具備功率低、功耗高的缺點。
5、綜上所述，本專利技術提供一種泵浦激光器溫控用tec控制電路及控制方法。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的目的在于提供一種泵浦激光器溫控用tec控制電路及控制方法，以解決上述
技術介紹
中所提到的，由于目前對tec進行控制的幾種常用方式在實際應用中均存在著局限性，所以會導致無法在節(jié)省成本的同時對泵浦激光器進行高效、穩(wěn)定、可靠、精準的溫度變化控制的問題。
2、本專利技術是采用以下技術方案實現(xiàn)的：
3、一種泵浦激光器溫控用tec控制電路，包括溫度采集電路、差分放大電路、pid控制電路、tec控制信號發(fā)生電路和tec驅動電路，所述溫度采集電路、差分放大電路、pid控制電路、tec控制信號發(fā)生電路和tec驅動電路依次電連接，所述溫度采集電路和tec驅動電路還分別與泵浦激光器電連接；所述溫度采集電路用于采集泵浦激光器的溫度值；所述差分放大電路用于獲取該溫度值與設定溫度值之間的差值并進行差分放大；所述pid控制電路用于對該差值進行比例積分微分運算；所述tec控制信號發(fā)生電路用于自動生成控制tec加熱或制冷的pwm控制信號；所述tec驅動電路用于根據(jù)該pwm控制信號對tec進行相應驅動。
4、本專利技術所提供的tec控制電路，采用分立器件搭建，具備電路簡單、成本低的優(yōu)點，在此基礎上：通過設置差分放大電路，能夠抑制線路中差分信號的共模成分，提高控制電路整體的抗干擾能力，使得溫度控制精度更高；通過設置pid控制電路，可以通過比例、積分、微分的同時作用，來提升控制電路整體的響應速度、減少電路振蕩，同時能夠抑制浪涌電流的產(chǎn)生，使得對tec的整個控溫過程更加平滑；通過設置tec控制信號發(fā)生電路，可以生成控制tec的pwm控制信號，不需要使用專門的pwm集成芯片，能夠有效降低成本。
5、進一步地，所述tec驅動電路采用h橋電路，所述h橋電路包括四個三極管、四個基極偏置電阻和四個二極管；所述四個基極偏置電阻分別連接四個三極管的基極，所述四個三極管包括兩個被動觸發(fā)三極管和兩個聯(lián)動觸發(fā)三極管，所述兩個二極管連接在兩個被動觸發(fā)三極管和兩個聯(lián)動觸發(fā)三極管之間。
6、進一步地，其中一個被動觸發(fā)三極管的基極的輸入信號為pwm控制信號中的加熱溫控信號tec_ctrl+，另一個被動觸發(fā)三極管的基極的輸入信號為pwm控制信號中的制冷溫控信號tec_ctrl-。
7、本tec控制電路中的tec驅動電路采用經(jīng)過優(yōu)化的h橋電路，具體地：傳統(tǒng)的h橋電路通常主要由四個mos管組成，通過四個控制信號來實現(xiàn)其中兩只mos管的開通與關斷，進而控制tec的電流方向；這種方式由于控制信號的數(shù)量較多，所以容易出現(xiàn)控制信號時序異常，進而會導致電源短路、電流迅速增大，并使得mos管溫度劇增而燒壞的問題。本專利技術中，通過設置兩個基極偏置電阻給兩個聯(lián)動觸發(fā)三極管提供了偏置電流，所以這兩個聯(lián)動觸發(fā)三極管無需額外的控制信號；當某個被動觸發(fā)三極管導通后，與其相對應的某個聯(lián)動觸發(fā)三極管會由于基極電壓降低而變?yōu)榻刂範顟B(tài)，進而可以控制電流流過tec的流向，從而控制tec的工作模式；兩個二極管起到反向截止的作用。因此，本h橋電路只需要使用兩個控制信號便可以實現(xiàn)對tec工作模式的控制，相比于傳統(tǒng)的h橋電路來說，所需的硬件資源更少，并且降低了故障風險，提高了電路的安全性和穩(wěn)定性。
8、進一步地，所述溫度采集電路包括電阻溫度檢測器rt，所述電阻溫度檢測器rt的一端連接泵浦激光器內部的熱敏電阻ntc的一端，電阻溫度檢測器rt的另一端連接差分放大電路。
9、進一步地，所述差分放大電路包括電橋電路、兩個輸入電阻、偏置電阻r12、第一運算放大器u1a和反饋電阻r13；所述電橋電路通過其中一個輸入電阻連接第一運算放大器u1a的同相輸入端，所述電阻溫度檢測器rt通過另一個輸入電阻連接第一運算放大器u1a的反相輸入端，所述第一運算放大器u1a的輸出端連接pid控制電路。
10、進一步地，所述pid控制電路包括同相輸入電阻r14和比例積分微分控制器，所述比例積分微分控制器包括第二運算放大器u1b、兩個電阻和三個電容，所述比例積分微分控制器的輸出端連接tec控制信號發(fā)生電路。
11、進一步地，所述tec控制信號發(fā)生電路包括第三運算放大器u1c和第四運算放大器u1d。
12、一種泵浦激光器溫控用tec控制方法，應用以上所述的泵浦激光器溫控用tec控制電路，包括如下步驟：
13、步驟1)、泵浦激光器上電后，溫度采集電路實時采集泵浦激光器的溫度值，并將采集到的溫度值以電壓信號的形式輸出至差分放大電路；
14、步驟2)、差分放大電路基于設定溫度值，對該采集到的溫度值進行差分放大后輸出至pid控制電路；
15、步驟3)、pid控制電路進行比例積分微分運算，并將運算后的數(shù)值輸出至tec控制信號發(fā)生電路；
16、步驟4)、tec控制信號發(fā)生電路基于該運算后的數(shù)值，自本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種泵浦激光器溫控用TEC控制電路，其特征在于：包括溫度采集電路、差分放大電路、PID控制電路、TEC控制信號發(fā)生電路和TEC驅動電路，所述溫度采集電路、差分放大電路、PID控制電路、TEC控制信號發(fā)生電路和TEC驅動電路依次電連接，所述溫度采集電路和TEC驅動電路還分別與泵浦激光器電連接；所述溫度采集電路用于采集泵浦激光器的溫度值；所述差分放大電路用于獲取該溫度值與設定溫度值之間的差值并進行差分放大；所述PID控制電路用于對該差值進行比例積分微分運算；所述TEC控制信號發(fā)生電路用于自動生成控制TEC加熱或制冷的PWM控制信號；所述TEC驅動電路用于根據(jù)該PWM控制信號對TEC進行相應驅動。
2.根據(jù)權利要求1所述的泵浦激光器溫控用TEC控制電路，其特征在于：所述TEC驅動電路采用H橋電路，所述H橋電路包括四個三極管、四個基極偏置電阻和四個二極管；所述四個基極偏置電阻分別連接四個三極管的基極，所述四個三極管包括兩個被動觸發(fā)三極管和兩個聯(lián)動觸發(fā)三極管，所述兩個二極管連接在兩個被動觸發(fā)三極管和兩個聯(lián)動觸發(fā)三極管之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的泵浦激光器溫控
4.根據(jù)權利要求1所述的泵浦激光器溫控用TEC控制電路，其特征在于：所述溫度采集電路包括電阻溫度檢測器RT，所述電阻溫度檢測器RT的一端連接泵浦激光器內部的熱敏電阻NTC的一端，電阻溫度檢測器RT的另一端連接差分放大電路。
5.根據(jù)權利要求4所述的泵浦激光器溫控用TEC控制電路，其特征在于：所述差分放大電路包括電橋電路、兩個輸入電阻、偏置電阻R12、第一運算放大器U1A和反饋電阻R13；所述電橋電路通過其中一個輸入電阻連接第一運算放大器U1A的同相輸入端，所述電阻溫度檢測器RT通過另一個輸入電阻連接第一運算放大器U1A的反相輸入端，所述第一運算放大器U1A的輸出端連接PID控制電路。
6.根據(jù)權利要求5所述的泵浦激光器溫控用TEC控制電路，其特征在于：所述PID控制電路包括同相輸入電阻R14和比例積分微分控制器，所述比例積分微分控制器包括第二運算放大器U1B、兩個電阻和三個電容，所述比例積分微分控制器的輸出端連接TEC控制信號發(fā)生電路。
7.根據(jù)權利要求6所述的泵浦激光器溫控用TEC控制電路，其特征在于：所述TEC控制信號發(fā)生電路包括第三運算放大器U1C和第四運算放大器U1D。
8.一種泵浦激光器溫控用TEC控制方法，應用權利要求1-7任一所述的泵浦激光器溫控用TEC控制電路，其特征在于，包括如下步驟：
9.根據(jù)權利要求8所述的泵浦激光器溫控用TEC控制方法，其特征在于：所述步驟1)中，泵浦激光器上電后其內部熱敏電阻NTC的電阻值反饋至溫度采集電路中的電阻溫度檢測器RT，以聯(lián)動電阻溫度檢測器RT的電壓值；所述步驟2)中，電阻溫度檢測器RT的電壓值被輸入到差分放大電路中第一運算放大器U1A的反相輸入端，設定溫度值被輸入到第一運算放大器U1A的同相輸入端。
10.根據(jù)權利要求8所述的泵浦激光器溫控用TEC控制方法，其特征在于：所述步驟4)中，PWM控制信號包括加熱溫控信號TEC_CTRL+和制冷溫控信號TEC_CTRL-；所述步驟5)中，當被輸入至TEC驅動電路的為加熱溫控信號TEC_CTRL+，則其中一個被動觸發(fā)三極管導通，另一個被動觸發(fā)三極管截止，TEC執(zhí)行制冷；反之當被輸入至TEC驅動電路的為制冷溫控信號TEC_CTRL-，TEC執(zhí)行加熱。
...【技術特征摘要】
1.一種泵浦激光器溫控用tec控制電路，其特征在于：包括溫度采集電路、差分放大電路、pid控制電路、tec控制信號發(fā)生電路和tec驅動電路，所述溫度采集電路、差分放大電路、pid控制電路、tec控制信號發(fā)生電路和tec驅動電路依次電連接，所述溫度采集電路和tec驅動電路還分別與泵浦激光器電連接；所述溫度采集電路用于采集泵浦激光器的溫度值；所述差分放大電路用于獲取該溫度值與設定溫度值之間的差值并進行差分放大；所述pid控制電路用于對該差值進行比例積分微分運算；所述tec控制信號發(fā)生電路用于自動生成控制tec加熱或制冷的pwm控制信號；所述tec驅動電路用于根據(jù)該pwm控制信號對tec進行相應驅動。
2.根據(jù)權利要求1所述的泵浦激光器溫控用tec控制電路，其特征在于：所述tec驅動電路采用h橋電路，所述h橋電路包括四個三極管、四個基極偏置電阻和四個二極管；所述四個基極偏置電阻分別連接四個三極管的基極，所述四個三極管包括兩個被動觸發(fā)三極管和兩個聯(lián)動觸發(fā)三極管，所述兩個二極管連接在兩個被動觸發(fā)三極管和兩個聯(lián)動觸發(fā)三極管之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的泵浦激光器溫控用tec控制電路，其特征在于：其中一個被動觸發(fā)三極管的基極的輸入信號為pwm控制信號中的加熱溫控信號tec_ctrl+，另一個被動觸發(fā)三極管的基極的輸入信號為pwm控制信號中的制冷溫控信號tec_ctrl-。
4.根據(jù)權利要求1所述的泵浦激光器溫控用tec控制電路，其特征在于：所述溫度采集電路包括電阻溫度檢測器rt，所述電阻溫度檢測器rt的一端連接泵浦激光器內部的熱敏電阻ntc的一端，電阻溫度檢測器rt的另一端連接差分放大電路。
5.根據(jù)權利要求4所述的泵浦激光器溫控用tec控制電路，其特征在于：所述差分放大電路包括電橋電路、兩個輸入電阻、偏置電阻r12、第...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王振東，王允鑠，李哲，
申請(專利權)人：山東中科際聯(lián)光電集成技術研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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